3D-Sandwiches aus Metallschaum
3D-Sandwiches der Havel Lite®-Serie sind komplexe dreidimensionale Formen mit Metallschaum-Kern: Hohle metallische Bauteile werden ausgeschäumt, um die Vorteile von Metallschaum-Sandwiches zu nutzen. Die ausgeschäumten Komponenten besitzen hervorragende Dämpfungseigenschaften bei minimaler Gewichtsergänzung; in Kraftfahrzeugen werden die Crashwerte wesentlich verbessert. Vor der Serienfertigung wird ein Zeichnungsteil / Prototyp nach Anforderungen des Kunden hergestellt.
Stand:
Wie werden 3D-Sandwiches aus Metallschaum hergestellt?
Zuerst werden die Decklagen in Form gebracht – sie bestehen wahlweise aus Stahl, Aluminium, Edelstahl oder Kupfer. Anschließend werden diese Werkstücke ausgeschäumt, und es entstehen 3D-Sandwiches. Das Ausschäumen von Profilen und Hohlräumen ist auch nachträglich möglich, bei einer Dickentoleranz von ± 0,3 bis ± 0,8 mm. Das Aufschäumen beeinträchtigt weder die Reparierbarkeit noch die Bearbeitbarkeit der Elemente.
Wofür werden 3D-Sandwiches eingesetzt?
3D-Sandwiches werden überall dort eingesetzt, wo gekrümmte oder komplexe Geometrien Leichtbau mit Dämpfung verbinden müssen – von Türen für Bahn, U-Bahn und Automotive über Bodenplatten und Treppenstufen bis zu Verkleidungselementen. Auch das Einschäumen von Kühlrohren und Kabelkanälen ist möglich. Alle Zeichnungsteile werden nach kundenspezifischen Anforderungen gefertigt.
- gebogene Elemente
- Einschäumen von Kühlrohren und Kabelkanälen
- Türen für Bahn, U-Bahn und Automotive
- Bodenplatten
- Treppenstufen
- Verkleidungselemente
Welche Vorteile bieten 3D-Sandwiches?
3D-Sandwiches sind dreidimensional herstellbar und biegesteif, mit hervorragenden Dämpfungseigenschaften bei minimaler Gewichtsergänzung. In Kraftfahrzeugen verbessern sie die Crashwerte wesentlich – getestet mit Crash- und Pollertest. Die Bauteile bleiben reparierbar und leicht mechanisch bearbeitbar; gefertigt wird kundenspezifisch vom Zeichnungsteil bis zur Serienproduktion.
- dreidimensional herstellbar
- kundenspezifische Herstellung von Zeichnungsteilen bis zur Serienproduktion
- hervorragende Dämpfungseigenschaften bei minimaler Gewichtsergänzung
- Verbesserung der Crashwerte in Kraftfahrzeugen (getestet mit Crash- und Pollertest)
- reparierbar und leicht mechanisch bearbeitbar
- biegesteif
Herstellung
Was sind 3D-Sandwiches?
Auch gefragt: Wie unterscheidet sich ein 3D-Sandwich von einer Sandwichplatte? · Kann ein Sandwich gekrümmt sein?
3D-Sandwiches von Havel metal foam sind Aluminiumschaum-Sandwiches in dreidimensionaler Form: gekrümmte, gebogene, gefräste oder verschweißte Bauteile, deren Schaumkern metallisch an die Decklagen gebunden ist. Der Unterschied zum flachen Sandwich liegt nicht im Werkstoff, sondern in der Geometrie und in der Reihenfolge der Fertigung. Damit lassen sich tragende Bauteile wie Türen für Bahn, U-Bahn und Automobil, Bodenplatten, Treppenstufen und Verkleidungselemente ausführen und nicht nur ebene Platten. Auch das Einschäumen von Kühlrohren und Kabelkanälen ist in dieser Bauform möglich.
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Wie entsteht die dreidimensionale Form?
Auch gefragt: Wird vor oder nach dem Aufschäumen geformt? · Wie werden die Decklagen in Form gebracht?
Die 3D-Sandwiches von Havel metal foam entstehen in zwei Schritten: Zunächst werden die Decklagen in Form gebracht, anschließend werden diese Werkstücke ausgeschäumt. Geformt wird also vor dem Aufschäumen und nicht danach, und das unterscheidet den Ablauf von dem eines flachen Sandwichs: Der Schaum wächst in die schon vorhandene Geometrie hinein und bindet dort metallisch an die Decklage. Die Decklagen selbst lassen sich mit üblichen Verfahren schweißen, biegen und abkanten, was die Formgebung vor dem Schäumen überhaupt praktikabel macht.
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Aus welchen Werkstoffen bestehen die Decklagen?
Auch gefragt: Sind Kupfer-Decklagen lieferbar? · Gibt es Edelstahl-Decklagen?
Die Decklagen der 3D-Sandwiches von Havel metal foam bestehen aus Stahl, Aluminium, Edelstahl oder Kupfer. Die Wahl folgt der Anforderung an das Bauteil: Stahl-Decklagen ergeben die steifere Bauweise SAS, Aluminium-Decklagen die leichtere Bauweise AAS, und Kupfer kommt dort in Frage, wo es auf die Wärmeleitfähigkeit oder auf die Oberfläche selbst ankommt. Der Kern ist in allen vier Fällen Aluminiumschaum, sodass der Verbund metallisch gebunden bleibt und ohne Klebstoff auskommt.
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Weiterverarbeitung und Funktionsintegration
Bleibt ein ausgeschäumtes Bauteil reparierbar?
Auch gefragt: Lässt sich ein 3D-Sandwich nachträglich bearbeiten? · Kann ein beschädigtes Element instandgesetzt werden?
Ja. Das Aufschäumen beeinträchtigt bei den 3D-Sandwiches von Havel metal foam weder die Reparierbarkeit noch die Bearbeitbarkeit der Elemente. Der Grund liegt im Aufbau: Der Schaumkern ist metallisch an die Decklage gebunden, ein Klebstoff steckt nicht im Verbund, und deshalb bleibt das Bauteil sortenrein und mechanisch bearbeitbar. Bohren, Schweißen und Fräsen sind an der geformten Geometrie genauso möglich wie an einer ebenen Platte, und ein beschädigtes Element lässt sich instandsetzen statt austauschen.
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Können Kühlrohre und Kabelkanäle mit eingeschäumt werden?
Auch gefragt: Lassen sich Leitungen in das Bauteil integrieren? · Geht Funktionsintegration im Sandwich?
Ja. Bei den 3D-Sandwiches von Havel metal foam lassen sich Kühlrohre und Kabelkanäle direkt mit einschäumen. Der Schaum umschließt die eingelegte Leitung beim Aufschäumen, sodass Funktion und Struktur in einem Bauteil zusammenfallen und keine zusätzliche Halterung, Verschraubung oder Führung nötig wird. Genutzt wird das vor allem an Türen, Bodenplatten und Verkleidungselementen für Bahn, U-Bahn und Automobil, wo Leitungen ohnehin durch die Fläche laufen müssen.
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Nachweise und Anwendungen
Wurde die Fertigung geformter Sandwiches im Maßstab 1:1 gezeigt?
Auch gefragt: Gibt es Demonstratoren? · Ist die Bauweise über den Prototypenstatus hinaus?
Ja. Als Projektergebnis hat Havel metal foam sowohl große, flache Sandwichelemente als auch geformte Sandwichstrukturen gefertigt, beide als Demonstratoren im Maßstab 1:1. Ein zweites Ergebnis derselben Arbeit betrifft die Konstruktion: Versteifungen, die eine konventionelle Bauweise braucht, konnten wegen des Tragverhaltens des Sandwichs durch dieses ersetzt werden. Für eine Auslegung heißt das, dass nicht nur Blech gegen Sandwich getauscht wird, sondern auch Versteifungsstrukturen entfallen können.
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Wurde die Bauweise schon an einem Fahrzeugbauteil ausgeführt?
Auch gefragt: Gibt es ein ausgeführtes Frontmodul? · Wo steckt ein geformtes Sandwich in einem Fahrzeug?
Ja. Die Triebkopfhaube eines Hochgeschwindigkeitszuges wurde aus geformten und verschweißten Aluminiumschaum-Sandwiches von Havel metal foam gefertigt, kombiniert mit GFK-Komponenten. Das Bauteil zeigt, dass die Bauweise nicht nur ebene Flächen trägt, sondern eine doppelt gekrümmte Außenhaut in Fahrzeuggröße; es ist zugleich ein Hybrid aus Metallschaum-Sandwich und Faserverbund und kein reines Sandwichbauteil. Für den Einsatz im Schienenfahrzeug zählt dabei, dass der Sandwichanteil nicht brennbar ist; die Materialprüfung von AAS und SAS nach DIN EN 45545-2 ergab eine Eingruppierung in HL3, ein Zertifikat wurde dazu nicht beantragt. Die Zahlen zum Gewicht dieses Frontmoduls stehen auf der Branchenseite Bahnindustrie.
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Wird vor der Serie ein Prototyp gefertigt?
Auch gefragt: Gibt es Zeichnungsteile vor der Serienfertigung? · Wie läuft ein Erstmuster ab?
Ja. Vor der Serienfertigung stellt Havel metal foam ein Zeichnungsteil oder einen Prototyp nach den Anforderungen des Kunden her. Der Weg für ein 3D-Sandwich führt damit über ein reales Bauteil, bevor eine Serie anläuft, und bei geformten Geometrien ist das der Punkt, an dem sich Formgebung, Ausschäumung und Toleranzen an der konkreten Geometrie zeigen. Den Mindestbiegeradius für eine gegebene Aufbau- und Dickenkombination bestimmen wir an diesem Bauteil.
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Wie groß kann ein Bauteil aus Aluminiumschaum-Sandwich werden?
Auch gefragt: Lassen sich Sandwichbauteile über die Plattengröße hinaus bauen? · Wie entstehen großflächige Sandwichbauteile?
Über die Größe einer einzelnen Platte hinaus fügt Havel metal foam mehrere Sandwich-Segmente zusammen und verschweißt sie. Die Grundplatte eines elektrischen Spezialfahrzeugs entsteht so aus drei Segmenten, rund 2.900 × 1.500 mm bei etwa 80 kg, mit gefräster Außenkontur und massiven Aluminium-Inserts für Gewinde. Als Schweißgruppe führt Havel metal foam auch einen Rahmen für Wasserstofftanks aus, rund 2.500 × 700 × 3.000 mm und etwa 500 kg einschließlich der Anbindungspunkte an das Fahrzeug. Für die Auslegung heißt das, dass die Bauteilgröße an der Fügetechnik hängt und nicht am Format einer Platte.
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