Projekte

VaMos

Variantenbeherrschung in Konstruktion und Produktion von Rotorblattladungsträgern durch Modularisierung (VaMos)

Programm: KMU-innovativ: Produktionsforschung
Bekanntmachung: KMU-innovativ (bis 2015)
Wettbewerb: 13. Runde, Stichtag 15.10.2013

Kurzbeschreibung:
Rotorblätter für Windenergieanlagen werden während der Lagerung, des Verladens und des Transports in Rotorblattladungsträgern (RBL) eingespannt. Diese erleichtern die Handhabung und schützen das Blatt vor Beschädigungen. Zwei unterschiedliche Gestelle sind nötig, die an der Wurzel bzw. der Spitze des Blatts befestigt werden. Beide Gestelle bestehen in der Basis aus fachwerkartigen Schweißkonstruktionen, die durch funktionelle Anbauteile ergänzt werden. Alle RBL werden bisher auf Kundenanfrage entworfen und gemäß den spezifischen Anforderungen im Lastenheft ausgestattet und dimensioniert, was zu einer großen Variantenvielfalt der Produktpalette führt. Die unterschiedlichen Rotorblattvarianten sowie die logistische Prozesskette machen jeweils eine erneute Auslegung und Berechnung der Gestelle sowie Schweißnähte erforderlich. Neben dem hohen konstruktiven Aufwand, führen niedrige Stückzahlen zu einer stark schwankenden Produktionsauslastung. Um dem Wettbewerbs- und Kostendruck am Markt zu begegnen, sollen im VP VaMos bestehende RBL-Konstruktionen mit Hilfe eines Herstellermodulbaukastens derart modifiziert werden, dass der Kosten- und Zeitaufwand für Neukonstruktionen reduziert wird. Um darüber hinaus die Effizienz der Produktions- und Fertigungsprozesse zu steigern, sollen diese neu strukturiert und standardisiert werden, wobei auch die Auswirkungen auf angrenzende Prozesse, wie Einkauf, Lagerhaltung und Vertrieb untersucht werden.

Projektdauer: 01.05.2014 − 31.10.2016

Projektkoordinator:
Andreas Greten
HAWART Sondermaschinenbau GmbH
Telefon: +49 4222 9413-954
E-Mail: andreas.greten@hawart.de

Ansprechpartner bei PTKA:
Kai Jenschke, M.Sc.
Telefon: +49 721 608-23670
E-Mail: kai.jenschke@kit.edu

Detaillierte Projektbeschreibung

Problemstellung
Windenergieanlagen (WEA) leisten bereits heute einen signifikanten Beitrag zur Stromversorgung privater Haushalte und industrieller Anlagen. Dieser Beitrag wird in Zukunft weiter steigen. Einhergehend mit dieser Entwicklung werden auch die Anlagen und deren Rotorblätter größer. Gleichzeitig steigen durch die Internationalisierung der Märkte Wettbewerbs- und Kostendruck. Rotorblätter für Windenergieanlagen werden während der Lagerung, des Verladens und des Transports in Rotorblattladungsträgern eingespannt. Diese erleichtern die Handhabung und schützen das Blatt vor Beschädigungen. Für jedes Rotorblatt werden zwei Ladungsträgertypen benötigt: ein Wurzelgestell und ein Spitzengestell. Die RBL werden entsprechend der Form und Größe des Rotorblattes konstruiert und können je nach Kundenwunsch mit Sonderelementen ausgestattet werden, die sowohl Zusatzfunktionen bieten, wie z.B. Wendevorrichtungen, als auch der weiteren Erleichterung der Arbeit mit den Transportgestellen dienen, wie beispielsweise der Teilbarkeit beim Rücktransport. Die Produktion ist heute als auftragsbezogene Werkstattfertigung mit einer Losgröße bis circa 100 RBL ausgelegt, sodass standardisierte Fertigungsprozesse und eine effiziente Arbeitsteilung nicht möglich sind. Hinzu kommt, dass die auftretenden Produktabmessungen eine freie Auswahl der Fertigungstechnologien einschränkt.

Projektziele
Ziel des KMU-innovativ Projekts VaMos ist, die bestehende RBL-Konstruktion derart zu modifizieren, dass die Zeitaufwände für Neukonstruktionen reduziert und Fertigungsprozesse standardisiert werden, um die Effizienz zu steigern. Unter der Randbedingung der für das breite Variantenspektrum der Rotorblätter notwendigen Flexibilität, sollen die Projektziele mit Hilfe eines Herstellermodulbaukastens erreicht werden. Aus einer Klassifizierung der bisherigen, starren RBL-Konstruktionen, einer Schwachstellenanalyse der Fertigung und einer Kundenumfrage werden Anforderungen an den zu entwickelnden Modulbaukasten abgeleitet. Entsprechend der Klassifikation werden sowohl standardisierte Module, wie z. B. Seitenelemente oder Leitern, als auch kundenspezifische Module, wie die Rotorblattschnittstelle, definiert und in konstruktive Lösungen überführt. Die Umsetzbarkeit des Konzepts wird sowohl durch computerunterstützen Festigkeitsberechnungen als auch durch die prototypische Realisierung und mechanische Erprobung einzelner Varianten nachgewiesen. Parallel wird die erforderliche Fertigungskette neukonzeptioniert und während der Fertigung der modularen RBL-Prototypen in einzelnen Stationen erprobt.

Vorgehensweise
Das Konsortium setzt sich aus 2 Partnern - dem einem KMU HAWART Sondermaschinenbau GmbH und dem Bremer Institut für Strukturmechanik und Produktionsanlagen (bime) der Universität Bremen - zusammen. Das gemeinsame Projekt gliedert sich in 4 fachliche und 2 organisatorische Arbeitspakete, die in Kooperation bearbeitet werden. Ziel in den Arbeitspaketen AP2 bis AP5 ist die Modifikation bestehender RBL, sodass der Zeitaufwand für Produktentwicklung, Berechnung und Prüfung reduziert und Fertigungsprozesse durch Standardisierung effizienter werden. Dazu wird bei HAWART exemplarisch das vorhandene Ladungsträgerportfolio klassifiziert, daraus eine Modulstruktur (Herstellermodulbaukasten) abgeleitet und prototypisch realisiert. Aufgabe des Instituts ist die methodische Unterstützung des Industriepartners sowie die Modularisierung von Produktstrukturen zur Verbesserung der Fertigungsprozesse in KMU und die Integration der Erkenntnisse in ein allgemeines Vorgehensmodell. Ein Schwerpunkt liegt dabei auf der Vereinigung von Kundenanforderungen und Wirtschaftlichkeitszielen des Herstellers. Die erarbeiteten Ergebnisse werden dokumentiert. Die Projektkoordination übernimmt die HAWART Sondermaschinenbau GmbH.

Anwendungspotential und erwartete Ergebnisse
Die wirtschaftliche Verwertung erfolgt durch die HAWART Sondermaschinenbau GmbH. Die Projektergebnisse führen zu einem besseres Beherrschen der Komplexität in der Produktentwicklung und werden konkret eine Verkürzung der Konstruktions- und Fertigungszeit bei gleichzeitiger Qualitätssteigerung für kundenindividuelle RBL zur Folge haben. Eine Bewertung der konstruktions- und produktionstechnischen Maßnahmen in Form von Kenngrößen erlaubt das Ableiten eines branchenübergreifenden Vorgehensmodells, das von mittelständischen Unternehmen bei der Entwicklung von Sonderprodukten, wie z. B. Bootsböcken, genutzt werden kann. Ergebnisse zum Vorgehensmodell werden durch das Hochschulinstitut bime auf nationalen und internationalen Veranstaltungen sowie durch Beiträge in einschlägigen Fachzeitschriften und Branchenmagazinen vorgestellt. Langfristig sollen bei HAWART mit Hilfe des modularen Herstellerbaukastens neue Geschäftsfelder erschlossen werden. Dazu zählt z.B. ein Dienstleistungsangebot, dass das Pooling von Gestellen und deren Verleih beinhaltet.

Publikationen

KMU-innovativ "Innovationen für die Produktion von morgen"
Erscheinungsjahr: 2015
Beschreibung: Die Broschüre informiert über das Forschungsförderprogramm und laufende Forschungsvorhaben von produzierenden KMU. Für Unternehmen, die auf den dargestellten Fach- und Forschungsgebieten kooperieren möchten, dient die Broschüre als Basisinformation.

Projektträger

Projektträger Karlsruhe (PTKA)
Produktion, Dienstleistung und Arbeit
Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

Hermann-von-Helmholtz-Platz 1
76344 Eggenstein-Leopoldshafen

+49 (0)721 608-25281
+49 (0)721 608-992003

info@ptka.kit.edu
Standort Dresden
PTKA

Ansprechpartner

Sekretariat Karlsruhe

Celina Gabber und Solvig Grünitz

+49 (0)721 608-25281
zentralessekretariat@ptka.kit.edu

Sekretariat Standort Dresden

Heike Blumentritt

+49 (0)721 608-31435
heike.blumentritt@kit.edu