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DLR Wissenschaftstag 2016Fertigungstechnologien für Rotorblätter –Wünsche, Anforderungen und TrendsDr. Jochen Birkemeyer, Nordex Energy GmbH
Braunschweig, 20.09.2016
1 Unternehmensinformation
2 Bauteile und Funktionen
3 Anforderungen und Auswahlkriterien für Fertigungsverfahren
4 Status quo und Trends
Bauweisen, Materialien, Fertigungsverfahren, Prüfmethoden
5 Wünsche
Agenda Slide
10/6/2016Fertigungstechnologien für Rotorblätter 2
Hinweis: Bilder anderer Hersteller stammen aus Veröffentlichungen (Konferenzen, Zeitschriften,
Internet). In einigen Fällen sind diese nicht gekennzeichnet.
Nordex – a pioneer in wind with 30 years of experience
Unternehmensinformation
10/6/2016Fertigungstechnologien für Rotorblätter 3
Nordex Evolutionary development
Unternehmensinformation
10/6/2016Fertigungstechnologien für Rotorblätter 4
Generation BetaN90/2500
Generation GammaN80/2500N90/2500
N100/2500N117/2400
2000 2007 2010 2013
Global fleet availability in 2014 ~97,5 %Turbines under Nordex Service
15 years and
more than 10,000 MW*
*commissioned /under construction as of April 2015
Generation DeltaN100/3300N117/3000N131/3000
Nordex MMW Platform
Unternehmensinformation
10/6/2016Fertigungstechnologien für Rotorblätter 5
Rotor
Ø
131 m
117 m
100 m
90 m
6,0 6,5 7,0 7,5 8,0 8,5 9,0 9,5 10,0
Wind Speed in m/s
IEC 3a IEC 2a IEC 1a
N117/3000
N100/3300
N117/2400
N100/2500
N90/2500
+3
0%
AE
P
N131/3600
N131/3300
N131/3000
Gamma-
platform
Delta-
platform
N117/3600
Acciona Windpower Product Portfolio
Unternehmensinformation
10/6/2016Fertigungstechnologien für Rotorblätter 6
1 Unternehmensinformation
2 Bauteile und Funktionen
3 Anforderungen und Auswahlkriterien für Fertigungsverfahren
4 Status quo und Trends
Bauweisen, Materialien, Fertigungsverfahren, Prüfmethoden
5 Wünsche
Agenda Slide
10/6/2016Fertigungstechnologien für Rotorblätter 7
Bauteile und Funktionen
Bauteile und Funktionen
Einwirkende Kräfte: Aerodynamische Kräfte + Schwerkraft
Daraus resultieren: Schlag-, Schwenk- , Torsionsmoment
10/6/2016Fertigungstechnologien für Rotorblätter 8
Unterschiedliche Bauteile erfordern unterschiedliche Fertigungsverfahren
Holm oder
Stege + Gurte
Blattwurzel
Aerodynamische Form (Sandwichbereiche)
Gurte (UD-Fasern)
Schwenkmoment
SchlagmomentTorsionsmoment
1 Unternehmensinformation
2 Bauteile und Funktionen
3 Anforderungen und Auswahlkriterien für Fertigungsverfahren
4 Status quo und Trends
Bauweisen, Materialien, Fertigungsverfahren, Prüfmethoden
5 Wünsche
Agenda Slide
10/6/2016Fertigungstechnologien für Rotorblätter 9
Bewertungskriterien
Anforderungen und Auswahlkriterien für Fertigungsverfahren
10/6/2016Fertigungstechnologien für Rotorblätter 10
Anforderungen an Bauweise/ Fertigungsmethode
Gestaltungsfreiheit Außenkontur:
• Aerodynamische Formgebung für Ertrag
• Vorbiegung als Kollisionsschutz zum Turm
Fertigungsaufwand:
• Arbeitsintensität bezüglich Zeitdauer und ManPower
• Formpflege/ Instandhaltung
Toleranzmanagement:
• Vermeidung von Versätzen beim Fügen
• durch z.B. Werkzeugtechnologie und Bauteilauslegung
Prozeßsicherheit:
• Fehlervermeidung und Reproduzierbarkeit
Prüfbarkeit:
• z.B. Möglichkeiten Wellen im Laminat zu finden
Automatisierbarkeit:
• Möglichkeit um arbeits-/ fehlerintensive Tätigkeiten durch Maschinen oder Vorrichtungen zu reduzieren
Bewertungskriterien
Anforderungen und Auswahlkriterien für Fertigungsverfahren
Geringer CAPEX
Geringe Produktlebenszyklen
Produktion In-House und bei BtP-Partnern
Local content ist oftmals erforderlich (z.B. Türkei, Brasilien)
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Nicht-technische Anforderungen
1 Unternehmensinformation
2 Bauteile und Funktionen
3 Anforderungen und Auswahlkriterien für Fertigungsverfahren
4 Status quo und Trends
Bauweisen, Materialien, Fertigungsverfahren, Prüfmethoden
5 Wünsche
Agenda Slide
10/6/2016Fertigungstechnologien für Rotorblätter 12
Bauweisen
Status quo und Trends
10/6/2016Fertigungstechnologien für Rotorblätter 13
Aufgelöste Bauweise Integrale Bauweise
Holm
Stege
Sandwich
Klebung
Gurte
Bauweisen
Status quo und Trends
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Vorteile und Nachteile der Bauweisen
Aufgelöst Integral
Materialverbrauch – viele Hilfsmaterialien
– Kleber
+ weniger Hilfsmaterialien
Energieverbrauch – mehrfaches Tempern + einmal Tempern
Festigkeitsnachweis + Keine Klebungen
Logistik – Lagerung und Transport
von Komponenten
+ Wenig Einzelteile
Qualitätssicherung + Jedes Bauteil kann
inspiziert werden
+ Ausschuß im Allgemeinen
auf einzelne Bauteile
beschränkt
– Inspektion eher
schwierig
– ganzes Bauteil ist
Ausschuß
– Versteckte Fehler
schwer erkennbar
Bauweisen
Status quo und Trends
Trend zu längeren Blättern erfordert in Zukunft:
Segmentierung
Modularisierung über Blatttypen
Robuste Fügemethoden in Leichtbauweise
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Beispiel Nordex NR65.5
Fertigungsprozesse
Zuschneiden der Gelege
Ablegen + Drapieren
Infiltrieren
Tempern
Kleben
Tempern
Besäumen, Sägen, Bohren
Lackieren
Anbauteile befestigen (VGs, …)
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Fertigungsschritte beim Rotorblattbau
Status quo und Trends
Kritische Fehler
Ondulationen
Fehlverklebung
Fehltränkung
Zuschneiden der Gelege
Status quo und Trends
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Automatisierter Zuschnitt
Daten aus CAD
Zuschnittoptimierung
Zuschneiden und Aufwickeln
Bereitstellung der Einzellagen auf Rollen
Erfassung jeder abgelegten Lage in Q-Doku
Drapieren und Ablegen der Gelege
Status quo und Trends
10/6/2016Fertigungstechnologien für Rotorblätter 18
Hoher Automatisierungsgrad bei der Gurtherstellung
Drapieren und Ablegen der Gelege
Status quo und Trends
10/6/2016Fertigungstechnologien für Rotorblätter 19
Hoher Anteil manueller Tätigkeiten mit schlechter Ergonomie in der Schale
Infusion
Status quo und Trends
10/6/2016Fertigungstechnologien für Rotorblätter 20
Manueller Infusionsaufbau und Entfernen der Hilfsmaterialien
Ablegen, Infiltrieren, Tempern
Status quo und Trends
Handlaminat
Vakuuminfusion
Prepreg
Pultrusion
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Trend zum Einsatz von Pultrudaten für den Gurt
Vermeidung von
Ondulationen
Kleben
Status quo und Trends
Klebertypen: Epoxy, Vinylesther, PU
Umgebungsbedingungen:
Umgebungstemperatur
Luftfeuchtigkeit
Verarbeitung:
Mischungsverhältnis und homogene Mischung
Verarbeitungszeiten
Raupengeometrie
Vorbehandlung der Klebeflächen
Klebedicke
Eigenschaften:
Standfestigkeit
Thixotropie
Aushärtezeit und -temperaturen
Qualitätssicherung: Probeklappen, Ultraschallprüfung
Wünsche: Schnelle Charakterisierung der Verarbeitungsgrenzen
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Maschinelles Mischen/Fördern und handgeführter Auftrag
Automatisiertes Ablegen
Status quo und Trends
Einschränkung: Gestaltungsfreiheit der Geometrie, z.B. Vorbiegung
10/6/2016Fertigungstechnologien für Rotorblätter 23
Wickeln eines Holmes
Transportieren und Positionieren von Bauteilen
Status quo und Trends
10/6/2016Fertigungstechnologien für Rotorblätter 24
Verwendung von Spezialvorrichtungen und Kränen
Herstellung der Nabenverbindung
Status quo und Trends
10/6/2016Fertigungstechnologien für Rotorblätter 25
Vollautomatisiertes Sägen, Bohren, Setzen der Bolzen
Nabenverbindung
T-Bolzen
Hülse
Finish
Status quo und Trends
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Handarbeit oder Vollautomatisierung
1 Unternehmensinformation
2 Bauteile und Funktionen
3 Anforderungen und Auswahlkriterien für Fertigungsverfahren
4 Status quo und Trends
Bauweisen, Materialien, Fertigungsverfahren, Prüfmethoden
5 Wünsche
Agenda Slide
10/6/2016Fertigungstechnologien für Rotorblätter 27
Wünsche
Zusammenfassung
Fügen
Kleben: Schnelle Charakterisierung der Verarbeitungsgrenzen
Methoden zum sicheren und einfachen Fügen im Feld
Faser-Metall-Laminate ?
Standardisierte Fügetechnologien inkl. Prüfmethoden
Vorhersage und Berechnung
Schrumpf und Verformung: einfache Vorhersagemöglichkeiten
Infusionssimulation
Prüfmethoden
Online Prüfmethoden
Verbesserte Meßmethoden zur Endabnahme
Automatisierung
Automatisierte Faserablage für große gewölbte Flächen
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Togetheron the same course
Nordex SELangenhorner Chaussee 60022419 HamburgGermany
Tel: +49-40-30030-1000Fax: +49-40-30030-1333Email: info@nordex-online.comWeb: www.nordex-online.com
Acciona WindpowerPolígono IndustrialBarásoain, parcela 231395 BarásoainNavarra, Spain
Tel: +34-948-720535Fax: +34-948-720531Email: infowindpower@acciona.comWeb: www.acciona-windpower.com
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