Digitaler Zwilling für leichte Gussstrukturen

Gussstrukturen bieten eine bemerkenswerte Bauteilkomplexität bei geringen Produktionskosten und sind daher ideal für die Serienfertigung funktionsintegrierter Leichtbaustrukturen. Insbesondere Guss­eisen mit Kugelgrafit (GJS) weist eine optimale Kombination aus einstellbarer Festigkeit, Duktilität und Steifigkeit auf, wodurch es sich hervorragend für den Leichtbau eignet.

Derzeit berücksichtigt die Technologie keine lokal unterschiedlichen Materialeigenschaften von Bauteilen aus GJS, wie sie aufgrund von Unterschieden in der Wandstärke auftreten können. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) unterstützt daher im Rahmen des Technologietransfer-Programms Leichtbau (TTP Leichtbau) das Projekt "Entwicklung eines übertragbaren Leichtbaukonzepts zur Nutzung erhöhter zyklischer Beanspruchbarkeiten dünnwandiger GJS-Strukturen mithilfe eines Digitalen Zwillings - GJSlim". Dieses Projekt hat zum Ziel, äußerst dünne GJS-Strukturen mit Wandstärken unter 5 mm zu entwickeln und gleichzeitig die technologischen Einflüsse auf die Bauteilbemessung zu ermitteln. Das letztendliche Ziel ist die Entwicklung eines Gesamtkonzepts, das die Werkstoff- und Strukturausnutzung bei GJS auf das Maximum steigert. Das Konsortium, das von der RWTH Aachen geleitet wird, vereint unterschiedliche Kompetenzen aus den Bereichen Gießereitechnik, Strukturleichtbau und Betriebsfestigkeit.

Die Experten am Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF verfügen über eine umfangreiche Erfahrung in der Integration der Beanspruchungssimulation für zyklische Materialeigenschaften. Dies ermöglicht die Ableitung von Erkenntnissen zu den technologischen, spannungsmechanischen und statistischen Einflüssen auf dünnwandiges Gusseisen mit Kugelgrafit. Die Forscher nutzen simulierte Gefügezustände, um diese mit experimentell gewonnenen Erkenntnissen abzugleichen. Dadurch können sie die Auswirkungen von Gefügeeigenschaften und Erstarrungszeit auf lokale zyklische Belastbarkeiten von Bauteilen aufzeigen. Die Entwicklung eines geeigneten Bemessungskonzepts ist entscheidend, um eine optimierte Lebensdauerabschätzung durchzuführen. Nur mit einer solchen Abschätzung wird es möglich, sichere und zuverlässige Ultraleichtbaustrukturen zu realisieren.