Engel tam elektrikli enjeksiyon makineleri yüksek performansta sınır tanımıyor
- JACOM_CONTENT_CREATED_DATE_ON
- JACOM_CONTENT_WRITTEN_BY
Tam elektrikli plastik enjeksiyon  makineleri uzun yıllar boyunca yüksek enerji tasarrufu ve hassasiyet sundukları için kullanılmış olsalar da , artık günümüzde yüksek performans ve yüksek hız gerektiren uygulamalarda kendilerine yer ediniyorlar. 3 saniyenin oldukça altında çevrim sürelerine ulaşılıyor. Ancak ilgili şartları sağlamak makine tasarımına büyük önem verilmesini gerektiriyor.
Bu kadar düşük çevrim sürelerine ulaşacak, yüksek performanslı, tam elektrikli enjeksiyon  makineleri geliştirmek yalnızca kapasite meselesi değildir. Bu daha çok bileşenleri ve onların birbiriyle etkileşimlerini en uygun hale getirmeyi gerektirir. 3,5 saniyelik çevrim süresine eşlik eden yük ve ivmelenmedeki büyük değişiklikler sebebiyle, manivelalı kelepçeden millere motordan koruyucu parçalara kadar bütün makine bileşenleri ciddi gerilime maruz kalır. Bu derece düşük çevrim süreleri mekanik yükü arttırmanın yanı sıra kurulu kapasite ve tahrik bileşenlerinin güç kaynağındaki hassas eş zamanlı eksen hareketleri açısından ilgili boyutlandırılmalarına uyarlamalar yapılmasını gerektirir. Bu durum mekanik sürtünmeye maruz kalan parçaların yağlanmasında da geçerlidir – yağlama genellikle ısıyı dağıtmak için kullanılır. Bu yeterli değilmiş gibi yükler makinenin boyutuyla doğru orantılı olarak artar.
Bütün, parçalardan önemlidir
Tam elektrikli yüksek performanslı makineler sadece paketleme endüstrisinin değil aynı zamanda tıbbi teknolojinin de ihtiyacıdır. Bu nedenle de ilgili endüstriye özel ölçütlerin tasarımın içine uygulanması gerekir. İlk adım kapama ünitesi  için motor seçimidir çünkü kısa çevrim sürelerinin bel kemiği motordur. Günümüzde mafsallı tip kapama ünitelerinde yüksek mekanik dönüşümü nedeniyle miller ağırlıklı olarak tercih edilmektedir. Bu tip sürücülerin pek çok çeşidi bulunmaktadır Kayış kasnak sistemi ile dönen mil (çeşit 1) düşük dairesel eylemsizlik momenti dolayısıyla en yüksek devingen tepkiyi verir. Maliyet verimliliği en yüksek olan birleşim budur ancak dönen milden fırlayan yağlar nedeniyle temizlik konusunda sorunlar yaşamaktadır. Dahası bu çözüm çok yüksek tahrik momentleri altında sınırlarına ulaşır, örneğin büyük kelepçeleme birimlerinde kayış ile aktarılabilecek güç sınırlıdır.
Tam tersine döner somun işlemin çok temiz gerçekleştirilmesini sağlar. Burada mil, döngüsel değil çizgisel hareketler yaptığından yağlamada kullanılan madde sadece damlar. Genellikle somun ya doğrudan tahrik (çeşit 2) ya da kayış (çeşit 3) ile harekete geçirilir. Buradaki bir dezavantaj dönen somunun eylemsizlik momentinin büyüklüğünün motor momentiyle dengelenmesi gerekliliğidir. Bir doğrudan tahrik ile birleştirildiğinde bu çözüm sessizliği ve düşük enerji tüketimi ile öne çıkar. Doğrudan tahrikin ayırt edici özelliği motor ya da mil yatağı üzerinde etki eden radyal kuvvetler olmadan saf moment aktarımıdır. Sonuç olarak paketleme ve tıp teknolojilerinin yüksek performanslı uygulamalarının ihtiyaçlarını karşılayan en iyi çözüm bu yöntemdir.
Yüksek verimlilik, yapısal sadelik: Bilyeli vida
Döngüsel hareket, çizgisel harekete genellikle mil sistemleri ile dönüştürülür. Farklı tip millerin verimliliğinin analiz edilmesinin ardından ENGEL yüksek performanslı uygulamalarda bile bilyeli vida kullanmaya karar vermiştir. Bunlar rulmanlı vidalardan daha verimlidir. Dahası, örneğin krameyer ve pinyon çözümlerine kıyasla daha uygun maliyetle bir araya getirilebilir..
Ä°lk tasarımlar krank tahriki kullanmayı öngörmüş ancak makineler çok maliyetli ve büyük olmuÅŸtu. Bilye vidalı millerin tasarımındaki geliÅŸmeler yeniden deÄŸerlendirme yapılmasını saÄŸladı. Modern yüksek hızlı miller yüksek hız ve yükleri karşılayabilirler. Ancak miller kalite anlamında çok büyük ölçüde çeÅŸitlenir ve en iyi ürünlerin seçimi ciddi deneyim gerektirir.Â
DenenmiÅŸ ve doÄŸru, ama yine de geliÅŸime açık: Manivelalı kelepçeÂ
Makine gücünü kelepçe tarafında arttıracak beklenmeyen kapasite uzun süredir tamamen denenmiş ve tamamlanmış bir bileşen olarak kabul edilen manivelalı kelepçede bulunmuştur.  ENGEL e-motion makinelerinde manivelalı kelepçe contalı tiptedir. Böylece üretim temiz olmakla kalmaz aynı zamanda sürtünme azalır, bakım maliyetleri asgariye iner ve enerji tüketimi düşer.
Her eklem noktasının kendi dozaj ögesine sahip olduğu dolaşımlı yağlama tasarımı sayesinde bu mümkün olur. Kapalı yağlama tasarımlarında olduğu gibi kirin sisteme pompalanması engellenir. Eksik yağlamayı engellemek için, yağlayıcı her bir eklem noktasına bulon yoluyla ayrı ayrı sağlanır (ENGEL patentlidir) ve atılır. Ayrı olarak patentli conta ile birleştiğinde ortaya çıkan sonuç eklem noktasının sürekli yağ ile dolu olmasıdır. Sürekli yağ tabakası yatak bileşenlerinin yıpranmasını azaltır ve açılma ve kapanma hareketleri sırasında yaşanan yük değişimlerinde yatak levhasını yağlar ve daha yüksek hızlar sağlar. Bu nedenle yeniden dolaşımlı yağlama tasarımı daha yüksek devingen tepki ve daha uzun parça ömrünün temelidir.
Bir diÄŸer artı ise yeniden dolaşımlı yaÄŸlama sayesinde doÄŸan tasarruflardır: yağın sık sık deÄŸiÅŸmesi ya da yeniden doldurulması gerekmez. Geleneksel sistemlerde yaÄŸlayıcı tüketimi ve yaÄŸ kirlenmesi çevrim sayısıyla doÄŸrudan deÄŸiÅŸir, çevrim süresinin yarıya inmesi için iki kat yaÄŸlayıcı gerekmektedir. Servo elektrik tahrik de yine parça ömrünü uzatır. Makine hareketleri, özellikle de ivmelenme ve ivme deÄŸiÅŸimleri ile belirlenen hareket profilleri yükte önemli bir azalma saÄŸlayacak kadar hassas biçimde kontrol edilebilir.Â
Elektro mekanik tahrik aktarma organları sayesinde kelepçeleme birimi daha yüksek rijidite  ve konumlanma tutarlılığına ulaşır. Genelde mil tahrikleri daha tekrarlanabilir hareket dizileri sağlar. Hidrolik tahrik sistemlerinde enerji aktarımı sıvısı akışkandır ve akışkanlık ısı ile değişir, ancak elektromekanik güç aktarımında bu durum geçerli değildir. Bu durum tam elektrikli enjeksiyon kalıplama makinelerinde enjeksiyon hareketine ek olarak kelepçe ve püskürtücü hareketlerinde de görülebilir. Hareketlerdeki konumlandırma tutarlılığı derece olarak arttıkça artarda hareket aralıkları için bekleme süreleri azalır.
ENGEL e-motion makinelerinde kalıp taşıyıcı kılavuz raylarda hareket eder bu da pek çok makine tasarımda kullanılan aşırı kararlı rot çubuğu tasarımına kıyasla daha az sürtünme üretir. ENGEL, rot çubuksuz makinelerle olan deneyimi sayesinde tam elektrikli plastik enjeksiyon  makinelerine bu kılavuz ray tasarımının öncülüğünü yapmaktadır.
Elektrikli enjeksiyon birimlerinde geniÅŸ yelpazeÂ
Enjeksiyon birimi tarafında ise ulaşılabilir performans düzeyini genellikle motor, kontrolör ve miller belirler.  Yüksek güçle bileşen yüksek devingen tepki nedeniyle 50 mm ve üzerindeki geniş çaplı enjeksiyon vidalarını hareket ettirmek için elektromekanik tahriklerde çok milli çözümler kullanılmaktadır. Tekli mil, kontrolör ya da motorlarla bu söz konusu performans şartlarını yakalamak normalde mümkün değildir, çünkü standart bileşenler bu işi yapacak kapasitede olmamaktadır. Yüksek yük dayanımına sahip modern kontrolör kalıpları gerekli gücü sağlar.
Yüksek enjeksiyon performansı için motorları da geliştirmek gerekliydi. Özellikle düşük eylemsizliğe sahip motorların kullanımı, tam elektrikli makinelerin yüksek performans sınıfında karlı bir biçimde yararlanmasını sağlayacak şekilde bölgedeki tahrik sürelerini birkaç milisaniyelere inmesini sağlamıştır.
Servo motorun tam performans potansiyeli kullanılacak olursa, kontrolör seçilirken kontrolör ve motor arasındaki etkileÅŸim göz önünde bulundurulmalıdır. ÖrneÄŸin, DC baÄŸlantı voltajı azami ulaşılabilir hızı ve bu nedenle azami motor torkunda enjeksiyon sıklığını etkiler. DoÄŸru motor bobinini seçmek tork oranının akıma göre optimize edilmesini saÄŸlar ve böylece enjeksiyon hızının dinamiklerinin geliÅŸmesini saÄŸlar. Tork ayrıca yüksek hızlarda alan zayıflatılmasıyla da arttırılabilir. Bütün bu önlemler, yüksek enjeksiyon hızlarında devingen tepkiyi ve enjeksiyon basınçlarını geliÅŸtirmeye yarar.Â
Çoklu millerin kullanımı elektromekanik olarak birbirilerine bağlanmalarını gerektirir. Akıllı kontrol sistemleri gerekli hız ve tork senkronizasyonunu sağlar.
Şu anda ENGEL, elektrikli enjeksiyon birimlerinde 105 milimetreye varan vida çapları ve 800 mm/s’ye varan enjeksiyon hızları ile  piyasadaki en geniş yelpazeyi sunmaktadır. Artık 55 milimetreye kadar çaplı vidalarla 500 mm/s enjeksiyon hızlarına ulaşılmaktadır. 80 milimetreye kadar çaplar için enjeksiyon hızları 300 mm/s civarındadır ve azami 105 mm vida çapında 200 mm/s de ulaşılabilmektedir. ENGEL çözümlerini pek çok rakip ürünün klasik makine tasarımlarından özellikle de Japon ürünlerinden ayıran önemli bir gerçek bütün bu rakamların yüksek basınçta alınmış olmasıdır (Şekil 5). Yüksek performans segmenti yüksek hız yerine ivmelenme ve kısa aralık süreleri gibi devingen tepkiye daha fazla bağlıdır. Yine de varsayılan enjeksiyon vuruşu üzerinden belirtilen azami enjeksiyon hızlarına sınırlı ivmelenme dolayısıyla ulaşılamaz.
Performans iyileÅŸtirmeleri, tam elektrikli plastik enjeksiyon makinelerinin kullanım alanlarını oldukça geniÅŸletmiÅŸtir. Çoklu kavite ya da istifli kalıplama temelinde yüksek akış yolu uzunluklarına ve yüksek vuruÅŸ ağırlıklarına sahip ince duvarlı parçaların üretiminde  iÅŸlemciler artık yalnızca bir akümülatör çözümünde ihtiyaç duyar. Teknik olarak, özellikle de küçük vida çapların için alternatif elektromekanik olasılıklar mevcuttur. ÖrneÄŸin bireysel üreticiler henüz ekonomik olarak makul olmayan ve bu nedenle gölgede kalan deneysel çizgisel tahrikleri tekrar tekrar sunmuÅŸtur.Â
Müşteri faydasının belirlediÄŸi teknolojiÂ
1998 yılında ENGEL piyasaya tam elektrikli enjeksiyon makineleri süren Avrupa’nın ilk kalıplama makineleri üreticisiydi. Daha sonra bu makineleri yüksek performans ve hız gerektiren sektörün ihtiyaçları doğrultusunda yenilemeye devam etti. Günümüze dek ENGEL toplamda 3500’ün üzerinde tam elektrikli makine, dolayısıyla da 17000’in üzerinde mil üretmiştir. Bu makinelerin büyük çoğunluğu yüksek performanslı uygulamalarda kullanılmakta ve bu nedenle oransız olarak zorlanmıştır.
Uzun yıllara dayanan tecrübeleri kullanarak 3 saniyeden daha kısa çevrim sürelerine sahip ekonomik tasarımlar geliÅŸtirilmiÅŸtir. ENGEL’in her seferinde boyutlandırma için kullandığı yük verisi, kurum içi test ekipmanı üzerindeki hata oranları ve gerçek kullanım ömürleri sayesinde edindiÄŸi deneyimlerden doÄŸmuÅŸtur. Ezbere dayalı bir yaklaşım aşırı boyutlu, verimsiz ortalama çözümler doÄŸurabilirdi: çünkü mil tasarımı, örneÄŸin geleneksel olarak sadece yük oranına baÄŸlıdır. Ancak bir milin tasarımı kurulum koÅŸullarına, yaÄŸlama ve soÄŸutmaya, tahrik türüne, mil yapısına, hız katsayısına ve ancak bunlardan sonra yük oranına göre belirlenir. Yük oranı bu durumda kesin olmayan, yalnızca göreceli bir deÄŸer iÅŸlevi görür. Â
ENGEL’in tam elektrikli enjeksiyon  makinesi maksimum verimlilikle birlikte en yüksek çıktı oranlarının üstesinden gelmek için tasarlanmıştır. ENGEL e-cap, kapak ve conta üretiminin spesifik ihtiyaçlarını gidermek için geliştirilen, denenmiş ve güvenilir tam elektrikli ENGEL e-motion makinelerine dayanmaktadır. Makinenin 4,200 kN’lik bir versiyonu 96 kavitelik bir kalıpta bir saatte 130,000’in üzerinde kapak üretmektedir. Örnek olarak çevrim süresi 2.7 saniyedir. Bu, artırılmış bir püskürtme gücü ve özellikle hızlı bir kelepçe tahrikine sahip, özel olarak uyarlanmış bir enjeksiyon birimi ile mümkün olmuştur. Yılda 8000 saat çalışma süresi ve 0,1 sent/kWh enerji fiyatıyla, elektrikli tahrik hidrolik makinelere kıyasla 40000 Euro’dan fazla (-%55) enerji tasarrufu sağlama kapasitesine sahiptir
SonuçÂ
ENGEL e-motion tasarımına iliÅŸkin içerikte ve ENGEL e-cap örneÄŸinde gösterildiÄŸi gibi yüksek performanslı uygulama sektörünü de elektriklendirmek için üç unsur gereklidir: her bir makine bileÅŸeninin optimizasyonu, özellikle büyük makineler söz konusu olduÄŸunda güç hale gelen bütün bileÅŸenlerin mükemmel ÅŸekilde etkileÅŸimde olması durumu, elektrikli makinelerin tasarımında uzun yıllardan gelen deneyim. Teknik yenilikler yapmaya yönelik bu istek, sunduÄŸu düşük enerji tüketimi, yüksek hareket hassasiyeti, kısa çevrim süresi ve temizlik imkanları sayesinde sonuç olarak özellikle medikal uygulamalar için kullanıcıya fayda saÄŸlamaktadır. ENGEL 5,000 kN’ye kadar bir kelepçeleme kuvvetine sahip farklı endüstriyel ihtiyaçlar için tam elektrikli makineler sunan Avrupa’daki tek plastik enjeksiyon makinecisi üreticisidir.Â
ENGEL AVUSTURYA /Â
Dr. Gerhard Dimmler, Â Â Â Â Â Â
Ãœrün AraÅŸtırma ve GeliÅŸtirme Bölümü BaÅŸkanıÂ
Friedrich Mairhofer, e-motion ve e-max             Â
Ãœrün MüdürüÂ
Werner Kappelmüller,      Â
Ãœrün GeliÅŸtirme Bölümü BaÅŸkanıÂ
Stefan Eppich, Ãœrün GeliÅŸtirme Bölümü        Â
Grup LideriÂ