Leichtbau geht kostengünstig – das zeigten die Forschenden in einem Projekt am Fraunhofer IWS: die „Sandwichplattierung“ im Laser-Walz-Verfahren bietet technologisches, wirtschaftliches und ökologisches Potenzial für die Industrie.

„Mit dieser Technologie lassen sich Leichtbauplatten und -profile deutlich schneller und kostengünstiger herstellen als mit herkömmlichen Methoden wie dem Strangpressen. Zudem kommt das neue Verfahren ohne Klebstoffe und andere Zusatzmaterialien aus. Dies erleichtert das Recycling der damit produzierten Leichtbaustrukturen.“
Andrea Berger, Fraunhofer IWS

Ausgangspunkt war die Aufgabenstellung eines großes Waggonbau-Unternehmens, das mit dem bisherigen Strangpressverfahren an eine technologisch bedingte Untergrenze stieß: 1,5 mm sind dabei das Minimium für Innenstege. Doch um das Gewicht des Bauteils weiter zu reduzieren und Material einzusparen, waren filigranere Innenstrukturen notwendig.

Statt dicker und schwerer Stahlplatten werden im Leichtbau Sandwichplatten eingesetzt. Sie sind deutlich leichter und dennoch belastbar genug für Zwischenwände und -decken in Fahrzeugen, Flugzeugen oder Hallen. Typische Ausgangsmaterialien sind dünner Stahl, Aluminium, Kunststoffe oder andere Werkstoffe. Die Sandwichplatten und Profile bestehen dann aus waben-, trapez-, steg- oder kugelartigen Hohlkammerstrukturen als Kernlage. Als Decklage schweißen oder kleben die Hersteller auf diese Innenstrukturen beidseitig dünne Bleche.
Funktionsprinzip
So funktionier das laserbasierte Walzverfahren. (Quelle: Fraunhofer IWS | Konstruktionspraxis)

Beim kontinuierlichen Laser-Walzverfahren wird nun eine flexible Kernlage aus sehr leichten Innenstrukturen zwischen zwei Walzen geführt. Diese rollen je ein Deckblech oben und unten ab. Dabei zielen Scanner-gesteuerte Laser schräg von beiden Seiten in die dünne Spalte zwischen Kernlage und Deckblech und erhitzen die Metalloberflächen punktgenau. Die Walzen pressen nun die leicht aufgeschmolzenen Oberflächen von Kernlage und Decke so fest zusammen, dass sie sich dauerhaft verbinden.

Verglichen mit dem Strangpressen bei hohen Temperaturen arbeitet das Laserschweißen mit deutlich weniger Energieaufwand, da die Metalloberflächen nur hauchdünn lokal aufzuschmelzen sind. Das Verfahren ist zudem für eine kostengünstige und schnelle Massenproduktion geeignet: bereits der Laborprototyp kommt auf ein hohes Fertigungstempo. Zum industriellen Maßstab weiterentwickelt könnten derartige Anlagen mehr als zehn laufende Meter Leichtbaublech pro Minute schaffen.

Mit den hergestellten Sandwichhalbzeugen lassen sich nur noch wenige Zehntel Millimeter dünne, stabile Strukturen erzeugen, die sich nicht nur im Waggonbau einsetzen lassen. Da das Laserwalzplattieren kostengünstige Leichtbaulösungen aus hitzeresistentem Stahl ermöglicht, lassen sich die Sandwichplatten auch überall dort verbauen, wo viele Leichtbaukonstruktionen aus Brandschutzgründen bisher tabu waren – so beispielsweise auch im Schiffbau.

Das Verfahren eignet sich unter anderem für Zulieferbetriebe von Werften und Fahrzeugbauern. Erste Einsatzszenarien könnten leichte Treppen oder auch Schiffszwischenwände sein, in denen sich dank der hohlen Innenstrukturen der Platten zum Beispiel Stromkabel unsichtbar verlegen lassen. Auch für Lkw-Anhänger und den Hallenbau könnte sich die neue Technologie rasch durchsetzen.

Bild oben: Das Fraunhofer IWS hat ein Verfahren entwickelt, um Leichtbauplatten und -profile deutlich schneller sowie kostengünstiger herzustellen als mit herkömmlichen Methoden. Die neue Technologie kommt ohne Klebstoffe oder andere Zusatzmaterialien aus und erleichtert das Recycling der produzierten Leichtbaustrukturen. (Quelle: Fraunhofer IWS | Jürgen Jeibmann)


Quelle und weitere Infos: Pressemitteilung, Konstruktionspraxis

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