Stahl hat einen Elastizitätsmodul von etwa 200 GPa. Ein typisches pultrudiertes Glas/Polyester-Profil hat je nach Querschnitt und Faseranteil einen Längsmodul von grob 17–30 GPa. Bei gleichem Querschnitt biegt sich ein Glasfaserträger unter derselben Last daher etwa sieben- bis zwölfmal stärker durch als Stahl.
Was das in der Praxis bedeutet
- Zuerst nach der Durchbiegung bemessen. Prüfen Sie die Gebrauchstauglichkeitsgrenze (eine typische Grenze liegt bei Stützweite/200 bis Stützweite/250, festgelegt durch die Projektnorm), bevor Sie die Festigkeit nachweisen.
- Schubverformung berücksichtigen. Anders als Stahl hat GFK einen niedrigen Schubmodul, daher ist der Schubanteil der Durchbiegung bei kurzen Spannweiten erheblich.
- Kriechen berücksichtigen. Unter Dauerlast biegt sich GFK mit der Zeit weiter durch; für ständige Lasten sind niedrigere Ausnutzungsgrade nötig.
- Sprödes Versagen. GFK fließt nicht, es gibt also keine warnende Duktilität; Bemessungen nutzen größere Sicherheitsbeiwerte und folgen einer Pultrusions-Bemessungsnorm (zum Beispiel EN 13706 oder dem Bemessungshandbuch des Lieferanten).
- Anschlüsse. Schrauben und kleben, nicht schweißen. Prüfen Sie Lochleibung und Randabstände anhand der Lieferantendaten.
Bei gleicher Steifigkeit: Wie viel leichter ist GFK wirklich?
Die Dichte von GFK beträgt etwa ein Viertel von Stahl, doch um die Steifigkeit eines Stahlträgers zu erreichen, muss der GFK-Querschnitt größer sein. Als Veranschaulichung nehmen Sie einen Stahlträger (200 GPa, 7,85 g/cm³) und einen GFK-Träger gleicher Form (1,9 g/cm³), der so lange vergrößert wird, bis die Durchbiegung gleich ist. Bei geometrisch ähnlichen Querschnitten wächst die Steifigkeit mit der vierten Potenz der Größe und das Gewicht mit dem Quadrat:
| GFK-Modul | Nötige Steifigkeit (E-Verhältnis) | Vergrößerung in jeder Abmessung | Resultierendes GFK-Gewicht |
|---|---|---|---|
| 20 GPa | 10,0× | 1,78× | 77 % des Gewichts des Stahlträgers |
| 30 GPa | 6,7× | 1,61× | 62 % des Gewichts des Stahlträgers |
Bei gleicher Steifigkeit ist die Gewichtseinsparung also real, aber weit kleiner, als das Dichteverhältnis nahelegt (hier grob 25–40 %). Reale Querschnitte sind nicht geometrisch ähnlich; nutzen Sie dies daher nur zur Einordnung und fordern Sie einen berechneten Vergleich für Ihre Spannweite und Last an.
Wo GFK trotzdem gewinnt
| Faktor | Glasfaserträger | Stahlträger |
|---|---|---|
| Dichte | ca. 1,8–2,0 g/cm³ | ca. 7,85 g/cm³ |
| Korrosion | Rostet nicht; Harz passend zur chemischen Umgebung gewählt | Braucht Beschichtung oder Verzinkung, wiederholte Wartung |
| Elektrisch | Nichtleitend | Leitend |
| Wärmeleitfähigkeit | Sehr niedrig | Hoch |
| Handhabung | Leicht genug für die Handmontage vieler Querschnitte | Braucht früher Hebezeug |
| Steifigkeit (Modul) | ca. 17–30 GPa | ca. 200 GPa |
| Brand | Für klassifizierte Anwendungen flammhemmendes oder Phenolsystem nötig | Verliert bei hoher Temperatur Festigkeit, brennt aber nicht |
| Anschaffungskosten | Meist höher je Meter | Meist niedriger |
Wählen Sie GFK, wenn …
- das Bauwerk Chemikalien, Salzsprühnebel, Nässe oder Nassreinigung ausgesetzt ist, wo Stahl ständige Wartung braucht;
- elektrische oder magnetische Neutralität eine Sicherheits- oder Geräteanforderung ist;
- Montagegewicht oder Zugang der begrenzende Faktor sind;
- Spannweite und Last moderat sind und ein höherer Querschnitt akzeptabel ist.
Wählen Sie Stahl, wenn …
- große Spannweiten, hohe Lasten oder sehr enge Durchbiegungsgrenzen die Konstruktion bestimmen;
- ohne Sondersysteme eine hohe Feuerwiderstandsklasse verlangt wird;
- die Umgebung trocken und mild ist und die niedrigsten Anschaffungskosten am wichtigsten sind.
Lebenszykluskosten sprechen nur dann für GFK, wenn Wartung, Stillstand oder Austausch in der Umgebung tatsächlich teuer sind; in einem trockenen, sauberen Gebäude ist Stahl normalerweise auch über seine Lebensdauer günstiger. Holen Sie vor der Entscheidung ein Angebot für beides ein.
Siehe unsere Glasfaser-I-Träger und Konstruktionsprofile. Ein verwandtes Bemessungsbeispiel für Hohlprofile: Bemessungsbeispiel GFK-Vierkantrohr und der Leitfaden zur Harzauswahl.
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Guangdong Haikuo Composite Materials Co., Ltd. (Huizhou, Guangdong) konstruiert seine Pultrusionswerkzeuge im eigenen Haus und fertigt kundenspezifische GFK-Profile. Senden Sie eine Zeichnung, ein Muster oder einfach nur die Anwendung und die Umgebung, und wir sagen Ihnen, was machbar ist.
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