• Malte

Belastungsprobe Roof-Rack Winkel aus Aluminium.

Eine Frage, die euch immer wieder brennend interessiert, ist, ob meine neuen Winkel aus Aluminium wirklich die gleiche Last aushalten wie die früheren Winkeln aus Stahl. Zurecht! Schließlich haben die Materialien unterschiedliche Streckgrenzen und Festigkeiten.


Faktencheck und Theorie Gedöns

Die Streckgrenzen im Vergleich:


Aluminium Almg3 – 130 N/mm²

Stahl S235 – 235 N/mm²


Der kleineste Querschnitt eines Winkels ist im Bereich der oberen Bohrung zu finden und beträgt 165 mm².


Mit dieser Fläche hält Aluminium 21.450 N oder 2.187 KG aus, bevor es sich zunächst plastisch verformt. Stahl hingegen hält 38.775 N oder 3.953 KG bei gleichem Querschnitt aus, bevor eine Verformung einsetzt.


Die Zugbelastung (das Auto am Roof-Rack aufhängen) stellt also in beiden Fällen kein Problem dar. Interessanter wird es erst, wenn man die Winkel auf Biegung belastet. Diese Belastung tritt in Kurvenfahrten und beim Bremsen auf.


Man kann selbstverständlich auf Nummer sichergehen und bei Stahl bleiben, allerdings ist Stahl schwer und rostet. Klar gibt es rostfreien Stahl, nur, der ist ebenfalls schwer und dazu noch teurer.


Wenn ich die Winkelgeometrie etwas überarbeite und die Materialstärke erhöhe, komme ich mit einem Aluminium Winkel auf die gleiche Leistung wie bei Stahl. Zunächst habe ich die Grundfläche auf 70mm vergrößert, oben bleibt sie bei 40mm Breite. So entsteht zwangsläufig eine Trapezform. Auch die Materialstärke habe ich von 4mm auf 5mm erhöht.


Trotz des neuen, größeren Designs, wiegt der Winkel nur 98 Gramm. Im Vergleich: Der kleinere Stahlwinkel wiegt 168 Gramm. Der Aluwinkel ist also 42% leichter und rostet nicht. Klingt super? Schauen wir uns an, wie es mit der Belastbarkeit bei Biegung aussieht.


Sicherlich gibt es kluge Köpfe, welche das in Nullkommanichts berechnen können. Mir war das zugegebenermaßen zu kompliziert und zu theoretisch. Ich baue mir lieber einen Prüfstand und biege an dem Winkel rum.



Aufbau Prüfstand

An einem Schweißertisch ist ein ein Meter langer Hebel montiert, mit dem ich theoretisch bis zu 900KG Kraft aufbringen könnte. An diesem Hebel schlage auf 100mm Höhe ein Seil an. Als nächstes reihe ich eine Zuwaage mit ein. Diese kann bis zu 100Kg genutzt werden. An das andere Ende der Zuwaage hänge ich meinen Winkel an. Den Winkel habe ich mit einer M6 Schraube im Schweißtisch verschraubt, wie es auch auf dem Dach des Autos der Fall ist. Um eine ähnliche Bedingung wie bei einem Roof- Rack zu schaffen, habe ich noch ein Aluprofil an dem Winkel montiert.




Showtime

Mit dem Experiment möchte ich das Gewicht herausfinden, ab dem der Winkel nicht mehr in seine Ursprungsform zurückgeht (>90°). Um das Prüfen zu können, habe ich ein Anschlagwinkel an den Aluminiumwinkel gestellt. In 10 KG Schritten habe ich den Winkel auf Biegung beansprucht. In nachfolgendem Video ist deutlich zu sehen, wie der Winkel nach jeder Beanspruchung wieder zu einem 90° Winkel zurückkehrt. Her muss den Anschlagwinkel berühren.




Ergebnis

Erst ab ca. 50Kg verformt sich der Winkel plastisch. Von 10 – 40 Kg bleibt der Aluwinkel elastisch und kehrt immer wieder zum 90° Winkel zurück.


Für mich ein sehr zufriedenstellendes Ergebnis.


Ausgehend von 40 Kg pro Winkel, habe ich bei einem VW Transporter KR mit 8 Fixpunkten, ganze 400 Kg, die das Roof-Rack in der Kurvenfahrt aufnimmt.


Wenn wir eh schon dabei sind….

…habe ich spaßeshalber an diesem Aluwinkel auch mal in Fahrtrichtung gezogen. Hier ist auf Grund der Geometrie eh schon mehr zu erwarten. In Fahrtrichtung hält ein Aluwinkel stolze 80 KG, bevor er in die plastische Verformung geht. Sind also bei einem ganzen Roof-Rack mit acht Winkeln, stolze 640Kg!!!



Die Lastrichtungen im Überblick


Bei 8 Winkeln auf eine VW Transporter kann man...

- auf Zug 17496 Kg an die 8 Winkel hängen.

- seitlich auf die 8 Winkel mit 400 Kg einwirken.

- in Beschleunigungs- und Bremsrichtung 640 Kg aufnehmen.


Im Vergleich ist die angegebene maximale Dachlast von 150KG schon ein echter Witz.

Selbst mit doppelter Beladung bzw. Sicherheit der Dachlast, liegt man mit 300 Kg noch unter der seitlichen Einwirkkraft.


Aluminium mag nun der weichere Werkstoff sein, jedoch für den Anwendungszeck vollkommen ausreichend. Da nehme ich also auch die 42% Gewichtsersparnis und die Korrosionsbeständigkeit gerne mit.


Solltet Ihr eine ergänzende Idee oder Anmerkung haben, dann lasst gerne ein Kommentar dar. Dieser Beitrag stellt meine Versuchserkenntnis dar und ersetzt natürlich keine Berechnung eines Statikers.






Viele Grüße

2,426 Ansichten3 Kommentare

Aktuelle Beiträge

Alle ansehen