Leichte Strukturbauteile mit Class-A-Oberfläche

Strukturbauteile in der Luftfahrt- und Automobilindustrie nutzen das hohe Leichtbaupotential von Faserverbundkunststoffen und der Sandwichbauweise. Ein Manko dieser Lösungen ist die Oberfläche dieser Bauteile. Denn vor allem im Automobil- und Nutzfahrzeugbau ist eine Class-A-Oberfläche ein wichtiges Kriterium. ElringKlinger, Daimler Truck, ThermHex Waben, Edevis und das Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS haben sich zusammengetan und arbeiten hierfür gemeinsam an neuen Lösungen in Form von hybriden Sandwichmaterialien aus Metall und Kunststoff angefangen von der Fertigung bis hin zur Qualitätsprüfung.

Bild oben: Anhand eines existierenden Bauteils (dem Deckel eines Staufachs aus einem Lkw-Fahrerhaus) soll das Potenzial von 3D-geformten thermoplastischen Sandwichstrukturen mit hoher Oberflächengüte demonstriert werden. (Quelle: Daimler Trucks)

Im Fokus steht dabei eine Sandwichbauweise, bei der ein leichter wabenförmiger Stützkern mit dünnen und sehr steifen Deckschichten kombiniert wird, wodurch sich eine hohe Biegesteifigkeit bei gleichzeitig niedriger Dichte ergibt. Gewichtseinsparungen bis 80 Prozent verglichen mit monolithischer Bauweise sind dabei möglich. Thermoplastische faserverstärkte Kunststoffe in Sandwichverbunden werden bereit in der Großserie bei Nutzfahrzeugen und Caravan-Aufbauten eingesetzt.

Um nun die Oberflächen zu verbessern wollen Projektpartner 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. Mit diesem Metall-Kunststoff-Hybrid-Material zielen wir darauf ab, das enorme Gewichts- und Kosteneinsparungspotenzial der Sandwichbauweise und -technologie für die großserientaugliche Herstellung von Leichtbaustrukturen mit kritischen Oberflächenanforderungen zu erschließen.“
(Matthias Biegerl, Koordinator des Verbundprojektes, ElringKlinger)

Bis Ende Oktober 2022 soll einen Demonstrator hergestellt werden, der einem existierenden Bauteil aus einem Lkw entspricht, das derzeit in monolithischer Kunststoff-Spritzguss-Bauweise gefertigt wird: der Deckel eines Staufachs.

„Parallel zum Demonstrator wollen wir Auslegungs-, Prozess- und Qualitätssicherungsmethoden für Metall-Kunststoff-Hybrid-Sandwichmaterialien im Pilotmaßstab entwickeln.“
(Dr. Ralf Schlimper, Projektleiter am Fraunhofer IMWS)

Im Ergebnis sollen folglich geeignete Umformverfahren, die Funktionalisierung mittels Spritzguss sowie Lösungen für eine zerstörungsfreie, inlinefähige Prüfmethode auf Basis aktiver Thermographie stehen. Auch Geometrie/Formgebung, mechanische Performance und die Reparaturfähigkeit des Bauteils stehen im Fokus der Projektpartner. Außerdem sollen Berechnungsmethoden für die Prozess- und Strukturauslegung sowie Designempfehlungen für die Funktionalisierung und Bauteilgestaltung entwickelt werden.


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Quelle und weitere Infos: Fraunhofer IMWS, idw-online, Automobil-Produktion

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