Hi Fly Hein!
Stahl:
Dichte 7,85 g/cm³ = 7,85 kg/dm³ = 7850 kg/m³, na ja, jedenfalls 7,85 mal mehr als Wasser
E-Modul 210 000 N/mm²
Streckgrenze: je nach Stahlsorte von 175 N/mm² (St-33) bis 1400 N/mm² bei einigen Vergütungsstählen (Tabellenbuch Metalltechnik)
Bei Schubbeanspruchung muss eine Vergleichsspannung aus Zug- und Schubspannungen gebildet werden.
Alu:
Dichte 2,7 g/cm³
E-Modul 73 000 N/mm²
Festigkeit kann man pauschal genauso wenig angeben wie bei Stahl (30 N/mm² bei reinem Alu bis über 500 N/mm² bei einigen Legierungen)
Faserverbundwerkstoffe:
Alle Kennwerte abhängig vom Faservolumenanteil und der Faserausrichtung! Laminatdicke:
t = Flächengewicht (in g/m²) / (Faserdichte (in g/cm³) * Faservolumenanteil (0...1) * 1000)
Alle folgenden Werte für 35% Faseranteil (LBA-zugelassene Werte für Segelflugzeuge und Motorsegler). Die Werte berücksichtigen die erzielbare Laminatqualität im Handlaminierverfahren. Bei höherem Faservolumenanteil kann man die Werte hochskalieren. Wer meint, besser bauen zu können, muss allerdings auch die Konsequenzen tragen können
.
GfK:
Dichte der Fasern 2,55 g/cm³, Epoxidharz ca. 1,1 g/cm³
UD-Laminat
Zug- und Druckfestigkeit in Faserrichtung: 300 N/mm²
E-Modul in Faserrichtung: 27000 N/mm²
E-Modul senkrecht zur Faserrichtung: 6500 N/mm²
Schubfestigkeit: 30 N/mm²
Schubmodul 2200 N/mm²
Gewebe mit gleichem Faseranteil in Kett- und Schussrichtung
Zug- / Druckfest. 90 N/mm² (in Faserrichtung)
E-Modul in Faserrichtung: 16000 N/mm²
E-Modul unter 45° zur Faserrichtung: 10000 N/mm²
Schubmodul (parallel) 3700 N/mm²
Schubmodul (+/- 45°) 7500 N/mm²
Schubfestigkeit (+/- 45°) 100 N/mm²
CfK:
Faserdichte 1,77...1,8 g/cm³
UD / Rovings (HT-Fasern = hochfeste)
Zugfestigkeit 650 N/mm²
E-Modul in Faserrichtung: 75000 N/mm²
E-Modul senkrecht zur Faserrichtung: 3500 N/mm²
Gewebe mit gleichem Faseranteil in Kett- und Schussrichtung
Zug- / Druckfest. 200 N/mm² (in Faserrichtung)
E-Modul in Faserrichtung: 40000 N/mm²
E-Modul unter 45° zur Faserrichtung: 10000 N/mm²
Schubmodul (parallel) 1600 N/mm²
Schubmodul (+/- 45°) 16000 N/mm²
Schubfestigkeit (+/- 45°) 120 N/mm²
Das sind allgemeinzugängliche Werte. In der Regel werden für die Dimensionierung eigene Werte zugelassen, die auf den Anwendungsbereich und das Fertigungsverfahren zugeschnitten sind. Diese Werte rückt natürlich keiner raus (ich auch nicht). Ich kann nur jeden warnen, zu hohe Werte anzusetzen. Gerade bei der Verarbeitung von Rovings kommt es sehr auf eine möglichst parallele Faserausrichtung an. Man sollte auf jeden Fall ein paar Probestücke bauen und sich das Ergebnis mal anschauen (durchsägen, schleifen...) und auf Welligkeit, Lunker, u.s.w. kontrollieren. Insbesondere die Druckfestigkeit geht bei schlechter Bauteilqualität massiv in den Keller. Wenn irgendwer Quellen mit deutlich höheren Werten findet, sollte er auch mal schauen, für welche Materialien und Verarbeitungsverfahren die gelten. Bei Prepregs ("pre-impregnated", also maschinell vorgetränkten Fasern) sind schon um einiges bessere Werte erreichbar. Aber wer hat zu Hause schon einen Autoklaven?
Neben den hochfesten (HT) Fasern gibt es auch hochsteife (HM "Hochmodul") Fasern. Die bekommt man aber fast nirgends (erst recht nicht in kleinen Mengen) und außerdem sind die um den Faktor 3-4 teurer als die hochfesten. Die Festigkeit von HM-Fasern ist in der Regel geringer als von HT-Fasern. Man braucht sie eigentlich auch nur, wenn die Festigkeit eine untergeordnete Rolle spielt und das Bauteil auf höchste Steifigkeit ausgelegt ist wie beim
"Kleinteil"
Beim Kauf von Kohlerohren / Stäben lohnt es auch, mal nach dem Herstellungsverfahren zu fragen. Die meisten machen dazu allerdings leider keine Angaben. Pultrudierte Rohre haben eine höhere Zug- und Druckfestigkeit. Allerdings lassen sich mit dem Verfahren keine Rohre mit diagonaler Faserorientierung herstellen. Die sind dann aus Schläuchen oder gewickelt aus Gewebe. Bei Beschreibungen wie "superleicht, hohe Dehn-
und Torsionssteifigkeit" werde ich jedenfalls immer skeptisch. Sowas ist dann nämlich eher "ziehmlich dehn- und torsionssteif, aber nicht ganz so dehnsteif wie ein pultrudiertes Rohr und nicht ganz so torsionssteif wie ein gewickeltes Rohr und wenn doch, dann nicht ganz so leicht". Sehr hochleistende Sandwich-Stäbe (mit Rohacell-Schaumkern) gibt es unter
www.schuetze-staebe.de . Auf Kundenwunsch können die gewünschte Dehn- und Torsionssteifigkeit genau eingestellt werden. Aber Achtung: Ein Kilogramm echter Kaviar ist billiger
Habe mal vorsichtig angefragt, weil ich Interesse hatte, solche Rohre als Mast für meinen Trimaran einzusetzen, mir dann aber überlegt, doch lieber irgendwas aus dem Drachenladen zu kaufen.
Frohes Harzpanschen!
Yeti