plastik-ambalaj.com

Enerji tüketimi ve servo motorlar

Plastik Enjeksiyon Makinesi imal eden firmalar, proseslerini optimize etmek adına yeni yollar bulma çalışmalarını hız kesmeden sürdürmektedirler, bunun için en önemli ilgi alanlarının başını etkin-enerji kullanımı ve daha az tüketim konusu oluşturmaktadır. Bunun için çok iyi gelişimler ve belirgin enerji tasarrufları gerçekleştirilmiştir.

Özellikle büyük parça imalatı için kullanılan yüksek kalıplama tonajına sahip makine kullanan imalatçılar, benzer enerji tasarruflarını yakalamak adına ciddi sorunlarla karşılaşmışlardır. Sürücü konseptine bağlı olarak, makinenin toplam enerji tüketiminin yaklaşık %48 lik bölümünü hidrolik sürücüler oluştururlar. ( Fig. 1).

Geleneksel sabit hızlı, üç fazlı motorlarla hidrolik pompaları sürmek yerine hız kontrollü servo motor kullanımı bu alanda önemli bir avantaj olarak dikkati çekmektedir.  

Geleneksel sabit hızlı motorlar yağı, ihtiyaç olmaksızın makinenin tüm sistemlerine sürekli olarak pompalarlar. Pompalanan her fazla yağ tahliye vanalarından tahliye edilir buda yağda sürtünmeden dolayı fazla ısınma ile yağ ömrünün kısalmasına neden olduğu gibi aynı zamanda yağ soğutma sisteminin devreye girmesini sıklaştırdığı için fazla enerji tüketimine de neden olmaktadır. Uzun ütüleme ve soğuma zamanlarında gereksiz pompalanan ihtiyaç dışı yağ hacmi en büyük seviyeye ulaşır. 

Servo sürücüler, pompa hızlarını sistemin yağ talebine göre değiştirebilirler – eğer gerekliyse beklemeye geçebilirler—. Büyük tonajlı makinelerde gerçekleştirilen büyük boyutlu parçaların imalatında karşılaşılan uzun çevrim zamanlarında kalıp kapalıyken ve vida stroğu tamamlanmışken (vida dönmüyorken) özellikle hidrolik pompanın yavaşlatılması veya durdurulması ile fayda sağlanabilir. Sabit hızlı pompaların aksine servo sürücülü hidrolik pompalarda geleneksel sürücülere nazaran — 35% e kadar —.  belirgin bir enerji tasarrufu sağlanabilir.

İlave olarak, servo sürücüler, makinenin hidrolik yağında daha az ısınmaya neden oldukları için servis ömrünün uzamasına katkıda bulunurlar ve ortalamada daha düşük motor hızından dolayı ses seviyesinin de alçalmasını sağlarlar. 

Deneysel olarak ispat edildi

Yeni bir deneyde, Wittmann Battenfeld aşağıda belirtilmiş olan 3 farklı makine için enerji tüketim maliyetlerinde ki farklılıkların ekonomik olarak karşılaştırmalarını gerçekleştirmiştir. 

•Bir 240-ton Wittmann Battenfeld HM model Bosch Rexroth DFEE değişken pompalı hidrolik makine. (standart makine)

•Bir 240-ton, Wittmann Battenfeld HM ServoPower servo sürücülü hidrolik makine (servo makine)

•Bir 240-ton, Wittmann Battenfeld EcoPower all-electric makine (ful elektrikli makine)

Bu deneyde, kriter olarak her makinede aynı kalıp denenmiştir, deneme 106 gr. ağırlıkta PP malzeme ile 20s. çevrim zamanında gerçekleştirilmiştir. Sonuçlar için bakınız (Fig. 2)      

Görülmüştür ki ful elektrikli makine her durumda (servo sürücülü veya servo sürücüsüz) hidrolik makinelere nazaran en etkin enerji kullanımını sağlamıştır, yine aynı deneyde görülmüştür ki imalatçılar için standart sürücülü hidrolik makine kullanımı yerine servo sürücülü hidrolik makine kullanımı daha fazla enerji tasarrufu (daha az tüketim) ve enerjiyi daha etkin bir şekilde kullanma anlamına gelmektedir.

Uzun çevrim sürelerinde

Büyük parçaların yüksek tonajlı makinelerde imalatı tipik olarak uzun çevrim süresi gerektirir, servo sürücülü hidrolik pompaların faydaları yukarıda ki örneklerde kanıtlanmıştır. 240 ton makinelerin karşılaştırmaları için tüm enerji tasarrufları hesap edilmiştir, buna göre daha uzun çevrim zamanlarında enerji tasarrufu da aynı şekilde fazla olmaktadır. (Fig. 3).

Fig. 3, de gösterildiği gibi, 15 s. Çevrim zamanında servo sürücülü hidrolik makine0,39 kWh enerji harcamış, geleneksel motorlu hidrolik sistemde 0,58 kWh enerji tüketimi ölçülmüştür, yaklaşık olarak %49 daha fazla enerji tüketimi gerçekleşmiştir. 

25 s. için çevrim zamanı hesap edildiğinde servo sürücülü sistem 0,47 kWh, standart sürücülü sistem ise 0,72kWh enerji tüketmiş ve bu durumda da %53 oranında daha fazla enerji tüketimi olduğu görülmüştür. 

Buradan da anlaşılacağı gibi, çevrim süresi uzadıkça daha fazla enerji farklılığı ortaya çıkmaktadır.  Ancak bu tecrübe 240 ton makineler kullanılarak edinilmiş bir bilgidir, öncelikle bu tonajda ful elektrikli bir makinenin dahil olabilmesi için örnekleme bu tonaj üzerinden yapılmıştır. Neticede buradan elde ettiğimiz bilgiye göre daha büyük tonajlı makinelerde enerji kullanım oranları daha da ciddi farklılıklar gösterecektir.

Wittmann Battenfeld büyük tonajlı makine serisi olan MacroPower (400 – 1600 ton) için opsiyon olarak yeni ve birbirinden farklı amaçlara hizmet edebilen servo sürücü sistemleri de sunabilmektedir.  

Nasıl çalışır

Geleneksel hidrolik pompalar; sabit hızlı, elektriksel olarak ayarlanabilen değişken debili pompa  (Bosch Rexroth DFEE) ile 3 fazlı motorlardan oluşur.  Modüler olarak 3 aşamalı uygulanır, paralel hareketler sağlanarak çevrim zamanlarında önemli azalmalar gerçekleştirilir (Fig. 4).

Hız kontrollü servo sürücü (su soğutmalı) bir opsiyon olarak sunulmaktadır. (Fig. 5), ses seviyesi ve enerji tüketiminde azalma sağlayabilir, bu konsept 3 fazlı sabit hızlı motorlar yerine çok daha dinamik servo motor konseptidir. Burada da yine hidrolik pompalar, elektriksel olarak ayarlanabilen değişken debili eksenel pistonlu pompalardır. Bu sistemde hidrolik pompanın pivot açısı ve motor hızı ile yağ dağıtımı regüle edilir. Bu yolla pompa etkinlik derecesi ve motor hızı optimum ilişkisi, her çalışma anı için hesaplanır ve makinenin kontrol sistemi tarafından düzenli olarak regüle edilir. Wittmann Battenfeld kullanıcıların ihtiyaçlarına göre 3 farklı servo sistem sunabilmektedir.

•S1 ServoDrive paket: Hidrolik pompa için hız kontrollü servo motor, sıralı hareketler için.

•S2 ServoDrive paket: S1 sistemindekine benzer, ilave hidrolik pompa ve servo sürücü ile paralel maça veya paralel itici hareketi sunar. Paralel hareketler için. 

•S3 ServoDrive package: S2 sistemine ilave olarak hızlı enjeksiyon için hidrolik akümülatör (AZOT) üniteside dahildir. Paralel hareketler ve hızlı enjeksiyon için.

Andreas Lechner

Wittmann Battenfeld GmbH ARGE ve Mühendislik Bölüm Müdürü, 

Çeviri:

Baykal Abdullah Dinç

Enjeksiyon Makinesi Satış Müdürü,                          

Wittmann Battenfeld TR