Serwohydrauliczne jednostki zasilania: oszczędność energii do 60% w procesie wtrysku tworzyw sztucznych

Połączenie serwonapędu z silnikiem serwowym klasy IE3 z wysokosprawną pompą zębatą wewnętrzną pozwala jednostkom hydraulicznym serii LIFTHYDRAU osiągnąć potwierdzone w warunkach terenowych oszczędności energii na poziomie 50–60% w liniach do wtryskiwania tworzyw sztucznych. W niniejszym artykule przedstawiono dane referencyjne zebrano z trzech obiektów klientów w Wietnamie, Turcji i Meksyku.

Dlaczego maszyny do wtryskiwania tworzyw sztucznych zużywają tak dużo energii

Konwencjonalne maszyny do wtryskiwania zazwyczaj wykorzystują pompy o stałej lub zmiennej wydajności napędzane silnikami asynchronicznymi. W fazach utrzymywania ciśnienia, chłodzenia oraz postoju podczas otwierania formy silnik nadal pracuje z prędkością znamionową, podczas gdy olej hydrauliczny powraca do zbiornika przez zawór bezpieczeństwa — cała energia jest wówczas przekształcana w ciepło odpadowe. W rzeczywistej produkcji część cyklu wtryskiwania, która rzeczywiście wymaga pełnej wydajności przepływu, stanowi zwykle jedynie 30–40% całkowitego czasu cyklu, podczas gdy system działa przy niskiej lub zerowej skutecznej wydajności przez pozostałą część czasu. To właśnie podstawowa przyczyna, dla której serwohydrauliczne jednostki zasilające umożliwiają tak znaczne oszczędności: olej na żądanie, prędkość na żądanie.

Architektura systemu: dopasowanie serwonapędu IE3 do pompy zębatej wewnętrznej

Sercem jednostki hydraulicznej LIFTHYDRAU z serwosilownikiem jest zsynchronizowana kontrola silnika i pompy. Asynchroniczny serwosilnik klasy efektywności IE3 zapewnia wysoką sprawność nawet w zakresie częściowego obciążenia i współpracuje z napędem, umożliwiając regulację prędkości i momentu obrotowego w układzie zamkniętym. W porównaniu z pompami o zębatkach zewnętrznym, pompa o zębatkach wewnętrznym charakteryzuje się niższą pulsacją przepływu oraz wyższą sprawnością objętościową, co zapewnia stabilne wyjście nawet przy niskich prędkościach — dzięki czemu doskonale nadaje się do zmiennoprędkościowych zadań systemów napędów serwo.

Gdy maszyna wchodzi w fazę utrzymywania ciśnienia, prędkość serwonapędu spada do minimalnej wartości wymaganej do utrzymania ciśnienia, przepływ pompowy odpowiednio maleje, a system nie korzysta już z odpływu przez zawór przelewowy. W trakcie chłodzenia silnik zbliża się do stanu postoju, a zużycie energii zbliża się do zera. W całym cyklu formowania moc silnika dynamicznie śledzi rzeczywistą krzywą obciążenia zamiast pracować przy stałej mocy wyjściowej. Ta logika sterowania stanowi podstawę techniczną oszacowanych oszczędności w wysokości 50–60%.

Wietnam – miejsce produkcji: linia formowania obudów sprzętów AGD

Producent urządzeń z Wietnamu prowadzi warsztat formowania z wieloma maszynami o sile zaciskania około 250 ton, wytwarzającymi głównie bębny do pralek i obudowy klimatyzatorów. Przed modernizacją średnie zużycie mocy układu hydraulicznego na maszynę wynosiło około 18,5 kW w ciągu 22 godzin pracy dziennie. Po zainstalowaniu serwonapędu hydraulicznego LIFTHYDRAU zmierzone średnie zużycie mocy spadło do 7,4 kW – oszczędność wyniosła 60%. Czas chłodzenia stanowi stosunkowo dużą część cyklu formowania w tym zakładzie, a znaczne straty ciśnienia układu konwencjonalnego podczas chłodzenia zostały całkowicie wyeliminowane. Przy lokalnych taryfach przemysłowych za energię elektryczną roczne oszczędności na jedną maszynę osiągają około 42 000 juanów chińskich (RMB), a okres zwrotu inwestycji wynosi mniej niż 14 miesięcy. Temperatura oleju również wyraźnie spadła, przedłużając interwały wymiany oleju hydraulicznego z 4000 do ponad 8000 godzin.

Strona w Turcji: Precyzyjne formowanie komponentów motocyklowych

Dostawca komponentów motocyklowych w Turcji prowadzi linie formujące produkujące klipsy i łączniki do wnętrza pojazdów, z siłą zaciskania od 180 do 350 ton. Istniejący w zakładzie system pomp zmiennoprzepływowych wymagał częstej korekty ciśnienia i przepływu w warunkach precyzyjnego formowania, a opóźnienie reakcji powodowało wahania masy wytworów. Po zainstalowaniu serwonapędowych jednostek hydraulicznych zużycie energii zmniejszyło się o 52%, a powtarzalność procesu formowania znacznie się poprawiła. Dane z terenu wykazały średnie zapotrzebowanie mocy na poziomie 21,3 kW na maszynę o nośności 350 ton przed modernizacją, które spadło do 10,2 kW po modernizacji. Ze względu na wyższe i bardziej niestabilne ceny energii elektrycznej w sektorze przemysłowym w Turcji oszczędności okazały się jeszcze większe. Po ukończeniu pierwszej maszyny pilotowej zakład rozszerzył modernizację na wszystkie 11 maszyn w warsztacie.

Lokalizacja w Meksyku: Formowanie dużych palet logistycznych

Producent tworzyw sztucznych w Meksyku wytwarza palety logistyczne i wielokrotnie używane skrzynie, z siłami zaciskania zwykle przekraczającymi 500 ton — ciężkie maszyny o długim cyklu pracy. Przed modernizacją średnia moc układu hydraulicznego na maszynę osiągała 34,7 kW, a temperatura oleju hydraulicznego utrzymywała się na wysokim poziomie, wymagając dodatkowego chłodzenia w okresie letnim. Po zainstalowaniu serwonapędowych jednostek hydraulicznych LIFTHYDRAU średnia moc spadła do 14,6 kW, co odpowiada oszczędności około 58%. Maszyny o dużej nośności charakteryzują się długimi fazami utrzymywania ciśnienia, a zaleta systemu serwonapędowego w utrzymywaniu ciśnienia przy niskich prędkościach jest w pełni wykorzystana. Temperatura oleju ustabilizowała się w rozsądnym zakresie, a zużycie wody chłodzącej zmniejszyło się o około 35%.

Wspólne wnioski z trzech lokalizacji

W zakładach w Wietnamie, Turcji i Meksyku oszczędności systematycznie mieściły się w zakresie 50–60% — nie przypadkowo. Struktura energetyczna hydraulicznego systemu maszyny do wtryskiwania określa górną granicę korzyści z modernizacji, podczas gdy rzeczywiste oszczędności zależą od pierwotnej wydajności systemu, udziału czasu utrzymywania i chłodzenia w cyklu oraz współczynnika obciążenia maszyny. We wszystkich trzech zakładach tryb pracy bez pełnego przepływu stanowił ponad 60% cyklu wtryskiwania, co zapewniało znaczny potencjał oszczędności dzięki serwonapędowi.

Warto zauważyć, że okres zwrotu inwestycji we wszystkich trzech projektach mieścił się w przedziale od 12 do 20 miesięcy. Nawet bez uwzględniania wydłużonego okresu użytkowania oleju oraz zmniejszonego zużycia wody chłodzącej wynikającego z niższych temperatur oleju same oszczędności energii elektrycznej uzasadniają decyzję o modernizacji. Dla producentów maszyn wtryskowych jednostki hydrauliczne z serwonapędem przeszły ze statusu opcji oszczędzającej energię do standardowej konfiguracji linii produkcyjnej.

Zalecenia dotyczące doboru i modernizacji

Modernizacje hydrauliczne z serwonapędem nie sprowadzają się jedynie do wymiany pompy i silnika. Należy zweryfikować ciśnienie robocze, charakterystykę przepływu, pojemność zbiornika oraz zdolność chłodzenia oryginalnego systemu, aby zapewnić zgodność parametrów wyjściowych zestawu pompy serwonapędowej z procesem formowania. Sprawność objętościowa pompy zębatej wewnętrznej przy niskich prędkościach stanowi kluczowy wskaźnik, który bezpośrednio określa stabilność fazy utrzymywania ciśnienia. Parametry napędu serwonapędowego należy również dostosować w koordynacji z kontrolerem maszyny, aby osiągnąć szybką odpowiedź ciśnieniową i przepływową. W przypadku warsztatów z wieloma maszynami pracującymi równolegle zaleca się rozpoczęcie od pojedynczej maszyny pilotażowej w celu zweryfikowania danych dotyczących oszczędności oraz spójności wykonywanych części przed szeroką wdrożeniem rozwiązania.