SingleStepSandwich - Einstufige Herstellung von dreidimensionalen faserverstärkten Kunststoff-Sandwichbauteilen

Abstract

Sandwichbauteile – zwei feste Deckschichten, ein leichter Schaumkern, meist aus Faserverbundkunststoff (FVK) – ermöglichen komplexe 3D-Formen bei geringem Gewicht und werden in Autos, Zügen, Flugzeugen und Windenergieanlagen genutzt. Die Herstellung ist aufwendig: 3D-Kerne werden aus Platten gefräst und verklebt, die Textilien separat vorbereitet – das erzeugt Abfall, verlängert Prozesse und erhöht Kosten. Dampfbasierte Verfahren sind wegen des hohen Energie- und Wassereinsatzes teuer. Gefragt ist eine Technologie, die Schaumkerne endkonturnah im Werkzeug erzeugt, das Textilvorformen integriert, ohne Wasser auskommt und recyclingfähige Schäume nutzt. Hier setzt SingleStepSandwich an: rund 35 Prozent weniger Emissionen und der Weg in die Großserie. Dazu verbinden die Partner zwei bisher getrennte Verfahren einstufig: den Radiofrequenz-Schaumformteilprozess (RF), bei dem Schaumkerne ohne Wasserdampf direkt im Werkzeug entstehen, und das Resin-Transfer-Moulding (RTM), bei dem Faserlagen im geschlossenen Werkzeug mit Harz imprägniert werden. Kernformung, Drapierung und Imprägnierung laufen gleichzeitig. Das vermeidet Abfall, verkürzt Prozessketten und sichert konstante Qualität; der recyclingfähige PET-Schaum kehrt in den Materialkreislauf zurück. Weniger Material, Energie und Emissionen senken Kosten und Taktzeiten. Zunächst dienen 2D-Formanlagen dazu, Schaumexpansion, Drapierung und Harzinjektion zu beherrschen. Danach drapiert der expandierende PET-Schaum die Textilien direkt im 3D-Werkzeug; ein Prüfstand liefert Messwerte zur Auslegung. Parallel entstehen Injektionsparameter und die sichere Kern-Deckschicht-Anbindung; abschließend werden beide Teilprozesse zusammengeführt und durch Prüfungen und Simulationen abgesichert. Demonstrator ist eine Batterieverschalung für E-Fahrzeuge; übertragbar ist das Verfahren auch auf Rotorblätter für Drohnen und Kleinflugzeuge, Leichtbauteile im Schienenverkehr und Strukturbauteile der Luftfahrt.