TY - THES

T1 - Entwicklung eines Referenzbauteils zur Prüfung von dickwandigen Großgussbauteilen

AU - Auer, Michael

N1 - gesperrt bis 16-01-2019

PY - 2014

Y1 - 2014

N2 - Um eine gezielte Aussage über die Eigenschaften von Großgussteilen aus Gusseisen mit Kugelgraphit zu erhalten, wird im Rahmen dieser Arbeit ein Referenzbauteil mit den charakteristischen Wandstärken und Eigenschaften einer Nabe einer Windkraftanlage entwickelt. Mithilfe einer neu zu konstruierenden Spannvorrichtung und der am Lehrstuhl für Allgemeinen Maschinenbau vorhandenen Ausrüstung soll dieses Bauteil in vertretbarem Aufwand geprüft werden können. Durch gezielte konstruktive und gießtechnische Maßnahmen soll es möglich sein, die Qualität des Bauteils zu beeinflussen. Um Vergleichswerte für die Entwicklung dieses Referenzbauteils zu erhalten, wurde die Nabe mittels dem Finite-Elemente-Paket Abaqus strukturmechanisch simuliert und ausgewertet. Dabei sind Parameter wie das höchstbelastete Volumen und der Verlauf des Spannungsgradienten herangezogen worden. Durch unterschiedliche Beanspruchungssituationen konnten als Ergebnisse für das höchstbelasteste Volumen Werte im Bereich von 1200–1800 mm^3 und für den relativen Spannungsgradienten von 0,08–0,1 mm^(−1) als Parameter definiert und mit den Simulationsergebnissen des Referenzbauteils verglichen werden. Iterativ wurde so die Geometrie des Referenzbauteils an obige Werte angepasst und verbessert. Mithilfe einer Gusssimulation wurde mittels Mikromodellierung das Gefüge abgeschätzt. Bei Gusseisen mit Kugelgraphit kann so unter anderem die Anzahl der Graphitkugeln pro mm^2 numerisch ermittelt werden. Für einen Vergleich der Simulation mit dem Gefüge der Nabe wurden Schliffbilder und metallographische Analysen angefertigt und validiert. In den höchstbelasteten Bereichen wurde eine Graphitkugelanzahl von 40–70 Kugeln pro mm2 festgestellt. Basierend auf den Ergebnissen der Gusssimulationen wurde die Geometrie des Referenzbauteils weiter angepasst. Weiters wurde zur Prüfung dieses Referenzbauteils eine Spannvorrichtung konstruiert. Diese ermöglicht eine 4-Punkt Biegeprüfung mit sowohl schwellender als auch wechselnder Beanspruchung. Im Zuge der Konstruktion dieser Spannvorrichtung, wurden Berechnungen für die Spannkräfte sowie der Durchbiegung des Bauteils durchgeführt.

AB - Um eine gezielte Aussage über die Eigenschaften von Großgussteilen aus Gusseisen mit Kugelgraphit zu erhalten, wird im Rahmen dieser Arbeit ein Referenzbauteil mit den charakteristischen Wandstärken und Eigenschaften einer Nabe einer Windkraftanlage entwickelt. Mithilfe einer neu zu konstruierenden Spannvorrichtung und der am Lehrstuhl für Allgemeinen Maschinenbau vorhandenen Ausrüstung soll dieses Bauteil in vertretbarem Aufwand geprüft werden können. Durch gezielte konstruktive und gießtechnische Maßnahmen soll es möglich sein, die Qualität des Bauteils zu beeinflussen. Um Vergleichswerte für die Entwicklung dieses Referenzbauteils zu erhalten, wurde die Nabe mittels dem Finite-Elemente-Paket Abaqus strukturmechanisch simuliert und ausgewertet. Dabei sind Parameter wie das höchstbelastete Volumen und der Verlauf des Spannungsgradienten herangezogen worden. Durch unterschiedliche Beanspruchungssituationen konnten als Ergebnisse für das höchstbelasteste Volumen Werte im Bereich von 1200–1800 mm^3 und für den relativen Spannungsgradienten von 0,08–0,1 mm^(−1) als Parameter definiert und mit den Simulationsergebnissen des Referenzbauteils verglichen werden. Iterativ wurde so die Geometrie des Referenzbauteils an obige Werte angepasst und verbessert. Mithilfe einer Gusssimulation wurde mittels Mikromodellierung das Gefüge abgeschätzt. Bei Gusseisen mit Kugelgraphit kann so unter anderem die Anzahl der Graphitkugeln pro mm^2 numerisch ermittelt werden. Für einen Vergleich der Simulation mit dem Gefüge der Nabe wurden Schliffbilder und metallographische Analysen angefertigt und validiert. In den höchstbelasteten Bereichen wurde eine Graphitkugelanzahl von 40–70 Kugeln pro mm2 festgestellt. Basierend auf den Ergebnissen der Gusssimulationen wurde die Geometrie des Referenzbauteils weiter angepasst. Weiters wurde zur Prüfung dieses Referenzbauteils eine Spannvorrichtung konstruiert. Diese ermöglicht eine 4-Punkt Biegeprüfung mit sowohl schwellender als auch wechselnder Beanspruchung. Im Zuge der Konstruktion dieser Spannvorrichtung, wurden Berechnungen für die Spannkräfte sowie der Durchbiegung des Bauteils durchgeführt.

KW - ductile cast iron

KW - thick-walled castings

KW - highly stressed volume

KW - relative stress Gradient

KW - microstructure

KW - Gusseisen mit Kugelgraphit (GJS)

KW - dickwandiger Großguss

KW - höchstbelastete Volumen

KW - Spannungsgradient

KW - Gussgefüge

M3 - Diplomarbeit

ER -