Engineering 05.10.2007, 19:30 Uhr

Simulation spürt die Schwachstellen beim Guss-Engineering auf  

VDI nachrichten, Düsseldorf, 5. 10. 07, kip – Der scheinbar „einfache“ Vorgang des Gießens ist in Wirklichkeit so komplex, dass der EDV-Einsatz zur Bauteilentwicklung bisher allein schon durch den schieren Rechenaufwand begrenzt wurde. Verbesserte Software, vernetzte Hochleistungsrechner und gezielter Einsatz von Computersimulation bringen jetzt deutliche Fortschritte beim Guss-Engineering.

„Im Rahmen eines größeren F&E-Projekts arbeiten wir deshalb zusammen mit anderen Gießereien, Forschungsinstituten und Softwareherstellern an der Vernetzung geeigneter CAE-Lösungen“, ergänzte Bernhard Thines, Spezialist für Prozess-Management, CAD und Simulationstechnologien bei HegerGuss. Dabei gehe es nicht allein um die einzelnen Programme, sondern vor allem um ihre Kombination und Bündelung, um das berechnete Bauteil schon in der Konstruktionsphase so optimal wie nur möglich zu gestalten.

„Im Prinzip läuft dies darauf hinaus, dass der Konstrukteur seine Schnittstellen und Lastfälle definiert und dann zunächst eine „ungefähr passende“ Konstruktion entwirft“, präzisierte Thines. Diese durchlaufe anschließend eine ganze Folge von Simulations- und Analysemodellen. Ergebnis dieser Berechnungen sei ein verbessertes Design, das erneut in den Berechnungskreislauf eingespeist werden kann. Das endgültige Bauteil ist letztlich das Ergebnis mehrerer Iterationsläufe, über die man sich schrittweise an das Optimum herantastet. Ziel des Ganzen sei es, auch bei kritischen Geometrien schon mit dem ersten Abguss ein perfektes Gussteil zu erhalten.

„Der erforderliche Rechenaufwand ist allerdings gewaltig“, räumte Harald Koch ein, Gießereitechniker und bei HegerGuss für die Leitung der Abteilung ProcessManagement zuständig. Im Rahmen des F&E-Projekts wurden daher spezielle mathematische Modelle entwickelt, welche die Bewältigung solcher Aufgaben auf ganzen Clustern von parallel arbeitenden Linux-Rechnern ermöglichen.

Damit bewältige man Aufgaben in Minuten, für die der Rechner früher etliche Stunden habe „rattern“ müssen. Zugleich ergebe sich daraus eine deutliche Zunahme der Bedeutung von Sachkenntnis und Erfahrung, weil man sonst Gefahr laufe, in einer Datenflut bunter Bilder zu ertrinken. „Gefordert sind der Gießereifachmann bzw. der Konstrukteur, die jeweils genau wissen, worauf zu achten ist, welche Maßnahmen Sinn machen und wohin man bei den Ergebnisdarstellungen zu schauen hat“, hob Koch hervor. Ganz entscheidend wachse in diesem Zusammenhang übrigens auch die Bedeutung der Ergebnisvisualisierung in 2-D und 3-D.

„Schönes Beispiel für den Nutzen dieser Technologien ist die Nabe für die neue Windenergieanlage E 70 von Enercon“, ergänzte Heger. Ziel der Neuentwicklung war eine Effizienzverbesserung im Vergleich zur alten E66 in Verbindung mit einer moderaten Leistungserhöhung. Die Nabe aus kaltzähem Gusseisen mit Kugelgraphit, die als zentraler Knotenpunkt alle auf die Rotorblätter wirkenden Kräfte aufnimmt, muss dabei höchste dynamische Belastungen ertragen. „Ziel des Neudesigns war es, die höhere Leistung bei gleichem Gewicht und zugleich verringerten Kosten aufzunehmen, was letztlich auf eine Verbesserung der Materialnutzung hinausläuft“, definierte Heger. Fehler durften keinesfalls unterlaufen, da ein Ausfall der Nabe beispielsweise durch Bruch katastrophale Folgen nach sich ziehen kann „Da es sich um ein dünnwandiges Bauteil handelt, musste das Berechnungsnetz besonders engmaschig ausgelegt werden, um diese dünnen Partien noch mit ausreichender Auflösung simulieren zu können“, so Firmenchef Heger.

Insgesamt kam man so auf 160 Mio. Kontrollpunkte, ein Volumen, dessen Verarbeitung selbst beim Einsatz eines Clusters aus 32 Prozessoren noch acht bis neun Tage in Anspruch nahm. Nachdem eine Simulation potenzielle Fehlerquellen beim Gießen aufgedeckt hatte, verstärkte man die Wanddicke im Bereich der Blattadapterflansche. „Es ging darum, Fließbehinderungen der Restschmelze beim Erstarren zu verhindern“, präzisierte der Firmenchef. Diese Verstärkungen seien später wieder abgespant worden. Heger: „Schon der erste Abguss war in Ordnung und verwendbar, inzwischen läuft die Serienfertigung.“ K. VOLLRATH/KIP

Ein Beitrag von:

  • Dietmar Kippels

    Redakteur VDI nachrichten im Ressort Produktion. Fachthemen: Maschinenbau, CAD, Lasertechnik

  • Klaus Vollrath

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