Kernverbundkomponenten mit nichtmetallischen Deckschichten
Für Kernverbundplatten mit Aluminiumwaben-Kern und metallischen Deckschichten – typischerweise aus Aluminium- oder Edelstahllegierungen – wurde bei der IWE bereits vor rund zehn Jahren ein spezielles Klebeverfahren entwickelt, das sich grundlegend von konventionellen Zweikomponenten-Klebesystemen unterscheidet.
Für die Leistungsfähigkeit dieser Verbundstrukturen ist die Haftfestigkeit zwischen Wabenkern und Deckschicht von entscheidender Bedeutung. Die Bewertung der Verbundfestigkeit erfolgt über den Trommelschälversuch nach DIN 53295. Dabei wird die Deckschicht mittels einer Prüftrommel vom Kern abgeschält und das erforderliche Moment in N·mm erfasst. Zur Ermittlung der spezifischen Trommelschälfestigkeit wird dieser Wert auf die Probenbreite normiert (N·mm/mm bzw. N).
Typische spezifische Trommelschälfestigkeiten gemäß Herstellerangaben liegen im Bereich von 40 bis 100 N. In diesem Festigkeitsbereich kann bei erhöhten oder zyklischen Belastungen eine Delaminierung nicht ausgeschlossen werden, die mit einem abrupten Verlust der strukturellen Integrität der Kernverbundkomponente einhergehen kann. Für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt werden daher in der Regel Mindestwerte oberhalb von 150 N gefordert.
Das bei der IWE entwickelte Klebeverfahren für metallische Deckschichten erreicht reproduzierbar Trommelschälfestigkeiten von über 200 N und ist prozessseitig auf Werte bis zu 600 N skalierbar. Dadurch können entsprechende Leichtbauplatten auch in hochbeanspruchten Strukturbauteilen eingesetzt werden (vgl.).
In aktuellen Untersuchungen wurde das Verfahren auf die Verklebung von Aluminiumwaben mit nichtmetallischen Komposit-Deckschichten übertragen. Untersucht wurden dabei sowohl duroplastische GFK-Deckschichten als auch thermoplastische Deckschichten auf Basis von PA 6 RI 45190. In beiden Fällen konnten sehr hohe Verbundfestigkeiten nachgewiesen werden: Mit GFK-Deckschichten wurden Trommelschälfestigkeiten von über 300 N erzielt, mit der untersuchten Thermoplastschicht über 210 N.
Diese Ergebnisse eröffnen neue Möglichkeiten für die Herstellung dreidimensional ausgelegter Kernverbundstrukturen mit sehr geringem Gewicht und gezielt einstellbarer Biegesteifigkeit. Gegenüber massiven CFK- oder GFK-Strukturen ohne Wabenkern weisen diese Aufbauten zudem eine deutlich reduzierte Brandlast auf. Das Gewichtseinsparpotential gegen über diesen Strukturen liegt beim Faktor 2. Potenzielle Anwendungsfelder ergeben sich unter anderem im Flugzeug- und Schienenfahrzeugbau, in der Drohnenentwicklung sowie im Boots- und Schiffbau.
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