Wirkweise und Aufbau einer Sandwichstruktur mit Wabenkern. (Bild: Fraunhofer-Institut IMWS)
Es geht nicht mehr ohne: Beim Bau von Flugzeugen, Fahrzeugen, Schiffen oder Containern, überall werden Leichtbaumaterialien eingesetzt. Die Anforderungen an das Material sind hoch – die Qualität muss stimmen, das Verhältnis zwischen Materialeigenschaften, Gewicht und Kosten optimal sein. „Immer mehr Industriezweige müssen bei großen flächigen Strukturen Gewicht und Kosten sparen“, sagt Dr.-Ing. Jochen Pflug, Geschäftsführer ThermHex Waben. Das 2009 gegründete Unternehmen produziert thermoplastische Wabenkerne aus Polypropylen (PP), die es mit einer speziellen Produktionstechnologie ohne Unterbrechung als Großserienprodukt herstellt.
Für das Begleiten neuer Ideen arbeitet das Unternehmen seit Jahren auf wissenschaftliche Expertise, kooperiert seit 2015 mit dem ebenfalls in Halle (Saale) ansässigen Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS. Mit großem Interesse werden die Organosandwich-Material-Verfahrensentwicklungen von der Industrie verfolgt, so Jochen Pflug.
Entwicklung einer neuartigen grundlegenden Technologie
In einem weiteren Gemeinschaftsprojekt, das von der europäischen Forschungsinitiative Eureka mit dem Label „Hierarchical Hexagonal Sandwich Honeycomb Core, HiHex“ gefördert wird, arbeiten Unternehmen und Fraunhofer IMWS an einer neuartigen grundlegenden Technologie. „Wir setzen auf hierarchische Sandwichstrukturen, bei denen die Deckschichten des Sandwich selbst aus einem Sandwich bestehen“, erklärt Dr.-Ing. Ralf Schlimper, der am Fraunhofer IMWS die Gruppe Bewertung von Faserverbundsystemen leitet. „Damit kann der Leichtbau noch leistungsfähiger gemacht werden, weil das Sandwichprinzip noch effektiver genutzt wird.“ Mit den thermoplastischen Wabenkernen, die aktuell im Leichtbau verwendet werden, stünden bereits leistungsfähige und kostengünstige Kernmaterialien zur Verfügung. Diese seien jedoch in ihrer mechanischen Leistungsfähigkeit limitiert, vor allem im Vergleich mit kostenintensiveren Wabenkernen, so Jochen Pflug. Eingesetzt würden sie deshalb eher in Bereichen, die weniger belastet werden, wie bei Verkleidungs- oder Interieurbauteilen. An diesem Punkt setzt das Projekt an. „Wir wollen die geringere Beulfestigkeit der dünnen thermoplastischen Wabenzellwände durch ein hierarchisches Material überwinden“, erklärt Schlimper. Indem die Wabenzellwände jeweils selbst durch ein Wabensandwich gebildet werden, könne die Stabilität des Wabenkerns deutlich vergrößert werden – der trotzdem sein Gewicht behält oder sogar leichter wird.
Patentierte Sandwichbauweise in Zellwänden und Deckschichten
Und noch einen weiteren Aspekt erforschen die beiden Partner: Hierarchisch strukturierte Deckschichten könnten auch die Lastenverteilung und Oberflächenqualität verbessern. Von den Untersuchungen solcher Sandwichstrukturen versprechen sich die Kooperationspartner eine Beschreibung und Beurteilung der physikalischen Eigenschaften. Der Projektleiter blickt zuversichtlich in die gemeinsame Zukunft: „Wir können langfristig die Entwicklung kosteneffizienter und leistungsfähiger hierarchischer Sandwichstrukturen vorantreiben und koordinieren.“ Vor allem aber die neuartigen thermoplastischen Wabenstrukturen würden für einen hohen Automatisierungsgrad in der Herstellung und niedrige Materialkosten als Alternative zu bisherigen Bauweisen sorgen. Und auch Jochen Pflug ist überzeugt, dass sie eine kleine Revolution auslösen könnten. (sf)
