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Härter an der Produktivität Thermoplastische Sandwich-Teile können wirtschaftlicher gefügt werden

Quelle: Fraunhofer IMWS 4 min Lesedauer

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Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS
AXA Entwicklungs- und Maschinenbau GmbH
Franke GmbH
Weil Technology GmbH

Leichtbau-Sandwiches können nur wirtschaftlich gebaut und eingesetzt werden, wenn es auch die Füge- und Reparaturmodalitäten gibt, die das zulassen, so das Fraunhofer IMWS aus Halle an der Saale.

Diese Ausschnitte von Sandwich-Strukturen mit thermoplastischer Matrix unterstützen zwar den Leichtbau und das Recycling, doch es braucht noch produktive Fügemethoden, um sie auch für KMU attraktiv zu machen. Diese holen Forscher aus Halle mit Partnern jetzt aus der Taufe ...(Bild: Fraunhofer IMWS)
Diese Ausschnitte von Sandwich-Strukturen mit thermoplastischer Matrix unterstützen zwar den Leichtbau und das Recycling, doch es braucht noch produktive Fügemethoden, um sie auch für KMU attraktiv zu machen. Diese holen Forscher aus Halle mit Partnern jetzt aus der Taufe ...
(Bild: Fraunhofer IMWS)

Der Bedarf an ressourceneffizienten Leichtbaukomponenten ist stetig am Wachsen, heißt es aus Halle an der Saale. Und thermoplastische Sandwich-Strukturen sind ein Schlüssel für den Leichtbau. Denn sie verbinden geringes Gewicht mit Recycelbarkeit, die bei Sandwichs mit duromerer (oder duroplastischer) Matrix nicht so leicht klappt. Auch eignen sich für kleine bis mittlere Stückzahlen (10 bis 1000 Exemplare pro Jahr). Allerdings fehlen laut Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen (IMWS) bisher praktikable Fügetechniken, die diese Leichtbaumaterialien auf einen Kurs bringen, der sie auch für kleinere und mittlere Unternehmen (KMU) attraktiv macht, die häufig in diesen Stückzahlen fertigen. Das Projekt „Thermoplastische Sandwich-Konstruktionselemente (TheSaKo)“ zielt deshalb darauf ab, so etwas in die Wege zu leiten, wie man erfährt. Dafür arbeiten die IMWS-Experten und das SKZ (Süddeutsches Kunststoffzentrum) zusammen. Und zwar noch mit Partnern aus Kunststoffverarbeitung, Leichtbau, Transport- respektive Nutzfahrzeugbau, Maschinenbau, Spritzgießtechnik, Oberflächen- und Klebtechnik sowie aus der Kreislaufwirtschaft.

Fünf Ziele setzen die Sandwich-Füge-Forscher

Speziell für KMU winkten durch die neuen Fügetechnologien für thermoplastische Sandwichs geringere Rüstzeiten, weniger Fremdmaterialien (keine oder wenige Fügeelemente), bessere Recycelbarkeit und erweiterte Gestaltungsgrenzen. Die Konzepte adressieren außer kleinere Serien auch modular aufgebaute Großstrukturen, die bisher wegen hoher Prozesskomplexität schwer umzusetzen waren. Und bisherige Fügeverfahren seien überwiegend für duroplastische Sandwichstrukturen gedacht, weshalb man vorzugsweise zu mechanischen Verbindungselementen greift. Doch das führt zu relativ langen Zykluszeiten bei der Montage und schränkt aufgrund der Fremdmaterialien die Recycelbarkeit zusätzlich ein. Fügetechniken für thermoplastische Sandwichstrukturen aber heißen Schweißen oder Kleben. Sie böten deshalb Potenziale, erforderten aber auch spezifische und belastungsabhängige Fügeflächen nebst entsprechender Prozessführung – insbesondere bei großflächigen Sandwich-Strukturen. Folgendes will man so erreichen:

  • Die Entwicklung verformbarer Fügeanschlussflächen direkt beim Herstellungsprozess (Thermoformen);
  • Die Anpassung der Fügemethoden Schweißen und Kleben an diese Flächen;
  • Die Verringerung der Material- und Fügeelementkosten sowie moderate Kosten für Klebstoff- und Oberflächenvorbehandlung;
  • Die Integration von Reparaturkonzepten, die auch Feuchte- und Temperaturzyklen standhalten und Recyclingpfade offenhalten, um die Produktlebensdauer zu verlängern;
  • Der Bau von Demonstratoren für modulare Großstrukturen und lokale Funktionalisierungsmaßnahmen.

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