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E-Modul

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Aus welchem Stahl sollte das Blech gefertigt sein? Welche Schrauben benötigt der Hersteller für eine dauerhafte Montage? Mit dem E-Modul (Elastizitätsmodul; auch Elastizitätskoeffizient, Dehnungsmodul oder Zugmodul genannt) lässt sich für jeden Einsatz in Bau- und Maschinentechnik der optimale Werkstoff je nach Beanspruchung im späteren Einsatz berechnen. Mit einem Diagramm für den E-Modul lässt sich ebenso die maximale Belastbarkeit ohne bleibende Schäden sowie den Zeitpunkt des Bruchs bestimmen.

Was sagt der E-Modul aus?

E-Modul - angegeben in kN/mm² - findet sich im Bereich der Werkstoffprüfung und beschreibt als Materialkonstante die Spannung und die daraus resultierenden Dehnung eines Materials während einer Krafteinwirkung und der Umgebungstemperatur von 20 °C.

Je höher der Wert, um so zäher das Material. Gängige Einheit in der Praxis ist aufgrund der hohen, meist sechsstelligen Werte die Einheit GPa (Giga Pascal). So ergibt sich beispielsweise ein E-Modul für Stahl von 200 GPa, für das elastischere Aluminium 70 GPa und Beton liegt zwischen 20 bis 40 GPa.

Bei Metallen steigt der E-Modul übrigens mit dem Schmelzpunkt.

Wie wird der E-Modul bestimmt?

Um den E-Modul zu berechnen, wird der Quotienten E aus Spannung und Dehnung mit Hilfe eines Spannungs-Dehnungs-Diagramms errechnet. Hierzu wird ein Zugversuch herangezogen. Dabei kommt ein Normstück des zu untersuchenden Materials zum Einsatz.

Insbesondere im Maschinenbau wird dieser Wert herangezogen für die Festigkeitsberechnung und Auswahl geeigneter Metalle und Kunststoffe.

Was wird beim Zugversuch ermittelt?

Hierbei wird das Spannungs-Dehnungs-Diagramm eines Materials ermittelt.

Dazu wird ein Stab mit bekannter Ruhelänge und Querschnitt kontinuierlich gedehnt. Dabei werden Kraftwert und Längenänderung erfasst. Die ermittelten Werte für Spannung und Dehnung werden in ein Diagramm übertragen. Der Beginn des Graphen stellt sich linear dar und wird als elastischer Bereich bezeichnet. Innerhalb dieses Bereichs kehrt der Körper in seine Ausgangsform zurück, sobald die Krafteinwirkung endet. Mittels diesem Abschnitt lässt sich der Elastizitätsmodul des Prüfkörpers errechnen.

Jenseits der Elastizitätsgrenze - plastischer Bereich genannt - bleiben Verformungen dagegen dauerhaft bestehen. Die Kurve endet mit dem Bruchpunkt.

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