GrenzQualifizierung

Windenergie || GJS-Werkstoffe || Zerstörungsfreie Charakterisierung || Bauteilfestigkeit || Chunky-Graphit || Prüfverfahren || ADI || Gusseisen ||

GrenzQualifizierung

© Fraunhofer LBF

GrenzQualifizierung ist der Kurztitel des Projekts »Rechnergestützte Beurteilung der Bauteilfestigkeiten auf Basis virtueller Grenzmuster«.

Großgussbauteile aus Kugelgraphitguss (GJS) bieten für den Bereich der Windenergie sowie den Großmaschinen- und Anlagenbau durch hohe gestalterische Freiräume und den geringen Fertigungsaufwand unverzichtbare Vorteile. Die Leistungssteigerung bei Anlagen unter gleichzeitiger ressourcenschonender Verarbeitung bedingt eine erhöhte Werkstoffausnutzung und stellen besondere Anforderungen an die Kenntnisse des zyklischen Werkstoffverhaltens. In diesem Zusammenhang bestehen bei der Auslegung, Konstruktion und Bemessung sowie Qualitätssicherung von insbesondere dickwandigen Bauteilen seit jeher große Lücken in der Verknüpfung von Gießsimulation, Konstruktion, Schwingfestigkeitsbemessung sowie zerstörungsfreier Qualitätssicherung.

Da das Auftreten von Imperfektionen wie Ungänzen (z. B. Dross, Lunker) und Gefügedegenerationen wie Chunky-Graphit im Gussteilinneren fertigungsbedingt leider nicht ausgeschlossen werden kann, sind Werkzeuge gefragt, die schnelle und dokumentierte Entscheidungen zulassen, ob und wo diese Imperfektionen im Bauteil zulässig sind. Dabei fehlen bis dato Möglichkeiten, die Auswirkung der am Bauteil gefundenen Imperfektionen auf die Betriebsfestigkeit der Großgusskomponenten unter Berücksichtigung bauteilspezifischer Beanspruchungssituationen exakt zu beschreiben.

Im Vorhaben GrenzQualifizierung wird an der Entwicklung einer solchen Methode zur Ableitung virtueller Grenzmusterbauteile für die Anwendung in der Praxis gearbeitet. Das virtuelle Grenzmusterbauteil zeigt dabei für alle Bauteilbereiche in Abhängigkeit der lokalen Beanspruchung und der Anforderung an die Lebensdauer zulässige Fehlstellen an. Dabei sind im virtuellen Grenzmusterbauteil bereits Informationen über lokal zulässige Imperfektionen gespeichert, sodass für die Qualitätssicherung ein deutlich vereinfachter Prüfvorgang ermöglicht wird und zudem eine gesicherte Entscheidung gefällt werden kann, ob ein Bauteil zum Ausschuss deklariert wird oder nicht. Hierfür müssen Gießsimulationen, die Bauteilbemessung und die zerstörungsfreie Qualitätssicherung im Sinne von Industrie 4.0 digital vernetzt werden.

Im Fokus des Projekts wird die Gefügedegeneration Chunky-Graphit sowie die Ungänze Dross in verschiedenen Gusswerkstoffen (EN-GJS-700-2, EN-GJS-400-18, EN-GJS-450-18, EN-GJS-1050-6 (ADI)) betrachtet sowie deren Auswirkung auf die lokale Schwingfestigkeit. Das Fraunhofer IZFP entwickelt zu diesem Zweck eine Methode zur Detektierbarkeit von Chunky-Graphit an Testkörpern und realen Bauteilen mittels magnetischen und akustischen zerstörungsfreien Prüfverfahren. Darüber hinaus werden Methoden evaluiert, die die Nodularität von Kugelgraphit bewerten sollen.

Das Konsortium setzt sich aus den folgenden Einrichtungen zusammen, die auf verschiedene Weise rund um das Themenfeld Gusswerkstoffe tätig sind:

  • ACS Solutions GmbH
  • BMB Gesellschaft für Materialprüfung mbH
  • Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF (Koordinator)
  • Fraunhofer-Institut für Zerstörungsfreie Prüfverfahren IZFP
  • MAGMA Gießereitechnologie GmbH
  • Siempelkamp Gießerei GmbH
  • Meuselwitz Guss - Eisengießerei GmbH
  • ZF Wind Power Technology
  • ZWP Anlagenrevision GmbH
  • Eickhoff Gießerei GmbH

GrenzQualifizierung Eckdaten

Verbundvorhaben
Koordination durch Fraunhofer LBF
Fördergeber: BMWi (PtJ)
Laufzeit: 07/2018 bis 06/2021
Gesamtfördersumme: ca. 1,23 Mio. €