Werkstoffkennwerte von Aluminiumschaum
Aluminiumschaum hat eine Dichte von 0,5–0,8 g/cm³ – gegenüber 7,85 g/cm³ bei Stahl (S235JR) und 2,7 g/cm³ bei Aluminium (EN-AW 5754). Eine Platte von 1.000 × 1.000 × 10 mm³ wiegt im Aufbau 10-1-1 (1 mm Decklagen, Schaumkern 0,7 g/cm³) als Aluminium-Aluminiumschaum-Sandwich (AAS) ca. 11 kg, als Stahl-Aluminiumschaum-Sandwich (SAS) 21,3 kg, in Stahl 78,5 kg. Die vollständigen Kennwerte stehen in der Tabelle unten.
Stand:
Welche Kennwerte haben Aluminiumschaum und Sandwiches im Vergleich zu Stahl und Aluminium?
Die Tabelle vergleicht Aluminiumschaum (AlSi10) und die beiden Sandwich-Bauweisen – AAS mit Aluminium-Decklagen und SAS mit Stahl-Decklagen, jeweils im Aufbau 1/8/1 – mit Stahl S235JR und weichem Aluminium EN-AW 5754 (AlMg3). Alle Werte sind analytisch ermittelte Richtwerte; für konkrete Anwendungen müssen sie anwendungsspezifisch ermittelt werden.
| Kennwert | Einheit | Stahl (S235JR) | Aluminium (EN-AW 5754) | AAS (Alu-Decklagen) | SAS (Stahl-Decklagen) | Aluminiumschaum (AlSi10) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Dichte | g/cm³ | 7,85 | 2,7 | 0,5–0,8 (Kern) · 2,7 (Decklage) | 0,7 (Kern) · 7,85 (Decklage) | 0,5–0,8 |
| E-Modul | GPa | 210 | 70 | 0,33–0,76 (Kern) · 70 (Decklagen) | 0,6 (Kern) · 210 (Decklagen) | 0,33–0,76 |
| Querkontraktion | – | 0,3 | 0,34 | 0,3–0,34 | 0,31–0,34 | 0,31–0,34 |
| Druckfestigkeit | N/mm² | – | – | 2,5–10 (Kern) | 8,5 (Kern) | 2,5–10 |
| Streckgrenze | N/mm² | 235 | 100 | – | 140–280 (Decklage) | – |
| Zugfestigkeit | N/mm² | 340 | 180 | 120–200 | 270–410 (Decklage) | 4–6,3** |
| Biegesteifigkeit | mm/1.000 N | 1,2 | 3,6 | 6,8** | 2,4 | 22–41** |
| Wärmeleitfähigkeit | W/mK | 48–58 | 170–220 | 10–15 (Kern) · 170–220 (Decklage) | 25 (Kern) · 48–58 (Decklage) | 12–36 |
| Masse 1.000 × 1.000 × 10 mm³ | kg | 78,5 | 27 | ca. 11 (AAS 10-1-1, Kern 0,7 g/cm³)* | 21,3 (SAS 10-1-1, Kern 0,7 g/cm³) | 5–8* |
Regulär gefertigt wird der Schaumkern mit 0,5 bis 0,8 g/cm³, höhere Dichten nach Absprache. E-Modul und Druckfestigkeit des Schaumkerns sind dichteaufgelöst nach den Produktdatenblättern AAS, SAS und Havel Lite® angegeben (0,5 g/cm³ → 330 N/mm² / 2,5 N/mm² · 0,6 → 450 / 6,5 · 0,7 → 600 / 8,5 · 0,8 → 760 / 10); die SAS-Spalte nennt den Wert zur Kerndichte 0,7 g/cm³ dieses Aufbaus. Streckgrenze und Zugfestigkeit der SAS-Decklage: Stahl DC01 (1.0330) nach DIN EN 10130. *Materialeigenschaften von Sandwiches und Aluminiumschaum sind stark abhängig von der Materialdichte. **Materialeigenschaften sind stark abhängig von der jeweiligen Geometrie. Quellen zur Berechnung: Tabellenbuch Metall, 43. Auflage 2005; Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU. Alle Werte wurden analytisch ermittelt und dienen als Richtwert; für konkrete Anwendungen müssen die Werte speziell ermittelt werden.
Welche Kennwerte hat der Aluminiumschaum-Kern je Dichte?
Die Produktdatenblätter geben die Kennwerte des geschlossenzelligen Schaumkerns als Mittelwerte über sieben Dichtestufen an. Die Werte gelten spaltenweise: zu jeder Dichte gehört ein E-Modul, eine Druckfestigkeit und eine Wärmeleitfähigkeit. Alle drei Produktdatenblätter – AAS, SAS und Havel Lite® – nennen denselben Kern, weil es derselbe Werkstoff ist. Regulär gefertigt werden davon die ersten vier Stufen, 0,5 bis 0,8 g/cm³; höhere Dichten nach Absprache und vorheriger Prüfung.
| Kennwert | Einheit | 0,5 | 0,6 | 0,7 | 0,8 |
|---|---|---|---|---|---|
| Dichte | g/cm³ | 0,5 | 0,6 | 0,7 | 0,8 |
| E-Modul | N/mm² | 330 | 450 | 600 | 760 |
| Druckfestigkeit | N/mm² | 2,5 | 6,5 | 8,5 | 10 |
| Wärmeleitfähigkeit | W/mK | 11 | 15 | 20 | 25 |
| Schubfestigkeit | N/mm² | 2,0 | 2,0 | 2,0 | 2,0 |
| Poissonsche Zahl | – | 0,31–0,34 | 0,31–0,34 | 0,31–0,34 | 0,31–0,34 |
Quelle: Produktdatenblätter AAS, SAS und Havel Lite®. Die Datenblätter führen zusätzlich die Stufen 0,9, 1,0 und 1,1 g/cm³; regulär gefertigt wird der Bereich 0,5 bis 0,8 g/cm³, höhere Dichten nach Absprache. Wärmeausdehnungskoeffizient α (20–100 °C) = 23,9 · 10⁻⁶ K⁻¹. Betriebstemperatur −20 bis 200 °C ohne Beeinträchtigung der Eigenschaften, 600 °C maximale Temperatur.
Welche Stärken, Formate und Legierungen sind lieferbar?
Die drei Bauweisen unterscheiden sich in Gesamtstärke, Decklagenstärke, Maximalformat und Legierung. AAS hat Aluminium-Decklagen, SAS Stahl-Decklagen, Havel Lite® ist die Platte ohne Decklagen. Die Maximalformate stehen in den Produktdatenblättern und sind der Grund, warum bei großen Flächen die Bauweise vor der Geometrie entschieden wird.
| AAS | SAS | Havel Lite® | |
|---|---|---|---|
| Gesamtstärke | 6–60 mm | 8–40 mm | 3–50 mm |
| Decklage je Seite | 1–8 mm | 1,5–5 mm | keine |
| Maximalformat | 2.800 × 1.400 mm | 2.950 × 1.450 mm | 1.900 × 900 mm |
| Decklagen-Legierung | EN AW-6082 | DC01 (1.0330) | – |
| Kern-Legierung | AlSi10 | AlMgSi0,6 | AlSi10 |
| Verbindung Kern/Decklage | metallisch, nicht geklebt | metallisch, nicht geklebt | – |
Quelle: Produktdatenblätter AAS, SAS und Havel Lite®. Toleranzen für Merkmale ohne Einzelangabe nach ISO 2768-1 und ISO 2768-2.
Welche Dichten sind lieferbar?
Standard sind 0,6 bis 0,7 g/cm³, regulär gefertigt werden 0,5 bis 0,8 g/cm³; höhere Dichten nach Absprache und vorheriger Prüfung. Innerhalb des regulären Bereichs wird die Dichte auf die Anwendung ausgelegt: geringere Dichte für maximale Gewichtsersparnis, höhere Dichte für höhere Druckfestigkeit und Steifigkeit. Wie stark das wirkt, zeigt die Tabelle oben: zwischen 0,5 und 0,8 g/cm³ steigt der E-Modul von 330 auf 760 N/mm² und die Druckfestigkeit von 2,5 auf 10 N/mm². Die Dichte gehört deshalb früh in die Auslegung.
Dichte und Auslegung
Wie wird die Dichte des Schaumkerns ausgelegt?
Auch gefragt: Was ändert sich mit der Dichte? · Welchen Einfluss hat die Kerndichte auf die Festigkeit?
Die Dichte ist bei Havel metal foam keine Materialkonstante, sondern die Auslegungsgröße: Über sie werden Steifigkeit, Druckfestigkeit und Wärmeleitfähigkeit des Kerns eingestellt. Standard sind 0,6 bis 0,7 g/cm³, regulär gefertigt werden 0,5 bis 0,8 g/cm³; höhere Dichten nach Absprache und vorheriger Prüfung. Zu jeder Stufe gehört ein Wertesatz. Bei 0,5 g/cm³ liegt der E-Modul bei 330 N/mm², die Druckfestigkeit bei 2,5 N/mm² und die Wärmeleitfähigkeit bei 11 W/mK; bei 0,6 sind es 450, 6,5 und 15; bei 0,7 dann 600, 8,5 und 20; bei 0,8 schließlich 760, 10 und 25. Zwischen der leichtesten und der schwersten regulär gefertigten Stufe vervierfacht sich damit die Druckfestigkeit, während die Masse um 60 % steigt. Deshalb gehört die Dichte früh in die Auslegung und nicht an ihr Ende.
- Quellen
- Markeninhalte
Welche Kerndichte hat welche Sandwich-Bauweise?
Auch gefragt: Hat SAS eine andere Kerndichte als AAS? · Mit welcher Dichte wird SAS gefertigt?
Bei den Sandwiches von Havel metal foam liegt der AAS-Kern im regulär gefertigten Bereich von 0,5 bis 0,8 g/cm³, der SAS-Kern bei 0,7 g/cm³. Die 7,85 g/cm³ sind die Dichte der Stahl-Decklage, nicht die des Kerns. Für eine Auslegung heißt das: Bei AAS wird die Kerndichte gewählt, bei SAS ist sie gesetzt, und der Unterschied in der Bauweise steckt ohnehin überwiegend in der Decklage.
- Quellen
- Markeninhalte
Wie belastbar sind die Tabellenwerte?
Auch gefragt: Sind die Kennwerte garantiert? · Woher kommen die Zahlen?
Die Tabellenwerte von Havel metal foam sind analytisch ermittelte Richtwerte, und das gehört ausdrücklich dazu: Für eine konkrete Anwendung müssen die Werte anwendungsspezifisch ermittelt werden. Als Berechnungsgrundlage dienen das Tabellenbuch Metall in der 43. Auflage von 2005 sowie das Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU. Zwei Einschränkungen gehören immer mitgelesen: Die Eigenschaften von Schaum und Sandwich hängen stark von der Dichte ab, und die geometrieabhängigen Größen zusätzlich von der Bauteilgeometrie. Wer eine Zusicherung für ein Bauteil braucht, bekommt sie über eine Berechnung oder eine Prüfung, nicht über die Tabelle.
- Quellen
- Markeninhalte
Wärme, Ausdehnung und Schirmung
Wie gut leitet Aluminiumschaum Wärme?
Auch gefragt: Welche Wärmeleitfähigkeit hat der Schaumkern? · Leitet die Decklage anders als der Kern?
Der Aluminiumschaum von Havel metal foam leitet Wärme deutlich schlechter als massives Aluminium, weil die Poren einen Teil des Querschnitts ersetzen. Für den Kern nennen die Produktdatenblätter 11 W/mK bei 0,5 g/cm³, 15 bei 0,6, 20 bei 0,7 und 25 bei 0,8. Im Sandwich ist die Leitfähigkeit deshalb eine Frage der Schicht: Der Kern liegt bei 10 bis 15 W/mK in AAS und bei 25 W/mK in SAS, die Decklage dagegen bei 170 bis 220 W/mK in Aluminium und bei 48 bis 58 W/mK in Stahl. Ein Sandwich leitet in der Fläche also über die Decklage und quer durch den Kern nur gebremst, was es für eine Trennfunktion brauchbar macht.
- Quellen
- Markeninhalte
Welchen Wärmeausdehnungskoeffizienten hat der Werkstoff?
Auch gefragt: Wie stark dehnt sich Aluminiumschaum bei Erwärmung? · Was ist bei einer Verbindung mit Stahl zu beachten?
Für den Aluminiumschaum von Havel metal foam geben die Produktdatenblätter einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 23,9 mal 10 hoch minus 6 pro Kelvin an, gemessen im Bereich von 20 bis 100 °C. Das ist der Wert von Aluminium und nicht der eines Schaums mit eigener Charakteristik: Ausgedehnt wird das Metallgerüst, die Poren ändern daran nichts. Wichtig wird die Zahl bei einer Verbindung mit einem anderen Werkstoff, etwa an einer Stahlkonstruktion, denn dort entsteht bei Temperaturwechsel eine Zwangsspannung, die in die Auslegung der Befestigung gehört. Innerhalb eines SAS-Sandwichs ist der Effekt konstruktiv schon berücksichtigt.
- Quellen
- Markeninhalte
Ist die elektromagnetische Schirmwirkung gemessen?
Auch gefragt: Schirmt Aluminiumschaum elektromagnetische Felder? · Nach welcher Norm wurde die Schirmung geprüft?
Ja. Die Schirmdämpfung des Aluminiumschaums von Havel metal foam wurde vom Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU nach EN 50147-1 an sechs benannten Proben gemessen. Die Messung liegt als Diagramm vor, die Werte je Probe sind daraus abzulesen. Ein Ergebnis ist auch ohne Einzelwerte belastbar: Die leichteste Probe, ein 30 mm starker Schaum ohne Gusshaut, also mit offenporiger Oberfläche, bei 1,0 kg, liegt im oberen Band der Kurvenschar. Schirmwirkung wird bei diesem Werkstoff also nicht einfach über Masse erkauft, was ihn von einer Blechlösung unterscheidet.
- Quellen
- Markeninhalte
Festigkeit und Toleranzen
Wie zugfest ist Aluminiumschaum?
Auch gefragt: Trägt der Schaum oder die Decklage die Zugkraft? · Welche Zugfestigkeit hat ein Sandwich?
Der reine Aluminiumschaum von Havel metal foam erreicht 4 bis 6,3 N/mm² Zugfestigkeit, und das ist die wichtigste Grenze des Werkstoffs: Er ist für Druck und für Energieabsorption gebaut, nicht für Zug. Im Sandwich übernimmt deshalb die Decklage die Zugkraft. Für AAS sind 120 bis 200 N/mm² angegeben; die Stahl-Decklage von SAS aus DC01 hat eine Zugfestigkeit von 270 bis 410 N/mm² und eine Streckgrenze von 140 bis 280 N/mm². Konstruktiv folgt daraus die Regel, dass eine zugbelastete Faser ins Blech gelegt wird und der Kern die Schubkraft überträgt. Die Schubfestigkeit des Kerns ist dafür mit 2,0 N/mm² über den ganzen Dichtebereich angegeben, die Poissonsche Zahl mit 0,31 bis 0,34.
- Quellen
- Markeninhalte
- Datenblatt
Nach welchen Normen gelten die Toleranzen?
Auch gefragt: Welche Toleranzklassen sind vereinbart? · Gibt es Angaben zur Formtoleranz?
Havel metal foam wendet für alle Merkmale ohne eigene Angabe die ISO 2768-1 für Längen-, Winkel- und Radienmaße und die ISO 2768-2 für Form- und Lagetoleranzen an. Die englischen Datenblätter schreiben die Klassen aus: f für fein, m für mittel, c für grob und v für sehr grob. Für eine Bestellung heißt das, dass eine engere Toleranz als die vereinbarte Klasse eigens auf der Zeichnung stehen muss. Bei einem geschäumten Bauteil ist das der Punkt, an dem sich Aufwand entscheidet, denn die Dickentoleranz beim Ausschäumen liegt bei plus minus 0,3 bis plus minus 0,8 mm.
- Quellen
- Markeninhalte
Bis zu welcher Temperatur sind die Kennwerte gültig?
Auch gefragt: In welchem Temperaturbereich gelten die Tabellenwerte? · Ab wann ändern sich die Eigenschaften?
Die Kennwerte von Havel metal foam gelten im Betriebstemperaturbereich, den die Produktdatenblätter mit −20 bis 200 °C ohne Beeinträchtigung der Eigenschaften angeben; als maximale Temperatur nennen sie 600 °C. Der Wärmeausdehnungskoeffizient ist ausdrücklich für 20 bis 100 °C ausgewiesen, gilt also nicht ungeprüft über den ganzen Bereich. Oberhalb von 200 °C sind die Tabellenwerte deshalb keine Grundlage mehr für eine Auslegung, und ein Bauteil für diesen Bereich wird gerechnet oder geprüft. Werte über 600 °C stehen in keinem Datenblatt.
- Quellen
- Markeninhalte
Belastbare Kennwerte für Ihren Fall
Sie recherchieren Kennwerte? Sagen Sie uns Ihren Fall – wir liefern die belastbaren Werte für Ihre Auslegung.
- Umgehende Antwort
- Belastbare Werte, keine Marketing-Zahlen
- Kein Konto nötig