Überall auf Baustellen finden sich kleine Hilfsmittel, die es überhaupt erst möglich machen, dass manche Konstruktionen ausreichend Stabilität erhalten. Eines dieser nützlichen Werkzeuge sind T-Profile. Sie finden sich im Stahlbau, in der Gebäudekonstruktion, aber auch in Alltag, zum Beispiel wenn man einen Schrank befestigen möchte usw.
Kennzeichnend für solche T-Profile ist ihre Form. Daher auch der Name. Das Profil erinnert an den Buchstaben „T“. Häufig werden sie auch T-Eisen genannt, obwohl sie heute aus Stahl oder Aluminium erzeugt werden, weil diese Metalle deutlich besser gegen die Einwirkungen der Umwelt bestehen.
Wir zeigen auf, welche vielseitigen Anwendungsgebiete es für T-Profile gibt und wie man sie in der Technik einsetzt.
Wieso funktioniert ein T-Profil so gut?
Ein solcher Träger wird T-Eisen genannt, weil sein Profil im Querschnitt dem des Buchstaben T ähnlich sieht. Ein Trägerteil mit diesem Profil gilt außerordentlich fest und garantiert hohe Stabilität.
Das besondere Profil kommt dadurch zustande, dass man einen flachen Metallstreifen mit einem anderen Streifen verbindet. Allerdings so, dass der Streifen im 90°-Winkel auf die Oberfläche des anderen geschweißt wird. Man erhält damit einen langen Balken, der an der einen Seite eine flache Fläche aufweist, während er auf der anderen Seite verstärkt ist. Genau dieses besondere Profil sorgt dafür, dass mit relativ geringem Einsatz ein sehr starker Träger geschaffen wird. Wieso?
Nehmen wir an, Sie halten ein Müsli Riegel an dessen zwei Enden zwischen ihrem Daumen und den Zeigefinger. Dann drücken Sie mit dem Finger der anderen Hand in die Mitte des Riegels. Er wird sofort durchbrechen. Daraufhin halten Sie zwei Müsli Riegel, die sie flach aufeinander stapeln. Sie drücken wieder in der Mitte. Es geht schwerer, aber wieder brechen die Müsli Riegel durch. Nun nehme man wieder zwei in die Hand. Aber sie werden nun so aufeinander gelegt, dass der Querschnitt ein T-Profil aufweist. Beim Drücken werden Sie feststellen, dass es schwieriger ist als vorher.
Genau das ist der große Vorteil dieses speziellen Querschnitts. Der Druck auf die flache Oberfläche des Trägers wird durch dessen Bauform anders verteilt. Dadurch biegt er sich nicht so einfach durch. Unterm Strich steht eine erhöhte Stabilität, bei gleichem Einsatz von Material. Nun sind Müsli Riegel nicht gerade teuer. Aber im Bereich des Stahlbau, wo jede Tonne Einsparung immense Bedeutung hat, spielt das eine gigantische Rolle. Mit Hilfe einer kleinen Abänderung beim Querschnitt kann zum Beispiel ein Wolkenkratzer viel günstiger gebaut werden.
T-Profile – eine kurze Geschichte
Zunächst möchten wir etwas Allgemeines dazu berichten, wie solche Profile sich im Bereich der technischen Welt verbreitet haben. Denn die Geschichte von T-Trägern geht über lange Zeit zurück. Man kannte ihre Vorzüge bereits in der Antike.
Größere Konstruktionen von Gebäuden gab es schon zu Zeiten der Ägypter, im alten China oder bei den Römern. Dort kannte man bereits zahlreiche Besonderheiten von bestimmten Formen der Konstruktion. Zum Beispiel beim Aquädukt. Mit Hilfe der vielen Rundbögen konnte man eine ähnlich hohe Stabilität erreichen als hätte man die Mauern komplett mit Steinen ausgefüllt. Sie verteilen den Druck so günstig, dass man mit wenig Baumaterial große Werke errichten konnte.
Vieles wussten die Ingenieure und Baumeister aus ihrer langjährigen Arbeit in dem Bereich. Es handelte sich jedoch mehr um Erfahrungswerte und Versuch-und-Irrtum Erkenntnisse. Exakte Berechnungen für einen Stabilitätsnachweis waren noch nicht machbar.
Erst in späteren Jahrhunderten änderte sich das, mit dem Aufkommen von Ingenieurswissenschaften und deren Lehre an Hochschulen. Dort fand ein allgemeines Untersuchen von allen möglichen Trägern statt. Man entwickelte Berechnungsmethoden und Normen für alle Arten von Konstrukten: T-Profil, I-Profil, L-Profil usw. Sie wurden erforderlich, weil im 19. Jahrhundert der Stahlbau einen besonderen Boom erlebte, insbesondere durch die Industrialisierung. Und Anfang des 20. Jahrhundert vor allem dadurch, dass man im Amerika damit begann riesige Wolkenkratzer zu bauen.
Nachdem zu diesen Zeiten noch keine Computer verfügbar waren, fertigte man riesige Tabellenverzeichnisse an. Dort wurden Messwerte eingetragen für nahezu jede Art von metallischem Werkstück. So konnte der Ingenieur jedes Profi checken und ablesen welche Tragkraft es mit sich bringt. In diesen Tabellen wurden folgende Faktoren berücksichtigt:
- Art des Materials
- Länge das Trägers
- Breite des Bauteils
- Profil des Trägers
- usw.
Wer also im Stahlbau tätig war und wissen wollte, wie viel Newton ein bestimmter I-Träger, ein U-Profil oder ein T-Eisen Hering von 20 cm Länge aus Aluminium, Zink oder Kupfer aushalten wird, der blätterte in einem riesigen Buch so lange herum, bis die Konstellation mit den entsprechenden Werten an der Reihe war.
Stabilitätsverhalten von T-Eisen – worauf achten?
Heute funktioniert das zum Glück leichter. Jeder erdenkliche Querschnitt lässt sich mit Hilfe von Computerprogrammen ermitteln. Möglich wurde das dadurch, dass man die Messwerte für alle Varianten verzeichnet hatte. Aus diesen Zahlen wurden hoch komplexe Integralrechnungen abgleitet, die eine allgemeingültige Berechnungsformel ergaben. Mit ihrer Hilfe können Ingenieure sämtliche Varianten schon vor Gebrauch austüfteln. Doch was beeinflusst die Stabilität von solchen T-Eisen?
Material
Bauteile mit dem Profil eines „T“ gelten als äußerst stabil. Vor allem dann, wenn sie aus Metall sind. Weit verbreitet ist natürlich Stahl als Werkstoff, denn es ist relativ gut beständig gegen die Witterung. Doch je nach Einsatzzweck greift man auch auf andere Materialien zurück. Ein solches Kriterium für die Auswahl ist der Preis. Manche Metalle sind billiger als eine Stahl-Legierung. Werden sie in Innenräumen verbaut, dann erfordern sie keinen so hohen Oxidationsschutz. Für kleinere Lasten, in Schränken zum Beispiel, reichen sogar Kunststoffe aus.
Des Weiteren spielt die Schmelztemperatur eine Rolle. Bei einem Hausbrand können durchaus 1.100°C auftreten. In dem Fall würde sich Aluminium schon auflösen. Stahl dagegen schmilzt erst bei über 1.500°C. Andere Stoffe früher, andere noch später. Je nach Bedeutung des Bauteils für die Statik einer Konstruktion ist es wichtig Preis und Bedeutung abzuwägen.
Größe des Bauteils und Druckpunkt
Eine allgemeine Angabe zur Stabilität von Trägerteilen mit T-Form kann man nicht machen, weil ihre Größe die Festigkeit maßgeblich beeinflusst. Wie erwähnt, bestehen sie aus 2 flachen Elementen, die man im 90° Winkel miteinander verschweißt hat. Je nach deren Breite und deren Dicke verändert sich natürlich die Festigkeit. Damit man als Techniker weiß, wie hoch diese ist, hat man es häufig mit genormten Teilen zu tun. So muss der Anwender nicht jedes mal aufs Neue eine Ermittlung der Tragfähigkeit durchführen. Das vereinfacht natürlich die Arbeit.
Hinzu kommt dann noch die Frage, wie lang es ist und wo genau die Belastung stattfindet. Sie kennen das sicher aus dem Alltag. Ein kleines Stück von einem dünnen Metallstab lässt sich mit bloßen Händen nur schwer in der Mitte durchbiegen. Handelt es sich jedoch um einen langen Stab, dann kann man es mit Leichtigkeit am Mittelpunkt verformen, während man am Rand mehr kraft braucht. Mit zunehmender Länge weist ein T-Teil zur Mitte hin eine geringere Tragkraft auf. Vor allem deshalb, weil es dort bereits durch das Eigengewicht belastet wird.
Fazit
Teile mit T-Format sind im Bereich Stahlbau besonders beliebt. Sie ermöglichen feste Konstruktionen mit einem relativ geringem Materialbedarf. Das macht sie in der Anwendung relativ günstig. Bei größeren Bauwerken lässt sich mit ihnen viel Geld sparen.