Servohydrauliske kraftenheder: Energiopsparing op til 60 % ved injektionsformning

Ved at kombinere en IE3-servomotor med en højeffektiv indvendig tandhjuls-pumpe kan LIFTHYDRAU's servohydrauliske kraftenheder opnå feltverificerede energibesparelser på 50–60 % på plastinjektionsstøbemaskinlinjer. I denne artikel præsenteres benchmarkdata fra tre kundesider i Vietnam, Tyrkiet og Mexico.

Hvorfor forbruger injektionsstøbemaskiner så meget energi?

Konventionelle sprøjtestøbemaskiner bruger typisk fast- eller variabelpumpemængdepumper, der drives af asynkrone motorer. Under holdtryk-, køling- og formåbningspausefaserne kører motoren fortsat med nominel hastighed, mens hydraulikolie returnerer til tanken gennem trykafbryderventilen – energi, der helt og aldeles omdannes til spildvarme. I reel produktion udgør den del af støbecycle, der faktisk kræver fuld strømningshastighed, normalt kun 30–40 % af den samlede cykeltid, mens systemet arbejder ved lav eller nul effektiv ydelse i resten af tiden. Dette er den grundlæggende årsag til, at servohydrauliske kraftenheder kan levere så betydelige besparelser: olie på forespørgsel, hastighed på forespørgsel.

Systemarkitektur: Tilpasning af IE3-servomotoren til tandhjulsindvendig pumpe

Kernen i en LIFTHYDRAU-servohydraulisk kraftenhed ligger i den samordnede styring af motor og pumpe. En asynchron servomotor af effektivitetsklasse IE3 opretholder høj effektivitet, selv ved delbelastning, og arbejder sammen med drivsystemet for at opnå lukket-loop-regulering af hastighed og drejningsmoment. I forhold til eksterne tandhjulsdesign giver den indvendige tandhjulspumpe lavere strømningspulsation og højere volumetrisk effektivitet og sikrer stabil ydelse, selv ved lave hastigheder – hvilket gør den meget kompatibel med variabelhastighedsdrift i servodrivsystemer.

Når maskinen går ind i trykfastholdelsesfasen, falder servomotorens hastighed til det mindste nødvendige niveau for at opretholde trykket, pumpeens afløb falder tilsvarende, og systemet er ikke længere afhængigt af trykafbryderens afladning. Under afkølingen nærmer motoren sig standstil, og energiforbruget nærmer sig nul. I hele støbeprocessen justerer motorens effekt dynamisk efter den faktiske belastningskurve i stedet for at køre med konstant effekt. Denne styringslogik udgør den tekniske grundlag for besparelsesprocenten på 50–60 %.

Vietnam-site: Husholdningsapparaters kabinettillavning

En apparaturproducent i Vietnam driver en støbeværksted med flere maskiner med en klampekraft på ca. 250 ton, der primært fremstiller tromler til vaskemaskiner og kabinetter til airconditionanlæg. Før ombygning var den gennemsnitlige effektforbrug for hydrauliksystemet pr. maskine ca. 18,5 kW over 22 driftstimer pr. dag. Efter installation af en LIFTHYDRAU-servohydraulisk kraftenhed faldt det målte gennemsnitlige efforbrug til 7,4 kW – en besparelse på 60 %. Afkølingstiden udgør en relativt stor andel af støbecyklussen på dette værksted, og de betydelige tryktab i det konventionelle system under afkøling blev helt elimineret. Ved lokale industrielle elpriser beløber de årlige besparelser pr. maskine sig til ca. 42.000 RMB, og tilbagebetalingstiden er under 14 måneder. Olietemperaturen faldt også tydeligt, hvilket forlængede intervallet mellem udskiftning af hydraulikolie fra 4.000 timer til over 8.000 timer.

Tyrkiet-sted: Præcisionsautomobilkomponentstøbning

En bilkomponentleverandør i Tyrkiet kører formelinjer, der fremstiller indvendige klips og forbindelsesdele, med spændekræfter mellem 180 og 350 ton. Den eksisterende variabelpumpesystem i anlægget krævede hyppig justering af tryk og strømningshastighed under præcisionsformning, og forsinket respons førte til variationer i delevejten. Efter installation af servohydrauliske kraftenheder faldt energiforbruget med 52 %, og gentageligheden ved formning forbedredes markant. Feltdata viste en gennemsnitlig effekt på 21,3 kW pr. 350-tonnemaskine før ombygningen, hvilket faldt til 10,2 kW bagefter. Med Tyrkiets højere og mere volatile industrielle elpriser blev besparelsesargumentet endnu stærkere. Efter gennemførelsen af den første pilotmaskine udvidede anlægget ombygningen til alle 11 maskiner i værkstedet.

Mexiko-sted: Formning af store logistikpaller

En plastproducent i Mexico fremstiller logistikpallutter og genbrugskasser, med spændekræfter generelt over 500 ton — tunge maskiner til langvarig brug. Før ombygning nåede gennemsnitlig hydraulisk effekt pr. maskine 34,7 kW, og hydraulikolietemperaturen forblev vedvarende høj, hvilket krævede supplerende køling om sommeren. Efter installation af LIFTHYDRAU-servohydrauliske kraftenheder faldt gennemsnitseffekten til 14,6 kW, svarende til en besparelse på ca. 58 %. Maskiner med stor kapacitet har lange faser med trykfastholdelse, og servosystemets fordele ved trykfastholdelse ved lav hastighed udnyttes fuldt ud. Olies temperaturen stabiliserede sig inden for et rimeligt interval, og forbruget af kølevand faldt med ca. 35 %.

Fælles konklusioner fra tre lokaliteter

På stederne i Vietnam, Tyrkiet og Mexico faldt besparelserne konsekvent inden for intervallet 50–60 % – ikke tilfældigt. Energistrukturen i en sprøjtestøbemaskines hydrauliske system fastsætter den øvre grænse for fordelene ved eftermontering, mens de faktiske besparelser afhænger af det oprindelige systems effektivitet, andelen af hold- og kølingstid i cyklussen samt maskinens belastningsfaktor. På alle tre steder udgjorde ikke-fuldstrømsdrift mere end 60 % af sprøjtestøbeprocessen, hvilket gav rigeligt plads til besparelser med servodrev.

Bemærkelsesværdigt forblev tilbagebetalingstiderne på alle tre projekter mellem 12 og 20 måneder. Selv hvis man ser bort fra den forlængede olielevetid og den reducerede kølevandforbrug som følge af lavere olie temperaturer, begrundede alene elbesparelserne beslutningen om eftermontering. For sprøjtestøbere er servohydrauliske kraftenheder nu skiftet fra en energibesparende mulighed til en standard liniekonfiguration.

Valg- og eftermonteringsanbefalinger

Servohydrauliske ombygninger er ikke blot et spørgsmål om at udskifte pumpe og motor. Det er nødvendigt at verificere det oprindelige systems arbejdstryk, strømningskurve, tankvolumen og kølekapacitet for at sikre, at servopumpesættets udførelsesegenskaber svarer til formningsprocessen. Volumetrisk effektivitet for tandhjulspumpen ved lav hastighed er en afgørende indikator, der direkte bestemmer stabiliteten i holdfasen. Servodrevsparametrene skal også afstemmes i samarbejde med maskinens styring for at opnå hurtig tryk- og strømningsrespons. For værksteder med flere maskiner, der kører parallelt, anbefales det at starte med én pilotmaskine for at validere besparelsesdata og delkonsekvens, inden der foretages en bredere implementering.