{"id":8243,"date":"2020-09-16T13:40:28","date_gmt":"2020-09-16T13:40:28","guid":{"rendered":"https:\/\/thermhex.com\/blog\/2020\/09\/16\/effiziente-sandwich-leichtbaustrukturen-mit-hoher-oberflaechenguete\/"},"modified":"2025-05-05T10:17:18","modified_gmt":"2025-05-05T10:17:18","slug":"effiziente-sandwich-leichtbaustrukturen-mit-hoher-oberflaechenguete","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/thermhex.com\/de\/blog\/2020\/09\/16\/effiziente-sandwich-leichtbaustrukturen-mit-hoher-oberflaechenguete\/","title":{"rendered":"Effiziente Sandwich-Leichtbaustrukturen mit hoher Oberfl\u00e4cheng\u00fcte"},"content":{"rendered":"

Faserverbundkunststoffe und die Sandwichbauweise sind als Leichtbau-Technologien etabliert. Sie erm\u00f6glichen enorme Gewichtseinsparungen bei der Umsetzung von hochbelastbaren Strukturbauteilen und werden etwa f\u00fcr Flugzeug- und Fahrzeuganwendungen eingesetzt. Was diesen Bauteilen bisher f\u00fcr eine breite Anwendung fehlt, sind glatte, optisch ansprechende Oberfl\u00e4chen. In einem gemeinsamen Projekt entwickeln die Firmen ElringKlinger AG, Daimler Truck AG, ThermHex Waben GmbH, Edevis GmbH und das Fraunhofer-Institut f\u00fcr Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS daf\u00fcr L\u00f6sungen und zugleich die passenden Verfahren f\u00fcr Fertigung und Qualit\u00e4tspr\u00fcfung. Die Partner setzen dabei auf Metall-Kunststoff-Hybrid-Sandwichmaterialien. <\/strong><\/em><\/p>\n

Besonders leistungsf\u00e4hige Leichtbaul\u00f6sungen bietet die Sandwichbauweise, bei der beispielsweise ein leichter wabenf\u00f6rmiger St\u00fctzkern mit d\u00fcnnen und sehr steifen Deckschichten kombiniert wird, wodurch sich hohe Biegesteifigkeit bei gleichzeitig niedriger Dichte ergibt. Gegen\u00fcber der monolithischen Bauweise lassen sich damit Gewichtseinsparungen von bis zu 80 Prozent realisieren. F\u00fcr den Einsatz thermoplastischer faserverst\u00e4rkter Kunststoffe in Sandwichverbunden bestehen gro\u00dfserientaugliche Produktionsl\u00f6sungen, die material- und kosteneffizient sind. Zudem sind diese Halbzeuge gut recycelbar. F\u00fcr Lkw- und Caravan-Aufbauten werden sie bereits erfolgreich eingesetzt. <\/p>\n

Um weitere Anwendungsm\u00f6glichkeiten zu erschlie\u00dfen, muss ein bisheriger Nachteil der Sandwich-Leichtbaustrukturen \u00fcberwunden werden: Sie haben keine perfekte Oberfl\u00e4che, wie sie zum Beispiel in der Automobilindustrie gefordert wird. Ohne aufw\u00e4ndige Nacharbeiten sind an den Oberfl\u00e4chen stets die Verst\u00e4rkungsfasern zu erkennen, zudem k\u00f6nnen dort, wo die Zwischenr\u00e4ume des St\u00fctzkerns sind, die Decklagen in die Wabenzellen einfallen. Die Projektpartner beabsichtigen das zu l\u00f6sen, indem sie Wabenkerne mit besonders kleinen Zellweiten verwenden und die faserverst\u00e4rkten Bauteile mit einer metallischen Deckschicht versehen, die eine glatte und somit optimale Oberfl\u00e4che bildet (Class A-Oberfl\u00e4che). <\/p>\n

„Wir nutzen Organosandwich-Halbzeuge, also einen thermoplastischen Wabenkern mit verst\u00e4rkten Decklagen aus Faserverbundkunststoff. Diese erhalten zus\u00e4tzlich stoffschl\u00fcssig angebundene metallische Decklagen, etwa ein d\u00fcnnes Metallblech oder eine Metallfolie. Mit diesem Metall-Kunststoff-Hybrid-Material zielen wir darauf ab, das enorme Gewichts- und Kosteneinsparungspotenzial der Sandwichbauweise und -technologie f\u00fcr die gro\u00dfserientaugliche Herstellung von Leichtbaustrukturen mit kritischen Oberfl\u00e4chenanforderungen zu erschlie\u00dfen“, sagt Matthias Biegerl, Koordinator des Verbundprojektes bei ElringKlinger. <\/p>\n

Um die Leistungsf\u00e4higkeit dieses Ansatzes nachzuweisen, wollen die Projektpartner in dem bis zum 31. Oktober 2022 laufenden Projekt einen Demonstrator herstellen, der einem existierenden Bauteil aus einem Lkw entspricht, das derzeit in monolithischer Kunststoff-Spritzguss-Bauweise gefertigt wird: den Deckel eines Staufachs. Die Kombination der Kompetenzen der Projektpartner erm\u00f6glicht es, nicht nur dieses Bauteil in den Blick zu nehmen, sondern auch die Verarbeitungstechnologie, Funktionsintegration und das Pr\u00fcfverfahren w\u00e4hrend der Herstellung. „Parallel zum Demonstrator wollen wir Auslegungs-, Prozess- und Qualit\u00e4tssicherungsmethoden f\u00fcr Metall-Kunststoff-Hybrid-Sandwichmaterialien im Pilotma\u00dfstab entwickeln“, sagt Dr. Ralf Schlimper, Projektleiter am Fraunhofer IMWS. <\/p>\n

Zu den Zielen des Forschungsteams geh\u00f6ren deshalb die Entwicklung geeigneter Umformverfahren (u.a. 3D-geformte Oberfl\u00e4chen, Dickenspr\u00fcnge, Randabschluss), die Funktionalisierung mittels Spritzguss (u.a. Lasteinleitungs- und Funktionselemente) sowie die Erarbeitung von L\u00f6sungen f\u00fcr eine zerst\u00f6rungsfreie, inlinef\u00e4hige Pr\u00fcfmethode auf Basis von aktiver Thermographie. Letztere ist nicht nur zur Qualit\u00e4tssicherung bei sp\u00e4teren Anwendern essentiell, sondern auch f\u00fcr die Bew\u00e4ltigung der material- und prozessseitigen Herausforderungen w\u00e4hrend des Forschungsprojekts. Dazu geh\u00f6ren die sichere Anbindung zwischen dem thermoplastischen Sandwich und der metallischen Deckschicht, die Pr\u00fcfung der Oberfl\u00e4chenbeschaffenheit sowie die Steuerung des Umformprozesses, etwa f\u00fcr den n\u00f6tigen thermischen Zustand der Sandwichstruktur, der eine 3D Umformung erlaubt, ohne dass der Kern schmilzt und somit instabil wird. <\/p>\n

Nat\u00fcrlich sind auch Geometrie\/Formgebung, mechanische Performance und Reparaturf\u00e4higkeit im Fokus der Projektpartner. F\u00fcr die gestalterische Vielfalt, die sich beim Einsatz von 3D-umformbaren Sandwichverbunden ergibt, sollen Berechnungsmethoden f\u00fcr die Prozess- und Strukturauslegung sowie Designempfehlungen f\u00fcr die Funktionalisierung und Bauteilgestaltung entwickelt werden. <\/p>\n

Biegerl fasst die angestrebten Vorteile zusammen: „Unser Fokus liegt darauf, erstmals Sandwich-Leichtbaustrukturen mit Class-A-Oberfl\u00e4chenqualit\u00e4t zu erm\u00f6glichen und zugleich einen hohen Grad der Funktionsintegration durch kosteneffizientes Anspritzen von Funktionselementen und inlinef\u00e4hige Pr\u00fcftechnologie in einer serientauglichen Umformtechnologie zu realisieren. Die Vorteile der Sandwich-Idee wie die mechanische Performance, Gewichtseinsparung und hohe Wirtschaftlichkeit der Halbzeugherstellung und der Bauteilverarbeitung bleiben erhalten. Damit k\u00f6nnen wir den Weg f\u00fcr einen breiten Markteintritt dieser Technologie bereiten, insbesondere im Bereich Automobilindustrie.“ <\/p>\n

Artikel vom Fraunhofer IMWS<\/p>\n

Unter Anderem hier ver\u00f6ffentlicht:<\/p>\n

https:\/\/www.imws.fraunhofer.de\/de\/presse\/pressemitteilungen\/sandwich-leichtbau-class-a-metall-kunststoff-hybrid.html<\/strong><\/em><\/span><\/a><\/p>\n

https:\/\/www.leichtbauwelt.de\/leichte-strukturbauteile-mit-class-a-oberflaeche\/<\/a><\/strong><\/em><\/span><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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