LeKoGussWEA

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Leichtbaukonzepte für Gussstrukturbauteile von Windenergieanlagen (LeKoGussWEA)

Motivation

Die erneuerbaren Energien werden stetig weiter erschlossen. Davon betroffen ist auch der Windkraftsektor. Im Zuge dessen steigt die Leistung und Größe (Masse) von Windenergieanlagen (WEA) weiter an. Gegenwärtig werden etwa 20 t Gusseisen je Megawattstunde verbaut, was dazu führt, dass bei leistungsstarken WEA Gondelgewichte erreicht werden, die eine massivere Ausführung tragender Strukturen notwendig machen. Dies wiederum führt zu einer nahezu proportionalen Kostenentwicklung bezüglich Fertigung und Installation.

Zielstellung

Das Ziel des Projektes ist, das Gewicht von Gussstrukturbauteilen in WEA, bezogen auf den Stand der Technik, um 20 % zu reduzieren, sodass eine wirtschaftliche Gesamtoptimierung erreicht wird.

Vorgehensweise

Im Rahmen dieses Projektes wird an einem Leichtbaukonzept zur Entwicklung von gewichtsoptimierten Gussstrukturbauteilen geforscht. Dieses setzt sich aus drei Kernthemen zusammen:

  • Einsatz innovativer Gusswerkstoffe,
  • Anwendung einer Topologieoptimierung,
  • Festigkeitsnachweises mit lokalen Werkstoffeigenschaften.

Die Kernthemen werden in eine multidisziplinäre Simulationskette integriert, um den Entwicklungsprozess eines Gussstrukturbauteils ganzheitlich effizient zu gestalten:

  1. Bei der Topologieoptimierung des Gussstrukturbauteils wird die Geometrie bezüglich des Gewichts optimiert.
  2. In der Gusssimulation wird die gießtechnische Umsetzbarkeit geprüft und lokale Mikrostrukturparameter abhängig vom Bauteildesign und dem Abgussprozess bestimmt.
  3. In der mikromechanischen Analyse werden aus den Parametern der Gusssimulation lokal aufgelöste Materialeigenschaften ermittelt.
  4. Mit dem Festigkeitsnachweis mit lokal aufgelösten Werkstoffeigenschaften aus der mikromechanischen Analyse wird der Gewichtsreduzierungsprozess abgeschlossen.
  5. In der Mehrkörpersimulation findet eine Bewertung des Einflusses der optimierten Bauteile auf das Gesamtsystemverhalten statt.

Laufzeit:

01.01.2020 - 30.06.2023

Verbundpartner:

Access Technology GmbH Eisengießerei Torgelow GmbH MAGMA Gießereitechnologie GmbH Friedrich Wilhelms-Hütte Eisenguss GmbH Institut für Strukturmechanik und Leichtbau – SLA Institut für Werkstoffanwendungen im Maschinenbau
 
 

Assoziierte Projektpartner:

ADI Technik GmbH Bdguss e.V. Buchholz & Cie. Giesserei GmbH Dossmann GmbH Flender International GmbH Forschungsvereinigung Antriebstechnik eV Vestas Nacelles Deutschland GmbH ZF Wind Power Antwerpen NV
 
 

Gefördert durch:

Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz
 
 

Projektträger:

Projektträger Jülich