Werkstoffverbund Hohe Oberflächengüte für Sandwichstrukturen mit Wabenkern

In einem gemeinsamen Projekt wollen die Firmen Elring Klinger, Daimler Truck, Therm Hex Waben, Edevis und das Fraunhofer IMWS Metall-Kunststoff-Hybrid-Sandwichmaterialien mit glatter, optisch ansprechender Oberfläche entwickeln.

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Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS

Die Sandwichbauweise, bei der ein leichter wabenförmiger Stützkern mit dünnen und sehr steifen Deckschichten kombiniert wird, bietet besonders leistungsfähige Leichtbaulösungen, da sich eine hohe Biegesteifigkeit bei gleichzeitig niedriger Dichte erreichen lässt. Gegenüber der monolithischen Bauweise können so Gewichtseinsparungen von bis zu 80 % realisiert werden. Für den Einsatz thermoplastischer faserverstärkter Kunststoffe in Sandwichverbunden existieren bereits großserientaugliche Produktionslösungen, die material- und kosteneffizient sind.

Ihr Nachteil: Sie haben keine perfekte Oberfläche, wie sie zum Beispiel in der Automobilindustrie gefordert ist. Ohne aufwändige Nacharbeiten sind an den Oberflächen stets die Verstärkungsfasern zu erkennen, zudem können dort, wo die Zwischenräume des Stützkerns sind, die Decklagen in die Wabenzellen einfallen.

Faserverstärkten Bauteile bekommen metallische Deckschicht

Die Projektpartner beabsichtigen nun das Problem zu lösen, indem sie Wabenkerne mit besonders kleinen Zellweiten verwenden und die faserverstärkten Bauteile mit einer metallischen Deckschicht versehen, die eine glatte und somit optimale Oberfläche bildet (Class A-Oberfläche). „Wir nutzen Organosandwich-Halbzeuge, also einen thermoplastischen Wabenkern mit verstärkten Decklagen aus Faserverbundkunststoff. Diese erhalten zusätzlich stoffschlüssig angebundene metallische Decklagen, etwa ein dünnes Metallblech oder eine Metallfolie“, sagt Matthias Biegerl, Koordinator des Verbundprojektes bei Elring Klinger. Mit diesem Metall-Kunststoff-Hybrid-Material wollen die Projektpartner das enorme Gewichts- und Kosteneinsparungspotenzial der Sandwichbauweise und -technologie für die großserientaugliche Herstellung von Leichtbaustrukturen mit kritischen Oberflächenanforderungen erschließen.

Zu den Zielen des Forschungsteams gehören:

• Geeignete Umformverfahren (u.a. 3D-geformte Oberflächen, Dickensprünge, Randabschluss) entwickeln

• die Funktionalisierung mittels Spritzguss (u.a. Lasteinleitungs- und Funktionselemente)

• Lösungen für eine zerstörungsfreie, inlinefähige Prüfmethode auf Basis von aktiver Thermographie erarbeiten

• Berechnungsmethoden für die Prozess- und Strukturauslegung sowie Designempfehlungen für die Funktionalisierung und Bauteilgestaltung entwickeln

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