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Kabelbaum einer 120 Meter hohen Windkraftanlage exakt berechnen

| Redakteur: Juliana Pfeiffer

In den Maschinenhäusern ist wenig Platz – und in ihrer Mitte gar keiner. Die Ka-belbäume zu den acht dezentralen Schaltschränken werden deshalb an den gerun-deten Gondelwänden geführt.
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In den Maschinenhäusern ist wenig Platz – und in ihrer Mitte gar keiner. Die Ka-belbäume zu den acht dezentralen Schaltschränken werden deshalb an den gerun-deten Gondelwänden geführt. (Bild: Nordex)

Eplan hat mit seiner Eplan Plattform ein Tool entwickelt, mit der selbst die Länge eines Kabelbaum, der im 120 Meter hohen Turm einer Windkraftanlage verlegt wird, exakt im Rechner bestimmt werden kann. Nordex hat es bei seiner Kabelbaumplanung ausprobiert.

Martin Richter, verantwortlich für die Kabelbaumplanung bei Nordex erklärt die Herausforderung: „Die Kabelbäume werden an der Innenseite des gerundeten Maschinenhauses geführt, weil sich in der Mitte der durchgehende Antriebsstrang befindet. Deshalb ist die Längenermittlung durchaus anspruchsvoll.“ Das Unternehmen Nordex, das zu den fünf weltweit größten Herstellern von Windkraftanlagen gehört, setzt beim Kabelbaum-Engineering auf eine Lösung von Eplan. Die Kabelführung zum Turm und von den Schaltschränken zu den Verbrauchern – wird im 3D-Modell durchgeführt. Hier kommt Eplan Harness proD zum Einsatz. In den Maschinenhäusern ist wenig Platz – und in ihrer Mitte gar keiner. Die Kabelbäume zu den insgesamt acht dezentralen Schaltschränken werden deshalb an den gerundeten Gondelwänden geführt. Entsprechend wird jedes Kabel in 16 Parametern beschrieben. Dazu gehören Quelle/ Senke, Kontrollpunkte und die Biegeradien. Selbst die Position von Kabelbindern und Erdungsbändern ist exakt definiert. „Im Ergebnis profitieren wir davon, dass alle Kabellängen, Steckervarianten, BMKs etc. nun konsistent und eindeutig sind,“ sagt Martin Richter.

Der Verlegeweg passt immer

Bei der Implementierung von Eplan Harness proD haben die Elektroplaner die Probe aufs Exempel gemacht und einen Vergleichstest zwischen „Mensch“ und „Maschine“ durchgeführt. Martin Richter: „Aufgabe war es, das Maschinenhaus eines Prototyps zu vermessen und die Längen von 50 Leitungen festzulegen, die an der Wand entlang laufen. Zwei Mitarbeiter in der Produktion haben einen Tag benötigt, um die genauen Werte aufzunehmen. Mit Eplan Harness proD benötigen wir diesen Arbeitsaufwand nicht mehr.“ Das bedeutet: "Wir benötigen nur noch ein Drittel der Zeit für diese Aufgabe.“

Dieses positive Ergebnis wurde nochmals bestätigt, nachdem die Ergebnisse eines ganz ähnlichen Tests mit einem Turm-Kabelbaum vorlagen: „Hier waren 27 Einzelleitungen mit rund 120 Metern Länge pro Phase zu verlegen. Die Fehler lagen im unteren Zentimeterbereich. Der Verlegeweg passt immer, wir müssen auch bei derart langen Leitungen keine Zugaben einplanen.“ Nach diesen Erfahrungen sind die Nordex-Konstrukteure dazu übergegangen, die Kabelführungen im Turm als Quelle-Ziel-Verdrahtung bis in die Schaltschränke hinein zu routen.

Alles aus Eplan rausholen

Das Ziel ist klar definiert: Die Elektrokonstrukteure in Rostock sind bestrebt, die Entwicklung weitestgehend zu vereinheitlichen und jedes noch so kleine Detail mit der Eplan Plattform abzubilden. Wolfgang Conrad, Leiter Schaltschrank-Entwicklung: „Unser Ziel ist es, alles aus Eplan herauszuholen und die Möglichkeiten der standardisierten Entwicklung und Fertigung so intensiv wie möglich zu nutzen.“ Das macht sich schon daran bemerkbar, dass die Stücklisten und Schaltpläne eine sehr hohe Qualität und einen tiefen Detaillierungsgrad aufweisen.

Alle verwendeten Bauteile – bis herab zu Klein- und Kleinstteilen wie Schrauben, Muttern und Unterlegscheiben – sind erfasst und werden automatisiert den Projekten zugeordnet. Das hat u.a. den Vorteil, dass Inkonsistenzen auf der physischen Ebene sofort erkannt werden: „Wenn ein Bauteil keine Zuordnung aufweist oder keine Platzierung erhalten hat, wird das sofort erkannt, weil alle Komponenten logisch verknüpft sind.“

Der klassische Serienfertiger Nordex hat die Hauptfertigungsstandorte in Rostock frühzeitig auf eine hochmoderne Linienfertigung umgestellt. Das gilt für die Maschinenhäuser und die Rotorblätter ebenso wie für die Fertigung der Schaltschränke, in der knapp 100 Mitarbeiter tätig sind. In fünf Linien werden jeweils bis zu 30 Schränke auf Skids von Station zu Station bewegt und nach und nach komplettiert, und das in hoher Stückzahl. Auch bei der Blechbearbeitung der Schaltschränke setzt das Unternehmen auf Eplan. Entwicklungsingenieur Enrico Durka: „Ursprünglich hat das Personal in der Fertigung auf den Rittal- Schaltschränken und –Schaltboxen die Bohrbilder mit einer Schablone aufgetragen. Jetzt generieren wir aus Eplan Pro Panel heraus das Bohrbild und senden es als DXF-Datei direkt an die Bearbeitungsmaschine.“ Das Ergebnis: Die (interne) Lieferzeit für gebohrte Schaltschränke verkürzte sich von mehreren Wochen auf 48 Stunden bis maximal eine Woche.

Automatisierte Aderkonfektionierung

Die Nordex-Elektrokonstrukteure nutzen zudem intensiv Eplan Pro Panel in Verbindung mit Eplan Smart Wiring. Die Daten des 3D-Montageaufbaus und die Verbindungsinformationen aus dem Schaltplan sind die Basis. Ergebnis dieser Planung ist u.a. die Aderlängenermittlung auf der Grundlage eines exakten 3D-Routings. Auf dieser Basis wiederum wird ein elektronischer Datensatz generiert und an den externen Drahtkonfektionierer gesandt. Wolfgang Conrad: „Neue Schaltschränke planen wir nur noch mit Eplan Pro Panel und dem Smart Wiring Modul. Es schafft die Voraussetzung für einen sehr hohen Qualitätsstandard – wobei man berücksichtigen muss, dass es auch sehr genaues Arbeiten erfordert.“ Mit der Eplan Plattform kommen die Elektrokonstrukteure von Nordex ihrem Ziel näher, die komplette Windkraftanlage zu digitalisieren. Dr. Klaus Faltin, Head of Electrical Drives & Design bei Nordex: „Wenn wir ein ´Digital mock-up´ der Anlage im Rechner haben, können wir auf einen realen Prototypen für die Konstruktion verzichten und direkt ein Erstmuster für die Fertigung herstellen.“ Das ist schon deshalb wünschenswert, weil die Anlagen immer komplexer werden. Schon heute sind in einer einzigen Anlage mehr als 500 Sensoren verbaut – Tendenz weiter steigend. Die Basis der Eplan-Daten ist jedenfalls schon umfassend vorhanden. Wolfgang Conrad: „Wir arbeiten mit sehr großen Datenmodellen von 9 bis 11 GB.“ Parallel pflegt Nordex auch die umfassende Datenbank der verwendeten Komponenten. Dazu gehören 3D-Datenmodelle aus dem Eplan-Data-Portal, die noch aufbereitet und angereichert werden. Zudem sollen die in Eplan generierten Daten künftig auch über die Konstruktion hinaus genutzt werden. Dr. Klaus Faltin: „Wir werden in Zukunft noch stärker mit dem Eplan Viewer arbeiten – zum Beispiel direkt an den Fertigungslinien. Hier befinden wir uns gerade in der Testphase.“

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2,4 bis 4,5 MW für den Onshore-Einsatz

Nordex bietet seinen Kunden zwei Anlagenfamilien: die Nordex-Produktreihe, die vornehmlich in Europa zum Einsatz kommt und die Produktreihe der Acciona Windpower Anlagen, die in außereuropäischen Ländern nachgefragt wird. Im Kernmarkt Europa konzentriert sich Nordex auf das Volumensegment der 2,4 bis 4,5 MW-Klasse für den Onshore-Einsatz. In jedem Leistungsbereich steht dem Kunden eine den Windverhältnissen optimal angepasste Baureihe der Nordex-Anlagen zur Verfügung: Er kann zwischen Turbinen für schwache, mittlere und hohe Windgeschwindigkeiten wählen, sich dabei für verschiedene Turmhöhen und Rotordurchmesser entscheiden und wiederum Optionen wie Anti-Icing-System, Condition Monitoring und leistungssteigernde Funktionen hinzuwählen. (jup)

Hannover Messe 2018: Halle 6, Stand H30

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