Fachartikel

Gusseisen mit Kugelgraphit sichert Klimaschutz – Konstruktionswerkstoff auch für niedrige Temperaturen
von Herbert Werner und Ingo Lappat, Meuselwitz

Mit zunehmender Erschließung von Regionen mit Tieftemperatur sowie für die energieträchtigen Offshore-Anlagen rückt der duktile Werkstoff Gusseisen mit Kugelgraphit (GJS, Sphäroguss) immer deutlicher in den Fokus der Konstrukteure. Höhere Windausbeute infolge dauerhafter, starker Windleistung erfordert eine ebenso dauerhafte Sicherung der Werkstoffeigenschaften beim Windenergieanlagenguss.

Windenergieanlage WEA E-33 in der Antarktis
Bild: Bei der WEA E-33, die in der Antarktis für die Energieversorgung einer Forschungsstation eingesetzt wird, sind die Eigenschaften der GJS-Gussteile bis -40 °C ausgelegt. (Foto: Meuselwitzguss)

Diese Werkstoffeigenschaften gewährleisten die Werkstoffe EN-GJS-400-18U-LT sowie EN-GJS-350-22U-LT, optimiert im Sphäroguss „Ferrocast“. Der Nachweis erfolgt am angegossenen Probekörper mit einer Dicke von 40 mm im unteren und 70 mm im oberen Wanddickenbereich, aus dem Zugstäbe und Kerbschlagbiegeproben entnommen werden. Diese Bewertung nach den physikalischen Eigenschaften Zugfestigkeit, 0,2-%-Dehngrenze, Bruchdehnung und Kerbschlagarbeit sind für den Konstrukteur wichtige Berechnungsgrößen.

In der Gesamtwirkung räumt dieser kaltzähe Werkstoff mit der althergebrachten Meinung „Guss ist hart, spröde und nicht schweißbar“ gehörig auf. Verdeutlicht werden diese Eigenschaften in einem Festigkeits-Torsions-Dehnungsnachweis. 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 nach EN 1563) infolge der hohen Kaltzähigkeit aufweist. Das ist besonders bei dauerhaften stark schwankenden Windgeschwindigkeiten sowie bei stürmischem Windwechsel eine günstige Eigenschaft dieses Werkstoffs.

Zudem lassen sich durch konsequente Nutzung des Eigenschaftspotentials des Werkstoffs Gusseisen mit Kugelgraphit und optimale Gestaltung der Konstruktion der Bauteile sowie eine möglichst enge Verzahnung zwischen Konstruktion und Gießerei bereits in der Entwicklungsphase in vielen Fällen ressourcenschonende Fertigungsmöglichkeiten erschließen.

Das im ferritischen Gusseisen mit Kugelgraphit noch nicht ausgeschöpfte Eigenschaftspotential zeigt sich unter anderem daran, dass nach erneuten konstruktiven Berechnungen eines Bauteils, weiteren Abstimmungen und daraus resultierenden Vereinbarungen mit der Gießerei entsprechend höhere Qualitätsparameter für die Gussteile einer Windenergieanlage der Leistungsklasse 4,5 MW spezifiziert werden konnten, die dazu führten, dass diese Gussteile mit geringfügigen konstruktiven Optimierungen in einer Windenergieanlage der 7,5-MW-Klasse eingesetzt werden können.

Autoren: Dipl.-Ing. Herbert Werner und Dipl.-Ing. Ingo Lappat, Meuselwitz Guss Eisengießerei GmbH, Meuselwitz

 

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