Prüfung von Verbundwerkstoff-Sandwichplatten – Mechanische, thermische und klimatische Charakterisierung für Leichtbaustrukturen in Österreich
Als nach ISO/IEC 17025 akkreditiertes (CNAS) unabhängiges Prüflabor führen wir Prüfungen von Verbundwerkstoff-Sandwichplatten für Hersteller von Leichtbaukomponenten, Fahrzeugbauern, Anbieter von Fassadensystemen und Ingenieurbüros in Österreich durch. Sandwichplatten bestehen aus zwei dünnen, festen Deckschichten (z. B. Aluminium, Stahl, Glasfaser‑/Carbonfaserverbund) und einem leichten, dickeren Kernmaterial (z. B. Polymerwaben, Hartschaum, Balsaholz). Sie bieten eine hohe Biegesteifigkeit bei geringem Gewicht und werden in Fahrzeugen (Schienenfahrzeuge, Nutzfahrzeuge), in der Gebäudehülle (Sandwichpaneele für Fassaden), in der Luft‑ und Raumfahrt sowie im Anlagenbau eingesetzt. Die Qualität der Sandwichplatte hängt von der Haftung zwischen Deckschicht und Kern, der Druckfestigkeit des Kerns, der Biegesteifigkeit des Gesamtverbunds und der Widerstandsfähigkeit gegen Klimaeinflüsse ab. Unser Labor führt Biegeversuche, Schälversuche (Peel-Test), Druckversuche (Kern), Impact‑Tests sowie Klimawechselprüfungen (Temperatur, Feuchte) durch. Wir stützen uns auf internationale Normen (ASTM C273, ASTM C393, EN 14509, DIN 53293, ÖNORM B 3515) und berücksichtigen die Anforderungen österreichischer Zulassungen für Bauprodukte und Schienenfahrzeuge. Die Ergebnisse helfen Entwicklern bei der Optimierung der Lagenstruktur, Fertigungsabteilungen bei der Prozesskontrolle und Abnehmern bei der Auswahl geeigneter Platten für ihre Anwendungen.
Typen von Sandwichplatten und Proben, die wir prüfen
- Sandwichplatten mit Aluminium‑Deckschichten (0,5 – 2,0 mm) und Wabenkern aus Aluminium oder Aramid (Nomex®)
- Sandwichplatten mit GFK‑Deckschichten (glasfaserverstärkter Kunststoff) und Hartschaumkern (PU, EPS, XPS, PET‑Schaum)
- Sandwichpaneele für Fassaden und Dächer (Stahlblech‑Deckschichten mit PU‑Hartschaumkern)
- CFK‑Sandwichplatten (Carbonfaser‑Deckschichten mit Wabenkern) für Hochleistungsanwendungen
- Platten mit Balsaholzkern für den Boots‑ und Modellbau
- Proben aus laufender Produktion (zur Qualitätssicherung von Biegesteifigkeit und Haftung)
- Gebrauchte Sandwichplatten aus Rückbauten (zur Alterungsanalyse, Feuchteschäden)
- Vergleichsmuster von Wettbewerbern (Benchmarking von Steifigkeit und Gewicht)
- Zugeschnittene Plattenabschnitte (mindestens 300×300 mm) für die Probekörperherstellung
- Sonderanfertigungen mit extrudiertem Polypropylen‑Kern (Honeycomb) für Industrieböden
Wichtige Fehlerarten und Qualitätsparameter bei Sandwichplatten
- Delamination zwischen Deckschicht und Kern – Führt zu Einbußen der Biegesteifigkeit und zum Aufblättern der Platte.
- Unzureichende Kernfestigkeit (Druckfestigkeit, Scherfestigkeit) – Ursache für lokale Eindrückungen und Beulen.
- Welligkeit der Deckschicht (Ortswelligkeit) – Beeinträchtigt das optische Erscheinungsbild und die Luftströmung.
- Poren oder Hohlräume im Kernmaterial – Schwächung der mechanischen Integrität.
- Schlechte Haftung zwischen Kern und Deckschicht (geringe Schälfestigkeit) – Führt zu Rissbildung bei Biegebelastung.
- Mangelhafte Klimabeständigkeit (Feuchte, Temperaturwechsel) – Wasseraufnahme im Kern verursacht Quellung und Gewichtszunahme.
- Unzureichende Steifigkeit (zu niedriger Biege‑E‑Modul) – Unerwünschte Durchbiegung unter Last.
Prüfmethoden im Detail
1. Dickenmessung und Maßhaltigkeit
Die Gesamtdicke wird an 10 Stellen pro Platte mit einer Messuhr (Andruck 0,5 N/cm²) bestimmt. Die Dicke der Deckschichten wird mittels Mikroskop oder Wirbelstrommessgerät (für metallische Deckschichten) ermittelt. Toleranz: ±0,2 mm für die Gesamtdicke.
2. Biegeversuch (3‑Punkt-Biegung, ASTM C393)
Aus der Platte werden Streifen (Länge = 20 × Plattendicke, Breite = 50 mm) geschnitten. In einer Universalprüfmaschine wird mit einer Auflageweite von 200 mm ein Biegestempel (Radius 10 mm) mittig aufgelegt. Die Kraft wird mit 5 mm/min gesteigert. Gemessen werden die maximale Biegekraft (N), die Biegespannung (MPa) und der Biege‑E-Modul (MPa).
3. Schälversuch (Peel-Test, ASTM C297)
Ein Streifen (Länge 200 mm, Breite 25 mm) wird an einem Ende mit einer Zugvorrichtung (Klebefahne) an der Deckschicht angesetzt. Die Deckschicht wird mit konstanter Geschwindigkeit (50 mm/min) senkrecht vom Kern abgezogen. Die mittlere Schälkraft (N/mm Breite) wird ermittelt. Akzeptabel: > 2 N/mm für strukturelle Anwendungen.
4. Druckversuch des Kerns (ASTM C365)
Aus der Platte wird ein kleiner Prüfkörper (Quadrat 50×50 mm) so entnommen, dass die Deckschichten entfernt sind. Der Kern allein wird zwischen zwei Druckplatten gestaucht (5 mm/min). Die Druckfestigkeit (MPa) und der Druck‑E-Modul (MPa) werden bestimmt. Typische Werte für Wabenkerne: 1 – 5 MPa; für Hartschaum: 0,5 – 2 MPa.
5. Durchstichversuch (Impact Resistance)
Ein Fallgewicht (Masse 2–5 kg, Dornradius 10 mm) wird aus definierter Höhe (0,5 – 2 m) auf die Platte fallen gelassen. Gemessen wird die verbleibende Eindringtiefe (mm) oder ob ein Durchschlag erfolgt ist. Verlangt wird häufig keine Rissbildung unterhalb von 20 J Schlagarbeit.
6. Kalt‑ und Warmbiegeversuch (für Fassadenpaneele)
Die Platte wird bei -20°C bzw. bei +80°C 24 h konditioniert und dann um einen definierten Radius (z. B. 20× Plattendicke) gebogen. Keine Risse in Deckschicht oder Kern sind zulässig.
7. Klimawechselprüfung (Temperatur / Feuchte)
Die Proben durchlaufen 10 Zyklen: 2 h bei -20°C, 2 h bei +70°C, 2 h bei +50°C / 95 % relativer Feuchte. Nach jedem Zyklus wird die Platte auf Delamination, Blasenbildung oder Welligkeit untersucht.
8. Wasseraufnahme (Kernmaterial) – ISO 62
Kernproben werden 7 Tage bei 23°C in destilliertem Wasser gelagert. Die Gewichtszunahme in % wird ermittelt. Für Außenanwendungen wird eine Wasseraufnahme < 3 % gefordert.
9. Thermische Ausdehnung (TMA oder Dilatometer)
Für Präzisionsanwendungen wird der lineare thermische Ausdehnungskoeffizient (α, in µm/(m·K)) der Sandwichplatte in Längsrichtung gemessen. Unterscheidet sich die Ausdehnung stark von angrenzenden Bauteilen, kann es zu Verspannungen kommen.
10. Scherfestigkeit Kern (ASTM C273)
Eine Probe mit aufgebrachten Einlegeteilen wird in einer Zugvorrichtung so belastet, dass der Kern im Wesentlichen auf Scherung beansprucht wird. Die Scherfestigkeit (MPa) und der Schermodul (MPa) werden ermittelt.
Probenvorbereitung und Konditionierung
- Die Proben werden 48 h bei 23°C ± 2°C und 50% ± 5% relativer Luftfeuchte konditioniert.
- Für jeden Prüfparameter werden mindestens 5 Einzelproben (aus verschiedenen Plattenbereichen) entnommen.
- Die Kanten der Proben werden ggf. mit Epoxidharz versiegelt, um Wassereintritt während der Klimaprüfungen zu verhindern.
- Es werden sowohl Proben mit originaler Deckschicht als auch Kernproben nach Abtrennung der Deckschicht vorbereitet.
Qualitätskontrolle und Akzeptanzkriterien (Richtwerte)
Die nachfolgenden Werte sind typische Richtwerte für strukturelle Sandwichplatten. Der Kunde muss seine produktspezifischen Kriterien vorgeben.
- Biege‑E-Modul: ≥ 5000 MPa (für Aluminium‑Wabenverbund) / ≥ 3000 MPa (für GFK‑Hartschaumverbund)
- Biegebruchspannung: ≥ 80 MPa (Alu‑Waben); ≥ 40 MPa (GFK‑Schaum)
- Schälfestigkeit (Deckschicht/Kern): ≥ 2 N/mm (strukturell); ≥ 0,5 N/mm (nicht tragend)
- Druckfestigkeit Kern: ≥ 1 MPa (Schaum), ≥ 2 MPa (Waben)
- Verbleibende Eindringtiefe beim Falltest (20 J): ≤ 0,5 mm
- Klimawechsel: keine Delamination, keine Risse, keine Blasen
- Wasseraufnahme Kern: ≤ 5 % (für Außenanwendungen)
Prüfbericht und Dokumentation
Jeder Prüfbericht für Verbundwerkstoff-Sandwichplatten enthält:
- Probenidentifikation (Hersteller, Plattenart, Deckschichtmaterial, Kerntyp, Dicke, Chargennummer)
- Konditionierungsbedingungen (Temperatur, Feuchte, Dauer)
- Dicken- und Maßergebnisse (Soll/Ist, Planheit)
- Mechanische Kennwerte (Biegefestigkeit, Biege‑E-Modul, Schälfestigkeit, Druckfestigkeit Kern, Scherfestigkeit)
- Impact‑Prüfergebnis (Eindringtiefe, Durchschlag ja/nein)
- Klimawechselverhalten (visuelle Beurteilung, Bilddokumentation)
- Wasseraufnahme (%) und thermische Ausdehnung (falls gemessen)
- Fotodokumentation (Bruchbild, Delamination, Beschädigungen)
- Vergleich mit den Kundenspezifikationen (falls vorhanden) – „entspricht“ / „entspricht nicht“
- Rohdaten und Prüfprotokolle werden 10 Jahre archiviert
Anwendungen in der österreichischen Industrie
- Schienenfahrzeugbau (Wien, Graz, Linz): Prüfung von Sandwichböden und Seitenwänden für Straßenbahnen und U-Bahnen.
- Gebäudefassaden (Österreichische Fassadenindustrie): Nachweis der Biegesteifigkeit und Temperaturwechselbeständigkeit von Sandwichpaneelen.
- Messebau und Innenausbau: Leichte Sandwichplatten für Trennwände – Prüfung der Kantenabdichtung und Wasseraufnahme.
- Luft- und Raumfahrt (Zulieferer): CFK‑Wabenverbunde für Rumpfstrukturen – umfangreiche mechanische und thermische Prüfungen.
- Anlagen- und Behälterbau: Sandwichplatten mit Edelstahl‑Deckschichten für Tanks – Prüfung der Beständigkeit gegen Chemikalien.
