Sandwichplatten
Was sind Sandwichplatten?
Der Begriff Sandwichplatten umfasst eine spezifische Produktgruppe von Verbundplatten, welche ähnlich wie ein Sandwich aus zwei Deckschichten und einer Zwischenlage besteht. Sandwichplatten werden meist für Anwendungen eingesetzt, bei welchen es auf Leichtbau ankommt. Aufgrund der speziellen Bauweise können Sandwichplatten relativ zum Eigengewicht, hohe Lasten tragen.
Aufbau von Sandwichplatten
Sandwichplatten bestehen aus 2 Deckschichten und einem Kern, welcher fest mit den beiden Deckschichten verklebt oder verschweisst ist. Je nach den gewählten Materialien und Materialstärken ergeben sich unterschiedliche Eigenschaften der Sandwichplatten. Es werden häufig folgende Materialien eingesetzt:
Deckschichten
- Aluminium
- Stahl
- GFK (Glasfaserverstärkte Kunststoffe)
- HPL
Kern-Materialien
- Aluminium Waben
- Kunststoff Waben
- EPS, XPS
- PET-Schäume
- PVC-Schäume
- PUR-Schäume
- Balsaholz
- Spezialprodukte wie z.B. Corapan®
Wirksungsweise von Sandwichplatten
Sandwichplatten sind von ihrem Aufbau her auf hohe Biegesteifigkeit bei tiefem Gewicht ausgelegt. Um eine möglichst gute Wirkung zu erzielen, werden die Deckschichten möglichst steif auf Zug- und Druck und der Kern steif auf Schub ausgelegt. Wird die Sandwichplatte belastet, nehmen die Deckschichten die entstehenden Zug- und Druck-Spannungen und der Kern die Schubspannungen auf.
In der Folge sind die wichtigsten Einflussgrössen aufgeführt, welche die Biegesteifigkeit beeinflussen:
| Einflussgrösse | Wirkung |
|---|---|
| Dicke der Sandwichplatte | Je dicker, desto biegefsteifer |
| Dicke der Deckschicht | Je dicker, desto biegesteifer |
| E-Modul der Deckschichten | Je höher, desto biegesteifer |
| Schubmodul des Kerns | Je höher, desto biegesteifer |
Das mechanische Verhalten von Sandwichplatten, wird mit der linearen Sandwichtheorie mathematisch modelliert.
Von ihrem Aufbau her resultieren bei Sandwichplatten eher schlechte Punktlast-Eigenschaften. Des Weiteren sind Sandwichplatten aufgrund ihres tiefen Gewichts zumindest bei ungelochten Deckschichten bei der Schallisolation im Nachteil gegenüber schwereren Lösungen.
Eigenschaften von Sandwichplatten
Bei der Auswahl von Sandwichplatten lässt sich aufgrund der vorgesehenen Anwendung meist relativ einfach ermitteln, welche Materialien für den Aufbau in Frage kommen. In der folgenden Tabelle sind Argumente, welche bei der Auswahl von Materialien eine Rolle spielen, aufgeführt:
Deckschichten
| Material Deckschichten | Vorteile | Nachteile |
|---|---|---|
| Aluminium | Hohe Korrosionsbeständigkeit Hohe resultierende Biegesteifigkeit Schöne Oberflächen Tiefes Gewicht Einfach bearbeitbar |
Empfindliche Oberfläche Relativ teuer |
| GFK | Hohe Korrosionsbeständigkeit Sehr tiefe Gewichte möglich Unempfindlichere Oberflächen Breites Spektrum an Qualitäten und Preisen |
Weniger edle Oberfläche Tiefe Biegesteifigkeit Verliert an Festigkeit bei höheren Temperaturen |
| Stahl | Sehr hohe resultierende Biegesteifigkeit Schöne Oberflächen Relativ günstig |
Bearbeitbarkeit von Stahl Korrosion Hohes Gewicht |
| HPL | Verschiedenste Dekore möglich (dies ist der Hauptgrund, weshalb HPL verwendet wird) Unempfindliche, gut reinigbare Oberflächen |
Tiefe Biegesteifigkeit Eingeschränkte Formate |
| PP | Hohe Schlagzähigkeit Günstig |
Verliert stark an Festigkeit bei höheren Temperaturen Schwierig zu lackieren oder Folieren Unruhige Oberfläche |
Kerne
| Material Kern | Häufig verwendet mit folgenden Deckschichgten | Vorteile | Nachteile |
|---|---|---|---|
| Aluminiumwaben | Aluminium | Hohe Druckfestigkeit Hoher Schubmodul Schöne Oberfläche Viele Möglichkeiten zur Weiterverarbeitung Geringe Neigung zum Verbiegen bei Temperaturgradient |
Praktisch keine thermische Isolation Schwierig Einlagen einzubringen Relativ teuer |
| Kunststoffwaben | Aluminium GFK PP |
Hohe Druckfestigkeit Je nach Ausführung, hoher Schubmodul |
Praktisch keine thermische Isolation Teils unruhige Oberfläche |
| EPS | HPL GFK |
Billig | Schlechte mechanische Eigenschaften Nimmt Wasser auf |
| XPS | GFK HPL Aluminium |
Unterschiedliche Qualitäten mit unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften Tiefes Gewicht Günstig |
Tiefer Schubmodul Schlechte Kriecheigenschaften |
| PET-Schäume | GFK Aluminium Stahl |
Sehr gute mechanische Eigenschaften d.h. hoher Schubmodul, gute Druckfestigkeit, hohe Beständigkeit bei dynamischer Belastung Sehr beständig gegen Ablösung der Deckschichten Verschiedene Dichten erhältlich Hohe thermische Beständigkeit Als Rezyklat erhältlich Gute Brandeigenschaften |
Relativ schwer Relativ teuer |
| PVC-Schäume | GFK Aluminium Stahl |
Sehr gute mechanische Eigenschaften (etwas besser als PET) d.h. hoher Schubmodul, gute Druckfestigkeit, hohe Beständigkeit bei dynamischer Belastung Sehr beständig gegen Ablösung der Deckschichten Verschiedene Dichten erhältlich Hohe thermische Beständigkeit |
Schlechte Brandeigenschaften Teuer |
| PUR-Schäume | Aluminium GFK Stahl |
Sehr gute thermische Isolation (Hauptgrund für Verwendung von PUR) Leicht |
Schlechte Haftung zu den Deckschichten Spröd d.h. schlechte Eigenschaften bei dynamischer Belastung |
| Balsaholz | Aluminium Stahl GFK |
Sehr gute mechanische Eigenschaften Beste mechanische Eigenschaften relativ zum Gewicht |
Teuer Empfindlich gegen Feuchtigkeit |
| Corapan® | Aluminium GFK HPL |
Kern besteht aus einem Stück pro Platte unabhängig vom Format Schöne Oberfläche Relativ gute mechanische Eigenschaften (Schubmodul, Druckfestigkeit) Gute Haftung zwischen Kern und Deckschicht Viele Möglichkeiten beim Einbringen von flachen Einlagen Gute Brandeigenschaften |
Relativ schwer Einlagen von Deckschicht zu Deckschicht nicht möglich |
Anwendung von Sandwichplatten
Sandwichplatten werden für viele, meist flächige Anwendungen eingesetzt. In der Folge sind verschiedene Anwendungen und häufig eingesetzte Typen von Sandwichplatten aufgeführt:
| Anwendungen | Aufbau Sandwichplatten |
|---|---|
| Wände, Dächer und Klappen von Fahrzeugen | GFK – XPS GFK – Kunststoffwaben GFK – PUR-Schäume PP – Kunststoffwaben Aluminium – Aluminiumwaben Aluminium – XPS Aluminium – Corapan® |
| Böden von Fahrzeugen | GFK – Kunststoffwaben GFK – PET-Schäume GFK – PVC-Schäume PP – Kunststoffwaben GFK - XPS |
| Böden von Schienenfahrzeugen | Aluminium – PET-Schäume Aluminium – Aluminiumwaben GFK – PET-Schäume |
| Vorgehängte Fassaden | Aluminium – Aluminiumwaben Aluminium - PVC |
| Balkonböden und Plattformen | Aluminium – Corapan® Aluminium – PET-Schäume GFK – PET-Schäume |
| Überdachungen und Unterstände | Aluminium – Corapan® Aluminium – Aluminiumwaben |
| Dachuntersichten | Aluminium – Aluminiumwaben Aluminium – PVC Aluminium – Corapan® |
| Türfüllungen | Aluminium – Corapan® Aluminium – PUR Aluminium – XPS GFK – Corapan® GFK – PUR GFK – XPS Stahl – PUR-Schäume Stahl - XPS |
| Trennwände | Aluminium – Corapan® Aluminium – Aluminiumwaben Stahl – PUR-Schäume |
| Hallendächer und Hallenwände | Stahl – PUR-Schäume |