Das Schleifen der Flügel von Windkraftanlagen ist eine richtige Drecksarbeit, um die sich keiner reißt. Roboter sollen diese Aufgabe in Zukunft übernehmen. Die blechernen Kollegen sind dafür mit speziellen Sensoren und gewaltigen Schleifscheiben ausgestattet.
Wie man 80 m lange Flügel für Windkraftanlagen mit Robotern schleift, demonstriert die Güterloher GDC Consulting mit einer Machbarkeitsstudie auf der Hannover Messe in Halle 16, Stand A04. Die Basis der Zelle bilden Serienroboter. Neu an den stählernen Schleifern sind die sensorische Ausstattung und speziell entwickelte Werkzeuge.
Das Schleifen von GFK-Oberflächen gehört wohl in keinem Betrieb zu den Lieblingstätigkeiten des Personals. Gerade bei größeren Einheiten – etwa den Rümpfen von Yachten – ist in mehreren Schritten Handarbeit angesagt. Diese Technik hat man auch für die Bearbeitung der Flügel von Windkraftanlagen übernommen. Die Flügel werden grundiert, abgeschliffen, mit einer Art Klarlack beschichtet und anschließend poliert. Glänzende, glatte Oberflächen sind gefragt. Windräder laufen besonders effizient, wenn die Oberfläche glatt ist. Wo immer solche Flügel produziert werden, herrscht Handarbeit vor.
GDC Consulting will nun demonstrieren, wie das Schleifen automatisiert werden kann. Das Prinzip wird an einem verkleinerten Flügelabschnitt gezeigt. Zwei Roboter mit 180 kg Traglast und rund 3 m Reichweite arbeiten an den Seiten des Flügels. Um in der Praxis den erforderlichen Arbeitsbereich zu schaffen, werden die Roboter auf Verfahrachsen montiert. Der Flügel dreht sich während der Bearbeitung um seine Längsachse, so dass die Roboter in einer möglichst günstigen Position arbeiten können, um den beim Schleifen erforderlichen Druck auf das Werkzeug ausüben zu können.
Für die Bearbeitung sind druckluftbetriebene Schleifwerkzeuge in der Entwicklung. Denkbar sind später Schleifscheiben mit einem Durchmesser zwischen 300 und 500 mm. Manuelle Werkzeuge, wie sie derzeit in Gebrauch sind, haben einen Scheibendurchmesser zwischen 80 und 120 mm.
Für die Bearbeitung wird anhand der CAD-Daten des Flügels ein Bewegungsprofil des Roboters erstellt und entsprechende Bahnen generiert. Ohne weitere sensorische Betreuung würde ein Roboter jedoch konsequent seine Bahn fahren, ohne auf spezifische Eigenheiten des Werkstücks zu achten. Die Machbarkeitsstudie von GDC greift auch solche Aspekte auf. „Wir müssen dem Roboter das Sehen und Fühlen beibringen“, unterstreicht Firmeninhaber Gunnar Drenkelfort. „Und das möglichst in Echtzeit.“
Für die Ausstattung der Roboter soll ein Abstandssensor mit einem Kraft-Momenten-Sensor gekoppelt werden. Damit lässt sich zum einen die Lage der Werkstückoberfläche zur Position des Werkzeugs exakt bestimmen. Zum anderen reagiert der Roboter mit seinem Werkzeug auf Unebenheiten und Grate – also Stellen, die mehr oder weniger zu bearbeiten sind. Auf diese Weise sollen Toleranzen kompensiert und eine gleichmäßige Oberfläche erzielt werden.
Die Automatisierung durch Roboter hat zwei Effekte: Der erste ist das klassischen Argumente für den Robotereinsatz, sprich die Humanisierung von Arbeitsplätzen. Gerade Schleifarbeiten erfordern eine aufwendige Ausstattung und Absicherung von manuellen Arbeitsplätzen, die bei einer Automatisierung entfällt. Zudem rechnet sich der Roboter durch Schnelligkeit und Effizienz, da mit deutlich größeren Schleifscheiben mehr Fläche pro Zeiteinheit bearbeitet werden kann. Im manuellen Einsatz gibt es Grenzen für die Größe der Schleifscheiben und Werkzeuge, die in den auftretenden Kräften liegen. Ein Roboter ermüdet auch beim achtstündigen Einsatz einer 300-mm-Schleifscheibe nicht. Unterbrechungen gibt es keine außer Wartungspausen.
Gunnar Drenkelfort zieht für die Amortisationsrechnung durchschnittliche Bearbeitungszeiten aus der Praxis für einen 50 bis 60 m langen Flügel heran: Grob geschätzt sind fünf bis acht Leute mit Schleifaufgaben eine Woche lang beschäftigt. Das entspricht rund 200 Mannstunden pro Flügel. Die Kosten für die Grundausstattung der Anlage mit zwei Robotern, Verfahrachsen, Sensorik, Werzeuge und Programmierung schätzt Drenkelfort auf 400 000 Euro.
Eine Strahlkabine ergänzt die Studie für die automatisierte Fertigung von Flügeln für Windkraftanlagen. Zusammen mit Partnerunternehmen liefert GDC Consulting eine Anlage für die automatische Bearbeitung von Lagerringen mit einem Innendurchmesser bis zu 10 m. ub
GDC Consulting, Gütersloh, Tel. (05241) 4037551, Halle 16, Stand A04
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