Großgussteile für die Windbranche simulieren

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Simulation im Großguss – Ohne geht es nicht

Im Großguss ist Gießprozess-Simulation unverzichtbar. „Bei den Dimensionen unserer Gussteile hat man keine Chance, sich empirisch an eine optimale Lösung heranzugießen“, erläutert Gießereileiter Ingo Lappat. „Bei Teilewerten von 100.000 und mehr Euro muss schon der erste Abguss sitzen, sonst wird es zu teuer und aufwändig.“ Nicht nur die Kosten, auch die Zeit macht Simulationen notwendig. Weil der Innovationsdruck auf Kundenseite steigt, sinken die zur Verfügung stehenden Entwicklungszeiten für die Gussteile. Nur mit der Gießprozess-Simulation konnte Meuselwitz Guss den „Time to Market“ seiner Produkte im Gleichtakt mit den Innovationszyklen in der Windenergiebranche senken.

Bei Meuselwitz Guss werden heute alle Sphärogussteile simuliert. Als A-Lieferant von führenden Windenergieanlagen-Herstellern wie Enercon wird das Team von Ingo Lappat bereits sehr früh in die Entwicklung einbezogen, um das gussgerechte Design von Gigantenteilen, wie Rotornabe oder Maschinenträger, schon in der Konstruktionsphase mithilfe der Gießprozess-Simulation sicherzustellen. Zehn bis zwanzig Simulationen verteilen sich über den Entwicklungszyklus, bis ein robuster, wirtschaftlicher Prozess für die Serienfertigung der Windenergiekomponenten steht und anläuft.

Zu den typischen Herausforderungen von Großguss mit Gusseisen aus Kugelgraphit gehört beispielsweise die Sicherstellung einer möglichst ruhigen Formfüllung, um Lufteinschlüsse und dadurch entstehende Oxide zu verhindern. Oxidierendes Magnesium führt zur sogenannten „Drossbildung“, die die Oberflächen- und Gefügequalität mindert. Mit der Formfüllsimulation kann das Anschnittsystem so ausgelegt werden, dass sich die Form druck- und damit wirbelfrei füllt.

Mit der Erstarrungssimulation gelingt es Meuselwitz Guss, die Speisertechnik zu perfektionieren. Neben der Qualität des Bauteils spielt im Großguss Energie- und Ressourceneffizienz eine besondere Rolle, weil ein eingesparter Speiser sich wegen der gewaltigen Dimensionen durch die verhältnismäßig große Masse an eingespartem Material besonders auszahlt, natürlich auch bei den Kosten.

Innovationspartner für den deutschen Windenergieanlagen-Marktführer Enercon

Zu den größten Kunden von Meuselwitz Guss gehört Enercon mit Hauptstandort im niedersächsischen Aurich. Enercon ist mit einem Jahresumsatz von 3,4 Milliarden Euro und einem Marktanteil von 8,5 Prozent (2009) die Nummer vier in der Welt und mit einem Marktanteil von über 60 Prozent mit großem Abstand Marktführer in Deutschland. Als A-Lieferant war Meuselwitz Guss bei der Entwicklung der jüngsten „Flaggschiff-Anlagen“ von Enercon entscheidend involviert.

Bei der neuen 3,0-Megawatt-Anlage E101 mit 99 beziehungsweise 135 Meter Nabenhöhe war die Gießerei bei der Konstruktion aller fünf Gussteile der Gondel (der Teil der Anlage, der auf oben auf dem Turm sitzt und den Rotor trägt) beteiligt. Hier kam es darauf an, mit der Simulation das Maximum aus dem Werkstoff herauszuholen – das hieß, Gewichte zu reduzieren, um die Energieausbeute zu maximieren, ohne dass die strukturelle Sicherheit leidet. Mit den Simulationen gelang es den Ingenieuren, durch die Optimierung der Gefügeausbildung und bei gesicherten Werkstoffeigenschaften die Teilewände dünner auszulegen, weil sich die zuvor noch notwendigen Sicherheitspuffer erübrigten. In der Simulation konnte iterativ überprüft werden, wie sich Gefüge- und Oberflächenqualität bei einem gegebenen Gusssystem verhalten und wie sie sich durch System-Modifikationen weiter verbessern lassen, etwa durch eine stabilere Form aus Quarzsand und Harzbinder, die die Expansion des Graphits verhindert.

Auch die größte Enercon-Anlage, die E126 mit 7,5 Megawatt und 135 Meter Nabenhöhe, profitierte vom gießtechnischen Know-how von Meuselwitz Guss. Mit der Gießprozess-Simulation gelang es, das Potenzial des Werkstoffs Ferrocast für den Leichtbau vollständig auszunutzen und gewichtsoptimiert Gondelteile zu entwickeln. Konstruktionsabteilung und Arbeitsvorbereitung arbeiteten in dem Projekt eng zusammen und glichen den Entwicklungsstand auf der Basis von Erstarrungssimulationen ständig ab, um eine an die Kraftlinien angepasste, leichtbaufähige Gestalt der Bauteile zu erreichen.

„Die Windenergiebranche wird weiterhin schnell wachsen und ständig neue Innovationen hervorbringen, die wir in der Gießerei realisieren müssen. „Mit MAGMASOFTs Stärken in der Gießprozess-Simulation und unserem Know-how in Sachen Werkstoffe sind wir gut aufgestellt, dem Wachstums- und Innovationstempo zu folgen“, richtet Geschäftsführer Herbert Werner den Blick von den erfolgreichen Projekten in der Vergangenheit in die Zukunft. (qui)

* Hartmut Giesen, freier Journalist aus Roetgen

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