Verbundwerkstoffe

Neue Sandwichs machen Leichtbau-Experten Appetit

| Redakteur: Dorothee Quitter

Waben aus thermoplastischen Werkstoffen herzustellen und direkt in automatisierte Produktionslinien für neuartige Organosandwich-Halbzeuge zu integrieren, lässt das Design völlig neuer Bauteilstrukturen zu. Dabei kann der Wabenkern in komplex geformten Bereichen teilweise oder komplett verschmolzen werden.
Waben aus thermoplastischen Werkstoffen herzustellen und direkt in automatisierte Produktionslinien für neuartige Organosandwich-Halbzeuge zu integrieren, lässt das Design völlig neuer Bauteilstrukturen zu. Dabei kann der Wabenkern in komplex geformten Bereichen teilweise oder komplett verschmolzen werden. (Bild: ThermHex Waben GmbH)

Firmen zum Thema

Die Technologie der thermoplastischen Composites wird zunehmend in automatisierter Inline-Produktion angestrebt. So auch bei der Herstellung von Bauteilen mit neuartigen Wabenkernen. Da sowohl die Waben als auch die Decklagen aus Organoblechen mit thermoplastischer Matrix bestehen, eröffnen sich spannende Möglichkeiten zur Integration von zusätzlichen Funktionalitäten in spritzgegossenen Leichtbaustrukturen. Die neusten Entwicklungen sind am 11. und 12. Oktober auf der ITHEC in der Messe Bremen zu sehen.

Bei der Suche nach endlosfaserverstärkten Kunststoffen für serienmäßige Leichtbauanwendungen werden Faserverbundstrukturen mit thermoplastischer Matrix immer interessanter. Sie bieten im Vergleich zu Duroplasten mehr Gestaltungsfreiheit, eine sehr gute Reproduzierbarkeit und Funktionsintegration sowie eine kosten- und ressourcenschonende Herstellung. Die Entwicklung von neuen Halbzeugsystemen erschließt das Potenzial, kostengünstige und prozessoptimierte Fertigungsverfahren wie Thermoformen oder den Hybridspritzguss für die Großserienfertigung von endlosfaserverstärkten Kunststoffverbunden fit zu machen für die Serienproduktion.

Organosandwich als innovatives Halbzeug für knick- und beulgefährdete Bereiche

Neben den Organoblechen, Halbzeugen aus belastungsgerecht aufgebauten Laminaten mit Gewebe- oder unidirektionalen Einzellagen, stellt das Organosandwich eine innovative Entwicklung dar. Als Tochter des belgischen Unternehmens EconCore kombiniert die ThermHex Waben GmbH hierfür die kontinuierliche Fertigung eines thermoplastischen Wabenkerns in einem interessanten Produktionsprozess mit thermoplastischen Deckschichten aus Organoblechen oder imprägnierten Geweben. Dabei entsteht der Wabenkern in einem einzigen Arbeitsschritt durch Extrusion einer Folienbahn mit anschließender Vakuum-Rotations-Thermoformung und Auffaltung. Die folgende Inline-Laminierung, bei der die Deckschichten auf den Wabenkern aufgebracht werden, ermöglicht eine einfache und kostengünstige Halbzeugherstellung.

Die so entstehende Sandwichbauweise sorgt für eine deutliche Erhöhung der gewichtsspezifischen Biegesteifigkeit und -festigkeit. Mit der damit einhergehenden höheren Beulsteifigkeit eignet sich das Organosandwich vor allem für flächige oder schlanke Bauteilbereiche, die besonders anfällig für ein Stabilitätsversagen durch Knicken oder Beulen sind. In konventionellen Spritzgussbauteilen wird die Beulsteifigkeit bisher durch Rippenversteifungen am Bauteil realisiert. Auf diese lokale Verrippung kann durch den gewichtssparenden Einsatz von Organosandwich-Halbzeugen verzichtet werden.

Hybride Bauteile mit komplexer Geometrie möglich

Um das Organosandwich gewinnbringend in die bestehenden Prozessketten zu integrieren, ist eine Charakterisierung der Halbzeuge bezüglich ihrer mechanischen und thermischen Eigenschaften nötig. Die Verarbeitungsmöglichkeiten der Organosandwich-Halbzeuge sind prinzipiell vergleichbar mit der Verarbeitung von Organoblechen. Geeignete Verfahren sind zum einen das Thermoformen, mit dem eine einfache Umformung der Halbzeuge zu Schalen und leicht gekrümmten Strukturen möglich ist. Zum anderen kommt auch der Hybridspritzgussprozess in Betracht, bei dem das Halbzeug sowohl umgeformt als auch mit angespritzten Lasteinleitungselementen ausgestattet werden kann. So können hybride Bauteile mit komplexer Geometrie, einem hohen Grad an Funktionsintegration und geringem Nachbearbeitungsaufwand entstehen. In komplex geformten Bauteilbereichen kann zudem der Wabenkern zu einer dünnen Kunststofflage verschmolzen werden, während in großflächigen, ebenen oder leicht gekrümmten Bauteilbereichen die Wabenkerndicke und damit das große Flächenträgheitsmoment erhalten bleibt. Dadurch werden bei gleicher Steifigkeit dünnere Organobleche und damit ein geringeres Bauteilgewicht zu geringeren Kosten möglich.

Fraunhofer IMWS untersucht Verarbeitungsverhalten der Organosandwich-Halbzeuge

Für diese beschriebenen Prozesse ist die Kenntnis des Verarbeitungsverhaltens der Organosandwich-Halbzeuge relevant, das im Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS in Halle untersucht wird. Die sowohl für den Bauteilherstellungsprozess als auch für das spätere Einsatzverhalten der Organosandwichbauteile relevanten mechanischen Eigenschaften werden anhand von experimentellen Versuchen und begleitender numerischer Simulation in Abhängigkeit verschiedener prozess- und einsatzrelevanter Temperaturen analysiert. Ziel ist es, die prozess- und materialcharakteristischen Randbedingungen zu ermitteln, die eine optimale Herstellung von effizienten Leichtbaustrukturen mit integrierten Organosandwich-Halbzeugen ermöglichen. Dazu werden verschiedene Kernhöhen und Zellweiten des Wabenkerns sowie unterschiedliche Lagenaufbauten der Deckschichten untersucht und verglichen. (qui)

Kommentare werden geladen....

Kommentar zu diesem Artikel abgeben

Anonym mitdiskutieren oder einloggen Anmelden

Avatar
  1. Avatar
    Avatar
    Bearbeitet von am
    Bearbeitet von am
    1. Avatar
      Avatar
      Bearbeitet von am
      Bearbeitet von am

Kommentare werden geladen....

Kommentar melden

Melden Sie diesen Kommentar, wenn dieser nicht den Richtlinien entspricht.

Kommentar Freigeben

Der untenstehende Text wird an den Kommentator gesendet, falls dieser eine Email-hinterlegt hat.

Freigabe entfernen

Der untenstehende Text wird an den Kommentator gesendet, falls dieser eine Email-hinterlegt hat.

copyright

Dieser Beitrag ist urheberrechtlich geschützt. Sie wollen ihn für Ihre Zwecke verwenden? Infos finden Sie unter www.mycontentfactory.de (ID: 44289715 / Verbundwerkstoffe)