GFK-Vierkantrohre sind pultrudierte Hohlprofile. Im Vergleich zu Rundrohr gleicher Außenbreite tragen sie mehr Biegelast (sie enthalten auch mehr Material), lassen sich leicht an ebene Platten anschließen und stapeln sich sauber. Dieser Leitfaden liefert Querschnittswerte für eine erste Bemessung, ein Rechenbeispiel zur Durchbiegung und die Anschlusspraxis, die die üblichen Probleme vermeidet.
Querschnittswerte (berechnet)
Die Werte unten sind aus der Geometrie für ein quadratisches Hohlprofil mit scharfen Ecken und einer Dichte von 1,9 g/cm³ berechnet. Reale pultrudierte Rohre haben Eckenradien, und die Dichte hängt vom Glasanteil ab; betrachten Sie die Werte daher als Zahlen für die erste Bemessung und verwenden Sie für die endgültige Bemessung die Katalogwerte des Lieferanten. I = Flächenträgheitsmoment, S = elastisches Widerstandsmoment.
| Größe (mm) | Dünne Wand (mm) | kg/m | I (cm⁴) | S (cm³) | Dicke Wand (mm) | kg/m | I (cm⁴) | S (cm³) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 25 × 25 | 3 | 0,50 | 2,2 | 1,7 | 5 | 0,76 | 2,8 | 2,3 |
| 30 × 30 | 3 | 0,62 | 4,0 | 2,7 | 5 | 0,95 | 5,4 | 3,6 |
| 38 × 38 | 3,5 | 0,92 | 9,7 | 5,1 | 6 | 1,46 | 13,6 | 7,1 |
| 40 × 40 | 3,5 | 0,97 | 11,5 | 5,7 | 6 | 1,55 | 16,2 | 8,1 |
| 50 × 50 | 4 | 1,40 | 26,2 | 10,5 | 8 | 2,55 | 40,9 | 16,4 |
| 60 × 60 | 5 | 2,09 | 55,9 | 18,6 | 8 | 3,16 | 76,8 | 25,6 |
| 75 × 75 | 5 | 2,66 | 114,9 | 30,6 | 10 | 4,94 | 187,4 | 50,0 |
| 80 × 80 | 5 | 2,85 | 141,2 | 35,3 | 10 | 5,32 | 233,3 | 58,3 |
| 100 × 100 | 6 | 4,29 | 333,6 | 66,7 | 12 | 8,03 | 555,3 | 111,1 |
| 120 × 120 | 8 | 6,81 | 753,1 | 125,5 | 12 | 9,85 | 1020,2 | 170,0 |
| 150 × 150 | 10 | 10,64 | 1838,7 | 245,2 | 15 | 15,39 | 2490,8 | 332,1 |
Korrektur: Eine frühere Fassung dieses Artikels nannte Flächenträgheitsmomente, die mehrfach niedriger waren als die wahren geometrischen Werte. Wenn Sie diese Zahlen für einen Durchbiegungsnachweis verwendet haben, wiederholen Sie ihn mit der obigen Tabelle.
Typische Werkstoffeigenschaften
| Eigenschaft (Polyester-Pultrusionsprofil, in Faserrichtung) | Typischer Bereich | Methode |
|---|---|---|
| Zugfestigkeit | 250–400 MPa | ASTM D638 |
| Zug-E-Modul | 17–25 GPa | ASTM D638 |
| Biegefestigkeit | 200–350 MPa | ASTM D790 |
| Biege-E-Modul | 10–17 GPa | ASTM D790 |
| Dichte | 1,8–2,2 g/cm³ | ASTM D792 |
Das sind typische Bereiche, keine Garantien. Fordern Sie den Prüfbericht für das genaue Harz und den Glasanteil an, die Sie kaufen werden.
Rechenbeispiel zur Durchbiegung
Ein Rohr 50×50×5 mm (I = 30,8 cm⁴) auf zwei Auflagern über 1,5 m, mit 500 N in Feldmitte und E = 17 GPa (ein konservativer Wert):
δ = P·L³ / (48·E·I) = 500 × 1500³ / (48 × 17000 × 307500) = 6,7 mm, gegenüber einer typischen Grenze von L/200 = 7,5 mm.
Dies ist eine reine Biegeabschätzung. GFK verformt sich auch durch Schub, was bei kurzen Spannweiten zählt, und kriecht unter Dauerlast; planen Sie daher bei Dauerlasten zusätzliche Reserve ein und lassen Sie die Bemessung von einem GFK-erfahrenen Ingenieur prüfen. Pultrudierte Profile werden normalerweise mit reichlichen Sicherheitsbeiwerten und nach einer Norm wie EN 13706 oder dem Bemessungshandbuch des Lieferanten ausgelegt.
Anschlüsse
- Geschraubt: Verwenden Sie Schrauben aus Edelstahl 316 und breite Unterlegscheiben zur Verteilung der Lochleibungslast; bohren Sie die Löcher etwa 1 mm größer als die Schraube und halten Sie die Randabstände großzügig.
- Geklebt: Oberfläche anschleifen, reinigen und grundieren, dann einen Konstruktions-Epoxid- oder -Polyurethankleber verwenden; halten Sie die Aushärtezeit des Klebers ein.
- Schneiden und Bohren: Verwenden Sie hartmetallbestückte Sägeblätter und Stufenbohren, um Überhitzung und Delamination zu vermeiden; tragen Sie Staubmaske und Handschuhe und versiegeln Sie Schnittkanten.
- Wärmedehnung: Planen Sie bei langen Strecken etwa 10–15 × 10−6 je °C Dehnung ein.
Harzwahl
Isophthalsäure-Polyester eignet sich für allgemeine industrielle und Außenrahmen; Vinylester ist für chemischen, salzhaltigen oder nassen korrosiven Einsatz. Siehe den Leitfaden zur Harzauswahl.
GFK oder Stahl?
GFK wiegt etwa ein Viertel von Stahl und rostet nicht, leitet keinen Strom und braucht keinen Neuanstrich, kostet aber anfangs mehr und ist weit weniger steif. Es gewinnt in korrosiven, nassen oder elektrisch empfindlichen Bereichen und dort, wo das Gewicht die Handhabung begrenzt; Stahl gewinnt, wo Steifigkeit, Brandschutzklasse oder Kosten dominieren. Mehr zu diesem Abwägen in Glasfaser- und Stahlträger.
Häufig gestellte Fragen
Kann GFK-Vierkantrohr im Außenbereich verwendet werden?
Ja, mit UV-stabilisiertem Harz und Oberflächenvlies oder Gelcoat. Legen Sie Vinylester fest, wenn zusätzlich chemische oder salzhaltige Belastung besteht.
Wie verhält es sich im Brandfall?
Standardpolyester brennt. Für brandschutzklassifizierte Arbeiten legen Sie flammhemmende oder Phenolsysteme und die benötigte Normklasse fest (zum Beispiel ASTM E84).
Lässt es sich lackieren?
Ja, nach Anschleifen, Reinigen und Grundieren mit einer verträglichen Grundierung; für die meisten Anwendungen bietet die Oberflächenschicht bereits UV-Schutz.
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