Turbinenbauer werfen Turbo an

Pläne auf Papier haben ausgedient. Jetzt kommt der „digitale Zwilling“

„Sie müssen sich nur 15 Minuten neben einen Mitarbeiter stellen, um zu sehen, ob der Prozess funktioniert“, sagt Bayraktar und klopft einem Kollegen freundschaftlich auf die Schulter.

Seit Oktober vergangenen Jahres ist der smarte Münchner bei Senvion. Zuvor war der Maschinenbauingenieur technischer Leiter eines Luftfahrtzulieferers in Oberbayern, der Komponenten für Triebwerke herstellt. Jetzt will der 37-Jährige die Prozesse im Turbinenwerk an der Nordsee optimieren und digitalisieren. „Noch in diesem Jahr soll es kein Papier in der Produktion mehr geben“, sagt er.

Die Mitarbeiter werden geschult, damit sie flexibler eingesetzt werden können

Rund 370 Turbinen will Senvion in diesem Jahr in Bremerhaven bauen, vor allem für die Onshore-Baureihe 3.XM. Im September startet zudem die Fertigung von 32 Anlagen des Typs 6.2M152 für den Trianel Windpark Borkum II in der Nordsee.

Ausgeliefert werden Gondeln und Naben per Schiff von der Kaikante direkt neben der Halle oder per Lkw. Die Rotoren müssen aus anderen Werken an die Baustellen geliefert werden, seit die Senvion-Tochter Powerblades in Bremerhaven den Betrieb eingestellt hat. Noch bis Anfang des Jahres wurden die Rotoren dort gefertigt.

Es ist nicht die einzige Werksschließung, die Bremerhaven in den vergangenen Jahren in der Windkraft erlebt hat. Die Bundespolitik hat wiederholt die Rahmenbedingungen für die Branche geändert und die Hersteller dadurch heftig durchgerüttelt.

Zero Defects Strategie, Right First Time, Kaizen: neue Begriffe in der Fertigung

Vor allem geht es dem Standortleiter aber um die Taktung aller Arbeitsschritte. Wie am Fließband gibt es eine exakte Zeitvorgabe für jede Tätigkeit. Die rund 500 Stunden, die es in Bremerhaven für die Montage und Endkontrolle einer Onshore-Turbine braucht, wurden in Schritte von 15 Minuten aufgeteilt. „Jeder weiß jetzt zu Beginn der Schicht, was er in welcher Zeit erledigen muss“, sagt Daniel Böttcher, Teamleiter in der Produktion.

„Vor ein paar Jahren hat jeder noch gemacht, worauf er gerade Bock hatte.“ Das ist vorbei. Jetzt regieren die Klassiker der industriellen Produktion: Arbeitsteilung, Fließfertigung, Taktung.

Kein Arbeiter soll noch Zeit vergeuden, weil er das richtige Werkzeug suchen muss

Bayraktar ließ alle Werkbänke in der Halle standardisieren, damit niemand für die Suche nach dem richtigen Maulschlüssel aus dem Takt kommt. Am Hallenboden ist markiert, wo das Material für die Montage zu platzieren ist. Meterhohe rote Lettern unter der Decke verkünden: „Sauberkeit + Ordnung = Sicherheit“.

Auf Plantafeln in der Halle dokumentieren die Teams den Status quo der Arbeiten und Probleme: Mit einem Foto hat ein Arbeiter ein als Stolperfalle verlegtes Kabel moniert. Schon am Eingang sorgen Charts mit aktuellen Kennzahlen etwa zu Liefertreue und Produktivität für Transparenz.

Ob die Arbeit an Gondel und Nabe nach Plan läuft, ist anhand roter und grüner Magnetknöpfe auf der Übersicht am Eingang erkennbar: Gerade gibt es wegen einer defekten Gondelverkleidung einen Verzug von dreieinhalb Stunden.

Offshore-Turbinen bestehen aus 7000 Teilen, die Windräder aus doppelt so vielen

Um die zentrale Rotorwelle einzusetzen, werden die Lager per Induktion erhitzt und so geweitet. Das geschieht in staubfreier Umgebung im abgetrennten Sauberraum. Rund acht Kilometer Kabel werden in der mehr als 13 Meter langen und vier Meter hohen Gondel und im Turm verlegt.

Ist alles montiert, folgt die Inbetriebnahme: An einer Nabe lässt ein Arbeiter mit den Pitchmotoren die Zahnkränze kreisen, die bald je nach Windstärke den Anstellwinkel der drei Rotorblätter verändern. Von der Fettpumpe bis zur elektrischen Steuerung wird jede Funktion überprüft.

All das zeigt, wie sehr sich die Windradproduktion weiterentwickelt hat. Die Zeiten, als die Anlagen praktisch wie Einzelstücke zusammengeschweißt wurden, sind längst vorbei.

Standardisierte Arbeitsschritte machen die Produktion effizienter – und günstiger

Künftig sollen weniger verschiedene Komponenten verbaut werden, um mehr Effizienz zu erreichen. „Im ersten Step wollen wir zehn Prozent der Teilvielfalt einsparen“, so die Zielmarke von Bayraktar.

Er fragt etwa, ob man nicht auch mit weniger unterschiedlich langen und dicken Schrauben auskommt. IM Zuge der Standardisierung wird jedes Detail überprüft.

Auch wenn sich die Herstellung zuletzt industrialisiert hat – so automatisiert wie etwa ein Auto lässt sich eine Windturbine nicht fertigen. Aufgrund der zu geringen Stückzahlen wäre das nicht wirtschaftlich. „Wir werden hier in ein paar Jahren keine Roboter sehen“, erwartet Bayraktar.

Anders sieht es dagegen bei den Rotoren aus, die bislang weitgehend in Handarbeit produziert werden. Dass es auch industriell geht, zeigten Forscher des Fraunhofer IWES schon vor zwei Jahren, als im Bremerhavener Fertigungszentrum die Prozessköpfe eines Roboters mit bis zu zweieinhalb Metern pro Sekunde über die Bahnen flitzten und vollautomatisch die Werkform für ein 40 Meter langes Rotorblatt frästen. Zeitersparnis bei der Produktion: rund zehn Prozent.

Bremerhavens Stärke: die intensive Windenergie-Forschung vor Ort

Wissenschaft und Wirtschaft kooperieren in Bremerhaven auch bei anderen Bauteilen: Senvion hat zusammen mit dem IWES einen Blattlagerprüfstand aufgebaut. Realitätsnah können damit die Lasten simuliert werden, die am Verbund von Nabe, Blattlager und Rotorblatt auftreten.

Besonders bei Stillstand und bei geringer Drehzahl müssen die Wälzlager hohe Biegemomente aufnehmen. Starke Belastungen entstehen zudem durch Vibrationen. Am Prüfstand lässt sich mit 400 Messkanälen erproben, wie beispielsweise über eine optimale Schmierfilmdicke eine möglichst lange Lebensdauer der Lager zu erreichen ist.

Sogar komplette Gondeln kann das IWES prüfen: Im Dynalab, wenige Meter von der Senvion-Halle entfernt, lassen sich Feldversuche unter realitätsnahen Bedingungen im Labor nachbilden.

Die diversen Prüfstände in Bremerhaven sollen die Entwicklungszeit für neue Turbinen verkürzen. Außerdem setzen die Hersteller wie in der Autoindustrie zunehmend auf modulare Plattformen. Auf einer technischen Basis lässt sich ein Anlagentyp damit für verschiedene Windklassen auslegen, indem man denselben Triebstrang mit unterschiedlichen Rotordurchmessern kombiniert.

Das nächste große DIng für Bremerhaven soll eine Turbine der Extraklasse sein

Ebenso kann man diverse Generatorkonzepte mit gleich großen Blättern verbinden. So bietet Senvion in seiner 3.XM-Baureihe Rotordurchmesser von 114 bis 144 Meter. Die größte Variante soll mit einem hohen Turm auch an windschwachen Standorten einen wirtschaftlichen Betrieb ermöglichen.

Bei der Entwicklung seiner Offshore-Turbine mit mehr als zehn Megawatt Nennleistung setzt Senvion auf ein paneuropäisches Konsortium, in dem auch das IWES vertreten ist.

Design, Erprobung und Zertifizierung sollen modular und zeitgleich erfolgen. „Durch austauschbare Komponenten und die parallele Erprobung und Zertifizierung wird sich die Time-to-Market deutlich verkürzen“, verspricht sich Senvion-CEO Jürgen Geißinger.