Polyurethantechnik

Großserienfertigung im Sandwichleichtbau

30.04.12 | Autor / Redakteur: Jens Winiarz / Kirsten Haubert

Bild 1: Polyurethan übernimmt in Sandwichkonstruktionen nicht nur die Funktion eines Matrixwerkstoffs zur Faserfixierung in den Deckschichten, sondern sorgt auch für die Anbindung des Wabenkerns.
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Bild 1: Polyurethan übernimmt in Sandwichkonstruktionen nicht nur die Funktion eines Matrixwerkstoffs zur Faserfixierung in den Deckschichten, sondern sorgt auch für die Anbindung des Wabenkerns. (Bild1: Hennecke)

Geht es um die Fertigung des Kofferraumladebodens für Automobile, ist das PUR-CSM-Verfahren zum Standard geworden. Polyurethan Composite Spray Moulding erschließt das Leichtbaupotenzial von Faserverbundkunststoffen für Sandwichkonstruktionen in der Großserienfertigung.

Unter einem Composite oder Verbundwerkstoff versteht man im Allgemeinen ein Material, das aus mindestens zwei Komponenten besteht. Den inneren Zusammenhalt des Verbundes gewährleistet die sogenannte Matrixkomponente. Ein häufiger Anwendungsfall im Bereich der Composites ist der dreischichtige Sandwichaufbau aus zwei Deckschichten und einem Kernwerkstoff. Er findet vorzugsweise im automobilen Leichtbau Anwendung – dort, wo ebene und schalenförmige Platten hohen Biegebeanspruchungen widerstehen müssen.

Polyurethanmatrix fixiert Fasern und hält Sandwichverbund zusammen

Die obere und untere Deckschicht besteht dabei aus einem Faserverbundkunststoff, der für die Biegefestigkeit des Sandwichverbundes verantwortlich ist und den damit auftretenden Druck- und Zugspannungen widersteht. Die Fasern in den Deckschichten fungieren als Verstärkungskomponente. Sie sind entweder als Endlosfasern (Gewebe oder Gelege) oder als verfestigtes Vlies (miteinander verbundene Langfasern) in einer Kunststoffmatrix eingebettet und bilden mit der Matrix bereits ein Composite.

Im Automobilbereich werden als Faserwerkstoffe vor allem Materialien wie Carbon und Glas eingesetzt. Ausschlaggebend dafür sind ihre enorm hohen Festigkeitswerte. Aufgrund der Faserpreise hat sich Carbon vor allem im High-End-Segment etabliert – dort, wo die mechanischen Anforderungen sehr hoch und die Stückzahlen niedrig sind. Glasfasern findet man dagegen eher in Serienteilen.

Die Kunststoffmatrix fixiert im Faserverbundkunststoff die Faserverstärkung. Sie umschließt die Fasern und sorgt im Sandwichmaterial für den Zusammenhalt des Verbundes zwischen Kern und Deckschichten. Das ermöglicht eine gleichmäßige Kraftableitung auf die Fasern sowie einen wirksamen Schutz vor Umgebungseinflüssen. Im Automobilsektor ist zudem eine kurze Fertigungstaktzeit Voraussetzung. Maßgebend dafür ist die hohe Stückzahlanforderung. Deshalb wird zur Fixierung der Glasfaservliese vorzugsweise Polyurethan (PUR) verwendet. Durch die schnelle chemische Reaktion der Polyurethankomponenten werden die geforderten kurzen Taktzeiten erfüllt. Darüber hinaus begünstigen die steuerbaren Schäumeigenschaften bei PUR den Leichtbau.

Für effizienten Polyurethanauftrag ist CSM-Verfahren verantwortlich

In Sandwichkonstruktionen übernimmt die PUR-Matrix somit die Anbindung des Papierwabenkerns an die Deckschichten. Grundsätzlich kann der Kern aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehen und verschiedene geometrische Strukturen haben. Im seriellen Automobilbau werden jedoch häufig Papierwaben als Kern von Sandwichkonstruktionen eingesetzt. Dies begründet sich insbesondere in der hohen Festigkeit und dem geringen Gewicht. Zudem ist Papier sehr gut recycelbar.

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