Forschung
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17.11.2023

Digitaler Zwilling für ultraleichte, zuverlässige Gussstrukturen

Gussstrukturen punkten mit einer hohen Bauteilkomplexität bei niedrigen Produktionskosten und sind daher für die Serienfertigung von funktionsintegrierten Leichtbaustrukturen prädestiniert. Insbesondere Gusseisen mit Kugelgrafit (GJS) weist für den Leichtbau eine optimale Kombination aus einstellbarer Festigkeit, Duktilität und Steifigkeit auf.

Nach aktuellem Stand der Technik finden jedoch lokal unterschiedliche Materialeigenschaften von Bauteilen aus GJS, beispielsweise aufgrund unterschiedlicher Bauteilwandstärke, keine oder nur sehr eingeschränkt Berücksichtigung in der Bauteilauslegung. Daher fördert das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) im Rahmen des Technologietransfer-Programms Leichtbau (TTP Leichtbau) das Projekt „Entwicklung eines übertragbaren Leichtbaukonzepts zur Nutzung erhöhter zyklischer Beanspruchbarkeiten dünnwandiger GJS-Strukturen mithilfe eines Digitalen Zwillings – GJSlim“. Dieses verfolgt die Realisierung besonders dünner GJS-Strukturen mit Wandstärken unter 5 mm sowie die Ermittlung von technologischen Größeneinflüssen für die Bauteilbemessung. Am Ende soll ein Gesamtkonzept für höchste Werkstoff- und Strukturausnutzung bei GJS entstehen. Die dafür erforderlichen unterschiedlichen Kompetenzen der Disziplinen Gießereitechnik, Strukturleichtbau und Betriebsfestigkeit spiegeln sich in der Zusammensetzung des Konsortiums wider, das unter der Leitung der RWTH Aachen steht.

Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler am Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF verfügen über langjährige Erfahrungen in der Integration von Beanspruchungssimulation der zyklische Materialeigenschaften für die Ableitung von Erkenntnissen zum technologischen, spannungsmechanischen und statistischen Größeneinfluss von dünnwandigem Gusseisen mit Kugelgrafit. Sie nutzen simulierte Gefügezustände, gleichen diese mit experimentell ermittelten Erkenntnissen ab und zeigen damit die Einflüsse von Gefügekennwerten und der Erstarrungszeit auf lokale zyklische Bauteilbeanspruchbarkeiten auf. Erst mit einer optimierten Lebensdauerabschätzung, welche durch ein zu entwickelndes Bemessungskonzept durchgeführt werden kann, wird die Umsetzung von sicheren und zuverlässigen Ultraleichtbaustrukturen möglich.

Weitere Informationen zum Projekt:
https://bit.ly/3tBQMS6

Schlagworte

BetriebsfestigkeitEisenFertigungGussGusseisenLeichtbauProduktionSimulation

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