Forschungsansatz

Das übergeordnete Ziel des Verbundvorhabens THIXON ist die Entwicklung der prozesstechnischen und konstruktiv-technologischen Grundlagen für die hocheffiziente Fertigung von komplexen, großflächigen, verstärkten Magnesium/Thermoplast-Tragstrukturen. Hierfür sollen die metallischen Strukturkomponenten aus partikel- und/oder faserverstärktem Magnesium im Thixomoulding-Prozess erzeugt und zusätzliche funktionelle Strukturkomponenten mit Thermoplast angespritzt werden.

Magnesium mit seiner geringen Dichte bei gleichzeitig hohen Festigkeitseigenschaften bietet ein vielfältiges Leichtbaupotenzial. Aufgrund von technologisch-wirtschaftlichen Einschränkungen bei der Verarbeitung, den mechanischen Werkstoffeigenschaften sowie unzureichenden Konzepten der Fügetechnik für Mischbauweisen mit Magnesium fand dieser Konstruktionswerkstoff bisher jedoch nicht den Einsatz in hochbeanspruchten Komponenten der Karosserie. Verstärkte und mittels Thixomoulding gefertigte Magnesiumlegierungen bieten hier verbesserte Werkstoffeigenschaften und können somit gezielt in thermisch und mechanisch beanspruchten Strukturen etwa in Karosseriestrukturen der Elektromobilität eingesetzt werden. Eine notwendige Voraussetzung ist hierbei eine Weiterentwicklung der zukunftsweisenden Verfahrenstechnik des Thixomouldings hin zum potenziellen Einsatz in der Serienproduktion. Im Rahmen des Projektes wird daher zum einen der Aufbau einer neuartigen Thixomoulding-Anlage fokussiert, die es erlaubt, großserienfähig partikel- oder faserverstärkte Magnesiumbauteile herzustellen. Dafür sind sowohl umfangreiche technologische Weiterentwicklungen etwa bezüglich einer angepassten Compoundiertechnik und der gießtechnischen Weiterverarbeitung des verstärkten Magnesiumcompounds als auch weitreichende Untersuchungen etwa hinsichtlich des Benetzungsverhaltens beim Compoundieren, des Fließverhaltens und der Sedimentierung bei der Formfüllung, der Faserschädigung während des gesamten Fertigungsprozesses sowie der letztendlich erzielbaren Werkstoffeigenschaften vorgesehen. Gestützt werden diese Untersuchungen durch umfangreiche Simulationen der Verbundwerkstoffe, der Maschinenkomponenten, der Prozesskette und der Bauteilstrukturen.

Ein weiteres Projektziel ist die prozessintegrative Kombination der beiden Urformverfahren Thixomoulding und Thermoplast-Spritzgießen. Durch den anwendungsorientierten Einsatz der Werkstoffe Magnesium und Thermoplast sollen erweiterte Bauteilfunktionen etwa hinsichtlich einer integrierten Schwingungsdämpfung oder multifunktionaler Krafteinleitungselemente wirtschaftlich realisiert werden. Hierin begründet sich eine völlig neue Klasse von Hybridbauteilen mit hoher Funktionsintegration und breitem Anwendungspotential. Die Forschungs- und Entwicklungsarbeiten fokussieren auf die erreichbaren Verbindungsfestigkeiten infolge Stoff- und Formschluss, auf technologische Konzepte zur maschinen- und werkzeugseitigen Umsetzung und auf den Aufbau der entsprechenden Systemtechnik. Darauf aufbauend erfolgt die konzeptionelle Entwicklung einer neuartigen wirtschaftlichen und serienfähigen Tandemtechnologie zur Herstellung von Magnesium/Thermoplast-Hybridstrukturen.