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Forschungsprojekt Wie die Konstruktion von Gussbauteilen optimiert werden kann

Quelle: Pressemitteilung Fraunhofer LBF 1 min Lesedauer

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Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF
Franke GmbH
invenio AG
Heraeus AMLOY Technologies GmbH

Im Projekt „DNAguss“ hat das Fraunhofer LBF gemeinsam mit Partnern mehrere Softwaretools zu einer Softwarekette verknüpft, um Gießbarkeit, Leichtbau, Betriebsfestigkeit und zerstörungsfreie Prüfbarkeit von Gussbauteilen optimal aufeinander abzustimmen.

Multikriterielle Optimierung von Gussbauteilen: Softwarekette aus dem Projekt DNAguss. (Bild: Fraunhofer LBF)
Multikriterielle Optimierung von Gussbauteilen: Softwarekette aus dem Projekt DNAguss.
(Bild: Fraunhofer LBF)

Die Ergebnisse des Forschungsprojektes „DNAguss“ sollen die Grundlage für eine optimierte Konstruktion von Gussbauteilen bilden. Dafür hat ein Konsortium unter Leitung des Fraunhofer-Instituts für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF eine durchgängige numerische Auslegung entlang der Prozesskette geschaffen, indem alle Softwaretools, die während des Konstruktionsprozesses von Gussbauteilen verwendet werden, in einer einzigen Softwarekette zusammengefasst wurden.

Die Softwarekette am Beispiel eines Bauteils aus EN-GJS-400-18-LT

Einer der wichtigsten Schritte bei der Konstruktion ist die Situationsanalyse, bei der der Bauraum, die zu übertragenden Kräfte und weitere Randbedingungen definiert werden. Dies dient als Grundlage für die Erstellung des CAD-Modells mittels Topologieoptimierung. Durch sie kann eine materialsparende und festigkeitsoptimierte Konstruktion erzielt werden. Dabei wird die strukturmechanische Simulation in einem Finite-Element-Programm, z. B. Permas, durchgeführt und die grobe Gestalt ermittelt. Der Vorteil der Topologie-Optimierung liegt darin, dass grundlegende Anforderungen an die Gießbarkeit und Prüfbarkeit automatisch berücksichtigt werden können. Alternativ ist auch eine manuelle Konstruktion oder die Verwendung eines bereits konstruierten Bauteils möglich.

Nach Erstellung des CAD-Modells wird die Gießbarkeit des Bauteils aus dem Werkstoff EN-GJS-400-18-LT durch eine Gießprozesssimulation in Magmasoft sichergestellt. Dabei wird auch die lokale Gefüge-Zusammensetzung berechnet, die später in der Softwarekette zur Anwendung kommen kann. Anschließend erfolgt die Formoptimierung, bei der die Betriebsfestigkeit mit Hilfe von der Software FEMFAT in die Formoptimierungsschleife integriert und als Werkzeug für die Lebensdauerberechnung verwendet wird. Die Lebensdauerberechnung kann entweder basierend auf einer lokalen Gefüge-Zusammensetzung oder mit globalen Kennwerten durchgeführt werden.

Nach Angaben des Fraunhofer LBF wurde so am Beispiel einer Welle einer Bockwindmühle die Bauteilstruktur verbessert, das Gewicht um 34 Prozent reduziert und die Herstellkosten gesenkt – bei Sicherstellung der Betriebsfestigkeit .

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