Detektieren, qualifizieren, bewerten / Fraunhofer

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17. Oktober 2016 || Seite 1 | 3
Detektieren, qualifizieren, bewerten: Fraunhofer LBF
nutzt Festigkeitspotentiale von Gusseisen optimal aus
Ob bei Großpressen, Getrieben oder Windkraftanlagen - der
Traditionswerkstoff Gusseisen hat sich als wandelbarer und verlässlicher
Werkstoff etabliert. Wenn es um die Sicherheit von Produkten und Anlagen
geht, stehen Fragen der Werkstoffqualität im Fokus. Unter der Maxime
„Detektieren, qualifizieren, bewerten“ hat sich das Fraunhofer-Institut für
Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF mit experimentellen und
numerischen Untersuchungen des Schwing- und Betriebsfestigkeitsverhalten
von Gusswerkstoffen auf Basis von Eisen-Kohlenstoff-, Aluminium- und
Magnesiumlegierungen eine über Jahrzehnte gewachsene Expertise erarbeitet.
Besonders groß ist die Erfahrung bei der individuellen Probenentnahme, der
lokalen Schwingfestigkeitsbewertung und Werkstoffkennwertermittlung sowie
deren Einbindung in numerische Simulationen und Methoden. Eine enge
Einbindung von Zertifizierungsbetrieben sichert darüber hinaus den
Wissenstransfer aus der Forschung in die praktische Anwendung. In mehreren
aktuellen Forschungsvorhaben setzt das Institut sein umfassendes Knowhow
als kompetenter und zuverlässiger Entwicklungspartner für Gießereiprodukte
und –technologien ein. Das besondere Augenmerk gilt dabei den Ungänzen in
Werkstoffen. Bei der dritten internationalen Fachtagung CastTec 2016 am 24.
und 25.11.2016 in Darmstadt ist das Fraunhofer LBF mit mehreren Vorträgen
zum Thema Gusseisenwerkstoffe vertreten.
Im Rahmen ihrer Untersuchungen ermitteln die Wissenschaftler des Fraunhofer LBF das
zyklische Werkstoffverhalten von Werkstoffproben sowie Gusskomponenten und –
baugruppen unter konstanten und variablen Belastungsamplituden. Weitere typische
Untersuchungen sind die numerische, gussspezifische Last- und
Beanspruchungsanalyse sowie die Lebensdauerbewertung von Bauteilen und
kompletten Anlagensystemen. Zum Methodenspektrum gehört auch die
Lastdatenanalyse der Gussbauteile im laufenden Betrieb. Dabei ist es dem Darmstädter
Institut besonders wichtig, die im Experiment ermittelten zyklischen
Beanspruchbarkeiten mit der numerischen Bauteilanalyse zu verknüpfen und dabei
Übertragbarkeitskonzepte einzubinden.
Da Werkstoffe nicht frei von Ungänzen sind, engagiert sich das Fraunhofer LBF
verstärkt in der experimentellen und numerischen Ermittlung der Beanspruchbarkeit
von Bauteilen mit Poren, Lunkern, Dross oder Oxidhäuten sowie deren Einbindung in
Bauteilbemessungskonzepte. Darüber hinaus beschreiben die Forscher experimentell
und numerisch, wie sich typische Nachbehandlungsverfahren für Gusswerkstoffe wie
Redaktion
Anke Zeidler-Finsel | Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF | Institutsleiter: Prof. Dr.-Ing. Tobias Melz |
Bartningstraße 47 | 64289 Darmstadt | www.lbf.fraunhofer.de | [email protected] | Telefon +49 6151 705-268
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Festwalzen, Nitrieren, Randschichtenhärten, Verfestigungsstrahlen und das Vergüten
auf die Beanspruchbarkeit der Werkstoffe und Bauteile auswirken.
Für die Untersuchungen an Gusswerkstoffen greift das Fraunhofer LBF auf eine
umfangreiche Labor- und Rechnerarchitektur zurück. Dies umfasst elektrische und
servohydraulische Maschinen für Schwingfestigkeitsversuche auf Kleinlastprüfständen
bei Nennlasten von wenigen Newton bis hin zu Schwingfestigkeitsversuchen unter
Maximallasten bis 2.500 Kilonewton und Bauteilabmessungen im Bereich von
mehreren Metern. Dabei lassen sich variable Belastungsamplituden und variable
Prüffrequenzen zwischen 0,01 und 700 Hertz realisieren. Auch die Prüfung unter
Temperaturen zwischen -40 und 900 °C sowie unter gleichzeitigem korrosivem Angriff
von Medien ist möglich. Die experimentelle Beanspruchbarkeitsanalyse wird numerisch
durch Finite Element Analysen sowie Mehrkörpersimulationen unterstützt. Dies umfasst
die Lastdatenanalyse, die Definition von Versagenskriterien, -arten und –orten am
Bauteil, die Einbindung von Erkenntnissen zum zyklischen Werkstoffverhalten von
Werkstoffen und Bauteilen sowie die Erarbeitung von Methoden zur Übertragung der
Kennwerte auf andere Anwendungsfälle.
Aktuelle Forschungen zu Extremlasten und Umgang mit Werkstofffehlern
In mehreren aktuellen Forschungsvorhaben setzt das Fraunhofer LBF sein umfassendes
Knowhow und die langjährige Erfahrung als kompetenter und zuverlässiger
Entwicklungspartner für Gießereiprodukte und –technologien ein. Gemeinsam mit
Vertretern aus Gießereien, Gussanwendern, Zertifizierern und Konstruktionsbüros
arbeiten die Darmstädter Forscher zurzeit an einer Methode, die die Bauteilbemessung
von Großgusskomponenten in der Windenergie und im Großanlagenbau, insbesondere
unter Berücksichtigung von Extremlasten, verbessern soll. Zusammen mit verschiedenen
Forschungseinrichtungen arbeitet das Fraunhofer LBF darüber hinaus an Methoden für
eine betriebsfeste Bemessung von Gusshautrandzonen bei Bauteilen aus Gusseisen mit
Kugelgraphit.
Zusammen mit Vertretern aus den Bereichen Windenergie, Zertifizierung,
Großanalagenbau und Gießereitechnik erarbeitet das Fraunhofer LBF mit dem
Fraunhofer IZFP in einem weiteren Forschungsprojekt zerstörungsfreie Prüfverfahren für
die zuverlässige Detektion von Dross sowie ein Bemessungskonzept auf Basis der
zerstörungsfreien Prüftechnik, das einen Betriebsfestigkeitsnachweis für die mit Dross
behafteten Bauteile ermöglicht. Gesamtziel des Forschungsprojektes ist es, ein Konzept
zum sicheren Umgang mit dem Werkstofffehler Dross in der Bauteilauslegung, -herstellung und -freigabe von Großgusskomponenten aus Gusseisen mit Kugelgraphit
für Windenergieanlagen sowie für den Anlagen- und Maschinenbau zu entwickeln. Das
soll die Bauteilauslegung, -herstellung und –prüfung mittels zerstörungsfreier
Prüfmethoden beschleunigen.
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An der dritten internationalen Fachtagung CastTec 2016 „Die Welt der
Gusseisenwerkstoffe – Vielfalt für die Zukunft“ am 24. und 25.11.2016 in Darmstadt
beteiligt sich das Fraunhofer LBF mit drei Vorträgen zu den Themen „Eisenguss als
Leichtbauwerkstoff“, „Bewertung der Schwingfestigkeit von dickwandigen Bauteilen
aus Gusseisen mit Kugelgraphit unter besonderer Berücksichtigung der Auswirkungen
von Lunkern“ sowie „Beitrag zur Bemessung von zyklisch beanspruchten Bauteilen aus
Sphärogusswerkstoffen“. Am zweiten Konferenztag besteht die Möglichkeit zu einer
Führung durch das Institut, insbesondere durch die Betriebsfestigkeitslabore.
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Dross in dickwandigem GJS, (links: Gussoberfläche, rechts: Gussoberfläche nach
fluoreszierender Magnetpulver-Prüfung). Foto: Fraunhofer LBF
Schwingprobe mit Lunkern. Foto: Fraunhofer LBF
Das Fraunhofer LBF entwickelt, bewertet und realisiert im Kundenauftrag maßgeschneiderte Lösungen für maschinenbauliche Komponenten und
Systeme, vor allem für sicherheitsrelevante Bauteile und Systeme. Dies geschieht in den Leistungsfeldern Schwingungstechnik, Leichtbau,
Zuverlässigkeit und Polymertechnik. Neben der Bewertung und optimierten Auslegung passiver mechanischer Strukturen werden aktive,
mechatronisch-adaptronische Funktionseinheiten entwickelt und prototypisch umgesetzt. Parallel werden entsprechende numerische sowie
experimentelle Methoden und Prüftechniken vorausschauend weiterentwickelt. Die Auftraggeber kommen aus dem Automobil- und
Nutzfahrzeugbau, der Schienenverkehrstechnik, dem Schiffbau, der Luftfahrt, dem Maschinen- und Anlagenbau, der Energietechnik, der
Elektrotechnik, dem Bauwesen, der Medizintechnik, der chemischen Industrie und weiteren Branchen. Sie profitieren von ausgewiesener Expertise
der mehr als 400 Mitarbeiter und modernster Technologie auf mehr als 11 560 Quadratmetern Labor- und Versuchsfläche an den Standorten
Bartningstraße und Schlossgartenstraße.
Weiterer Ansprechpartner Presseservice:
Peter Steinchen l PR-Agentur Solar Consulting GmbH, 79110 Freiburg l Telefon +49 761 38 09 68-27 l [email protected]
Wissenschaftlicher Kontakt: Dr.-Ing. Christoph Bleicher | Telefon +49 6151 705-8359 | [email protected]
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