Was bedeutet Dichte in der Werkstoffkunde?

In der Werkstoffkunde beschreibt die Dichte, wie schwer ein bestimmtes Material bezogen auf sein Volumen ist.
Einfacher gesagt: Wie viel wiegt ein Stück Material mit festgelegter Größe?

Wie wird die Dichte gemessen?

Stell dir einen Würfel vor, dessen Kanten jeweils genau 1 Zentimeter lang sind. Dieser hat ein Volumen von genau 1 Kubikzentimeter (cm³).

Die Dichte gibt nun an, wie viel dieser eine Würfel wiegt, und wird üblicherweise in Gramm pro Kubikzentimeter (g/cm³) angegeben.

Beispiel:

Aluminium hat eine Dichte von 2,7 g/cm³.

Leichtmetall oder Schwermetall?

Ob ein Werkstoff als Leicht- oder Schwermetall gilt, hängt von seiner Dichte ab:

Leichtmetalle: Dichte unter 5 g/cm³ (z. B. Aluminium)
Schwermetalle: Dichte über 5 g/cm³ (z. B. Stahl, ca. 7,85 g/cm³)

Warum ist die Dichte wichtig?

Die Dichte hilft dir, vorher das Gewicht eines Werkstücks zu berechnen, noch bevor es überhaupt gefertigt wurde. Du brauchst dafür nur:

Das Volumen deines Bauteils (in cm³)
Die Dichte des Materials (g/cm³)

Faustregel: Je höher die Dichte, desto schwerer wird dein Bauteil – bei gleichem Volumen.

Rechenbeispiel:
Volumen × Dichte = Gewicht

So weißt du schon vorab, wie schwer dein fertiges Bauteil sein wird.

Stahl in der Werkstoffkunde – Eigenschaften, Unterschiede und Mythen

Stahl war über Jahrzehnte der klassische Werkstoff im Fahrradbau – und ist es vielerorts immer noch. Doch was macht Stahl eigentlich so besonders?

Grundlegende Eigenschaften von Stahl:

Sehr gut umformbar: Stahl lässt sich in verschiedene Formen bringen, ohne schnell zu brechen.
Zäh: Er hält auch unter Umformung Belastungen stand, ohne direkt zu reißen.
Schweißbar: Einzelteile lassen sich durch Schweißen dauerhaft verbinden.
Gut zerspanbar: Drehen, Fräsen oder Bohren – alles kein Problem mit Stahl.
Gute Wärmeleitfähigkeit: Stahl leitet Wärme besser als viele andere Metalle.
Magnetisch: Die meisten Stahlsorten reagieren auf Magneten.
Härtbar: Durch Wärmebehandlung lässt sich die Oberflächenhärte erhöhen.

Stahl ist nicht gleich Eisen!

Ein häufiger Irrtum: Stahl = Eisen?
Stimmt nicht! Der entscheidende Unterschied liegt im Kohlenstoffgehalt:

Stahl: Kohlenstoffanteil bis maximal 2,06 %
Eisen (Gusseisen): Kohlenstoffanteil über 2,06 %

Während Stahl umformbar, schweißbar und gut bearbeitbar ist, lässt sich Eisen fast nur gießen.

Edelstahl vs. Niro / Nirosta – Was ist der Unterschied?

Auch hier gibt es häufig Missverständnisse:

Edelstahl: Bedeutet erstmal nur, dass der Stahl sehr rein ist, also wenig Begleitstoffe (Schwefel, Phosphor) enthält. Edelstahl kann aber trotzdem rosten!
Niro / Nirosta: Bezeichnet nicht rostenden Stahl. Niro/Nirosta ist eine Edelstahlsorte mit hohem Chromanteil.

Wichtig:
Ein Stahl darf sich „nicht rostend“ nennen, wenn er mindestens 10,5 % Chrom enthält.

Weitere wichtige Werte für Stahl:

Schmelzpunkt: ca. 1530 °C
Dichte: ca. 7,85 g/cm³
E-Modul: Zwischen 190 und 210 GPa (Gigapascal), je nach Stahlsorte.

Fazit:

Stahl ist ein unglaublich vielseitiger Werkstoff. Im Fahrradbau wird er vor allem geschätzt, weil er:

Belastbar und fehlertolerant ist
Leicht zu reparieren (z. B. Schweißen)
Auch bei Beschädigungen nicht direkt versagt

Das macht ihn zum idealen „Heavy-Duty-Werkstoff“ für langlebige und robuste Fahrräder.