Leichtbaukonzepte für Gussstrukturbauteile von Windenergieanlagen

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Felix Weber © Urheberrecht: IMW

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Felix Weber

Gruppe Mikromechanik

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Motivation

Die erneuerbaren Energien werden stetig weiter erschlossen, davon betroffen auch der Windkraftsektor. In Zuge dessen steigt die Leistung einzelner Windenergieanlage (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 es das Gewicht von Gussstrukturbauteilen in WEA, bezogen auf den Stand der Technik, um 20 % zu reduzieren, sodass eine wirtschaftliche Gesamtoptimierung erreicht wird.

Projektinhalte

  • Werkstoffkatalog: Diskussion verschiedener Gusseisengüten und Vergleich von Herstellungsspezifikationen und Konstruktionsspezifikationen.
  • Lokale Beanspruchbarkeit: Ermittlung des Werkstoffwiderstandes im statischen und zyklischen Fall für unterschiedliche Gefügestrukturen. Anschließend analytische Korrelation von eben jenen. Zusätzlich Entwicklung numerischer Modelle zur Vorhersage gefügeabhängiger Werkstoffeigenschaften
  • Bauteildesign: Entwicklung einer Simulationskette zur Topologieoptimierung von Gusstrukturbauteilen in WEA. Topologieoptimierung der Demonstratorbauteilen Drehmomentstütze, Rotorhohlwelle und Planetenträger.
  • Bauteilherstellung: Abguss der Demonstratorbauteile in original oder skalierten Maßstäben.
  • Bauteilverifizierung: Realitätsnahe Prüfung der Rotorhohlwelle / Drehmomentstütze auf einem WEA-Systemprüfstand. Prüfung des Planetenträgers auf einem Komponentenprüfstand.
  • Machbarkeitsstudie: Analyse der Übertragbarkeit gewonnener Erkenntnisse auf andere Gussstrukturbauteile und Wirtschaftlichkeitsbetrachtung.

Projektpartner

Forschungsstellen: IWM, CWD, SLA, Access

Geförderte Partner: Eisengiesserei Torgelow GmbH, MAGMA GmbH, Friedrich Wilhelms-Hütte Eisenguss GmbH

Partner: Vestas Wind Systems A/S, bdguss e.V., Dossmann GmbH, FVA e.V., Buchholz & Cie. Giesserei GmbH, ZF Wind Power Antwerpen NV, Flender GmbH, ADI Technik GmbH

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Förderung

Förderungsnummer: 0324279A