ALUMINIUM IM NUTZFAHRZEUGBAU - Alueurope.eu

EUROPEAN ALUMINIUM ASSOCIATION ALUMINIUM IM NUTZFAHRZEUGBAU KAPITEL VI 59
4. Aluminium vs. Stahl
Sowohl Stahl wie auch Aluminium
sind Metalle mit relativ hoher
Festigkeit. Beide Materialien sind
nicht brennbar und tragen nicht
zur Ausbreitung eines Feuers bei.
Für Tragwerksanwendungen sind
die größten Unterschiede:
Elastitizität: Der Elastizitätsmodul
(E- Modul) von Aluminium ist
1/3 des E- Moduls von Stahl. Dies
bedeutet, dass ein Aluminiumträger
mit demselben Querschnitt
und bei derselben Belastung
wie ein Stahlträger eine 3 x
höhere Durchbiegung als ein
Stahlträger hat.
Gewicht: Die Dichte von Aluminium
beträgt 1/3 der Dichte von
Stahl. Dies bedeutet, daß ein Stahlträger
3 x schwerer ist als ein Aluminiumträger
gleichen Querschnitts.
Schweißen: Beim Schweißen
verfestigter Aluminiumlegierungen
geht der Verfestigungseffekt
teilweise oder ganz verloren. Die
Festigkeit in der Wärmeeinflusszone
(WEZ) reduziert sich. Diese
Reduzierung hängt im Wesentlichen
von der Legierung, dem
Zustand, der Art des Produktes
und dem Schweißverfahren ab.
Normaler Stahl hat keinen Festigkeitsverlust
durch das Schweißen.
Thermische Ausdehnung: Der
Wärmeausdehnungskoeffizient
von Aluminium ist doppelt so hoch
wie der von Stahl. Dies bedeutet,
dass ein Aluminiumbauteil gegenüber
einem Stahlbauteil eine doppelt
so hohe thermische Ausdehnung
bei gleichem Temperaturanstieg
erreicht. Da der E- Modul von
Aluminium aber gleichzeitig aber
nur 1/3 des E- Moduls von Stahl
beträgt, sind die Spannungen in
einem fixierten Aluminiumbauteil
nur 2/3 der Spannungen in einem
Stahlbauteil.
Die meisten Aluminiumlegierungen
für tragende Anwendungen
haben ein hohes Festigkeit zu E-
Modul- Verhältnis. Dieser Effekt
gilt insbesondere für kaltverfestigte
oder wärmebehandelte
Aluminiumlegierungen. Aluminiumlegierungen
für tragende
Anwendungen haben ein ungefähr
doppelt so hohes „Festigkeit-
zu E- Modul- Verhältnis“
wie Standardstähle.
Wenn man Aluminiumlegierungen
für tragende Anwendungen
mit hochfestem Stahl vergleicht,
ergibt sich ein etwa gleiches
„Festigkeit zu E- Modul- Verhältnis“.
Es sollte aber bemerkt werden,
dass der E- Modul einer
Legierung von deren Basismetall
abhängt. Mit anderen Worten
haben alle Aluminiumlegierungen
den etwa gleichen E- Modul, was
aber auch für alle Stahllegierungen
gilt. Daraus folgend haben
alle sogenannten „hochfesten
Stähle“ keine besseren elastischen
Eigenschaften als Baustahl.
Stahlkonstrukteure verwenden oft
die Festigkeit als bestimmendes
Kriterium bei der Auslegung einer
Stahlkonstruktion und prüfen
danach, ob die Durchbiegung
innerhalb der Anforderungen liegt.
Bei der Auslegung von Aluminiumkonstruktionen
ist es häufig
das Durchbiegungskriterium die
bestimmende Kenngröße. Aus
diesem Grund wird die Auslegung
mit dem Durchbiegungskriterium
beginnen und es wird
nachfolgend geprüft, ob die
Spannungen oder die Festigkeit
innerhalb der Grenzen liegen.
Die Durchbiegung von Bauteilen
unter Biegekräften hängt vom E-
Modul (E) und dem Trägheitsmodul
(I) in Verhältnis zur Belastung
und der Stützweite ab. Bei gleicher
Spannung und Stützlänge
bestimmt das Produkt E x I die
Durchbiegung.
Um dieselbe Durchbiegung wie
ein Stahlträger zu erreichen,