CAD & Konstruktion

Sandwichbauweise: Decklagenabstand, Kernschub und Befestigung

Thema: CAD & Konstruktion

Bei der Sandwichbauweise werden tragende Deckschichten durch einen leichten Kern auf Abstand gehalten und miteinander verbunden. Der Abstand kann die Biegesteifigkeit bei geringer zusätzlicher Masse stark erhöhen. Kernschub, Decklagen, Klebung und lokale Lasteinleitung bleiben jedoch maßgeblich. Ein dickerer Kern ist kein automatischer Festigkeitsnachweis.

Für Modellbauplatten ist das Prinzip attraktiv, wenn Fläche und Bauraum vorhanden sind. Ein dünner, kompakter Anschluss kann dagegen die anspruchsvollste Stelle des ganzen Bauteils sein. Deshalb sollte eine Sandwichplatte nicht nur in ihrer freien Mitte, sondern auch an Schrauben, Kanten und Auflagern betrachtet werden.

Decklagen, Kern und Verbindung arbeiten gemeinsam

Bei Biegung wird eine Decklage überwiegend auf Zug und die andere auf Druck beansprucht; welche Seite welche Last trägt, hängt vom Lastfall ab. Der Kern hält Abstand, stützt die Decklagen und überträgt Schub. Die Verbindung zwischen Kern und Decklagen muss die nötigen Lasten übertragen. Eine lose aufeinandergelegte Schichtung ist noch kein wirksames Sandwich.

Als Decklagen kommen beispielsweise Metalle oder Faserverbundlaminate infrage. Für den Kern werden unter anderem geeignete Schäume, Balsa oder Waben verwendet. Gleiche Dichte bedeutet dabei weder gleichen Schubmodul noch gleiche Druckfestigkeit. Bei Waben können die Eigenschaften zusätzlich von der Richtung abhängen.

Eigene Querschnittsrechnung: Abstand statt mehr Decklagenmaterial

Sandwich-Decklagen auf AbstandGleiche Decklagen · unterschiedlicher KernabstandKern 5 mmDecklagen je 0,5 mmKern 10 mmDecklagen je 0,5 mmI der Decklagen: 151,67 mm⁴I der Decklagen: 551,67 mm⁴Nur der Biegeanteil der Decklagen: Verhältnis ≈ 3,64Breite b = 20 mm · Kernbiegung und Schubverformung nicht enthalten
Eigene idealisierte Querschnitte. Höhen sind im gleichen Maßstab dargestellt, die Breite ist schematisch. Identische Decklagen mit gleichem Elastizitätsmodul und vollständigem Verbund angenommen.

Das Prinzip Schritt für Schritt

Sandwich-Decklagen auf AbstandGleiche Decklagen · unterschiedlicher KernabstandKern 5 mmDecklagen je 0,5 mmKern 10 mmDecklagen je 0,5 mmI der Decklagen: 151,67 mm⁴I der Decklagen: 551,67 mm⁴Nur der Biegeanteil der Decklagen: Verhältnis ≈ 3,64Breite b = 20 mm · Kernbiegung und Schubverformung nicht enthalten

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  1. Bei 5 mm Kern und je 0,5 mm Decklage liegen die Decklagenmittelpunkte 5,5 mm auseinander. Der Abstand jeder Mitte zur neutralen Achse beträgt 2,75 mm.
  2. Bei 10 mm Kern wächst der Mittenabstand auf 10,5 mm. Jede Decklagenmitte liegt 5,25 mm von der neutralen Achse entfernt.
  3. Mit dem Satz von Steiner ergibt sich für beide Decklagen zusammen I = 2 × (b × t³ / 12 + b × t × a²): 151,67 beziehungsweise 551,67 mm⁴.
  4. Der Biegeanteil E × I der identischen Decklagen steigt rechnerisch um den Faktor 3,64. Die tatsächliche Durchbiegung enthält zusätzlich den Einfluss des Kerns und der Schubverformung.

Hier ist b = 20 mm die Breite, t = 0,5 mm die Dicke einer Decklage und a ihr Mittenabstand zur neutralen Achse. Die Formel berechnet eine geometrische Größe; erst das passende E liefert den betrachteten Steifigkeitsanteil. Bei anisotropen Faserverbund-Decklagen ist dafür die zur Beanspruchung passende Beschreibung erforderlich.

Der größere Kern braucht auch mehr Material. Seine zusätzliche Masse ist in diesem Beispiel nicht berechnet. Ebenso lässt sich aus dem I-Verhältnis weder eine zulässige Last noch eine entsprechend längere Lebensdauer ableiten. Die Rechnung isoliert bewusst den Einfluss des Abstands.

Wo ein Sandwich versagen kann

BereichMögliche Grenze
DecklagenZug- oder Druckversagen, örtliches Falten beziehungsweise Beulen
KernSchubversagen oder lokale Eindrückung
VerbindungAblösung zwischen Kern und Decklage
Gesamtes BauteilZu große Durchbiegung oder Stabilitätsverlust
BefestigungLokale Überlastung an Schrauben, Auflagern oder Einsätzen

Hexcel behandelt deshalb neben Biegung ausdrücklich Schubverformung und mehrere Versagensarten. Eine harte Deckfläche kann eine weiche Zone darunter verdecken. Beim Anziehen einer Schraube darf die Kraft nicht ungeprüft über einen leicht zusammendrückbaren Kern laufen. Geeignete Einsätze oder verstärkte Anschlussbereiche sind eine Konstruktionsaufgabe, keine beliebig nachträglich ergänzbare Klebstofffüllung.

CNC-Bearbeitung und offene Kanten

Fräsen kann nacheinander Decklage, Klebung und Kern erfassen. Diese Materialien brauchen nicht dieselbe Geometrie oder Schnittstrategie. Ein nachgiebiger Kern kann die untere Decklage am Austritt unzureichend stützen. Bei GFK-Decklagen gelten zusätzlich die dort erläuterten Anforderungen an Werkzeug, Delamination und Staub.

Ausschnitte verändern den Lastfluss und öffnen gegebenenfalls einen feuchteempfindlichen Kern. Ob eine Kante verschlossen werden muss und wie der Abschluss Kräfte überträgt, gehört deshalb vor dem Zuschnitt in die Planung. Das CAD-Volumenmodell sollte Kern, Decklagen und Anschlussbereiche getrennt erkennbar machen.

Für ein belastbares Vergleichsteil dokumentieren

  • Decklagenmaterial, Dicke, Orientierung und Kernbezeichnung festhalten.
  • Klebsystem, Herstellung und Zustand der Verbindung beschreiben.
  • Auflager, Belastungsrichtung und zulässige Verformung definieren.
  • Befestigungen und Kantenabschluss als Teil der Probe ausführen.
  • Prüfergebnis auf genau diesen Aufbau beziehen, nicht auf alle Sandwichplatten.

Eine gedruckte Schale mit Infill kann ein ähnliches geometrisches Prinzip nutzen, ist aber nicht automatisch gleichwertig mit einem kontinuierlich verklebten Waben- oder Schaumkern. Fertigungsrichtung, Verbindungen und Werkstoffdaten unterscheiden sich. Ein Vergleich mit Sperrholz ist deshalb nur mit gleichen Randbedingungen und einem klaren Ziel sinnvoll.

Quellen und fachliche Einordnung

Primärquellen, geprüft am 24.10.2026. Eigene Lehrbeispiele und schematische Grafiken. Befehlsdetails gelten jeweils für die genannte Steuerung.

Patrick Mehner

Patrick Mehner aus Mittweida hat seine Optimum BF 20 selbst auf CNC umgerüstet und erklärt auf cnc-modellbau.org CNC-Technik für den Modellbau – von G-Code über CAD bis zur Messtechnik.

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