Das Prinzip der Sandwichbauweise ist genial einfach: Zwei dünne, feste Deckschichten (die GFK-Häute) werden durch einen leichten Kern auf Abstand gehalten. Wie bei einem Doppel-T-Träger steigt dadurch die Biegesteifigkeit enorm – bei minimalem Gewicht. Der Kern trägt kaum Last in der Fläche, hält aber die Häute auf Distanz und überträgt Schubkräfte.
Die drei Kernfamilien
- Schaumkerne (PVC, PET, PU): vielseitig, gut verarbeitbar, in vielen Dichten verfügbar. Geschlossenzelliger PVC-Schaum ist ein Industriestandard; PET-Schaum punktet mit Recyclingfähigkeit.
- Balsaholz: natürlicher Kern mit sehr hoher Druckfestigkeit pro Gewicht – stark in Wind und Schiffbau, aber feuchteempfindlich.
- Waben (Honeycomb): höchste Steifigkeit pro Gewicht, vor allem in Luftfahrt und High-End – aufwendiger zu verarbeiten.
Schaum und Balsa machen zusammen über 70 Prozent des Nicht-Waben-Kernmarkts aus. Wie groß die Mengen sind, zeigt die Windkraft: Jedes Offshore-Rotorblatt verschlingt zwischen 1,5 und 4 Tonnen Kernmaterial.
Der Trend: recycelbare Kerne
Mit dem Nachhaltigkeitsdruck rücken recycelbare PET-Schäume und rezyklierte Kernmaterialien in den Fokus. Thermoplastbasierte Sandwichkonzepte erlauben Recycling am Lebensende – ihre Verarbeitung ist allerdings anspruchsvoller als bei klassischen Duroplast-Sandwiches. Bremsend wirken schwankende Rohstoffpreise und eine noch lückenhafte Recycling-Infrastruktur.
Kernwerkstoffe im Vergleich: Dichten, Stärken, Grenzen
Die wichtigste Kenngröße bei der Kernwahl ist die Dichte: Je dichter der Kern, desto fester wird das Sandwich – vor allem gegenüber Schub- und Drucklasten –, aber auch desto schwerer und teurer. Hersteller nennen dafür Nenndichten, also Sollwerte, um die reale Platten leicht streuen. Die Tabelle zeigt die sechs wichtigsten Kernwerkstoffe mit Dichteangaben aus den Datenblättern von Diab, 3A Composites, Gurit und Evonik; die Wabenwerte stammen aus Händlerangaben zum Schütz-Produkt Cormaster.
| Kern | Typische Dichte | Stärken | Grenzen / Hinweise |
|---|---|---|---|
| PVC-Schaum (vernetzt) – z. B. Diab Divinycell H | 48–250 kg/m³ (acht Stufen, H45–H250) | Der Allrounder: geschlossenzellig, kaum Wasseraufnahme, gute Ermüdungsfestigkeit, für nahezu alle Verfahren (max. Prozesstemperatur laut Datenblatt 90–110 °C) | Vor warmhärtenden Prozessen tempern (Gefahr des Ausgasens); schwer zu recyceln |
| PET-Schaum – z. B. Airex T92 | 60–280 kg/m³ | Recycelbar und thermoformbar, thermisch stabil ohne Ausgasen, gute Ermüdungswerte | Für gleiche Festigkeit wird meist eine etwas höhere Dichte als bei PVC gewählt |
| SAN-Schaum – z. B. Gurit Corecell M | 65–200 kg/m³ (M60–M200) | Sehr zäh und schadenstolerant (hohe Bruchdehnung), geringe Harzaufnahme, prepregtauglich | Formbeständig bis etwa 110 °C; Domäne ist der Bootsbau |
| PMI-Schaum – Evonik Rohacell | Nenndichten 31–200 kg/m³ | Schon bei geringster Dichte sehr steif und druckfest; autoklavtauglich, Typen für 180–190 °C Härtetemperatur | Teuerste Schaumklasse – lohnt vor allem in Luftfahrt und High-End |
| Balsa-Hirnholz – z. B. Baltek SB | ca. 110–285 kg/m³ (nominal) | Höchste Druck- und Schubfestigkeit fürs Gewicht, prepregfest bis 180 °C, nachwachsend (FSC-Plantagen) | Offene Stirnflächen saugen Harz – versiegeln oder beschichtet bestellen; deutlich dichter als Schaumkerne |
| Aramid-Wabe (Nomex) – z. B. Schütz Cormaster | ab ca. 29 kg/m³ (gängig 29–48) | Bestes Verhältnis von Steifigkeit zu Gewicht, schwer entflammbar, Standard in der Luftfahrt | Offene Zellen: keine offene Infusion möglich, Anbindung per Klebefilm unter Vakuum oder Pressdruck; teuer |
Vier Fragen grenzen die Wahl in der Praxis schnell ein. Erstens die Last: Schub- und Druckfestigkeit wachsen mit der Dichte – hoch belastete Zonen bekommen dichtere Kerne oder Balsa, leichte Verkleidungen kommen mit den niedrigsten Stufen aus. Zweitens die Temperatur: Wer mit Prepregs (vorimprägnierten, warm härtenden Halbzeugen) oder im Autoklav (Druckofen) arbeitet, braucht formbeständige Kerne wie PMI oder temperaturfeste Balsa-Qualitäten. Drittens die Harzaufnahme: Feinzellige Schäume trinken wenig, Balsa und jeder Anschnitt deutlich mehr – das kostet Gewicht und Geld. Viertens der Preis: Balsa und PET liegen in der Regel am unteren Ende, PMI-Schaum und Aramid-Waben deutlich darüber.
Verarbeitungshinweise aus der Praxis
- Balsa saugt Harz: Hirnholz bedeutet, die Holzfasern stehen senkrecht zur Platte – ihre offenen Röhrchen ziehen Harz wie Strohhalme. Schnittflächen dünn versiegeln oder ab Werk beschichtete Platten ordern; die Beschichtung schließt Poren und verbessert zugleich die Anbindung.
- PET lässt sich warm umformen: Als Thermoplast folgt der Kern nach dem Erwärmen Rundungen, ohne dass man ihn einschneiden muss – und am Lebensende kann er zurück in den Stoffkreislauf.
- Waben niemals offen infundieren: Die offenen Zellen würden schlicht mit Harz volllaufen. Waben werden mit Klebefilmen oder Prepregs angebunden, verklebt unter Pressdruck oder im Vakuumsack.
- PVC-Kerne vor warmen Prozessen tempern: Restgase aus der Schaumherstellung können sonst beim Aufheizen entweichen und Blasen unter der Deckschicht bilden.
- Anschnitte einkalkulieren: Messerschnitte, Rillen und Bohrungen machen Kerne drapierbar und helfen dem Harz beim Fließen – jeder Kanal füllt sich aber mit Harz und bringt Mehrgewicht.