Das Projekt "Werkstoffentwicklung für Windenergieanlagen im Multi-Megawatt-Bereich Offshore" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Siempelkamp Gießerei GmbH durchgeführt. Im Rahmen des Projekts sollte ein Gusseisenwerkstoff mit Kugelgraphit für die Anwendung in der Offshore-Windenergie entwickelt und optimiert werden. Neben einer Erhöhung der Festigkeit unter wechselnder Beanspruchung im Vergleich zum derzeit in diesem Bereich eingesetzten EN-GJS-400-18-LT, stand eine ausreichende Bruchzähigkeit und dadurch qualifizierte Erhöhung der Bauteilsicherheit hinsichtlich strukturellen Versagen im Fokus der Entwicklung. Der so optimierte Werkstoff sollte durch eine unabhängige Zertifizierungsgesellschaft für den Einsatz in dynamisch hoch beanspruchten Bauteilen von Offshore-Windenergieanlagen zertifiziert und freigegeben werden. Als wesentlicher Bestandteil des Projekts war ein bruchmechanisches Nachweiskonzept für Bauteile dieses Werkstoffs zu erarbeiten, das ebenfalls durch die Zertifizierungsgesellschaft abgenommen werden sollte. Die verbesserten spezifischen Eigenschaften des Gusswerkstoffes werden zu Materialeinsparungen führen, die direkt an den Gussbauteilen entstehen sowie indirekt an anderen Bauteilen ermöglicht werden. Direkte Einsparungen werden infolge der höheren Leistungsfähigkeit des Werkstoffes durch eine Gewichtsreduktion der Gussbauteile ermöglicht. Erreicht wird dies vor allem durch die höhere Wechselfestigkeit, die bei Gussbauteilen von Windenergieanlagen dimensionierend ist. Durch eine Reduzierung der Kopfmassen ergeben sich indirekt, auf Grund der Eigenfrequenzanforderungen von WEA's, Einsparungspotentiale bei Turm und Gründung. Das Turmgewicht bei 5-MW-Anlagen beträgt ca. 400 - 700 t, die Masse der Gründung 600 - 1.000 t. Eine Verringerung der Kopfmasse um 20 t führt nach einer Untersuchung des Weltmarktführers Vestas zu 10 Prozent bis 15 Prozent geringeren Turm- und Gründungskosten bzw. -massen. Zur Erreichung des Projektziels, der Zertifizierung eines höherfesten, aber ausreichend duktilen Sphärogusswerkstoffs, wurde das Konzept der Mischkristallverfestigung eines ferritischen Gusseisens mit Kugelgraphit verfolgt. Im Vergleich zur zumeist üblichen Festigkeitssteigerung in dieser Werkstoffgruppe durch Perlitstabilisierung, weist die gewählte Vorgehensweise den Vorteil eines wesentlich geringeren Abfalls der Duktilität und Zähigkeit bei ansteigender Festigkeit auf. Somit wurde eine Gusseisensorte mit erhöhtem Si-Gehalt sowie Ni-Zugabe entwickelt und hinsichtlich seines Verhaltens unter schwingender Belastung und der Bruchzähigkeit optimiert. Dazu wurden jeweils Proben aus bauteilnahen Versuchsgeometrien entnommen und getestet. Die optimierte Zusammensetzung wurde anschließend nach den Vorgaben des GL als Zertifizierungsgesellschaft hinsichtlich der Kennwerte der Schwingfestigkeit sowie wichtiger Einflussgrößen auf diese, wie beispielsweise das Spannungsverhältnis, die Oberfläche und weitere, geprüft. usw.