Forscher automatisieren Rotorblattfertigung

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Universität Bremen BIK, Institut für integrierte Produktentwicklung

Entwicklungsbedarf ist noch nicht befriedigt

Die Abstimmung solcher Systeme für die automatisierte Rotorblattfertigung muss aber noch umgesetzt werden. Am Ende der Prozesskette liegt ein Preform aus trockenen Textilien vor, der gemäß dem Lagenplan aus mehreren gezielt geschichteten Zuschnitten aufgebaut wurde.

Heutzutage werden Rotorblätter in der Regel im Vakuuminfusionsverfahren mit Harz getränkt. Der Erfolg dieses Prozessschritts ist auch von den Eigenschaften der verwendeten Textilien abhängig, sodass ein für die automatisierte Gelegeablage optimiertes Textil auch eine einwandfreie Infusion gewährleisten können muss. Soll der Preform gegebenenfalls als Komponente in der Fertigung eingesetzt werden, wie es beispielsweise als Flanscheinleger (Lagenpaket im Wurzelbereich des Rotorblatts) denkbar wäre, muss er auch eine entsprechende Handhabbarkeit und damit Formstabilität aufweisen. Die parallele Fertigung solch großer Komponenten würde allerdings ein gewisses Potenzial zur Reduzierung der Fertigungszeiten ermöglichen [4].

Betrachtet man dabei den vollständig automatisierten Fertigungsprozess, wird klar, dass für jeden Prozessanteil noch ein erheblicher Entwicklungsaufwand und Forschungsbedarf besteht, um alle mit der Automatisierung verbundenen Herausforderungen meistern zu können.

Guter Informationsfluss verkürzt Konstruktion

Um den Herausforderungen der automatisierten Ablage gerecht zu werden, entwickelt das Institut für integrierte Produktentwicklung (BIK) theoretische Lösungen für Handhabungseffektoren, die praktisch umgesetzt und im realen Maßstab getestet werden. Neben den Erfahrungen aus den Bereichen der Handhabung und Verarbeitung von technischen Textilien beruht die Entwicklung auf der Anwendung von Konstruktionsmethoden. Die methodische Herangehensweise dient dabei als Werkzeug für den Konstrukteur und erleichtert den Entwicklungsprozess, sodass Kosten und Zeit eingespart werden können und die bestmögliche konstruktive Lösung gefunden wird. Ausgehend von der Analyse und Formulierung der Aufgabe wird durch das Zusammentragen von internen sowie externen Informationen und Anforderungen eine Anforderungsliste erstellt. Diese Anforderungsliste dient als Grundlage für den Konstruktionsprozess und wird während der Entwicklung fortlaufend erweitert. Neben der Anforderungsliste ist das Festhalten von Funktionen in Form einer Funktionsstruktur entscheidend, um darauf aufbauend Konzeptideen zu entwickeln.

Biegeweiche Gelege schonend handhaben

Die Umsetzung der Konzepte und die mechanische Auslegung der Komponenten erfolgt mithilfe von 3D-CAD-Systemen und numerischen Berechnungsprogrammen.

Um das Risiko hoher Fertigungskosten während des Produktentwicklungsprozesses minimieren zu können, werden die Konzeptideen in Form von Prototypen realisiert und deren Funktionen durch geeignete Versuchsaufbauten verifiziert. Dabei sollte der Versuchsmaßstab der Wirklichkeit möglichst gut angenähert werden, um verlässliche Versuchswerte zu generieren.

Die Ermittlung des grundsätzlichen Verhaltens von Prototypen ist extrem wichtig, um Fehler möglichst frühzeitig zu erkennen und zu beheben. Bild 7 zeigt das iterative und rekursive Vorgehen im Produktentwicklungsprozess [5]. Dargestellt ist einerseits der iterative Vorgang, der zum Beispiel durch das Hinzufügen von Anforderungen oder Funktionen entstehen kann, und andererseits der rekursive Vorgang, der den Wechsel zwischen virtueller und experimenteller Ebene, beschreibt. Diese orientierenden Versuche auf experimenteller Ebene, können beispielsweise einen Einfluss auf die 3D-Konstruktion in virtueller Hinsicht haben. Für eine erfolgreiche Produktentwicklung ist deshalb der ständige Wechsel zwischen virtueller und experimenteller Ebene unumgänglich.

Je kürzer die Ablagezeit, desto rentabler der Prozess

Unter Anwendung der beschriebenen Methoden werden am BIK Handhabungseffektoren entwickelt, mit denen biegeweiche Glasfasergelege aufgespult, gespeichert und abgelegt werden können. Aktuell finden die ersten Prototypentests eines im Verbundprojekt Blademaker entwickelten Effektors statt, der vom BIK im Teilprojekt Direct Textile Placement (DTP) konstruiert und montiert wurde.

Im Produktentwicklungsprozess für den in Bild 8 und 9 dargestellten DTP-Effektor besteht die Herausforderung darin, die trockenen Gelege in ein komplexes dreidimensionales Rotorblatt-Formwerkzeug abzulegen. Dabei ist die Umformung aus der zweidimensionalen Ebene in die dreidimensional gekrümmte Fläche besonders anspruchsvoll. Eine notwendige Nacharbeit aufgrund möglicher Fehlstellen im Material (etwa Faltenbildung) nach der Ablage würde zu erhöhtem Zeit- und Kostenaufwand führen. Die Rentabilität der Automatisierung ist nur dann gegeben, wenn die Formbelegungszeit kürzer ist als bei der manuellen Fertigung.

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