Das neuartiges Verfahren nutzt die Expansionsreaktion von schäumbarem Polyurethan in einem geschlossenen Werkzeug und ermöglicht die Fertigung der faserverstärkten Decklagen und des Schaumstoff-Sandwichkerns in nur einem gemeinsamen Werkzeug.
Die Leichtform GmbH aus Bernsdorf (Sachsen) entwickelt in enger Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern des Instituts für Leichtbau und Kunststofftechnik (ILK) unter der Leitung von Prof. Maik Gude ein effizientes Fertigungsverfahren zur Herstellung von Hochleistungs-Sandwichstrukturen für den hybriden Leichtbau.
Vereinfachte Prozessführung steigert Produktivität
Die bisher sehr aufwendige Fertigung von Sandwichstrukturen mit komplexer Geometrie wird dabei im Rahmen des AiF-Forschungsvorhabens SHAPE vereinfacht und zur Serienreife entwickelt. Das neuartige Verfahren nutzt die Expansionsreaktion von schäumbarem Polyurethan in einem geschlossenen Werkzeug, wobei das reaktive PUR-Gemisch die eingelegten textilen Halbzeuge durchdringt und für eine endkonturnahe Werkzeugfüllung sorgt. Sowohl die Fertigung des Schaumstoffkerns als auch die Tränkung der späteren Sandwich-Decklagen erfolgt in einem Schritt. Neben reinen Schaumstoffkernen ist darüber hinaus auch die Integration unkaschierter Papierwaben möglich (Abbildung 1).
Abbildung 1. Hochleistungs-Sandwichverbunde mit Polymerkern und Decklagen aus textilen Halbzeugen (links, mittig), zusätzlich integrierter unkaschierter Papierwabe (mittig) im Vergleich zu Strukturen mit Decklagen aus geschnittenen Langfasern (rechts), hergestellt im Polyurethan-Sprühverfahren. Bildnachweis: TUD/ILK
Prozesszeiten von wenigen Minuten
Der Vorteil des Verfahrens liegt in der Fertigung der faserverstärkten Decklagen und des Schaumstoff-Sandwichkerns in einem gemeinsamen Werkzeug. Bisher können insbesondere komplex geformte Strukturen nur durch die separate Fertigung des Kerns und der anschließenden Verklebung mit einer Laminatschicht hergestellt werden. Je nach eingesetztem Schaumstoffsystem sind dadurch Prozesszeiten von wenigen Minuten möglich. Mit der direkten Integration thermoplastischer Folien entsteht zudem ein Bauteil mit höchster Oberflächenqualität, wodurch ein nachgelagerter Lackiervorgang entfallen kann. Durch die PUR-Expansion eingeschäumte Inserts ermöglichen zudem die direkte Integration von Subkomponenten ohne komplexere Bearbeitungsschritte.
Integration textiler Verstärkungsstrukturen und thermoplastischer Folien
Ziel der wissenschaftlichen Arbeiten im Projekt SHAPE ist die Umsetzung eines serienfähigen Prozesses auf Basis des Polyurethan-Sprühverfahrens und des Reaction-Injection-Mouldingverfahrens. Dafür entwickelt das Forscherteam um Diplomingenieur Oliver Weißenborn Konzepte zur Integration textiler Verstärkungsstrukturen und thermoplastischer Folien sowie werkstoffgerechter Lasteinleitungselemente. Das Eigenschaftsspektrum der Sandwichverbunde wird in umfassenden werkstoffmechanischen Untersuchungen erforscht. Die für komplexe Geometrien notwendigen maßgeschneiderten Strukturen werden durch eine lastgerechte Einstellung von Decklagenanzahl, Schaumstoffdichte und Sandwichdicke ermöglicht.
Das AiF-Forschungsvorhaben SHAPE wird gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (ZF4024707LP7).
