Produktionstechnik

Projekte zum Forschungsthema „Produktionstechnik“

Schwerpunkte der Forschung

Handhabungstechnik

In der Fertigung von Produkten aus Faser-Kunststoff-Verbunden (FKV) ist die Positioniergenauigkeit bzw. die Reproduzierbarkeit bei der Ablage der verstärkenden textilen Halbzeuge bzw. Faserbündel ein entscheidendes Qualitätskriterium für die Eigenschaften des gesamten späteren Bauteils. Die Ausrichtung der Faserbündel relativ zueinander, als auch von textilen Halbzeugen als Ganzes, müssen entsprechend der Bauteilbelastung erfolgen. Eine besondere Herausforderung stellt dabei die biegeweiche Charakteristik von textilen Halbzeugen dar. Um die Fertigungszeit zu verringern sowie gleichzeitig die Qualität der Faserverbundbauteile zu erhöhen, ist der Einsatz von Handhabungs- und Automatisierungslösungen in der Prozesskette zur Fertigung von FKV erforderlich.

Um dieses Ziel zu erreichen, werden beim ForWind-Mitglied BIK Handhabungs- und Automatisierungstechnologien für biegeweichen Materialien erforscht und entwickelt. Insbesondere für die Herstellung von Rotorblättern von Windenergieanlagen, mit den steigenden Anforderungen an Qualität und Verarbeitungsgeschwindigkeit, können durch den Einsatz dieser Technologien positive Effekte erzielt werden.

Condition Monitoring der FKV

Die durch Schichtaufbau nahezu beliebige – und vor allem problemstellungsorientiert gezielte – Einstellbarkeit von spezifischer Festigkeit und Steifigkeit ermöglichen der Konstruktion mit Faser-Kunststoff-Verbunden (FKV) ein hohes Potential. Das Bauteilgewicht kann durch eine problemorientierte Variation von Faser, Matrix und Schichtaufbau des FKV minimiert werden. Bei dem wachsenden Einsatz von Faser-Kunststoff-Verbunden (FKV) stellt plötzliches und unvorhergesehenes Materialversagen ein großes Problem dar. In duktilen Werkstoffen wachsen Risse im Allgemeinen kontinuierlich, bei Faserverbundwerkstoffen kann es oberhalb einer schadenskritischen Energieeinleitung zu äußerlich unsichtbaren Schäden, wie in etwa Delaminationen, Zwischenfaserbrüchen oder Faserbrüchen, kommen. Diese führen zu einer verminderten normalisierten Restfestigkeit eines Faserverbundwerkstoffes. Wird eine kritische Schadensgröße erreicht, kann es plötzlich zu einem Versagen der strukturellen Integrität kommen.

Die Untersuchungen am BIK befassen sich mit dem detektieren und lokalisieren von Impactereignissen. Aus aufgenommenen Signalen an lokalen Sensoren wird die Belastung durch den Impact, wie Stoßkraftverlauf und maximale Amplitude, vollständig rekonstruiert. Mittels Frequenzanalyse der Zeitsignale erfolgt abschließend eine Bewertung der Schädigungsrelevanz des Impacts.
Gerade für Rotorblätter von Windenergieanlagen ergibt sich damit ein neues und spannendes Anwendungsfeld.

Intelligente Instandhaltung

Die physikalische Messung von Vibrationen an rotierenden Maschinenelementen von Windenergieanalgen über Beschleunigungsaufnehmer hat sich weitestgehend durchgesetzt. Weiterhin relevant sind mathematische Verfahren zur Vibrations- und Schwingungsanalyse, die die automatische Beurteilung des Lagerzustands erlauben. Dabei müssen Informationen und Lebensdauerabschätzungen so verdichtet werden, dass sie in den operative Instandhaltungsprozessen betrieblich genutzt werden können, indem beispielsweise eine Priorisierung verschiedener Anlagenzustände vorgenommen werden kann, um Planungs- und Steuerungsaspekte der Instandhaltungs- und Ersatzteillogistik zu verbessern.

Präagierende Instandhaltung von Offshore-Windenergieanlagen

Die Instandhaltung von Offshore-Windenergieanlagen (OWEA) ist sehr komplex und besonders kostenintensiv, denn sie hängt von zahlreichen Unwägbarkeiten ab. Wetter und Verfügbarkeit von Transportmitteln können unter anderem dazu führen, dass Wartung und Reparatur nur verzögert durchgeführt werden können. So können sich schnell ungeplante Stillstände in den Offshore-Windparks ergeben. Pro Anlage und Tag und bei guter Brise kann das schnell zu hohen Ertragsverlusten führen. Lösung bieten sich hier – als Grundlage für ein vorausschauendes Planen und Handeln – unter anderem durch bessere Einblicke in den aktuellen technischen Status der Anlagen und ihrer Komponenten, durch das Erschließen und Nutzen weiterer Datenquellen, und durch ein verstärktes Einbinden von Erfahrungswissen in die Planung. Um die Instandhaltung effektiver und effizienter gestalten zu können, bedarf es eines umfassenden Systems zur Planung und Steuerung sowie zur Unterstützung der Instandhaltungsprozesse und der logistischen Begleitprozesse.

Mithilfe künstlicher Intelligenz und automatischer Datenanalyse wurden Werkzeuge und Methoden entwickelt, die die Akteure bei Entscheidungen in der Planung und Steuerung unterstützen und eine vorausschauende („preagierende“) Instandhaltungsstrategie ermöglichen. Offshore-Instandhaltungsprozesse wurden aufgenommen und analysiert sowie Datenquellen für eine automatisierte Entscheidungsunterstützung identifiziert. So fließen zum Beispiel Sensorwerte, statistische Daten, Wartungsdaten aus der Lebenslaufakte der Anlage, Mitarbeiterwissen, Wetterdaten sowie Lagerbestände und Verfügbarkeit von Personal und Transportmitteln in ein Softwaremodul des Systems ein und werden dort erkannt, priorisiert, verarbeitet und automatisch miteinander verknüpft. Auch aus Fehlern kann das System lernen. Es betrachtet zudem stets die Logistikprozesse und setzt hier auf dezentrale Steuerungssysteme. Das Gesamtergebnis: eine automatisierte Entscheidungsunterstützung auf Basis einer derzeit bestmöglichen Prognose für eine dynamische Planung des Wartungsumfangs und die Einplanung in die Arbeitsabläufe.