Koncept WITTMANN BATTENFELD

Zpracování plastických hmot je z energetického hlediska jedním z nejnáročnějších odvětví průmyslu. Stoupající ceny elektrické energie a s nimi rostoucí požadavky na hospodárnost a efektivnost výroby jsou hnacím motorem vývoje energeticky úsporných řešení výrobních procesů, ke kterým v neposlední řadě přibývá i důraz na ochranu životního prostředí. Firma WITTMANN BATTENFELD má v této oblasti bohaté zkušenosti a vývoji hospodárných technologií věnuje značnou pozornost. Do energetické náročnosti výrobního procesu je nutné zahrnout spotřebu všech systémů a zařízení, která se na výrobě podílí. Podíváme-li se na proces výroby vstřikovaných dílů podrobně, dojdeme k následujícímu rozdělení spotřeby elektrické energie: 48 % pohon vstřikovacího stroje, 11 % topení komory, 4 % vytápění formy (horké vtoky), 15 % chladicí zařízení, 11 % výroba stlačeného vzduchu a 11 % připadá na ostatní periferie. Z výše uvedeného rozdělení je patrné, že největší prostor pro úsporu elektrické energie se nachází v oblasti pohonu vstřikovacího stroje a právě pro řešení i těch nejnáročnějších požadavků z oblasti výroby vstřikovaných dílů nabízí firma WITTMANN BATTENFELD dva hlavní koncepty energeticky úsporných pohonů vstřikovacích strojů. Je to koncept elektrického stroje řady EcoPower a hydraulického stroje vybaveného pohonem ServoDrive. KONCEPT BĚŽNYCH HYDRAULICKYCH VSTŘIKOVACICH STROJŮ Zdrojem energie pro hydraulický systém běžných vstřikovacích strojů je třífázový asynchronní motor s konstantními otáčkami. Vlastní hydraulický systém pak ovládá jednotlivé pohyblivé části stroje, jako je uzavírací systém, hydromotor pro pohon šneku, vstřikovací válce, pohyb vstřikovací jednotky a další hydraulické prvky, jako například tahače jader nebo uzavíratelné trysky vstřikovací jednotky a formy. Nevýhodou tohoto konceptu je jeho nižší účinnost, protože elektrická energie je nejprve přeměněna na hydraulickou a teprve ta pak na mechanickou. Asynchronní motor pracuje neustále s konstantními otáčkami. Díky tomu spotřebovává určité množství energie pro svoji vlastní činnost a jeho účinnost v době, kdy pracuje prakticky bez zatížení, se výrazně snižuje. Plného zatížení elektrického motoru se v průběhu pracovního cyklu dosahuje jen v krátkých časových intervalech. Například během doby chlazení, která tvoří významnou část z pracovního cyklu stroje, není po ukončení dávkování žádná energie potřebná. Motor zde přesto pracuje se jmenovitými otáčkami v oblasti s nízkou účinností. USPORA ENERGIE U ELEKTRICKYCH VSTŘIKOVACICH STROJŮ ECOPOWER Za účelem snížení spotřeby elektrické energie byly vyvinuty elektrické vstřikovací stroje a firma WITTMANN BATTENFELD má s jejich výrobou již 20leté zkušenosti. Překážkou většího rozšíření byla zpočátku jejich vysoká pořizovací cena, ale díky snížení výrobních nákladů především v oblasti servopohonů došlo v posledních letech ke zvýšení podílu elektrických strojů, a to i na evropských trzích. Všechny hlavní osy elektrického stroje jsou poháněny servopohony. Elektrická energie je tak přímo přeměněna na mechanickou. Tyto pohony pracují s vysokou účinností a navíc jsou v činnosti jen v určité části cyklu. To vede k významným úsporám elektrické energie, mnohdy o více než 60 % oproti klasickým hydraulickým strojům. Výrobní řada EcoPower představuje nejnovější koncept elektrického stroje firmy WITTMANN BATTENFELD. Pro přenos síly jsou u všech pohyblivých částí použity pouze planetové převody či přesné kuličkové šrouby a nikoliv řemeny, které podléhají nadměrnému opotřebení. Pro zvýšení efektivnosti je u stroje použit patentovaný systém „KERS“ (Kinetic Energy Recovery System), který zajišťuje i využití brzdné energie stroje. Stroje EcoPower se dodávají ve dvou provedeních. Jednak jako plně elektrická verze, dále pak v provedení s malým hydraulickým tankem (50 l) vybaveným konstantním čerpadlem se servopohonem, který umožňuje pohyby vyhazovače, přísunu trysky a tahačů jader. ENERGETICKA UČINNOST HYDRAULICKYCH VSTŘIKOVACICH STROJŮ PŘI POUŽITI POHONU SERVODRIVE Spojení výhody energeticky úsporných elektrických strojů s cenově příznivějšími hydraulickými vstřikovacími stroji nabízí WITTMANN BATTENFELD v podobě hydraulické řady strojů s pohonem ServoDrive. U tohoto konceptu je třífázový asynchronní motor s konstantními otáčkami a axiálním pístovým čerpadlem nahrazen pohonem s vysoce dynamickým servomotorem a konstantním čerpadlem. Účinnost využití elektrické energie se přibližuje elektrickým vstřikovacím strojům, přičemž výhodou jsou nižší pořizovací náklady. Jako hydraulické čerpadlo je v tomto případě použito zubové čerpadlo s vnitřním ozubením a konstantním objemem. Vlastní regulace pohybu je u tohoto pohonu řízena výhradně otáčkami motoru. Díky tomu je možno pro každou část pracovního cyklu stroje pracovat jen s potřebnými optimálními otáčkami servopohonu. Jinými slovy řečeno: pro poloviční objem průtoku hydraulického oleje pracuje stroj s polovičními otáčkami motoru a se zvýšenou úsporou elektrické energie. V intervalech, kde není potřeba žádného pohybu stroje, například při chlazení, může být po ukončení dávkování pohon čerpadla úplně zastaven. V kombinaci s použitím servomotorů s vysokým stupněm účinnosti dochází k úspoře elektrické energie mnohdy o více než 40 % oproti standardním pohonům hydraulického systému vstřikovacího stroje. DALŠI VYHODY POHONU SERVODRIVE Kromě nízké spotřeby energie je další výhodou pohonu ServoDrive i snížené zahřívání hydraulického oleje v systému a tím snížení energetických nároků na chlazení stroje. Hydraulický olej je zároveň méně namáhán, což působí příznivě na jeho životnost. Prodloužení intervalů výměny hydraulického oleje přináší s sebou snížení provozních nákladů spojených s hydraulickým olejem a má i příznivý dopad na ekologii. Při použití konceptu ServoDrive je vedle těchto výhod zřetelné i snížení hranice hlučnosti stroje díky nahrazení pístového čerpala zubovým čerpadlem s nižší hlučností. Při optimálním využití a odhlučnění stroje to představuje snížení hlučnosti až o 3 dB. Návratnost zvýšených pořizovacích nákladů spojených s vybavením stroje pohonem ServoDrive je zpravidla do 2 až 3 let provozu vstřikovacího stroje. Vedle zřetelně nižších nákladů na energii a úspoře nákladů na hydraulický olej dosahují vstřikovací stroje s pohony ServoDrive i další snížení nákladů na energii díky redukci jalového proudu. Moderní servomotory pracují s vyšším stupněm účinnosti, což představuje zvýšení účiníku (cos fí) celého vstřikovacího stroje o téměř 20 %. PERSPEKTIVY POHONU SERVODRIVE Stále stoupající ceny elektrické energie a zavedení nových norem EU ohledně používání pouze vysoce účinných trojfázových asynchronních motorů je jedním z nejdůležitějších faktorů při vývoji, konstrukci a výrobě vstřikovacích strojů. Nové normy by měly vstoupit v platnost od června 2011, a proto je snahou firmy WITTMANN BATTENFELD využívání efektivních a energeticky vysoce účinných konceptů pro řešení pohonů vstřikovacích strojů. Firma WITTMANN BATTENFELD je v současné době připravena dodávat zákazníkům stroje vybavené technologií ServoDrive téměř pro všechny řady hydraulických vstřikovacích strojů. WITTMANN BATTENFELD CZ www.wittmann-group.cz