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Ausgewählte Ausgabe: 10-2016 Ansicht: Modernes Layout
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Leichtbauanforderungen bei Großgusskomponenten

Um den Leichtbauanforderungen bei Großgusskomponenten für den Einsatz in Windenergieanlagen, dem industriellen Großanlagenbau oder für mobile Antriebe mit Stückmassen von bis zu 320 t [1] auch zukünftig entsprechen zu können, wird verstärkt auf die Verwendung neuer Gusswerkstoffe wie ADI und mischkristallverfestigter Legierungen gesetzt. Aber auch die bereits seit Jahrzehnten etablierten Legierungen, wie der in der Windenergie und im Großmotorenbau gängige EN-GJS-400, bieten bisher häufig nicht ausgeschöpfte Festigkeitspotenziale. Dabei spielt die zyklische Werkstoffverfestigung eine entscheidende Rolle, die sich jedoch häufig erst nach einer gewissen Nutzungsdauer einstellt. Dies beeinflusst auch die Wirkung von Extrem- und Sonderlasten auf die Festigkeit, insbesondere in lokalen, festigkeitskritischen Bauteil-Hot-Spots. Hierfür ist die Kenntnis des zyklischen Werkstoffverhaltens von dickwandigem Gusseisen mit Kugelgraphit von entscheidender Bedeutung. Aus diesem Grund arbeitet das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF im BMWi-geförderten Forschungsvorhaben GaßnerWind [2] mit Vertretern aus Gießereien, Gussanwendern, Zertifizierern und Konstruktionsbüros an Wegen, die Bauteilbemessung von Großgusskomponenten für den Bereich der Windenergie und den Großanlagenbau insbesondere unter Berücksichtigung von Extremlasten zu verbessern und Festigkeitspotenziale zu heben.


Tabelle 1 Quasi-statische Werkstoffkennwerte der untersuchten Werkstoffe.

Tabelle 1
Quasi-statische Werkstoffkennwerte der untersuchten Werkstoffe.

Forschungsbedarf besteht hierbei insbesondere bei der Einbindung des zyklischen Werkstoffverhaltens der GJS-Werkstoffe EN-GJS-400–18U-LT, EN-GJS-400–15, EN-GJS-450–18, EN-GJS-700–2 und ADI-800 (Tabelle 1) in ein lokales Bauteilbemessungskonzept, das auch das zyklisch veränderliche Werkstoffverhalten und die bereits angesprochenen Festigkeitspotenziale berücksichtigt. Dabei werden im Rahmen des Vorhabens hauptsächlich Untersuchungen unter variablen Belastungsamplituden durchgeführt, die auch gerade im Windenergiebereich typische Extremlasten, hervorgerufen durch Windböen oder Netzverlust, berücksichtigen.

Experimentelle Datenbasis

Bildartikel zu Bild 1_IWB_Fraunhofer LBF.tif

Bild 1
Versuchsaufbau.

Die experimentelle Datenbasis wird hierfür auf Basis dehnungsgeregelter Schwingfestigkeitsuntersuchungen unter konstanten Belastungsamplituden im Frequenzbereich von 0,05 bis 25,0 Hz bei einem Lastverhältnis von Re = –1 erarbeitet, die Aufschluss über das zyklische Werkstoffverhalten insbesondere bei Beanspruchung unter hohen elasto-plastischen Totaldehnungen geben. Hierzu kommen servohydraulische Prüfmaschinen mit Maximallasten bis 160 kN zum Einsatz (Bild 1).
Die Werkstoffproben entstammen hierfür sowohl geometrisch einfachen Halbzeugen (Y-Blöcken und Gussplatten) als auch realen Bauteilen aus dem Bereich der Windenergie wie etwa einem Maschinenträger, die alle unter praxisrelevanten Bedingungen abgegossen wurden.

Seite des Artikels
Autoren

Dr.-Ing. Christoph Bleicher

Kontakt:
Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF
Bartningstraße 47
64289 Darmstadt
www.lbf.fraunhofer.de

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