{"id":2425,"date":"2023-12-18T15:18:42","date_gmt":"2023-12-18T15:18:42","guid":{"rendered":"https:\/\/websites.fraunhofer.de\/iwes-blog\/?p=2425"},"modified":"2024-11-14T15:07:41","modified_gmt":"2024-11-14T15:07:41","slug":"eine-klebrige-loesung-iwes-geht-die-herausforderungen-bei-der-fertigung-von-rotorblaettern-mit-dem-variable-glue-applicator-an","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/websites.fraunhofer.de\/iwes-blog\/eine-klebrige-loesung-iwes-geht-die-herausforderungen-bei-der-fertigung-von-rotorblaettern-mit-dem-variable-glue-applicator-an\/tim-schumacher","title":{"rendered":"Eine klebrige L\u00f6sung: IWES geht die Herausforderungen bei der Fertigung von Rotorbl\u00e4ttern mit dem Variable Glue Applicator an"},"content":{"rendered":"\n<p>Autoren: Tim Schumacher, Lisa B\u00f6sch, Matthias Lindermann<\/p>\n\n\n\n<p>Je l\u00e4nger das Rotorblatt, desto gr\u00f6\u00dfer ist die erforderliche Klebstoffmenge, um die beiden Blattschalen miteinander zu verbinden. Derzeit ben\u00f6tigen Rotorblatthersteller f\u00fcr ein etwa 80 Meter langes Rotorblatt etwa eine Tonne Klebstoff und somit fallen hohe Kosten an. Die Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen am Fraunhofer IWES haben daher ihre Erfahrungen aus einem Jahrzehnt Forschung in der Herstellung von Rotorbl\u00e4ttern eingebracht und eine L\u00f6sung entwickelt, die den Prozess der Klebstoffapplikation vereinfacht und verbessert: den Variable Glue Applicator (VGA). Der VGA kann die korrekte Menge an Klebstoff genau dort auftragen, wo er ben\u00f6tigt wird, und erm\u00f6glicht damit ein Einsparpotential von 10 bis 20 Prozent pro Rotorblatt. Bei einem 80-Meter-Rotorblatt entspricht dies etwa 200 Kilogramm Klebstoff, was zu immensen Kostenersparnissen f\u00fcr die Rotorblatthersteller f\u00fchrt. Ein weiterer Vorteil ist, dass der VGA den kontinuierlichen Auftrag des Klebstoffs erm\u00f6glicht, somit die Qualit\u00e4t der Klebenaht verbessert und daher die Lebensdauer der Rotorbl\u00e4tter verl\u00e4ngert. Die weitere Automatisierung der Klebstoffapplikation verk\u00fcrzt die Herstellungszeit, was bei immer l\u00e4nger werdenden Rotorbl\u00e4ttern wichtig ist, erlaubt aber auch eine hohe und reproduzierbare Auftragsqualit\u00e4t.<\/p>\n\n\n\n<h4 class=\"wp-block-heading\" id=\"h-derzeitiger-stand-der-technik-bei-der-rotorblattverklebung\"><strong>Derzeitiger Stand der Technik bei der Rotorblattverklebung<\/strong><\/h4>\n\n\n\n<p>Die Applikation der Klebepasten stellt in der Serienproduktion von Rotorbl\u00e4ttern f\u00fcr Windenergieanlagen einen zeitkritischen Prozess aufgrund der Topfzeit des Materials dar.&nbsp;Die strukturelle Klebepaste zum Verbinden von Halbschalen und Stegen wird derzeit mithilfe eines Satzes Klebeschuhe oder einer Konturschablone aufgetragen, die den Querschnitt der gew\u00fcnschten Raupengeometrie definiert (Abb. 1). Daher m\u00fcssen entlang eines Blattes diese Klebeschuhe mehrere Male an sogenannten Profil\u00fcbergangspunkten ausgewechselt werden. Diese Wechsel unterbrechen den Auftragsprozess und das Dosiersystem. Folglich sind diese Profil\u00fcbergangspunkte Stellen, an denen Lufteinschl\u00fcsse in Klebstoffn\u00e4hten oder Mischprobleme durch den Neustart der Dosieranlage geh\u00e4uft auftreten. Lufteinschl\u00fcsse in Kleben\u00e4hten f\u00fchren zu einer Spannungskonzentration, die Tunnelrisse verursachen kann, die sich im Betrieb in die Blattstruktur hinein ausbreiten k\u00f6nnen (Rosemeier et al., 2019). Die Unterbrechung des Dosieranlagenbetriebs kann das Mischverh\u00e4ltnis von Klebstoffharz und H\u00e4rter beeinflussen, was wiederum die Festigkeit des geh\u00e4rteten Klebstoffs negativ beeinflussen kann. Zus\u00e4tzlich resultiert der standardm\u00e4\u00dfig manuelle Auftragsprozess mit Klebeschuhen in einer von Blatt zu Blatt unterschiedlichen Auftragsmenge der Klebstoffpaste. Dieser menschliche Einflussfaktor kann dazu f\u00fchren, dass sich die Klebstoffmengen von verschiedenen Bl\u00e4ttern signifikant unterscheiden k\u00f6nnen.<\/p>\n\n\n\n<h4 class=\"wp-block-heading\" id=\"h-vorteile-des-vga-nbsp\"><strong>Vorteile des VGA<\/strong>&nbsp;<\/h4>\n\n\n\n<p>Der Klebstoffapplikator VGA wurde entwickelt, um die zuvor beschriebenen Nachteile zu \u00fcberwinden. Er unterst\u00fctzt halbautomatisch die Applikation der Klebstoffpaste durch eine stetige Anpassung der entsprechenden Geometrie des Querschnittprofils der Klebenaht. Dadurch entf\u00e4llt die Notwendigkeit, den Prozess zu unterbrechen. Der VGA verhindert dadurch das Auftreten von Lufteinschl\u00fcssen an Profil\u00fcbergangspunkten und falsche Mischverh\u00e4ltnisse von Klebstoffharz und H\u00e4rter. Vergleichsstudien mit dem VGA haben den traditionellen Auftragsprozess herausgefordert und offenbart, dass der VGA die Zykluszeit des Hauptformwerkzeugs verk\u00fcrzt und durch Eliminierung des menschlichen Einflussfaktors die Auftragsmenge des Klebstoffs bei verringerter Variabilit\u00e4t reduziert.&nbsp;&nbsp;<\/p>\n\n\n\n<p>Der VGA kann die Kosten pro Blatt verringern, weil sowohl die Zykluszeiten des Hauptformwerkzeugs als auch die Materialmenge verringert werden. Die verbesserte Qualit\u00e4t der Kleben\u00e4hte bedeutet, dass der VGA die Anzahl der Zyklen bis zum Auftreten von Tunnelrissen im Feld erh\u00f6hen kann, was sich in einer geringeren Anzahl an Reparaturen und verringerten Ausfallzeiten niederschl\u00e4gt, und so die Betriebsausgaben reduziert.&nbsp;Weiterhin bringt er spezielle Merkmale mit sich, wie einen hochelastischen Silikon-Inliner, eine Anpassung an unterschiedliche Geometrien, schnelle Profilwechsel, leichte Handhabung und minimalen Reinigungsaufwand. Mit diesen Merkmalen kann der VGA den Klebstoff f\u00fcr die Rotorbl\u00e4tter in unterschiedlichen Geometrien auftragen, beispielsweise dreieckigen oder trapezf\u00f6rmigen Geometrien, ohne dass Werkzeugwechsel notwendig sind. Das spart Zeit und daher Geld, weil mit der \u00fcblichen Technik bei jedem Werkzeugwechsel unterschiedliche Werkzeugteile angebracht werden m\u00fcssen, was auch das Risiko von Luftblasen im Klebstoff erh\u00f6ht. Insgesamt kann der VGA so die gemittelten Energieerzeugungskosten (LCOE) der Windenergie verringern.<\/p>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-image size-large is-resized\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" width=\"698\" height=\"535\" src=\"https:\/\/websites.fraunhofer.de\/iwes-blog\/wp-content\/uploads\/2023\/12\/VGA_Blog_zuschnitt-698x535.jpg\" alt=\"\" class=\"wp-image-2498\" style=\"width:840px;height:auto\" srcset=\"https:\/\/websites.fraunhofer.de\/iwes-blog\/wp-content\/uploads\/2023\/12\/VGA_Blog_zuschnitt-698x535.jpg 698w, https:\/\/websites.fraunhofer.de\/iwes-blog\/wp-content\/uploads\/2023\/12\/VGA_Blog_zuschnitt-400x306.jpg 400w, https:\/\/websites.fraunhofer.de\/iwes-blog\/wp-content\/uploads\/2023\/12\/VGA_Blog_zuschnitt-768x588.jpg 768w, https:\/\/websites.fraunhofer.de\/iwes-blog\/wp-content\/uploads\/2023\/12\/VGA_Blog_zuschnitt-1536x1177.jpg 1536w, https:\/\/websites.fraunhofer.de\/iwes-blog\/wp-content\/uploads\/2023\/12\/VGA_Blog_zuschnitt.jpg 2000w\" sizes=\"auto, (max-width: 698px) 100vw, 698px\" \/><figcaption class=\"wp-element-caption\"><em>Abbildung 1:<\/em> <em>Verfahren zum Auftragen der Klebepaste: a) generische Klebefuge an einer Profil\u00fcbergangsstelle, die mit einer Konturschablone aufgetragen wird; b) Auftragen der Klebepaste neuartig mit dem VGA; c) Profil\u00fcbergang mit dem VGA. \u00a9 Fraunhofer IWES<\/em><\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n<h4 class=\"wp-block-heading\" id=\"h-genehmigter-arbeitsablauf-und-weitere-schritte-entwicklung-des-nachsten-prototyps\"><strong>Genehmigter Arbeitsablauf und weitere Schritte: Entwicklung des n\u00e4chsten Prototyps<\/strong><\/h4>\n\n\n\n<p>Die IWES-Wissenschaftler haben den gesamten Arbeitsablauf in mehreren Forschungsprojekten, wie <a href=\"https:\/\/www.iwes.fraunhofer.de\/de\/forschungsprojekte\/abgeschlossene-projekte-2021\/multimonitor.html\">MultiMonitor<\/a>, <a href=\"https:\/\/www.iwes.fraunhofer.de\/de\/forschungsprojekte\/aktuelle-projekte\/reliablade.html\" target=\"_blank\" rel=\"noreferrer noopener\">ReliaBlade<\/a>, oder <a href=\"https:\/\/www.iwes.fraunhofer.de\/en\/research-projects\/finished-projects-2022\/radkom-qs-.html\">RadkomQS<\/a> in Lemwerder, wo f\u00fcnf 30-Meter-Rotorbl\u00e4tter f\u00fcr die Forschung hergestellt wurden, \u00fcberpr\u00fcft. Genauer gesagt, wurde die Verklebung des Schubstegs als auch die Verklebung der Vorder- und Hinterkanten getestet. Ebenfalls wurden Tests an 70-Meter-Plus- und 80-Meter-Plus-Bl\u00e4ttern in der Serienproduktion erfolgreich durchgef\u00fchrt.&nbsp;<\/p>\n\n\n\n<p>Die Wissenschaftler integrierten den VGA in die Automatisierungsumgebung im <a href=\"https:\/\/www.iwes.fraunhofer.de\/de\/presse\/zehn-jahre-blademaker--rotorblattfertigung--industrialisiert.html\" target=\"_blank\" rel=\"noreferrer noopener\">BladeMaker-DemoCenter<\/a> in Bremerhaven. Im DemoCenter kann der VGA mit einem 6-Achsen-Br\u00fcckenportal verbunden werden, wobei dasselbe Programm die Bewegungen und Aktionen der VGA und der Dosieranlage steuert. Es ist ebenfalls geplant, Oberfl\u00e4chenscanner hinzuzuf\u00fcgen, um auf Produktionsabweichungen reagieren und den Klebstoffauftrag dokumentieren zu k\u00f6nnen. Weitere Arbeiten werden die Machbarkeit des unterst\u00fctzten Klebstoffauftrags mithilfe der VGA und kollaborativen Robotern (Cobots) untersuchen.<\/p>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-video\"><video height=\"640\" style=\"aspect-ratio: 1138 \/ 640;\" width=\"1138\" autoplay controls loop src=\"https:\/\/websites.fraunhofer.de\/iwes-blog\/wp-content\/uploads\/2023\/12\/Video-VGA.mp4\"><\/video><figcaption class=\"wp-element-caption\">Kurzvorstellung des Variable Glue Applicator. \u00a9 Fraunhofer IWES<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-image size-large is-resized\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" width=\"698\" height=\"524\" src=\"https:\/\/websites.fraunhofer.de\/iwes-blog\/wp-content\/uploads\/2023\/12\/20210217_113000983_iOS-698x524.jpg\" alt=\"\" class=\"wp-image-2458\" style=\"width:840px;height:auto\" srcset=\"https:\/\/websites.fraunhofer.de\/iwes-blog\/wp-content\/uploads\/2023\/12\/20210217_113000983_iOS-698x524.jpg 698w, https:\/\/websites.fraunhofer.de\/iwes-blog\/wp-content\/uploads\/2023\/12\/20210217_113000983_iOS-400x300.jpg 400w, https:\/\/websites.fraunhofer.de\/iwes-blog\/wp-content\/uploads\/2023\/12\/20210217_113000983_iOS-768x576.jpg 768w, https:\/\/websites.fraunhofer.de\/iwes-blog\/wp-content\/uploads\/2023\/12\/20210217_113000983_iOS-1536x1152.jpg 1536w, https:\/\/websites.fraunhofer.de\/iwes-blog\/wp-content\/uploads\/2023\/12\/20210217_113000983_iOS-2048x1536.jpg 2048w\" sizes=\"auto, (max-width: 698px) 100vw, 698px\" \/><figcaption class=\"wp-element-caption\">F\u00fcgeprozess bei Rotorbl\u00e4ttern durch verkleben der zwei Blatth\u00e4lften. \u00a9 Fraunhofer IWES<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n<p>Quelle:<br><a href=\"https:\/\/arc.aiaa.org\/doi\/10.2514\/1.J058179\" target=\"_blank\" rel=\"noreferrer noopener\">M. Rosemeier, A. Krimmer, A. Bardenhagen, A. Antoniou: &#8222;Tunneling Crack Initiation in Trailing-Edge Bond Lines of Wind-Turbine Blades&#8220;, 2019.<\/a><\/p>\n\n\n\n<p>Mehr Informationen hier:<br><a href=\"https:\/\/websites.fraunhofer.de\/iwes-blog\/offshore-installationen-wetter-und-projekt-risikoanalyse-bei-iwes\/lissie-de-la-torre-castro\" target=\"_blank\" rel=\"noreferrer noopener\">Offshore-Installationen: Wetter und Projekt-Risikoanalyse bei IWES<\/a><br><a href=\"https:\/\/websites.fraunhofer.de\/iwes-blog\/gondelpruefungen-fuer-kuenftige-windenergieanlagen-was-bringt-die-zukunft\/muhammad-omer-siddiqui\" target=\"_blank\" rel=\"noreferrer noopener\">Gondelpr\u00fcfungen f\u00fcr k\u00fcnftige Windenergieanlagen \u2013 Was bringt die Zukunft?<\/a><br><a href=\"https:\/\/websites.fraunhofer.de\/iwes-blog\/wellen-boje-offshore-windenergie-windmessung-in-der-deutschen-bucht\/sarah-zwick\" target=\"_blank\" rel=\"noreferrer noopener\">Wellen, Boje, Offshore-Windenergie: Windmessung in der Deutschen Bucht<\/a><br><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Je l\u00e4nger das Rotorblatt, desto mehr Klebstoff ist notwendig, um die beiden Blattschalen miteinander zu verbinden. 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