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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


Nordex Evolutionary development



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



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








5 Wünsche

Agenda Slide


Bauteile und Funktionen

Bauteile und Funktionen

Einwirkende Kräfte: Aerodynamische Kräfte + Schwerkraft

Daraus resultieren: Schlag-, Schwenk- , Torsionsmoment


Unterschiedliche Bauteile erfordern unterschiedliche Fertigungsverfahren

Holm oder

Stege + Gurte

Blattwurzel

Aerodynamische Form (Sandwichbereiche)

Gurte (UD-Fasern)

Schwenkmoment

SchlagmomentTorsionsmoment






5 Wünsche

Agenda Slide


Bewertungskriterien

Anforderungen und Auswahlkriterien für Fertigungsverfahren


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)


Nicht-technische Anforderungen






5 Wünsche

Agenda Slide


Bauweisen

Status quo und Trends


Aufgelöste Bauweise Integrale Bauweise

Holm

Stege

Sandwich

Klebung

Gurte

Bauweisen



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


Trend zu längeren Blättern erfordert in Zukunft:

Segmentierung

Modularisierung über Blatttypen

Robuste Fügemethoden in Leichtbauweise


Beispiel Nordex NR65.5

Fertigungsprozesse

Zuschneiden der Gelege

Ablegen + Drapieren

Infiltrieren

Tempern

Kleben

Tempern

Besäumen, Sägen, Bohren

Lackieren

Anbauteile befestigen (VGs, …)


Fertigungsschritte beim Rotorblattbau


Kritische Fehler

Ondulationen

Fehlverklebung

Fehltränkung

Zuschneiden der Gelege



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



Hoher Automatisierungsgrad bei der Gurtherstellung

Drapieren und Ablegen der Gelege



Hoher Anteil manueller Tätigkeiten mit schlechter Ergonomie in der Schale

Infusion



Manueller Infusionsaufbau und Entfernen der Hilfsmaterialien

Ablegen, Infiltrieren, Tempern


Handlaminat

Vakuuminfusion

Prepreg

Pultrusion


Trend zum Einsatz von Pultrudaten für den Gurt

Vermeidung von

Ondulationen

Kleben


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


Maschinelles Mischen/Fördern und handgeführter Auftrag

Automatisiertes Ablegen


Einschränkung: Gestaltungsfreiheit der Geometrie, z.B. Vorbiegung


Wickeln eines Holmes

Transportieren und Positionieren von Bauteilen



Verwendung von Spezialvorrichtungen und Kränen

Herstellung der Nabenverbindung



Vollautomatisiertes Sägen, Bohren, Setzen der Bolzen

Nabenverbindung

T-Bolzen

Hülse

Finish



Handarbeit oder Vollautomatisierung






5 Wünsche

Agenda Slide


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


Togetheron the same course

Nordex SELangenhorner Chaussee 60022419 HamburgGermany

Tel: +49-40-30030-1000Fax: +49-40-30030-1333Email: [email protected]: www.nordex-online.com

Acciona WindpowerPolígono IndustrialBarásoain, parcela 231395 BarásoainNavarra, Spain

Tel: +34-948-720535Fax: +34-948-720531Email: [email protected]: www.acciona-windpower.com

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