Faserintegration als Schlüssel für innovative Leichtmetallanwen­dungen

Faserintegration als Schlüssel für innovative Leichtmetallanwen­dungen
In enger Zusammenarbeit mit Coperion, Druckguss Service Deutschland, GK Concept, Helmholtz-Zentrum Geesthacht, Neue Materialien Fürth, Reiloy sowie Volkswagen haben Forscher des Instituts für Leichtbau und Kunststofftechnik (ILK) der TU Dresden eine einzigartige Anlagentechnik entwickelt, mit der erstmals Partikel- und Faserverstärkungen in Magnesium eingebracht werden können. Der Fachwelt wird diese einmalige Technologie am 03./04.09.2018 auf dem diesjährigen FOREL-Kolloquium in Dresden vorgestellt.

Magnesium eignet sich als Konstruktionsmetall mit geringster Dichte im Vergleich zu Stahl und Aluminium besonders für signifikante Masseeinsparungen und damit Ressourcenschonung. Im modernen Fahrzeugbau setzen die Entwickler den Werkstoff immer öfter in Stützstrukturen wie Mittelkonsolenträgern, Lenkrädern oder Cockpithalterungen ein. Das Leichtmetall besitzt hohe spezifische Festigkeiten, die durch Partikel- und Faserverstärkungen weiter verbessert werden können. Bisher fehlte jedoch eine geeignete Anlagentechnik zur industrienahen Herstellung von verstärkten Magnesiumteilen.

Partner des Forschungs- und Technologiezentrums für ressourceneffiziente Leichtbaustrukturen der Elektromobilität (FOREL) entwickelten daher im Projekt Thixom eine innovative Thixomoulding-Anlage, mit der eine reproduzierbare Verarbeitung komplexer, hochwertiger Magnesiumstrukturen realisiert und die Einbringung von Fasern und Partikel als Verstärkungen ermöglicht werden kann. Eine neuartige, integrierte Speichertechnologie gleicht dabei Prozessschwankungen der herkömmlichen Thixomoulding-Verarbeitung aus und ermöglicht so die Fertigung von Magnesiumkomponenten in Taktzeiten von unter einer Minute.

Das Thixom-Konsortium hat sich unter Leitung des ILK dabei zahlreichen Herausforderungen der Magnesium-Leichtmetallverarbeitung gestellt, um die Potentiale dieser neuen Fertigungstechnologie herauszustellen. Bisweilen werden in herkömmlichen Thixomoulding-Anlagen Einschneckenextruder verwendet, die das Material urformend verarbeiten und dann direkt in eine Werkzeugkavität spritzen. Diese diskontinuierliche Verarbeitung führt zwangsläufig zu einer Unterbrechung der Materialaufbereitung und kann so Schwankungen in der Prozessführung auslösen und die Bauteilqualität wesentlich reduzieren.

Die im Projekt Thixom entwickelte Anlagentechnik kompensiert diesen Nachteil durch eine angepasste Compoundiertechnik mit einem Zweischneckenextruder und einer neuen Zuführeinrichtung für Verstärkungsmaterial wie Partikel oder Kohlenstofffasern. Dazu wird das aufbereitete Material kontinuierlich in den eigens entwickelten Transferspeicher gefördert und von dort geregelt an die nachgelagerte kompakte Druckgusseinheit abgegeben. Dadurch verbindet die Anlage den kontinuierlichen Aufbereitungsprozess ohne Unterbrechung mit einer kompakten Druckgusseinheit und erlaubt eine reproduzierbar hochwertige Bauteilfertigung. Die ressourceneffiziente Thixom-Anlagentechnik zeichnet sich sowohl durch einen geringeren Energieverbrauch und Verschleiß als auch durch den Verzicht auf toxisches Schutzgas aufgrund des geschlossenen Systems aus. Die von dem Team um Prof. Hubert Jäger konstruierte Anlagentechnik wird nach der erfolgreichen Erprobung im Sommer 2018 von den Verbundprojektpartnern in Betrieb genommen.

Nach fünf Jahren erfolgreicher Entwicklungsarbeit präsentieren die Partner ihre Ergebnisse am 03./04.09.2018 auf dem FOREL-Kolloquium in Dresden. Mit Thixom, ReLei und Q-Pro können die Teilnehmer gleich drei Projektabschlüsse begutachten und mit einem ausgewiesenen Fachpublikum aus Wissenschaft und Unternehmen des Fahrzeugbaus diskutieren. Darüber hinaus stellen ausgewiesene Referenten innovative Zukunftskonzepte der Mobilität vor und informieren über Schlüsseltechnologien noch laufender FOREL-Technologieprojekte.

Das Forschungs- und Entwicklungsprojekt wurde mit Mitteln des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmenkonzept "Innovationen für die Produktion, Dienstleistung und Arbeit von morgen" (Förderkennzeichen 02PJ2790 – 02PJ2796) und mit Mitteln aus dem Energie- und Klimafonds gefördert und vom Projektträger Karlsruhe (PTKA) betreut.

Quelle: Technische Universität Dresden