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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

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Nordex Evolutionary development

Unternehmensinformation

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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

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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

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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

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Verwendung von Spezialvorrichtungen und Kränen

Herstellung der Nabenverbindung

Status quo und Trends

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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

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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

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