Leichtbau profitiert vom Doppel-T-Träger-Effekt

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Das Kernmaterial kann dabei aus Papierwaben, Schaumstoffen (Hartschaum) oder Balsaholz bestehen. Es überträgt auftretende Schubkräfte und stützt die Deckschichten. Oft wird auch die wärmedämmende und akustische Isolationseigenschaft der sehr leichten Kernwerkstoffe genutzt. Die Gaugler & Lutz oHG bietet zahlreiche Kernmaterialien an, die in einen Sandwich integriert werden können.

Sandwichmaterialien ermöglichen hohen Trägheitsradius der Konstruktion

Das Belastbarkeitsprinzip beim Biegen ist mit dem eines Doppel-T-Trägers zu vergleichen. Die Deckschichten übernehmen die Zug- und Druckkräfte und die Kernschicht als Steg die Schubkraft. Weil dabei die Kernschicht steife Deckschichten mit geringen Schichtdicken weit auseinander hält, werden ein hoher Trägheitsradius und damit eine hohe relative Biegesteifigkeit der gesamten Konstruktion bei niedrigem Gewicht erreicht.

Dadurch ist die Sandwichbauweise zum Beispiel einem Doppel-T-Träger aus Metall deutlich überlegen, der nach der Fertigstellung starr und wenig flexibel ist. Zwar werden metallische Doppel-T-Träger deshalb vor allem im Hoch- und Tiefbau verwendet, doch haben Sandwichkonstruktionen in anderen Anwendungen die weitaus größeren Vorteile als Konstruktionen aus leichten und konventionellen Metallen. Im Hoch- und Tiefbau haben Sandwichtkonstruktionen aus Leichtmetall als Kernwerkstoff sowie Deckschichten aus Stahl sicher noch Nachholbedarf.

Die verwendeten Kernwerkstoffe bei der Sandwichbauweise unterteilen sich in homogene und strukturierte Materialien. Für Sandwichkerne eignen sich dichte geschlossen- und offenzellige Kunststoffschäume sowie Leichtbauhölzer, zum Beispiel Balsaholz aus Ecuador und Rinden der Korkeiche. Als Deckschichtmaterialien für den Sandwichaufbau sind metallische Werkstoffe wie Stahl und Aluminium, aber auch faserverstärkte Kunststoffe prädestiniert.

Handlaminierverfahren ist meist angewandte Technik

Zu den geeigneten Fertigungsverfahren für Sandwichbauteile zählen das Urformen, Umformen, Trennen, Fügen, Beschichten und die Änderung von Stoffeigenschaften. Alle Verfahren und Produktionstechniken können unterschiedlich kombiniert werden. Für die „Sandwichherstellung“ ist das Handlaminieren die einfachste, älteste und am weitesten verbreitete Variante. Es genügen minimale technische Voraussetzungen, weshalb das Handlaminieren hauptsächlich für kleinere Serien, einfachere Bauteilgeometrien und für den Formenbau angewendet wird.

Zu den weiteren Verfahren gehören das Faserspritzen, das Vakuumpressen und die Vakuuminfusion, das Injektionsverfahren sowie das Prepreg- und Autoklav-Verfahren, die Wickeltechnik, das Pressverfahren und das Strangziehen.

Sandwichbauteile erschließen immer mehr Anwendungsbereiche

Ziel der Anwendung von Leicht- und Sandwichbauteilen – und somit der Herstellungs-, Ver- und Bearbeitungsverfahren – ist die Reduktion der Gesamtkosten, die maximale Ausnutzung spezifischer, insbesondere gewichtsbezogener Eigenschaften und die Erzeugung von Zusatznutzen, zum Beispiel die Steigerung der Dynamik oder Nutzlast. Aber auch wirtschaftliche, ökologische und soziale Aspekte, die heutzutage mehr und mehr in den Vordergrund rücken, spielen bei der Entscheidung eine wichtige Rolle.

Anwendungsbereiche für Sandwichbauteile sind unter anderem der Straßen- und Schienenfahrzeugbau, Verkehrsinfrastrukturtechnik zu Land und Wasser, die Luftfahrttechnik, der Schiff- und Bootsbau, Windkraftanlagen, die Medizintechnik und die allgemeine Industrie. Der Trend zu regenerativen Energien, verstärktes Umweltbewusstsein und Impulse aus der Industriemechanik bieten immer wieder Ansätze für Innovationen. Steigende Rohstoffpreise und CO₂-Problematik sind weitere Argumente, die für den Einsatz von Leicht- und Sandwichbaukonstruktionen sprechen.

* Kai Eder ist bei der Gaugler & Lutz oHG in 73432 Aalen-Ebnat für Marketing und Unternehmenskommunikation verantwortlich

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