Sandwichbauweise: Decklagenabstand, Kernschub und Befestigung
Thema: CAD & Konstruktion
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
Das Prinzip Schritt für Schritt
Startet nur auf Wunsch. Pause hält den aktuellen Stand fest. Die Darstellung läuft in Lerngeschwindigkeit; sie simuliert keine Maschinensteuerung. Ohne Bewegung erklären Grafik und Liste denselben Inhalt.
- 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.
- Bei 10 mm Kern wächst der Mittenabstand auf 10,5 mm. Jede Decklagenmitte liegt 5,25 mm von der neutralen Achse entfernt.
- 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.
- 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
| Bereich | Mögliche Grenze |
|---|---|
| Decklagen | Zug- oder Druckversagen, örtliches Falten beziehungsweise Beulen |
| Kern | Schubversagen oder lokale Eindrückung |
| Verbindung | Ablösung zwischen Kern und Decklage |
| Gesamtes Bauteil | Zu große Durchbiegung oder Stabilitätsverlust |
| Befestigung | Lokale 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.