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Gegossener Leichtbau Forscher nutzen digitalen Zwilling für ultraleichte Gusseisenstrukturen

Quelle: Pressemitteilung des Fraunhofer LBF 2 min Lesedauer

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Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF
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Im Projekt „GJSlim“ arbeitet das Fraunhofer LBF unter Leitung der RWTH Aachen an ultraleichten Strukturen aus GJS (Gusseisen mit Kugelgraphit), die Wandstärken unter 5 Millimeter haben sollen.

Blick auf das Schliffbild eines Stahlgussgefüges. Forscher des Fraunhofer-Instituts LBF untersuchen nun unter der Leitung der RWTH Aachen, wie der digitale Zwilling dazu genutzt werden kann, ultraleichte Produkte aus Gusseisen mit Kugelgraphit (GJS) zu entwickeln.(Bild: RWTH Aachen)
Blick auf das Schliffbild eines Stahlgussgefüges. Forscher des Fraunhofer-Instituts LBF untersuchen nun unter der Leitung der RWTH Aachen, wie der digitale Zwilling dazu genutzt werden kann, ultraleichte Produkte aus Gusseisen mit Kugelgraphit (GJS) zu entwickeln.
(Bild: RWTH Aachen)

Gussstrukturen punkten mit einer hohen Bauteilkomplexität bei niedrigen Produktionskosten, heißt es. Sie sind deshalb für die Serienfertigung von funktionsintegrierten Leichtbaustrukturen prädestiniert. Insbesondere GJS habe für den Leichtbau die optimale Kombination aus einstellbarer Festigkeit, Duktilität und Steifigkeit. Nach aktuellem Stand der Technik würden jedoch lokal unterschiedliche Materialeigenschaften von Bauteilen aus GJS aufgrund unterschiedlicher Bauteilwandstärke keine oder nur sehr eingeschränkt Berücksichtigung in der Bauteilauslegung.Deshalb fördert das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) im Rahmen des Projekt „GJSlim“ die Entwicklung besonders dünner GJS-Strukturen mit Wandstärken unter 5 Millimeter, wozu auch die Ermittlung von technischen Parametern für die Bauteilbemessung sowie der Aufbau eines Gesamtkonzeptes für höchste Werkstoff- und Strukturausnutzung gehören. Das Ganze soll durch den Einsatz eines digitalen Zwillings unterstützt werden. Die dafür erforderlichen Kompetenzen der Disziplinen Gießereitechnik, Strukturleichtbau und Betriebsfestigkeit spiegeln sich in der Zusammensetzung der Projektpartner wider:

  • Intes GmbH;
  • Franken Guss GmbH & Co. KG;
  • Hüttenes-Albertus Chemische Werke GmbH;
  • Isselguss GmbH Gießereierzeugnisse;
  • Magma Gießereitechnologie GmbH;
  • Fondium B.V. & Co. KG;
  • ASK Chemicals;
  • Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF;
  • Gießerei Institut (GI) der RWTH Aachen.

So stellt man sich den Einsatz des digitalen Zwillings im Rahmen des Projekts „GFSlim“ vor, um ultraleichte und dennoch einsatzfähige Gusseisenteile zu entwickeln, die eine Wandstärke von unter 5 Millimeter haben sollen.(Bild: Fraunhofer LBF)
So stellt man sich den Einsatz des digitalen Zwillings im Rahmen des Projekts „GFSlim“ vor, um ultraleichte und dennoch einsatzfähige Gusseisenteile zu entwickeln, die eine Wandstärke von unter 5 Millimeter haben sollen.
(Bild: Fraunhofer LBF)

Simulierte Gefügezustände sind das Metier der Experten vom LBF

Die Wissenschaftler am Fraunhofer LBF verfügen dazu über langjährige Erfahrungen in Sachen Integration der Beanspruchungssimulation, der Ermittlung sowie Abschätzung des zyklischen Werkstoffverhaltens und in puncto Gießprozesssimulation für den Lebensdauernachweis. Im Projektverlauf ermitteln die Experten dann zyklische Materialeigenschaften für die Ableitung von Erkenntnissen zum technischen, spannungsmechanischen und statistischen Größeneinfluss von dünnwandigen Gusseisenstrukturen mit Kugelgraphit. Die Forscher nutzen dafür simulierte Gefügezustände und gleichen diese mit experimentell ermittelten Erkenntnissen ab. Sie zeigen damit dann die Einflüsse von Gefügekennwerten und der Erstarrungszeit auf lokale zyklische Bauteilbeanspruchbarkeiten auf. Und erst mit einer optimierten Lebensdauerabschätzung, welche durch ein noch zu entwickelndes Bemessungskonzept durchgeführt werden könne, werde die Umsetzung von sicheren und zuverlässigen GJS-Ultraleichtbau-Strukturen möglich.

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