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17.08.2018

Faserintegration erschließt Leichtmetallanwendungen

Prozessschwankungen der Thixomolding-Verarbeitung ausgeglichen

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.

Anlagentechnik für industrienahe Herstellung

Bisher fehlte jedoch eine geeignete Anlagentechnik zur industrienahen Herstellung von verstärkten Magnesiumteilen. In 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 Anlagentechnik entwickelt, mit der erstmals Partikel- und Faserverstärkungen in Magnesium eingebracht werden können.

Als Fasern werden Kohlenstofffasern als Kurz- und Langfasern eingebracht. Möglich sind auch Aramidfasern. Als Verstärkungspartikel können unter anderen Siliciumcarbid und Bor sowie andere Partikel mit keramischen oder metallischem Anteil eingebracht werden. Polymere Verstärkungen werden gegenwärtig erprobt, wobei es erste erfolgversprechende Ergebnisse gibt, wie das ILK auf Nachfrage mitteilte.

Partner des Forschungs- und Technologiezentrums für ressourceneffiziente Leichtbaustrukturen der Elektromobilität ( Forel ) entwickelten im Projekt Thixom eine Thixomolding-Anlage, mit der sich eine komplexe, hochwertige Magnesiumstrukturen reproduzierbar verarbeiten und Fasern sowie Partikel als Verstärkungen einbringen lassen. Eine neuartige, integrierte Speichertechnologie gleicht dabei Prozessschwankungen der herkömmlichen Verarbeitung aus und ermöglicht so die Fertigung von Magnesiumkomponenten in Taktzeiten von unter einer Minute.

Thixom-Laboranlage: Das Projekt wurde vom BMBF im Rahmenkonzept „Innovationen für die Produktion, Dienstleistung und Arbeit von morgen“ (Förderkennzeichen 02PJ2790 – 02PJ2796) und vom Energie- und Klimafonds gefördert und vom Projektträger Karlsruhe (PTKA) betreut (© Neue Materialien Fürth)

Vom Einschnecken- zum Zweischneckenextruder

Bisweilen werden in herkömmlichen Thixomolding-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.

Die Anlagentechnik weist nach Angaben des Konsortiums einen geringeren Energieverbrauch und Verschleiß auf und kommt in dem geschlossenen System ohne toxisches Schutzgas aus. Die von dem Team um Prof. Hubert Jäger konstruierte Anlagentechnik wird nach der Erprobung im Sommer 2018 von den Verbundprojektpartnern in Betrieb genommen.

Die Ergebnisse der fünfjährigen Entwicklungsarbeit präsentieren die Partner am 3./4. September 2018 auf dem Forel-Kolloquium in Dresden. Dort können die Teilnehmer die drei Projektabschlüsse von Thixom, ReLei und Q-Pro begutachten und sich über Schlüsseltechnologien noch laufender Forel-Projekte informieren. (kk)

Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik (ILK)

Das ILK ist eine Forschungseinrichtung der TU Dresden, an der rund 240 Mitarbeiter mit dem Modell des „Funktionsintegrativen Systemleichtbaus in Multi-Material-Design“ einen werkstoff- und produktübergreifenden Ansatz verfolgen. Der vierköpfige Vorstand besteht aus Prof. Dr.-Ing. habil. Maik Gude (Leichtbaudesign und Strukturbewertung), Prof. Dr. rer. nat. Hubert Jäger (Systemleichtbau und Mischbauweisen), Prof. Dr.-Ing Niels Modler (Funktionsintegrativer Leichtbau) sowie Prof. Dr.-Ing. habil. Prof. E.h. Dr. h.c. Werner Hufenbach (Seniorprofessur).

www.tu-dresden.de/mw/ilk

Weiterführende Information
  • 25.08.2018

    Neue Aufgaben für alte Fasern

    Recycling bei der Konstruktion mit bedacht

    Mit Industriepartnern haben Forscher einen Technologiedemonstrator entwickelt, bei dem schon während der Bauteilkonzeption und -auslegung die Verwendung von recycelten Kohlenstofffasern und wiederaufbereitetem Spritzgießgranulat berücksichtigt wurde.   mehr

  • 10.08.2018

    Ressourceneffizienter Leichtbau bleibt Schlüsseltechnologie

    Fundierte Analyse notwendig

    Mehr als 20 Einrichtungen und Verbände aus Wissenschaft und Wirtschaft haben sich auf ein Positionspapier zur Bedeutung des ganzheitlichen Life Cycle Engineerings (LCE) für künftige Leichtbaulösungen verständigt.   mehr

  • Kunststoff und Metall –  ein unzertrennliches Paar
    Kunststoffe 12/2017, Seite 27 - 32

    Kunststoff und Metall – ein unzertrennliches Paar

    Innovative Spritzgießtechnologien für hybride Leichtbauanwendungen

    Der anstehende Paradigmenwechsel in der Mobilität fordert heute und in Zukunft eine Wandlungsfähigkeit der deutschen Automobilindustrie in...   mehr

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