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27.07.2010

Leichtbau mit Sphäroguss

Gewichtsoptimierte Rotornabe einer 7,5-MW-Windenergie-anlage aus EN-GJS-400-18U-LT. Foto: Meuselwitz Guss
Gewichtsoptimierte Rotornabe einer 7,5-MW-Windenergie-anlage aus EN-GJS-400-18U-LT. Foto: Meuselwitz Guss

Mit Zunahme der Bedeutung energieträchtiger Windenergieanlagen rückt der duktile Werkstoff Gusseisen mit Kugelgraphit (EN-GJS, Sphäroguss) immer mehr in den Fokus der Konstrukteure – so auch bei der Meuselwitz Guss Eisengießerei GmbH, Meuselwitz, die Gussteile für den Windenergieanlagenbau wie Rotornaben oder Blattadapter herstellt. Eine höhere Windausbeute infolge dauerhafter, starker Windleistung erfordert ebenso eine dauerhafte Sicherung der Werkstoffeigenschaften.

Die Werkstoffe EN-GJS-400-18U-LT sowie EN-GJS-350-22U-LT, optimiert in der Qualität „Ferrocast“, verfügen über die für diesen Einsatzzweck geeigneten Werkstoffeigenschaften.
Die Prüfung der Werkstoffeigenschaften, insbesondere der Zugfestigkeit, der 0,2 %-Dehngrenze, der Bruchdehnung und der Kerbschlagarbeit, wird bei Meuselwitz Guss an einem angegossenen Probestück mit den Dickenbereichen 40 mm und 70 mm durchgeführt. In der Gesamtwirkung räumt der kaltzähe Werkstoff Gusseisen mit Kugekgraphit mit der althergebrachten Meinung „Guss ist hart, spröde und nicht schweißbar“ gehörig auf. Visuell können einige dieser Eigenschaften in einem Festigkeits-Torsions-Dehnungsnachweis verdeutlicht werden. Dabei werden die aus einem Gussblock herausgeschnittene Gussstäbe aus EN-GJS-400-18U-LT in den Abmessungen 7 x 15 x 250 mm mit Hilfe einer gesteuerten Drehbank erst um 360° und dann gesteigert bis 540° um sich selbst gedreht. Im Ergebnis ist festzustellen, dass der Gusswerkstoff EN-GJS-400-18U-LT nicht nur mindestens 18 % Dehnung, sondern auch entsprechend gute Verformungs- und Torsionseigenschaften (360 N/mm²) infolge der hohen Kaltzähigkeit aufweist – das ist besonders bei dauerhaften stark schwankenden Windgeschwindigkeiten sowie bei stürmischem Windwechsel eine geniale Eigenschaft des Werkstoffes. Diese nachgewiesenen Eigenschaften ermöglichen zudem exakte Festigkeitsberechnungen ohne bisher übliche Sicherheitszuschläge, woraus größere Wanddicken resultierten. Die serienmäßig gesicherten Werkstoffeigenschaften führen somit auch zu gesicherten Berechnungsmodellen – ein Erfordernis, um den Leichtbau bei hoch beanspruchten Gusskomponenten durchzusetzen. Gusseisen mit Kugelgraphit (GJS) erweist sich damit im Hinblick auf konsequenten Leichtbau und den immer mehr in den Fokus rückenden Ansatz der Ressourcenschonung als zukunftsorientierter Konstruktionswerkstoff.

Die enge Zusammenarbeit zwischen der Konstruktionsabteilung und der Arbeitsvorbereitung bei Meuselwitz Guss, der ständige Abgleich des neuesten Entwicklungsstandes mit gießereispezifischen Erstarrungssimulationen und entsprechender Rückkoppelung sowie eine kraftflussgerechte Gestaltung haben bereits zu gewichtsoptimierten Gussteilen geführt. Dieser Optimierungsprozess kann durch die volle Ausschöpfung des Eigenschaftspotentials des Werkstoffes „Ferrocast“, im Hinblick auf die Gewährleistung von Werkstoffkennwerten, die über die einschlägigen DIN-Normen hinausgehen, weiter unterstützt werden.