Selbst große Planetengetriebe wie hier für die Ringwalzanlage sind Teil des Angebotsspektrums

Selbst große Planetengetriebe wie hier für die Ringwalzanlage sind Teil des Angebotsspektrums Integrated Drive Systems von Siemens.

Bei der Entwicklung der ersten Ringwalzanlage in seiner Firmengeschichte hat das Unternehmen Siempelkamp auf starke Partner gesetzt. Beispielsweise wurde die Systemverantwortung für die Hardware der Antriebstechnik einem weltweit tätigen Ausrüster übertragen, der mit seiner Strategie „Integrated Drive Systems“ seit einem Jahr verstärkt von sich Reden macht. Herausgekommen ist eine Antriebslösung, die demnächst in Russland qualitativ hochwertige Ringe bis zu Durchmessern von vier Metern produzieren wird.

Schwerer Maschinenbau hebt sich allein schon durch seine robuste Engineering-Umgebung und die gigantischen Dimensionen der Maschinen von der normalen Industriewelt ab. Für die Siempelkamp-Gruppe in Krefeld mit über 3000 Mitarbeitern und einem Gruppenumsatz in der Größenordnung von 718,4 Millionen Euro (2013) ist dies jedoch Alltag. Dabei gelangen häufig Innovationen Made in Germany zur praktischen Anwendung, was inzwischen viele Anwender auf der ganzen Welt zu schätzen wissen.
So auch die international tätige JSC Metallurgical Plant Electrostal, die für ihr Werk in Russland bereits eine 20.000-Tonnen-Präzisions-Gesenkschmiedepresse von Siempelkamp erhalten hat. Um die eigene Fertigungstiefe weiter erhöhen zu können, wünschten sich die Russen von dem Traditionsunternehmen mit über 130-jähriger Firmengeschichte eine zusätzliche Ringwalzanlage zur Herstellung von Präzisionsringen aus Stahl und Sonderwerkstoffen wie Nickelbasis-, Titan- und Aluminiumlegierungen für die Luft- und Raumfahrt.
„Wir sind als Systemlieferant bekannt, der bevorzugt alles aus einer Hand liefert“, erklärt Dr. Joachim Martin, Siempelkamp-Geschäftsführer Technik, und fährt fort: „Auf Wunsch unseres Kunden haben wir deshalb unsere erste Ringwalzanlage gebaut, in die eine Vielzahl an modernen und innovativen Entwicklungen beziehungsweise Ideen eingeflossen sind.“

Ein Blick auf das Gesamtsystem

Vor allem bei der elektrotechnischen Ausrüstung und speziell bei der elektrischen Antriebstechnik war den Projektverantwortlichen eine durchgehende Systemlösung der Antriebskomponenten besonders wichtig. In erster Linie ging es hier neben der Leistungsfähigkeit und Präzision der Antriebe um eine sehr hohe Verfügbarkeit und Lebensdauer der Komponenten. „Aus diesem Grund entschieden wir uns für Siemens als Komplettlieferanten für die gesamten Antriebskomponenten: vom Elektromotor über die Kupplung und das Getriebe bis hin zum Frequenzumrichter sowie den Controller“, berichtet Pedro Robles-Malagrino, Projektmanager Automatisierung bei Siempelkamp.
Das Entwicklungsteam nutzte dabei das durchgehende Produktportfolio Integrated Drive Systems von Siemens, bei der der komplette Antriebsstrang aufeinander abgestimmt und passend in die gesamte Automatisierungsarchitektur integriert ist. Ein wesentlicher Vorteil dabei ist, dass damit die Verfügbarkeit bis auf 98 Prozent gesteigert werden kann. Auch die Servicekosten lassen sich damit um bis zu 15 Prozent verringern.
„Diese Werte decken sich deutlich mit unseren Anforderungen, die wir bei der Entwicklung, dem Bau und dem Betrieb der neuen Ringwalzanlage definiert haben“, betont Pedro Robles-Malagrino.

Ringwalze  zur Abnahme bereit

Die beiden schräg gestellten Axialwalzen werden von jeweils einem 630-kW-Motor von Siemens angetrieben, der die Drehbewegung über ein Flachgetriebe auf den Konus überträgt. Bild: Siempelkamp

Drehzahlregelung mit hoher Präzision

Die Hauptwalze, die in Verbindung mit der Dornwalze für das Aufziehen des Ringrohlings auf den gewünschten Durchmesser und die Ringstärke sorgt, wird von einem Drehstrom-Asynchronmotor von Siemens mit 1260 Kilowatt Leistung angetrieben. Dieser ist über eine Rupex-Kupplung mit dem Planetengetriebe verbunden, das unter der 22 Meter langen Anlage steht. Das eingesetzte Getriebe ermöglicht die Übersetzung der für den Walzprozess erforderlichen Drehzahlen und Drehmomente. Die prozessspezifische Drehzahlregelung erfolgt mithilfe eines Frequenzumrichters Sinamics S120 aus dem Automatisierungsspektrum in Verbindung mit einem unabhängig parametrierbaren Simotion-Controller, sodass an der Hauptwalze die erforderlichen Rotationsgeschwindigkeiten individuell vorgewählt werden können. Der Projektmanager erklärt: „Wir benötigen hier deshalb eine sehr hohe Präzision der Drehzahlregelung, weil die Verformungsprozesse äußerst komplex sind.“ Die Regelparameter hierzu stammen aus einer von Siempelkamp für das Ringwalzen neu entwickelten Steuerung SicoRoll. Das Programm-Paket besteht aus dem eigentlichen Walzprozess-Planungstool sowie der Steuerungs- und Regelungstechnik und sorgt für Prozessgenauigkeit. Parameter wie Drehzahlen, Kräfte, Antriebsmomente oder Ringlage können einfach parametriert überwacht und adaptiert werden. Das Programm bietet dem Anwender so nicht nur Unterstützung bei der Prozessplanung, sondern auch die Möglichkeit, den Prozess während des Ringwalzens anzupassen. Die Antriebstechnik muss die ermittelten Walzkurven und -strategien möglichst präzise und effizient abbilden können. Auch dann, wenn die Antriebstechnik in der Ringwalzanlage hohen mechanischen und thermischen Belastungen ausgesetzt ist. Der Vorteil der Integrated Drive Systems ist, dass die Motor-Bemessungströme bestmöglich an die Umrichter-Ausgangsströme angepasst sind. Dadurch wird die Spannung beim Betrieb der Motoren an den Frequenzumrichter voll genutzt und ergibt jeweils hohe Wirkungsgrade, was in Verbindung mit dem effizienten Getriebe zu einem hohen Gesamtwirkungsgrad führt.
„Dies ist der eine Grund, weshalb wir uns für Siemens entschieden haben; der zweite Aspekt ist, dass der gesamte Antriebsstrang unter der Verantwortung des Anbieters projektiert und mit Verfügbarkeitszusagen belegt wurde“, ergänzt Werner Schischkowski, Leiter Automatisierungstechnik bei Siempelkamp.

Manchmal reichen Standardlösungen

Aber auch ATR Industrie-Elektronik trug ihren Teil zur optimierten Gesamtlösung bei. Als Tochtergesellschaft der Siempelkamp Maschinen- und Anlagenbau übernimmt die ATR mit ihren rund 70 Mitarbeitern die elektrotechnische Ausrüstung von Anlagen nach den konstruktiven Vorgaben der Muttergesellschaft. So war der Schaltschrankbauer vom Niederrhein auch beim Projekt Ringwalze mit von der Partie und erstellte die Schaltanlage der Steuerungstechnik, Sicherheits- und Leittechnik. „Um kurze Servicezeiten und damit hohe Verfügbarkeiten garantieren zu können, entschied sich Siempelkamp für Standardlösungen“, berichtet Stefani Bovie, Prokuristin und Leiterin kaufmännische Abwicklung und Logistik bei der ATR. „Der Aufbau unserer Schaltanlagen mit den Siemens-Komponenten funktionierte wie immer einwandfrei. Wir arbeiten schon seit vielen Jahren mit Siemens zusammen. Die Kooperation verlief also auch hier erfolgreich Hand in Hand.“

Elektrotechnik aus einem Guss

Durch das durchgehende Angebot ist die gesamte elektrische und mechanische Ausrüstung aufeinander abgestimmt – von der Steuerungstechnik über die Schalttechnik bis hin zu den Antriebskomponenten. Dies vereinfacht Bestellvorgänge und reduziert den Engineering- und Installationsaufwand. Anwender profitieren von kürzeren Montagezeiten und erhöhten Verfügbarkeiten aufgrund der Serviceunterstützung durch den Global Player.
Nach dem gleichen Vorgehen wurden auch die gesamten elektrischen Antriebsstränge der Hauptwalze und der beiden schräg gestellten Axialwalzen projektiert und gebaut. Diese werden von zwei Loher-Motoren angetrieben. Mit den eingesetzten Getrieben der Axialwalzen wird die Eingangsdrehzahl auf die Walzgeschwindigkeit und an das erforderliche Drehmoment angepasst. Der Systemaufbau deckt sich mit dem der Hauptwalze, um beim projektierten Rund-um-die-Uhr-Betrieb (100 Prozent Einschaltdauer) antriebs- und steuerungstechnisch das Maximum herausholen zu können.
Wie dieses in der Praxis beim späteren Betrieb in Russland tatsächlich aussieht, wurde vorab in einem eigens eingerichteten Prüffeld, bestehend aus zwei Motoren und einem Frequenzumrichter Sinamics S120, bei Siemens in Nürnberg getestet. Der Projektmanager Pedro Robles-Malgrino kommentiert: „Das gab uns die Sicherheit, dass wir nicht nur die Systemverantwortung dem richtigen Partner übergeben haben, sondern dass die Systemvorteile von Integrated Drive Systems auch in der Praxis deutlich spürbar sind.“ Ergebnis: Die geeignete Abstimmung von Motor und Frequenzumrichter wirkt sich positiv auf die Geräuschentwicklung von Antrieben, auf die Netzbelastung, die Energieeffizienz und nicht zuletzt auf die Lebensdauer der Komponenten aus. Dr. Martin ergänzt: „Da wir unsere Ringwalzen wie alle unsere Anlagen für besonders lange Laufzeiten ausgelegt haben, muss die Antriebstechnik diesen Anspruch in gleicher Weise erfüllen.“

Motor und Getriebe zur Hauptwalzenwelle

Selbst große Planetengetriebe wie hier für die Ringwalzanlage sind Teil des Angebotsspektrums Integrated Drive Systems von Siemens.

Eine durchgehende Automatisierungsbasis

Siempelkamp ist nach eigenen Angaben führender Anbieter von Anlagen für die Metallumformung in diesem Geschäftssegment. Mit der neu entwickelten Ringwalzanlage zur Herstellung von Bauteilen für die Luft- und Raumfahrt in Russland wird das Unternehmen dem eigenen Anspruch erneut gerecht. Das technologische Know-how des Anlagenbauers im Bereich Ringwalzen und die auf den Automatisierer konzentrierte Systemverantwortung für den gesamten Antriebsstrang von Radial- und Axialwalzen waren die Basis für diesen Erfolg: Weil die Komponenten des Antriebsstrangs richtig aufeinander abgestimmt sind, lassen sich mit den Standardkomponenten der Integrated Drive Systems präzise, effiziente und nachhaltige Prozesse abbilden. Kurzum: Mit der Anlage für Russland können jetzt qualitativ hochwertige Ringe mit bis zu 4000 Millimeter Durchmesser und Höhen von 40 bis 600 Millimetern geformt werden – insgesamt eine runde Sache, deren Erfolg sicherlich weitere Anwender-Projekte generieren wird.

Autoren: Rolf Ludwig, Stefan Femers und Markus Büttner, Siemens