Aluminiumschaum vs. Aluminium vs. Stahl
Der Kernunterschied in einer Zahl: Eine Platte von 1.000 × 1.000 × 10 mm³ wiegt in Stahl (S235JR) 78,5 kg, in Aluminium (EN-AW 5754) 27 kg und in Aluminiumschaum 5–8 kg. Stahl bleibt der steifste Werkstoff (E-Modul 210 GPa); Aluminiumschaum ist dafür nicht brennbar, absorbiert Energie, dämpft Schall und ist zu 100 % recycelbar. Im Sandwich mit Stahl-Decklagen, als SAS 10-1-1 (1 mm Stahl-Decklagen, Schaumkern 0,7 g/cm³), übernimmt der Schaum den Kern, die Steifigkeit kommt aus den Stahl-Decklagen (E-Modul 210 GPa), und die Platte wiegt 21,3 kg statt 78,5 kg.
Stand:
Wie unterscheiden sich Aluminiumschaum, Aluminium und Stahl in den Kennwerten?
Die Tabelle stellt Stahl S235JR, weiches Aluminium EN-AW 5754 (AlMg3) und Aluminiumschaum (AlSi10) direkt gegenüber – ergänzt um die beiden Sandwich-Bauweisen AAS (Aluminium-Decklagen) und SAS (Stahl-Decklagen) im Aufbau 1/8/1. 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 Schaum 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.
Welcher Werkstoff ist der leichteste?
Aluminiumschaum, mit deutlichem Abstand. Seine Dichte liegt bei 0,5–0,8 g/cm³ gegenüber 2,7 g/cm³ bei Aluminium und 7,85 g/cm³ bei Stahl; mit Dichten ab 0,5 g/cm³ ist er sogar leichter als Wasser und schwimmt. An der Referenzplatte von 1.000 × 1.000 × 10 mm³ heißt das: 5–8 kg als Aluminiumschaum, 27 kg als Aluminium, 78,5 kg als Stahl. Wer Decklagen für höhere Festigkeit braucht, liegt mit dem AAS 10-1-1 (1 mm Aluminium-Decklagen, Schaumkern 0,7 g/cm³) bei ca. 11 kg, mit dem SAS 10-1-1 (1 mm Stahl-Decklagen, Schaumkern 0,7 g/cm³) bei 21,3 kg.
Wie steif ist Aluminiumschaum im Vergleich zu Stahl und Aluminium?
Als massiver Werkstoff ist Aluminiumschaum deutlich weniger steif als Blech: Der E-Modul des Schaumkerns liegt nach den Produktdatenblättern dichteabhängig bei 330 bis 760 N/mm², gegenüber 70 GPa bei Aluminium und 210 GPa bei Stahl. Die Antwort darauf ist die Sandwich-Bauweise: Der Schaum übernimmt den Kern, die Steifigkeit kommt aus den Decklagen. Mit Stahl-Decklagen, als SAS 10-1-1 (1 mm Stahl-Decklagen, Schaumkern 0,7 g/cm³), wiegt die Platte 21,3 kg statt 78,5 kg für massiven Stahl, mit Aluminium-Decklagen im selben Aufbau (AAS 10-1-1) ca. 11 kg.
E-Modul des Schaumkerns nach den Produktdatenblättern AAS, SAS und Havel Lite®, dichteaufgelöst; die Vergleichswerte für Blech sind analytisch ermittelte Richtwerte nach Tabellenbuch Metall (43. Auflage 2005) und Fraunhofer IWU. Die Biegesteifigkeit ist stark geometrieabhängig.
Welcher Werkstoff punktet beim Brandschutz?
Aluminiumschaum ist nicht brennbar: Die Struktur ist rein metallisch, ohne Kleb- oder Kunststoffe. Das Produktdatenblatt nennt −20 bis 200 °C ohne Beeinträchtigung der Eigenschaften und 600 °C als maximale Temperatur. Da keine Adhäsive verwendet werden, tragen Konstruktionen aus Aluminiumschaum auch nicht zur Brandlast bei. Für die Sandwiches mit Stahl- oder Aluminium-Decklagen gilt: Die Materialprüfung von AAS und SAS nach DIN EN 45545-2 ergab eine Eingruppierung in HL3, ein Zertifikat wurde dazu nicht beantragt. Das ist überall dort relevant, wo Brandschutznormen die Werkstoffwahl bestimmen.
Recycling und Beständigkeit im Werkstoffvergleich
Aluminiumschaum ist zu 100 % recycelbar: Es werden keine Adhäsive verwendet, der Werkstoff bleibt Metall. Das unterscheidet ihn von den meisten anderen Leichtbauwerkstoffen, die geringes Gewicht mit Stabilität verbinden – Kunststoffe, kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff (CFK) und glasfaserverstärkter Kunststoff (GFK) sind kaum recycelbar. Durch die natürliche Oxidschicht ist das Metall zudem beständig.
Was kann Aluminiumschaum, was Stahl- oder Aluminiumblech nicht bietet?
Aluminiumschaum bringt funktionale Eigenschaften mit, die über das reine Tragverhalten hinausgehen: Er absorbiert Druck- und Schlageinwirkungen und verhindert Materialzerstörungen wie Risse und Brüche – das erhöht Sicherheit und Reparaturfähigkeit. Schallwellen werden bei der Durchdringung effektiv gedämpft, wobei Dichte und Dicke das Ergebnis bestimmen. Und er gehört zu den besten metallischen Wärmeleitern (12–36 W/mK), einsetzbar in Kühl- wie Heizsystemen. Sein volles Potenzial schöpft der Werkstoff aus, wenn mehrere dieser Eigenschaften in einer Anwendung zusammenkommen.
Abgrenzung zu Honeycomb, Polymerschaum und massivem Aluminium
Aluminiumschaum ist keine Bienenwabenstruktur (Honeycomb): Sein zellularer Aufbau ist geschlossenporig und besteht aus stochastisch – also unregelmäßig – verteilten Hohlräumen, nach dem Vorbild von Korallen und Knochen, nicht aus regelmäßigen Waben. Er ist auch kein Polymerschaum: Die Struktur ist rein metallisch, ohne Kleb- oder Kunststoffe. Und er ist kein massives Aluminium: Durch Gaseinschlüsse wird aus dem ohnehin leichten Metall ein noch leichterer Werkstoff, ab 0,5 g/cm³ statt 2,7 g/cm³.
Gewicht und Dichte
Welcher der drei Werkstoffe ist der leichteste?
Auch gefragt: Wie viel wiegt Aluminiumschaum gegenüber Stahl? · Wie groß ist der Gewichtsunterschied zwischen Schaum, Aluminium und Stahl?
Aluminiumschaum, und mit deutlichem Abstand. Havel metal foam rechnet den Vergleich an einer Platte von 1.000 × 1.000 × 10 mm³: in Stahl (S235JR) wiegt sie 78,5 kg, in Aluminium (EN-AW 5754) 27 kg, als Aluminiumschaum 5 bis 8 kg. Die beiden Sandwich-Bauweisen liegen dazwischen, weil sie Decklagen tragen: ca. 11 kg als AAS 10-1-1 (1 mm Aluminium-Decklagen, Schaumkern 0,7 g/cm³), 21,3 kg als SAS 10-1-1 (1 mm Stahl-Decklagen, Schaumkern 0,7 g/cm³). Ein AAS-Paneel wiegt damit etwa ein Siebtel der gleich dicken Stahlplatte. Der Grund steckt in der Dichte: Der Schaumkern liegt bei 0,5 bis 0,8 g/cm³ gegenüber 2,7 bei Aluminium und 7,85 bei Stahl. Alle Werte sind analytisch ermittelte Richtwerte und hängen stark von der gewählten Dichte ab; für eine konkrete Anwendung werden sie eigens ermittelt.
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Ist Aluminiumschaum leichter als Wasser?
Auch gefragt: Schwimmt Aluminiumschaum? · Welche Dichte hat Aluminiumschaum?
Ja. Aluminiumschaum von Havel metal foam liegt im regulär gefertigten Dichtebereich bei 0,5 bis 0,8 g/cm³ und ist damit über diesen ganzen Bereich leichter als Wasser, während massives Aluminium 2,7 g/cm³ und Stahl 7,85 g/cm³ hat. Möglich macht das die Zellstruktur: Der Schaum ist geschlossenporig, die Gaseinschlüsse sind stochastisch verteilt, und aus dem ohnehin leichten Metall wird dadurch ein deutlich leichterer Werkstoff. Für die Konstruktion ist die Dichte kein Nebenwert, sondern die Auslegungsgröße. Von ihr hängen E-Modul, Druckfestigkeit und Wärmeleitfähigkeit ab, weshalb sie am Anfang einer Auslegung steht und nicht am Ende: geringere Dichte für Gewicht, höhere für Festigkeit. Bei Havel metal foam gilt: 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.
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Steifigkeit und Substitution
Ersetzt Aluminiumschaum Stahl eins zu eins?
Auch gefragt: Kann man eine Stahlplatte einfach durch Aluminiumschaum ersetzen? · Ist Aluminiumschaum so steif wie Stahl?
Nein. Massiver Aluminiumschaum ist deutlich weniger steif als Blech: Die Produktdatenblätter von Havel metal foam geben für den Schaumkern einen E-Modul von 330 bis 760 N/mm² je Dichtestufe, gegenüber 70 GPa bei Aluminium und 210 GPa bei Stahl. Wer eine Stahlplatte durch massiven Schaum ersetzt, verliert Steifigkeit. Zum Stahlersatz wird der Werkstoff erst als Sandwich, und der Grund ist die Bauweise: Der Schaum übernimmt den Kern und hält die Decklagen auf Abstand, die Biegelast tragen die Decklagen. Deshalb kommt ein SAS 10-1-1 (1 mm Stahl-Decklagen, Schaumkern 0,7 g/cm³) auf 21,3 kg statt der 78,5 kg einer gleich dicken Stahlplatte. Substitution heißt hier also nicht, ein Blech gegen einen Schaum zu tauschen, sondern eine Platte gegen einen Aufbau.
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Wie viel Gewicht spart ein Sandwich bei gleicher Biegesteifigkeit?
Auch gefragt: Wie viel leichter ist ein Aluminiumschaum-Sandwich als Stahlblech? · Was bringt der Werkstoff bei gleicher Steifigkeit?
Aluminiumschaum-Sandwiches sparen bei gleicher Biegesteifigkeit rund 65 % Gewicht gegenüber Stahlblech. Der Vergleich, den Havel metal foam dazu rechnet, nennt beide Aufbauten: 14 mm Aluminiumschaum mit 1 mm Stahl-Decklagen, also ein 16 mm SAS, gegen eine 10 mm Stahlplatte. Entscheidend ist die Bedingung, dass beide Aufbauten dieselbe Biegesteifigkeit haben; ohne sie ist eine Gewichtsangabe zwischen zwei Werkstoffen nicht vergleichbar. Der Preis dafür ist Bauhöhe: 16 mm statt 10 mm. Genau das ist auch die Einschränkung, die zum Vergleich gehört, denn die Steifigkeit eines Sandwichs kommt aus seiner Tiefe, und ein Sandwich braucht dafür Platz. Wo die Bauhöhe frei ist, ist der Tausch attraktiv; wo sie festliegt, ist er zuerst eine Geometriefrage.
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Was leistet Aluminiumschaum, was Stahl- oder Aluminiumblech nicht leistet?
Auch gefragt: Welche Funktionen bringt Aluminiumschaum zusätzlich mit? · Warum Aluminiumschaum statt Blech?
Aluminiumschaum bringt Funktionen mit, die ein Blech nicht hat, und Havel metal foam nutzt dafür die Zellstruktur. Der Werkstoff nimmt Druck- und Schlageinwirkungen auf und verhindert dabei Risse und Brüche, was Sicherheit und Reparaturfähigkeit erhöht. Schallwellen werden beim Durchdringen gedämpft, wobei Dichte und Dicke das Ergebnis bestimmen. Wärme leitet der Schaum gut, mit 12 bis 36 W/mK, und ist damit in Kühl- wie Heizsystemen einsetzbar. Zwei Beispiele aus dem Vergleich mit massivem Material: Bei gleicher Crash-Funktion liegt der Schaum bei 1,3 kg/m gegenüber 1,75 kg/m für ein Aluminiumprofil, und als Kühlkörper anstelle eines gerippten Druckgussteils sind es in einem Entwurfsvorschlag ca. 30 g gegenüber ca. 60 g. Sein Potenzial schöpft der Werkstoff aus, wenn mehrere dieser Eigenschaften in einer Anwendung zusammenkommen.
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Brandverhalten und Recycling
Welcher der Werkstoffe ist beim Brandverhalten im Vorteil?
Auch gefragt: Ist Aluminiumschaum brennbar? · Wie verhält sich Aluminiumschaum im Brandfall gegenüber Kunststoff?
Aluminiumschaum ist nicht brennbar, und der Grund ist sein Aufbau: Havel metal foam bindet den Schaum rein metallisch, ohne Kleb- oder Kunststoffe, weshalb eine Konstruktion daraus nicht zur Brandlast beiträgt. Gegenüber den Leichtbauwerkstoffen, mit denen der Werkstoff sonst konkurriert, ist das der deutlichste Unterschied: Kunststoffe, kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff (CFK) und glasfaserverstärkter Kunststoff (GFK) bringen eigene Brandlast mit. Gegenüber Stahl und Aluminium liegt der Unterschied nicht in der Brennbarkeit, sondern in der Temperaturgrenze: Die Produktdatenblätter geben −20 bis 200 °C ohne Beeinträchtigung der Eigenschaften und 600 °C als maximale Temperatur an. Für die Sandwiches gilt zusätzlich: Die Materialprüfung von AAS und SAS nach DIN EN 45545-2 ergab eine Eingruppierung in HL3, ein Zertifikat wurde dazu nicht beantragt.
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Wie schneidet Aluminiumschaum beim Recycling ab?
Auch gefragt: Ist Aluminiumschaum recycelbar? · Wie nachhaltig ist Aluminiumschaum im Vergleich zu Faserverbundwerkstoffen?
Aluminiumschaum ist zu 100 % recycelbar. Havel metal foam verwendet keine Adhäsive, der Werkstoff bleibt durchgehend Metall und lässt sich sortenrein zurückführen. Im Vergleich mit den anderen Werkstoffen, die geringes Gewicht mit Stabilität verbinden, ist der Abstand hier am größten: Kunststoffe, CFK und GFK sind kaum recycelbar. Stahl und Aluminium sind es ebenfalls, weshalb der Unterschied gegenüber diesen beiden nicht in der Recyclingfähigkeit selbst liegt, sondern darin, dass der Leichtbau sie nicht kostet. Durch die natürliche Oxidschicht ist das Metall zudem beständig. Ein Korrosionsschutz bleibt trotzdem nötig, so wie bei Stahl.
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Abgrenzung und Grenzen
Ist Aluminiumschaum dasselbe wie Honeycomb?
Auch gefragt: Ist Aluminiumschaum eine Bienenwabenstruktur? · Was ist Aluminiumschaum nicht?
Nein. Der Aluminiumschaum von Havel metal foam ist geschlossenporig und stochastisch aufgebaut, seine Hohlräume sind also unregelmäßig verteilt, nach dem Vorbild von Korallen und Knochen. Eine Bienenwabenstruktur ist dagegen regelmäßig. Der Unterschied ist nicht kosmetisch: Geschlossene Zellen sind der Grund, dass der Werkstoff nicht brennbar, metallisch bindbar und wasserunempfindlich ist. Zwei weitere Abgrenzungen gehören dazu. Aluminiumschaum ist kein Polymerschaum, denn die Struktur ist rein metallisch, ohne Kleb- oder Kunststoffe. Und er ist kein massives Aluminium: Durch die Gaseinschlüsse entsteht aus dem ohnehin leichten Metall ein Werkstoff ab 0,5 g/cm³ statt 2,7 g/cm³. Eine Ausnahme im Portfolio ist Havellux®, denn dieses Produkt ist offenporig und für Design und Architektur gedacht.
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Worin unterscheidet sich der Werkstoff von anderen Metallschäumen?
Auch gefragt: Was ist der Unterschied zwischen geschlossenporigem und offenporigem Metallschaum? · Wie unterscheiden sich die Herstellverfahren für Metallschaum?
Aluminiumschaum von Havel metal foam entsteht pulvermetallurgisch und ist geschlossenporig; die Schäume der Schmelzroute sind offenporig. Aus diesem Verfahrensunterschied folgen die Kennwerte. Die Produktdatenblätter geben für den Kern eine Druckfestigkeit von 2,5 bis 10 N/mm² je Dichtestufe, die offenporigen Vergleichsprodukte liegen bei 1,0 bis 1,8 MPa; bei der Zugfestigkeit stehen 4 bis 6,3 MPa gegen 0,5 bis 1,2 MPa. Auch die Legierungen unterscheiden sich, AlSi10 auf der einen und AA.1070 auf der anderen Seite. Was über die Kennwerte hinausgeht, hängt ebenfalls am Verfahren: Havel metal foam fertigt Sandwiches ohne Klebung, 3D-Formteile, ausgeschäumte Rohre und Profile, 3D-Sandwiches mit integrierten Kühl- und Heizrohren sowie Zinkschaum, und der Werkstoff ist schweißbar.
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Welche Grenzen hat der Werkstoff im Vergleich?
Auch gefragt: Was spricht gegen Aluminiumschaum? · Welche Nachteile hat ein Aluminiumschaum-Sandwich?
Aluminiumschaum hat drei Grenzen, die zu einem tragfähigen Vergleich gehören. Erstens braucht er Korrosionsschutz, genauso wie Stahl; die natürliche Oxidschicht macht das Metall beständig, ersetzt den Schutz aber nicht. Zweitens braucht ein Sandwich Platz: Seine Steifigkeit kommt aus der Bauhöhe, und wo diese festliegt, ist der Tausch gegen ein Blech zuerst eine Geometriefrage. Drittens kostet Schaum im Befestigungsbereich in der Fertigung zusätzliche Vorbereitungszeit. Dazu kommt eine Grenze der Datenlage: Ein Kostenvergleich gegen Stahl und Aluminium liegt nicht vor, und eine Substitutionsentscheidung ist am Ende auch eine kaufmännische. Die Angaben hier sind deshalb technische Vergleiche und keine Wirtschaftlichkeitsrechnung. Havel metal foam ordnet einen konkreten Fall auf Anfrage ein.
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