Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS
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© Fraunhofer IMWS
Eine Sandwichstruktur mit kohlefaserverstärkten Deckplatten und Schaumkern.

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Composite-Sandwichstrukturen

Composite-Sandwich-Strukturen bestehen aus zwei dünnen, festen Schalen (Deckschichten), die durch einen leichten Kern (häufig eine Schaum- oder Wabenstruktur) verbunden sind. Diese Konstruktionsweise bietet eine hohe Steifigkeit und Festigkeit bei geringem Gewicht und hoher Materialeffizienz. Sie eignen sich deshalb sehr gut für stabile Leichtbau-Lösungen in Karosserieteilen oder Flugzeugkomponenten. Auch für leichte Trennwände und Deckenplatten, Surfboards oder Boots- und Schiffsstrukturen kommen Sandwich-Strukturen oft zum Einsatz.

Mit langjähriger und vielfach ausgezeichneter Expertise unterstützt das Fraunhofer IMWS die Entwicklung leistungsfähiger Composite-Sandwich-Strukturen. Dies umfasst beispielsweise:

  • Materialentwicklung: neue Verbund- und Kernmaterialien
  • Herstellungsverfahren: Entwicklung von serientauglichen Prozessen für das 3D-Thermoformen und Spritzgussfunktionalisierung von thermoplastischen Sandwichstrukturen sowie Optimierung von Fertigungsprozessen für Sandwich-Strukturen mit angepasster Prozesstechnik, z.B. für Hybrid-Thermoform-Spritzgussverfahren und Unterschung des Verarbeitungsverhaltens von Sandwich-Werkstoffen
  • Struktur- und Materialanalyse: Untersuchung der mechanischen und morphologischen Eigenschaften, Charakterisierung von Werkstoffen für Kern und Deckschicht (mechanische Prüfung, Mikrostrukturanalytik, zerstörungsfreie Prüfung); Komponenten- und Strukturtests unter statischen und Ermüdungslasten und Klimaeinflüssen
  • Schadensbewertung und -diagnose: Verbesserung von Methoden zur frühzeitigen Erkennung von Schäden und zur Bewertung der strukturellen Integrität, etwa Deckschichtanbindung
  • Sandwich-Bauweise und Bauteilgestaltung: Auslegung und Bewertung von Sandwichstrukturen unter einsatzrelevanten Belastungen sowie Untersuchung und Vorhersage der Lebensdauer von Sandwich-Strukturen
  • Simulation und Modellierung: Einsatz von Software zur Vorhersage des Verhaltens von Materialien unter verschiedenen einsatzrelevanten Bedingungen

Zu den Zielen gehören eine Steigerung der Material-Performance (Entwicklung leichterer und gleichzeitig stärkerer Materialien), die Verbesserung der Nachhaltigkeit (reduzierter Rohstoffbedarf, Einsatz umweltfreundlicher Materialien, Entwicklung von Recyclingverfahren für Verbundwerkstoffe) sowie die Unterstützung effizienter Herstellungsprozesse, die Kosten reduzieren, optimale Produktqualität sicherstellen und Funktionalisierung von Sandwich-Komponenten (etwa über die Integration von Sensorik zur Überwachung der Struktur während des Betriebs) ermöglichen. Die Möglichkeiten des Instituts reichen dabei bis hin zur prototypischen Fertigung.