Ausdehnungskoeffizient

Definition

Der Ausdehnungskoeffizient (genauer: der lineare Wärmeausdehnungskoeffizient α) beschreibt, wie stark sich ein Material bei Temperaturveränderungen ausdehnt oder zusammenzieht.

Acrylglas (PMMA) besitzt im Vergleich zu anderen Baustoffen einen relativ hohen Ausdehnungskoeffizienten. Das bedeutet, dass sich eine Platte bei Erwärmung deutlich stärker ausdehnt als beispielsweise Metall oder Glas. Wird dieser physikalische Effekt bei der Planung und Montage nicht fachgerecht berücksichtigt, kann es zu Verbiegungen, Spannungsrissen oder im Extremfall zum Bruch des Materials kommen.

Eigenschaften

Der Koeffizient ist eine feste Materialkonstante, die für die statische Planung von Konstruktionen unerlässlich ist. Da Kunststoffe sensibler auf thermische Einflüsse reagieren als mineralische Stoffe, müssen Planer die folgenden Kennwerte und Effekte stets im Blick behalten:

• Kennzahl: Für PMMA liegt der Wert bei ca. 0,07 mm/(m·K).
• Faustformel: Als praxisnaher Richtwert gilt: Acrylglas dehnt sich bei einer Temperaturdifferenz von 50°C um etwa 3,5 bis 5 mm pro Meter aus.
• Feuchtigkeitsdehnung: Neben der Wärme nimmt PMMA auch geringe Mengen Feuchtigkeit auf, was ebenfalls zu einer geringfügigen Dimensionsänderung führt (Sättigungsdehnung ca. 1 bis 2 mm/m).
• Reversibilität: Die thermische Ausdehnung ist vollkommen reversibel – bei Abkühlung zieht sich das Material wieder auf seine ursprünglichen Maße zusammen.

Anwendung

In der Praxis ist die Berücksichtigung des Ausdehnungskoeffizienten bei fast allen Montagearten der entscheidende Faktor für die Langlebigkeit der Konstruktion. Besonders bei großflächigen Anwendungen im Außenbereich müssen ausreichend Spielräume eingeplant werden, um Materialspannungen zu vermeiden:

• Lichtkuppeln & Terrassendächer: Hier müssen die Befestigungslöcher deutlich größer gebohrt werden als der Schraubenschaft („Schwimmende Verlegung“), damit die Platte unter den Befestigungspunkten gleiten kann.
• Fassadenbau: Dehnungsfugen zwischen den einzelnen Elementen müssen so groß dimensioniert sein, dass die Platten auch im Hochsommer bei direkter Sonneneinstrahlung nicht aneinanderstoßen.
• Rahmensysteme: In Profilen (z. B. Aluminium-U-Profilen) muss ausreichend „Glaseinstand“ vorhanden sein, damit die Platte bei extremer Kälte nicht aus dem Rahmen rutscht und bei Hitze nicht gegen den Profilgrund drückt.
• Kleben von Materialmixen: Wenn Acrylglas starr mit Metall verklebt wird, können die unterschiedlichen Ausdehnungen die Klebeverbindung zerstören. Hier sind dauerelastische Klebstoffe zwingend erforderlich.