Höherfestes Gusseisen; Branchenspezifische...
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Höherfestes Gusseisen;Branchenspezifische Werkstoffe entwickelt entlang der Auslegung
Das diesem Bericht zugrundeliegende Vorhaben wurde m it Mitteln des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz und Reakt orsicherheit
unter dem Förderkennzeichen 0327593 gefördert. Die Verantwortung für den Inhalt dieser Veröffentli chung liegt beim Autor.
P. Mikoleizik
SiWind ® - Höherfestes Gusseisen mit passender Auslegung
Inhalt
• Unternehmensvorstellung Siempelkamp Giesserei GmbH
• Bauteil und Projektvorstellung (MEGAWind)
• Richtlinien in der Windenergie
• Erreichte Zertifizierung und Kennwertvergleich:
- Werkstoffcharakterisierung
- Statische Kennwerte
- Lebensdauer Kennwerte
- Bruchmechanik Kennwerte
• Bedeutung für die SGK und andere
• Nutzen für den Konstrukteur
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Maschinen- und Anlagenbau:Planung und Errichtung kompletter Werke für die Holzstoffindustrie, Metallum-formung und die Gummiindustrie.
Gusstechnik:Herstellung handgeformter Großgussteile aus Gusseisen mit Kugelgrafit von 3 t bis 320 t Stückgewicht.
Nukleartechnik:Produkte und Serviceleistungen für kerntechnische Anlagen.
* inkl. 107 Azubis
Siempelkamp Unternehmensbereiche Siempelkamp-Gruppe 2013Auftragseingang: 588,9 Mio. €Umsatz: 718,4 Mio. €Mitarbeiter: 3.124*
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- Mehr als 100 Jahre Produktionserfahrung
- Rund 85.000 t Gusskapazität pro Jahr
- Produktion von 4000 verschiedenen Gussteilenpro Jahr
- Stückgewichte bis 320 t
- Optimale Materialauswahl
- Hoher Qualitätsstandard in der Produktion
- DIN EN ISO 9001 und DIN EN 14001
- Akkreditiertes Prüflabor
- 100% kundenorientiertes Unternehmen
Siempelkamp Giesserei
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MEGAWind
Bauteil und Projektvorstellung
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• Großgussteile in Windenergieanlagen aus duktilem Gusseisen (GJS)
- Maschinenträger: 47 t Gewicht
- Achszapfen: 37 t Gewicht
- Nabe: 32 t Gewicht
- 3 Adapter: á 13 t Gewicht
Bild: Enercon
MEGAWind
Bauteil und Projektvorstellung
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• Großgussteile in Windenergieanlagen aus duktilem Gusseisen (GJS)
- Maschinenträger: 48 t Gewicht
- Unterdeck: 12 t Gewicht
- Nabe: 37 t Gewicht
- Hohlwelle: 16 t Gewicht
Bild: AREVA Wind
SiWind ®
GL-Richtlinien in der Windenergie
GL Renewables Certification verfügt als einzige Zertifizierungsstelle über Berechnungsrichtlinien für die Windenergie:
• GL-Onshore Richtlinie 2003
• GL-Offshore Richtlinie 2005
• GL-Onshore Richtlinie 2010
• Weitere Regelwerke undBestimmungen des GL.
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SiWind ®
Demnach ist geregelt:
1) Statische Auslegung der Extremlastfälle und
2) Zyklische Auslegung für 20 Jahre Betriebszeit nach Miner-Regel modifiziert
3) Bruchmechanischer Sicherheitsnachweis im Einzelfall möglich
4) Höherfeste Werkstoffe(Rm > 400 MPa bzw. K v < 10 J) im Einzelfall und nur mit zusätzlichem bruchmechanischer Sicherheitsnachweis bzw. SRF ≥ 1,5 möglich (Stress Reserve Factor).
5) GJL ist für Strukturbauteile verboten .
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SiWind ®
Werkstoffcharakterisierung
• Der Werkstoff ist beim GL unter derBezeichnung
GJSF-SiNi30-5bzw. dem geschützten Handelsnamen
SiWind ®
zertifiziert.
• Der SiWind-Werkstoff ist ein ferritisches,duktiles, mischkristallverfestigtes Gusseisenund entspricht dem Siclas ® 500.
• Die neuen Werkstoffe konkurrieren mit dem bewährten EN-GJS-400-18-LT .
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SiWind ®
Statische Kennwerte
NameSiWind ®
GJSF-SiNi30-5
GJS-400-18-LT
(DIN EN 1563:2012)
Rm [MPa] * 410 (459) 340
Rp0,2 [MPa]* 330 (344) 220
A [%]* 10 (17) 10
* = Werte für Wandstärken von 60 bis 200 mm()= gemessene Kennwerte
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SiWind ®
Synthetische Wöhlerlinie nach GL
NameSiWind ®
GJSF-SiNi30-5
GJS-400-18-LT
(DIN EN 1563:2012)
Synthetische Werte für R=-1 entsprechend GL
σA, 97,5% [MPa]* 132 118
m1 10,56 10,75
m2 * 20,12 20,5
* = Werte für Wandstärken von 60 bis 200 mm
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SiWind ®
Experimentelle Wöhlerlinie nach (R=-1)
NameSiWind ®
GJSF-SiNi30-5
GJS-400-18-LT
(DIN EN 1563:2012)
Werte für experimentelle Wöhlerlinie (R=-1)
σA, 97,5% [MPa]* 135 Keine
m1 * 7,8 Keine
m2 * 44,9 Keine
* = Werte für Wandstärken von 60 bis 200 mm
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SiWind ®
Erreichte Zertifizierung und Kennwertvergleich
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10
100
1000
1,E+00 1,E+01 1,E+02 1,E+03 1,E+04 1,E+05 1,E+06 1,E+07 1,E+08
Schwingspielzahl N
Sp
an
nu
ng
sam
pli
tud
e [
MP
a]
SiWind gemessen
(LBF)SiWind synthetisch
GJS-400-18U-LT
Knickpunkt
σCut
[MPa] k1
σAK97,7%[MPa] N
Kk
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SiWind gemessen (LBF) 344 7,8 135 2.000.000 44,9
SiWind synthetisch 330 10,6 132 2.878.000 20,1
GJS-400-18U-LT 220 10,7 121 2.904.000 20,4
Wöhlerlinie R=-1
SiWind ®
Bruchmechanische Kennwerte
NameSiWind ®
GJSF-SiNi30-5GJS-400-18-LT(DIN EN 1563:2012)
Werte für statistische Bruchmechanik
KIC [MPa√m](-20°C) 32 82*
KIC [MPa√m] (RT) 46 80*
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* gemessen an besonderen Proben [G. Pusch 2008]
SiWind ®
Zyklische BM -Kennwerte
NameSiWind ®
GJSF-SiNi30-5
GJS-400-18-LT
(DIN EN 1563:2012)
Werte für zyklische Bruchmechanik (R=0,5)
∆Kth/ASTM [MPa√m] 5,7 5,5*
m [-] 5,4 4,3*
c [-] 2,4E-11 4,5E-10*
∆Kfc [MPa√m] 22 18*
Werte zyklische Bruchmechanik (R=-1)
∆Kth/ASTM [MPa√m] 18,0 14,3**
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* G. Pusch, 2008** Zambrano, 2011
SiWind ®
Zyklischen BM -Kennwerte
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SiWind ®
NASGRO-Gleichung
Die aufgeführten Werte sind vom GL für den SiWind ®-Werkstoff anerkannt.
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SiWind ®
Bedeutung für Siempelkampund andere
• NUR EN-GJS 400-18-LT bzw. EN-GJS 350-22-LT sind derzeit in der Windenergie für Strukturbauteileeinsetzbar!
• ALLE anderen Werkstoffe sind nicht ohne weitere Nachweise möglich, z.B. EN-GJS-500 bis EN-GJS-700, Siclas®, ADI, GJL.Das gilt auch für die mischkristallverfestigten Sorten.
SiWind ® ist der einzig höherfeste Werkstoff welcher „sofort“ beantragt werden kann!
(Synthetische und experimentelle Wöhlerlinie sowie Bruchmechanikkonzept und -kennwerte liegen vor)
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SiWind ®
Nutzen für den Konstrukteur
• +20% Rm und +50% R p0,2 - gesteigerte statische Kennwerte für den Extremlastnachweis
• Lebensdauernachweis entsprechend GL-Richtlinie mit +9% höherem Abknickpunkt (synthetisch)
• Bruchmechanische Auslegung mit anerkanntem Verfahren und Kennwerten sofort möglich
Beseitigung von bestehenden Engpässen z.B. Hotspots
Bis 15% Gewichtsvorteil bei Neukonstruktion (Einschätzung vonaerodyn)
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SiWind ®
Innovationspreis der IHK für Werkstoffentwicklung
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SiWind ®
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
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