Gussteilprüfung in der Windkraft (Forschung)

Neue Technologie zur Prüfung und Beurteilung der Lebensdauer von Gussteilen in der Windkraft

Eingeschlossene Hohlräume in Gusswerkstücken werden als Lunker bezeichnet. Sie entstehen beim Phasenübergang der flüssigen Schmelze zum festen Gussstück und haben je nach Lage im Gussstück einen erheblichen Einfluss auf die Beanspruchbarkeit und Lebensdauer des hergestellten Bauteils. Daher ist es notwendig, Lunker in hoch beanspruchten Bauteilbereichen zu vermeiden, den Einfluss auf die Schwingfestigkeit abschätzen zu können und das Werkstück einer Qualitätskontrolle zur Bestimmung der Position der Ungänzen zu unterziehen.

Die Gussbauteile für Windenergieanlagen stellen hier besondere Herausforderungen dar, da diese häufig Massen von mehreren 10 Tonnen und vergleichsweise hohe Wanddicken aufweisen. Insbesondere die Wanddicke und gesteigerte Anforderungen an die Kenntnis der Lage der Ungänzen im Bauteil verhindern den Einsatz von Standardprüfverfahren wie Durchstrahlung. Jedoch gibt es mit neuen Methoden wie dem mechanisierten Ultraschall oder dem Ultraschall Sampling Phased Array Möglichkeiten die vorliegenden Ungänzen mit einer erhöhten Genauigkeit insbesondere im Hinblick auf deren Lage aber auch deren mechanischen Eigenschaften abzubilden. Darüber hinaus können die mechanischen Eigenschaften dann für eine Lebensdauerabschätzung herangezogen werden. Dies bietet insbesondere für die Serienfertigung im Bereich der Windenergie immense Vorteile hinsichtlich des Lebensdauernachweises.

Forschungsprojekt Lunkerfest

Pin Forschung Projektleitung:
Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF
Weitere Projektpartner:
I-Deal Technologies GmbH; Robert Bosch GmbH

Gefördert durch:
Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit
Website:
https://www.lbf.fraunhofer.de/de/projekte-produkte/eisengrossguss-bauteilbemessung-windenergie-grossanlagenbau.html
Literatur:
http://publica.fraunhofer.de/documents/N-408740.html
Auf Basis der neuen zerstörungsfreien Prüfverfahren wurde im Forschungsprojekt Lunkerfest ein Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung von dickwandigen Eisengussbauteilen entwickelt. Dabei sind die Grundlagen für eine Ultraschallprüfung auf Basis der Sampling Phased Array Technologie geschaffen worden und eine erste mobile Ultraschall-Prüfplattform erstellt und getestet worden. Mit dem Verfahren konnten alle Gussbauteile der Windkraftindustrie durch dreidimensionale Bildgebung der vorhandenen Lunker im Werkstück quantitativ charakterisiert werden. Ausgehend von diesen Ergebnissen und der lokal abgeschätzten Dichte im Bereich der Lunker konnte zudem ein Konzept zur Abschätzung der Schwingfestigkeit diese lunkerbehafteten Bauteilbereiche erarbeitet werden.