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Thema Wind und Wende

02. Mär. 18

Turbinenbauer werfen Turbo an

Die Windindustrie steht unter Kostendruck. Die Hersteller reagieren, indem sie die Produktion auf Effizienz trimmen. Vor allem die Standardisierung birgt viel Potenzial, wie ein Besuch beim Turbinenfertiger Senvion zeigt

Senvion-Werk in Bremerhaven: Per Joystick steuert ein Mitarbeiter die tonnenschwere Nabe einer Windturbine durch die Werkshalle.

Von Peter Ringel

Majestätisch schwebt das 27 Tonnen schwere Ungetüm durch die Halle. Mit leichtem Druck auf den Joystick bugsiert der Kranführer die meterhohe Nabe der Drei-Megawatt-Turbine zum Ausgang. Die gewaltige Konstruktion wird sich schon bald im italienischen Portella im Wind drehen, zusammen mit acht weiteren Naben und Gondeln, die gerade in der Werkhalle montiert werden. Rund eine Woche brauchen die Arbeiter von Senvion in Bremerhaven, bis eine Turbine fertig ist.

Künftig soll es schneller gehen. „Es ist egal, ob man Raketen oder Windmühlen baut“, sagt Tolga Bayraktar, „die Prozesse lassen sich überall optimieren.“

Mit dem neuen Standortleiter hält die Lean Production nach japanischem Vorbild Einzug in das Werk direkt am Labradorhafen. Damit reagiert der Konzern mit weltweit rund 4.500 Beschäftigten auf den wachsenden Kostendruck: Die Deckelung des Ausbaus der Windenergie verschärft den Wettbewerb. Und weil die staatlich garantierten Vergütungen für Windstrom sinken oder sogar komplett wegfallen, verlangen die Projektierer nach immer wirtschaftlicheren Turbinen.

Auch bei Senvion wird deshalb jeder Arbeitsschritt auf Effizienz getrimmt. Mit einer schlanken Fertigung, strikt getakteten Prozessen und Plattformstrategien soll Ökostrom an Land und auf See noch günstiger produziert werden. Die Fertigung wird industrialisiert.

Freund schlanker Strukturen: Tolga Bayraktar stellt den Fertigungsprozess in Bremerhaven neu auf. Der 37-jährige kommt aus der Luftfahrtindustrie.

Pläne und Aufzeichnungen auf Papier verschwinden aus der Halle in Bremerhaven. Stattdessen 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.

Ein sogenannter digitaler Zwilling wird dann die gesamte Fertigung abbilden – ein virtuelles Modell, mit dem sich der Produktionsstatus jederzeit am Monitor überpfüfen lässt. Funkchips an den Komponenten melden automatisch Störungen im Ablauf. Paralell dazu wird ein Leitstand aufgebaut.

Beim Umkrempeln des Werks legt Tolga Bayraktar ein hohes Tempo vor.

Der Senvion-Standort in Bremerhaven ist das Leitwerk des Konzerns: Hier sollen in diesem Jahr 370 Turbinen produziert werden.

Um in der Produktion flexibler zu werden, erhalten die Mitarbeiter Schulungen. So sind sie in mehreren Bereichen einsetzbar

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.

Die leeren Powerblades-Hallen will Bayraktar künftig für die Logistik und als Lager nutzen. Als Leitwerk unterstützen die Bremerhavener auch die Gondelfertigung im indischen Baramati und im portugiesischen Oliveira de Frades. Konstruiert werden die Windturbinen in Osterrönfeld und Bangalore. Es gilt das Prinzip der Arbeitsteilung.

Und zwar nicht nur im Konzern, sondern auch innerhalb des Werks. Damit die Mitarbeiter künftig sowohl in der Montage als auch in der Elektrik eingesetzt werden können, werden sie geschult – was die Personalplanung flexibler macht.

„Vor ein paar Jahren hat jeder noch gemacht, worauf er gerade Bock hatte“ Daniel Böttcher, Teamleiter

Zero Defects Strategie, Right First Time, Kaizen: Werkleiter Bayraktar hat eine neue Sprache in der Fertigung eingeführt

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.

Wenn Bayraktar erklärt, wie in Bremerhaven eine der „produktivsten Gondelfertigungen weltweit“ entstehen soll, ist von Zero Defects Strategie die Rede, von Right First Time, 5S und von Kaizen.

Die Vokabeln sind auch den Beschäftigten im Blaumann vertraut. Auf Zuruf des Chefs erklären sie die Vorteile des Shopfloor-Managements. Dabei entwickeln Führungskräfte und Mitarbeiter an Ort und Stelle bessere Abläufe.

Serienproduktion im Großmaßstab: In der Totalen werden die gewaltigen Dimensionen der Maschinenhäuser deutlich, die Senvion in Bremerhaven baut.

Kein Arbeiter soll Zeit vergeuden, weil er das richtige Werkzeug suchen muss. Alles wird systematisch neu geordnet

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.

In den nahen Werften beginnt die Fertigung mit der Kiellegung, bei Windturbinen steht der Maschinenträger am Anfang. Die leise summenden Deckenkräne hieven die massive, teils gusseiserne Plattform in die Werkhalle.

Darauf montieren die Mitarbeiter die tonnenschwere Technik, die das Drehen der Rotorblätter in Strom verwandelt: Generator und Umrichter, Getriebe und Bremsen, Schaltschränke und die Motoren und Mechanik für die Windnachführung.

Offshore-Turbinen von Senvion in der Nordsee: Weit draußen vor der Küste weht der Wind stärker und stetiger. Hier können deutlich größere Anlagen errichtet werden als auf dem Festland.

Onshore-Turbinen bestehen aus bis zu 7000 Teilen, in Offshore-Anlagen stecken doppelt so viele. Das Gewicht: mehr als 50 Tonnen

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.

Überhaupt: Gefräst und geschweißt wird in der Halle kaum, stattdessen meist geschraubt und gesteckt, was die mehr als 500 Zulieferer des Werks passend zum Takt liefern.

„Wir kaufen 99 Prozent der Komponenten zu“, erklärt Bayraktar. In einer Onshore-Anlage stecken bis zu 7.000 Teile, bei einer Offshore-Anlage mehr als doppelt so viele. Deren Gewicht summiert sich bei der 3.XM-Turbine im Maschinenhaus auf 54 Tonnen – nicht umsonst ist der Betonboden in der Halle für bis zu fünf Tonnen Last pro Quadratmeter ausgelegt.

Die Arbeitsschritte und Materialien werden zunehmend standardisiert. Das macht 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.

Teststand des Fraunhofer IWES: Bremerhaven genießt in der deutschen und europäschen Windkraftforschung einen exzellenten Ruf.

Bremerhaven ist ein kleines Silicon Valley der Windkraft. Die intensive Forschung treibt die Entwicklung neuer Turbinen voran

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.

Senvion-Chef Jürgen Geißinger ist von der zunehmenden Standardisierung der Produktion überzeugt: „Durch austauschbare Komponenten und die parallele Erprobung und Zertifizierung wird sich die Time-to-Market deutlich verkürzen“, sagt er.

Der nächste große Schritt für Bremerhaven könnte eine Turbine der Extraklasse sein: eine Zehn-Megawatt-Anlage

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.

Werden Gondel und Nabe des künftigen Flaggschiffs wie erwartet in Bremerhaven produziert, bekommen Bayraktar und seine 250 Kollegen vor Ort bald viel zu tun.

Volker Kühn
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