Sphäroguss bringt Leichtbau bei Windenergieanlagen voran

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Anders als der frühere Massenwerkstoff Gusseisen mit Lamellengraphit, der als ein relativ spröder Werkstoff gilt, hat er nicht nur weitaus höhere Festigkeitskennwerte, sondern auch ein deutlich duktiles Eigenschaftsprofil.

Eingelagertes kugelförmiges Graphit sorgt für hohe Werkstoffduktilität

Aufgrund der geforderten Kerbschlagarbeit hat ferritisches Gusseisen mit Kugelgraphit immer mehr an Bedeutung gewonnen. Wie der Name bereits ausdrückt, hat dieser Werkstoff ein ferritisches Grundgefüge mit eingelagertem kugelförmigen Graphit.

Diese Gefügestruktur erzeugt ein Eigenschaftspotenzial, für das eine Zugfestigkeit von 320 bis 400 N/mm2 bei 12 bis 22% Dehnung und 10 bis 12 J Kerbschlagarbeit kennzeichnend ist – und das bei Temperaturen von –20 bis hinab zu –40 °C (EN-GJS-400-18U-LT und EN-GJS-350-22U-LT). Derartige Werkstoffe, die zweifelsohne sehr hohe Anforderungen an die Prozesssicherheit bei der Herstellung richten, haben ein sehr hohes duktiles Leistungsvermögen.

Speziell deren hohe Verformbarkeit vor dem Versagen, deren großer Widerstand gegen Anrisse sowie deren bemerkenswertes Rissauffangvermögen machen sie zu einem attraktiven Werkstoff für Bauteile, die im Laufe ihres „Lebens“ häufig zyklischen dynamischen Belastungskollektiven unterworfen sind (Bild 1).

Nutzung in er Windkraft setzt enge Zusammenarbeit zwischen Konstruktion und Gießerei voraus

Anwendungsbereiche sind dabei unter anderem Windenergieanlagen (Bild 2a bis 2c), Kunststoff-Spritzgießmaschinen (Bild 3) und die Nukleartechnik. Heute ist der Sphärogusslegierung EN-GJS-400-18U-LT der Standardwerkstoff für Bauteile von Windenergieanlagen (Tabelle 1), zum Beispiel für Rotornaben, Maschinenträger, Blattanschlussadapter und Achszapfen.

Mit diesem Werkstoff lassen sich Anlagengrößen von 800 kW bis 7,5 MW herstellen. Häufig kann man dabei ressourcenschonende Fertigungsmöglichkeiten erschließen. Voraussetzung dafür ist eine konsequente Nutzung des Eigenschaftspotenzials und eine optimale Bauteilgestaltung in möglichst enger Zusammenarbeit zwischen Konstruktion und Gießerei in der Entwicklungsphase.

So wurde bei einer Rotornabe in enger Zusammenarbeit zwischen der Konstruktionsabteilung und der Arbeitsvorbereitung der Gießerei von Meuselwitz ein ständiger Abgleich des Entwicklungsstandes mit gießereispezifischen Erstarrungssimulationen und entsprechender Rückkoppelung erreicht (Bilder 4a und 4b). Das Ergebnis ist ein gewichtsoptimiertes Gussteil mit einer an die Kraftflusslinien angepassten Bauteilgestalt.

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