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Planetengetriebe Optimieren genügt nicht mehr

Autor: Ute Drescher

Antriebe werden effizienter, wenn die Komponenten optimiert sind. Doch das allein wird in Zukunft nicht mehr ausreichen, erklärt Dr. Bernhard Hoffmann von Siemens anlässlich der Markteinführung des Planetengetriebes Planurex 3.

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Die Planetengetriebereihe Planurex 3 ist in zehn Baugrößen verfügbar und weist den höchsten Wirkungsgrad ihrer Klasse auf. Die technologisch weiterentwickelte Serie löst damit ihren Vorgänger Planurex 2 zunächst im XL-Bereich bis 5.450 kNm ab.
Die Planetengetriebereihe Planurex 3 ist in zehn Baugrößen verfügbar und weist den höchsten Wirkungsgrad ihrer Klasse auf. Die technologisch weiterentwickelte Serie löst damit ihren Vorgänger Planurex 2 zunächst im XL-Bereich bis 5.450 kNm ab.
(Bild: Siemens)

Sie bezeichnen sich selbst als weltweit führenden Hersteller von Industriegetrieben. Woraus ergibt sich diese starke Position?

Hier spielt unser hohes Applikations- und Branchen-Know-How eine Rolle. Durch den ständigen Kontakt zu unserem Kunden erarbeiten wir uns ein tiefes Verständnis seiner Arbeitsmaschine. Diese Informationen aus der Praxis fließen stetig in die Entwicklung neuer Produkte und Anwendungen, so dass wir immer mehr spezifische Kundenbedürfnisse mit unseren Standardprodukten bedienen können, zum Beispiel Getriebe für Rollenpressen im Drehmomentbereich >1700 kNm.

Standardbaureihen und applikationsspezifische Lösungen – widerspricht sich das nicht?

Keinesfalls, letztendlich muss jedes Getriebe und jeder Antriebsstrang die Anforderungen der Applikation erfüllen, in der es eingesetzt wird. Unser Standardbaukasten, egal ob bei den Planetengetrieben oder den Stirnradgetrieben, ermöglicht es uns applikationsspezifische Aufträge schnell und mit erprobter Technologie umzusetzen. Wir müssen in der Regel für den Kunden keine aufwendige Sonderkonstruktion erstellen, sondern können auf unser breites bestehendes Portfolio zurückgreifen und die einzelnen Komponenten auftragsspezifisch anpassen. Für alle gängigen Applikationen, wie Förderbänder, Hubwerke oder Extruder, haben wir bereits vorgedachte Lösungen im Portfolio, die wir nur noch auftragsspezifisch zusammenfassen. Der Vorteil für den Kunden ist klar: schnelle Projektierung, erprobte Lösungen, hohe Qualität und kurze Lieferzeiten.

Die Planetengetriebereihe Planurex 3 ist in zehn Baugrößen verfügbar und weist den höchsten Wirkungsgrad ihrer Klasse auf. Die technologisch weiterentwickelte Serie löst damit ihren Vorgänger Planurex 2 zunächst im XL-Bereich bis 5.450 kNm ab.
Die Planetengetriebereihe Planurex 3 ist in zehn Baugrößen verfügbar und weist den höchsten Wirkungsgrad ihrer Klasse auf. Die technologisch weiterentwickelte Serie löst damit ihren Vorgänger Planurex 2 zunächst im XL-Bereich bis 5.450 kNm ab.
(Bild: Siemens)

Wie gehen Sie mit der zunehmenden Internationalisierung der Märkte um?

Viele unserer Kunden sind Global Player aus den unterschiedlichsten Branchen, die ihre Systeme und Lösungen in alle bedeutenden Wirtschaftsregionen liefern. Mit unseren Fertigungs- und Montagestandorten in Europa, USA, China und Indien sind wir der weltweit verlässliche Partner für unsere Kunden. Mit der weltweiten Fertigungsstruktur und einheitlichen Qualitätsstandards können wir unsere Kunden global mit kurzen Lieferzeiten und gleichbleibend hoher Produktqualität überzeugen. Hinzu kommt ein breites Montagecenter- und Servicecenter-Netzwerk. So stellt der in über 112 Länder vertretene Service von Siemens eine kurzfristige Unterstützung und Lösung von technischen Aufgabenstellungen sicher.

Produktqualität, Applikations- und Branchen-Know-How – gibt es weitere Kriterien, um auf Dauer eine bedeutende Rolle in der Antriebstechnik zu spielen?

Einer der wichtigsten Schlüssel zur Sicherung des langfristigen Markterfolgs ist es, die eigenen Produkte ständig an den Anforderungen des Marktes und der Kunden zu messen und kontinuierlich weiterzuentwickeln. Um die hochinnovativen Produkte für die Märkte von morgen zu entwickeln, beobachten wir kontinuierlich unsere Märkte und antizipieren die Kundenbedürfnisse der Zukunft. Ein Beispiel hierfür ist unsere Integrated-Drive-System-(IDS-)Strategie, bei der wir den gesamten Antriebsstrang vom Umrichter über Motor, Getriebe bis hin zur Kupplung und der Anbindung an die Automation in den Fokus stellen. Dies haben wir beispielsweise mit unserem Multiple Drive in der größten Vertikalmühle der Welt umgesetzt. Dabei profitieren wir von dem engen partnerschaftlichen Verhältnis zu unseren Kunden, dies kann auch in gemeinsame Projekte oder gar in Entwicklungspartnerschaften münden. So entwickeln wir z.B. gerade gemeinsam mit Kunden neue Antriebe für Mischer.

Mit welchen konkreten Innovationen beschäftigen Sie sich gegenwärtig?

Beispiel für die erfolgreiche Markteinführung sogar einer ganzen innovativen Baureihe ist das Flender SIP, ein Planetengetriebemotor für den kleinen Drehmomentbereich ab 10.000 Nm, der konsequent aus der IDS-Strategie abgeleitet ist. Mit dem Flender SIP ist es uns gelungen, maximale Flexibilität zum Produkt zu machen. Durch ein großes Übersetzungsspektrum, verschiedenste Abtriebswellenvarianten, die Einhaltung der wichtigsten weltweiten Motornormen und vielfältige Optionen ist die Reihe auf der Applikationsseite optimal gerüstet, um in sehr unterschiedlicher Weise an Arbeitsmaschinen verbaut zu werden und unter allen möglichen Umgebungsbedingungen die an sie gestellte Anforderungen zu erfüllen.

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So hat Siemens die Drehmomentdichte der Planurex 3 XL realisiert

Zur Maximierung der Drehmomentdichte wurden bei der Planurex 3-Entwicklung intensive Untersuchungen und Parameterstudien zur Verzahnungsauslegung durchgeführt. Mit einem bei der Siemens AG entwickelten Berechnungswerkzeug wurden hierzu umfangreiche Serienberechnungen vorgenommen. Unter Variation der relevanten Eingangsparameter (Übersetzungen etc.) hat Siemens dabei Optima für die einzelnen Stufen im Getriebe identifiziert. Diese Betrachtungen führten z. B. zur Wahl eines optimierten Moduls der Verzahnung. Dies hat in Kombination mit einer angepassten Übersetzungsaufteilung zwischen Haupt- und Vorstufe ferner den Vorteil, geringere Verlustleistungen zu generieren, was sich wiederum in einem besseren Gesamtwirkungsgrad des Getriebes zeigt. Die Verzahnung von Planurex 3 ist konsequent nach ISO 6336 ausgelegt, so dass unter anderem das Hohlrad weiter optimiert werden konnte. Zudem bietet die Geometrie auch in der Berechnung nach AGMA-Norm eine hohe Leistungsfähigkeit.

Ein weiterer wesentlicher Punkt bei der Dimensionierung der Planurex 3-Reihe bestand in der homogenen Auslegung der einzelnen Maschinenelemente im Getriebe zueinander. Sie basiert auf der jahrzehntelangen Applikationserfahrung der Siemens-Industriegetriebekonstruktion. Diese homogene Auslegung führt unter anderem zu einer höheren Gesamtlagerlebensdauer.

Durch eine enge Zusammenarbeit mit den Lieferanten innerhalb des „Simultaneous Engineering“ wurden wesentliche Strukturbauteile hinsichtlich Tragfähigkeit und Gewicht weiter optimiert. Hierzu definierte Siemens Referenzlastkollektive zur FEM-Berechnung der einzelnen Bauteile. Selbst zweifache Überlasten bezogen auf das Katalognennmoment sind hierbei berücksichtigt, um den Überlastanforderungen bestimmter Applikationen gerecht zu werden. All diese Optimierungen tragen dazu bei, dem Kunden eine Getriebebaureihe mit hoher Drehmomentdichte bei höchsten Wirkungsgraden anbieten zu können. Die feine Baugrößenstufung der Reihe führt dazu, nahezu jede Applikation mit einer optimalen Baugröße zu bedienen, so dass sich stets eine effiziente und kostengünstige Gesamtlösung realisieren lässt.

Was bekommt der Kunde mit dem Planetengetriebemotor SIP?

Ein hoch kompaktes, anschlussfertiges Antriebssystem, plug & play. Das Produkt ist als eine hochintegrierte Antriebslösung oder seit kurzem auch für die Anbindung von IEC und NEMA Motoren über eine genormte Schnittstelle erhältlich.

Servomotoren der Siemens-Familien Simotics-M-1PH8 und 1FK7 können ebenfalls über eine Laterne mittels Kupplungsadapter mit SIP zu einem Antriebsstrang kombiniert werden.

SIP ist mit aller seiner Flexibilität und Varianz über ein intuitives Konfigurationssystems schnell und einfach auswählbar.

Mit seiner Flexibilität und der kompakte Bauweise ist das Flender SIP für den Einsatz in Plattenbändern, Brechern oder Trommeln und vielen weiteren industriellen Applikationen hervorragend geeignet.

Können Sie ein Anwendungsbeispiel nennen?

Ein Beispiel dafür ist der Einsatz von SIP an den Hochleistungspressen der Firma Sandvik im Karosseriebau. Hier kommt SIP als wichtiger integraler Bestandteil eines integrierten Antriebssystems (IDS) von Siemens zum Einsatz. Besondere Kundenanforderungen an das Antriebssystem sind eine sehr kompakte Bauweise verbunden mit besonderen Anforderungen an Dynamik und Gleichlauf.

Ein weiteres Beispiel für eine Neuentwicklung ist das Planetengetriebe Planurex 3, das Sie auf der Hannover Messe 2015 vorgestellt haben?

Ja, damit ergänzen wir unsere Planetengetriebereihe im hohen Drehmomentbereich von 1700 kNm bis 5450 kNm, aufbauend auf der bewährten Planetengetriebetechnologie von Siemens, von der im Drehmomentbereich >500.000 Nm ca. 50.000 Getriebe im Markt sind.

Was macht dieses Getriebe aus?

Qualität und Verfügbarkeit. Es eignet sich ideal für Branchen, in denen es auf unbedingte Zuverlässigkeit ankommt, wie z.B. in der Zementindustrie. Wir haben die Baugrößenabstufung über den Drehmomentbereich von 1700 kNm bis 5450 kNm harmonisiert, so dass der Kunde noch genauer sein benötigtes Getriebe auswählen kann. Dadurch spart er bares Geld.

Was haben Sie getan, um die Betriebssicherheit der Kundenanlage zu erhöhen?

Wir haben Planurex 3 mit einer doppelten Überlastfähigkeit gegenüber Nenndrehmoment über alle Baugrößen hinweg ausgestattet und können so Schäden durch auftretende Lastspitzen vermeiden. Des Weiteren haben wir die Lager in allen Stufen so dimensioniert, dass sich deren Lebensdauer signifikant erhöht hat. Mithilfe moderner Entwicklungs-, Produktions- und Fertigungstechnologien ist es uns gelungen, durchschnittlich 17 Prozent mehr Drehmoment bei gleichem Bauvolumen zu realisieren. Positiv für den Maschinenbauer: Er kann künftig große Übersetzungen bauraumsparend realisieren.

Alles in allem sind wir von Flender Planurex 3 so überzeugt, dass wir die Gewährleistung um 12 Monate verlängert haben. Das neue Planurex 3 stößt auf eine breite Akzeptanz am Markt, was sich in den vielen Anfragen und bereits verkauften Getrieben widerspiegelt.

Welche Anforderungen werden die Entwicklung bei Stirnrad- und Kegelstirnradgetrieben in Zukunft vorantreiben?

Unsere Kunden erwarten auch bei den für Stirnrad- und Kegelstirnradgetrieben relevanten Applikationen immer häufiger von ihrem Lieferanten die Integration der Getriebe in das Antriebssystem. Insbesondere deshalb, weil in den letzten Jahrzehnten die Optimierung des Getriebes sehr stark im Fokus stand. Viele Optimierungspotentiale auf Produktseite sind ausgeschöpft. Eines der besonders spannenden Themen ist derzeit die Energieeffizienz von industriellen Antrieben: Unsere Getriebe verfügen heute schon über einen Wirkungsgrad von 96 bis 98,5 Prozent, abhängig von der Stufenzahl. Eine signifikante Steigerung der Energieeffizienz kann durch die Optimierung des gesamten Antriebssystems und der Applikation erreicht werden.

Können Sie ein Beispiel dafür nennen, wie der integrierte Antriebsstrang die Energieeffizienz erhöht?

Ein gutes Beispiel hierfür sind Hubwerke, bei denen über ein rückspeisefähiges Antriebssystem Einsparpotentiale von bis zu 40 Prozent gehoben werden können. Für die Umsetzung eines solchen integrierten Antriebsstranges haben wir alle notwendigen Produkte. Mit diesem Antriebssystem helfen wir unseren Kunden Ihre Produktivität zu steigern, Risiken für die Integration von Produkten in komplexe Systeme zu reduzieren und natürlich den Energieverbrauch zu minimieren.

Welchen Nutzen hat der Kunde davon?

Aus demselben Grund, aus dem der Kunde seine Getriebe von einem Spezialisten kauft, macht es für ihn auch Sinn den gesamten Antriebsstrang von einem Spezialisten optimieren zu lassen und zu beziehen. Als Spezialisten für die einzelnen Komponenten des Antriebsstrangs können wir diese mit Berechnungsverfahren und Simulationen optimal auf einander abstimmen. Hierdurch und durch die Einbindung des Antriebsstrangs in übergeordnete Automatisierungssysteme ist es möglich das Maximum aus dem Antriebsstrang herauszuholen. Dies gilt auch für die Auswahl der Kupplungen, die ebenfalls zu unserem Portfolio zählen. In unserer Projektierung und auch in den Konfiguratoren können wir jeweils die optimale Kupplung auswählen und so die Verfügbarkeit des Antriebsstranges über den Lebenszyklus wesentlich steigern. Auch hinsichtlich der Kosten bieten sich Vorteile für den Kunden. Er profitiert von reduziertem Aufwand bei der Projektierung, von geringeren Schnittstellenrisiken und reduzierten Kosten über den gesamten Lebenszyklus wie etwa bei Inbetriebnahme (plug&play) und Service.

Können Sie auch hierfür ein Beispiel nennen?

Als Beispiel möchte ich kurz auf eine Antriebslösung bei der Fa. Aumund eingehen. Wir liefern dort vollständige, auf Rahmen vormontierte Antriebssysteme (Motor, Kupplung und Getriebe), was bei Aumund zu 15 Prozent kürzeren Durchlaufzeiten, der Erhöhung der Verfügbarkeit auf bis zu 98 Prozent sowie einer Reihe von Einsparungen im Antriebssystem führt: bis zu 40 Prozent Energie, 30 Prozent Engineering- und 15 Prozent Wartungskosten.

Vielen Dank für das Gespräch.

(ID:43355002)

Über den Autor

 Ute Drescher

Ute Drescher

Chefredakteurin, konstruktionspraxis – Alles, was der Konstrukteur braucht