Forscher automatisieren Rotorblattfertigung

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Universität Bremen BIK, Institut für integrierte Produktentwicklung

Kleine Komponenten vermeiden Kollisionen

Um eine hohe Ablegerate gewährleisten zu können, wird eine Materialbreite von 50" genutzt, bei der das Abbilden einer Lage der Rotorblattschale durch drei Längsbahnen erreicht wird. Die Materialbreite hat direkten Einfluss auf die Komponente zum Speichern des Textils (Wickelkern) und somit auch der Konstruktion der Handhabungseinheit. Ein innen liegender Motor ermöglicht es, den Effektor schmal zu bauen. Das ist notwendig, um Kollisionen zwischen Effektor und Formwerkzeug zu vermeiden. Der Wickelkern besteht aus einem zylindrischen Rohr, das, um Gewicht zu sparen, Aussparungen hat. Die Aussparungen dienen auch zur Montage eines Klappenmechanismus, mit dem das Material linienförmig am Wickelkern geklemmt werden kann. Die Öffnung der Klappe erfolgt pneumatisch und das Andrücken der Klappe wird durch ein Federsystem realisiert. Der Aufwickelvorgang erfolgt vollautomatisiert. Das Material wird dem Wickelkern durch eine geeignete Zuführeinheit bereitgestellt [4]. Diese besteht aus einem Konfektionierroboter, der die Textilbahn über ein Förderband abwickelt, den Zuschnitt vornimmt und das Textil am Ende des Förderbands an den Effektor übergeben kann. Hier wird das Textil zunächst in die geöffnete Klappe gefördert (Bild 8). Danach schließt sich die Klappe. Es beginnt die Aufwicklung des Textils, bei der sichergestellt werden muss, dass die Zuführeinheit und der Wickelkern synchron laufen, um Zugbelastungen auf das Material zu minimieren. Die Position und Ausrichtung des Textils innerhalb des Effektors wird dabei mittels Bahnkantensensorik erkannt. Um eventuelle Abweichungen der Aufwicklung zu vermeiden, führt der Effektor Ausgleichsbewegungen durch, sodass das Textil definiert auf dem Wickelkern gespeichert werden kann. Um die Prozessschritte des Aufwickelns und des Ablegens unabhängig voneinander durchzuführen, kann der Wickelkern vom Effektorrahmen getrennt werden. Das hat den Vorteil, dass während des Ablegeprozesses zusätzliche Wickelkerne aufgespult werden können.

Konturflexibles Greifersystem

Außer dem Wickelkern ist die Drapiereinheit eine zentrale Baugruppe des Handhabungseffektors. Sie besteht aus mehreren Drapiermodulen, die mithilfe von integrierten Schrittmotoren einzeln angesteuert und so in die jeweilige definierte Position bewegt werden können. Jedes Drapiermodul trägt eine Drapierspitze mit integrierten Nadel- und Vakuumgreifern, mit denen das Textil „gegriffen“ werden kann, sowie eine CFK-Feder, welche die Drapiermodule passiv und sicher an die Formoberfläche anpasst. Große Höhenunterschiede zwischen Drapierspitze und Formoberfläche kann man über die Rotation der Drapiermodule durch die Schrittmotoren ausgleichen.

Beim Ablegeprozess der Handhabungseinheit wird zuerst das Textil durch die Drapiermodule an einer definierten Stelle unterhalb des Wickelkerns, gegriffen. Das Textil durchläuft, wie zuvor beim Aufwickeln, die Bahnkantensensorik, um diese Position zu erreichen. Im nächsten Schritt wird das Textil mittels der Drapiermodule in eine ablagegerechte Position gebracht, wobei die Schrittmotoren und der Antriebsmotor des Wickelkerns synchron laufen. Abstandssensoren messen dabei, wie sich der Durchmessers des Wickelkerns verringert. Das erlaubt es, die Umfangsgeschwindigkeit entsprechend anzupassen.

Die Textilablage erfolgt von der Spitze hin zur Wurzel der Rotorblattform. An der Blattspitze werden die Greifer deaktiviert und es folgt die Anpassung der Drapiermodule gemäß der Geometrie des Formwerkzeuges. Das Roboterportalsystem verfährt dabei entlang der Rotorblattform und gleichzeitig legen die Drapiermodule das Textil in der Form ab. Ein zuvor automatisiert aufgebrachter Binder verhindert, dass die abgelegte Textilbahn verrutscht. Durch die Sechs-Achs-Kinematik des Roboterportalsystems kann der Handhabungseffektor zur Form hin beliebig gekippt werden, sodass die komplexen Geometrien derselben gut abgebildet werden.

Ministeriell geförderte Zukunft

In dem vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) geförderten Verbundprojekt Blademaker arbeitet das Institut für integrierte Produktentwicklung (BIK) der Universität Bremen gemeinsam mit weiteren Forschungspartnern an einem ganzheitlichen Ansatz zur Automatisierung der Rotorblattfertigung. Im Rahmen des Teilprojekts Direct-Textile-Placement soll bis zum Projektende im September 2017 ein Effektor zur kontinuierlichen Direktablage entwickelt, und der Prozess im sogenannten Blademaker-Demozentrum integriert werden. MM

Literatur:

[1] BMWi Bundesministerium für Wirtschaft und Energie: Das Erneuerbare-Energien-Gesetz. URL http://www.erneuerbare-energien.de/EE/Redaktion/DE/Dossier/eeg.html Zugriff: 08.06.2016

[2] Rolbiecki, M.; Braun, R.: Blademaker: Industrialisierung der Rotorblattproduktion. In: Ingenieurspiegel vol. 4 (2014), S. 10–11.

[3] Franke, J.; Thoben, K.-D.; Rolbiecki, M.; Schmohl, T.; Ohlendorf, J.-H.; Ischtschuk, L.: Binderapplikation für biegeweiche Materialien. In: MM MaschinenMarkt/Composite World (2014), S. 15–17.

[4] Ohlendorf, J.-H.; Rolbiecki, M.; Schmohl, T.; Franke, J.: mapretec - ein Verfahren zur Preform-Herstellung durch ebene Ablage für ein räumliches Bauteil als Basis einer automatisiertenm Prozesskette zur Rotorblattfertigung: Institut für integrierte Produktentwicklung, 2014 (ISBN: 978-3-95886-019-3).

[5] Ehrlenspiel, K.: Integrierte Produktentwicklung: Denkabläufe, Methodeneinsatz, Zusammenarbeit. 4., aktualisierte Aufl. München, Wien: Hanser, 2009.

* Prof. Dr.-Ing. habil. Klaus-Dieter Thoben leitet das Institut für integrierte Produktentwicklung der Universität Bremen (BIK) in 28359 Bremen, Dipl.-Ing. Jan Franke und Marvin Richrath M. Sc. sind wissenschaftliche Mitarbeiter in der Abteilung Forschung und Entwicklung des BIK, welche Dr.-Ing. Jan-Hendrik Ohlendorf leitet. Weitere Informationen: Tel. (04 21) 2 18- 6 48 76, j.franke@uni-bremen.de, www.bik.uni-bremen.de

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