Servohydrauliska kraftenheter: Energibesparing upp till 60 % vid injekteringssprutning

Genom att kombinera en IE3-servomotor med en intern tandhjuls pump med hög verkningsgrad kan LIFTHYDRAU:s servohydrauliska kraftenheter uppnå fältverifierade energibesparingar på 50–60 % i plastinjekteringsformningslinjer. Den här artikeln presenterar referensdata från tre kundanläggningar i Vietnam, Turkiet och Mexiko.

Varför injekteringsformningsmaskiner förbrukar så mycket energi

Konventionella injekteringssystem använder vanligtvis pumpar med fast eller justerbar fördelning som drivs av asynkronmotorer. Under faserna för hålltryck, kylning och mönsteröppning stannar inte motorn utan fortsätter att rotera vid märkta varvtal samtidigt som hydrauloljan återvänder till tanken genom tryckavlastningsventilen – energin omvandlas helt till spillvärme. I verklig produktion utgör den del av formcykeln som faktiskt kräver full flöde vanligtvis endast 30–40 % av total cykeltid, medan systemet arbetar med låg eller noll effektiv effekt under resten. Detta är den grundläggande anledningen till att servohydrauliska kraftenheter kan ge så betydande besparingar: olja på begäran, hastighet på begäran.

Systemarkitektur: Anpassning av IE3-servomotorn till intern tandhjuls-pump

Kärnan i en LIFTHYDRAU-servohydraulisk kraftenhet ligger i den samordnade styrningen av motor och pump. En asynkron servomotor av effektivitetsklass IE3 upprätthåller hög effektivitet även vid delbelastning och arbetar tillsammans med drivsystemet för att uppnå reglering av varvtal och vridmoment i sluten loop. Jämfört med utvändiga tandhjulsdesigner ger den inre tandhjulspumpen lägre flödespulsation och högre volymetrisk verkningsgrad, vilket säkerställer stabil effekt även vid låga varvtal – vilket gör den mycket kompatibel med variabla varvtalsuppgifter i servodrivsystem.

När maskinen går in i hålltrycksfasen sjunker servomotorns hastighet till det lägsta värde som krävs för att upprätthålla trycket, pumpens flöde minskar därefter motsvarande och systemet är inte längre beroende av tryckbegränsningsventilens utsläpp. Under kylfasen närmar sig motorn stillastående och energiförbrukningen närmar sig noll. Under hela formningscykeln följer motorernas effekt den faktiska belastningskurvan dynamiskt istället för att köra med konstant effektutdata. Denna styrlogik är den tekniska grunden för de angivna besparingsprocenterna på 50–60 %.

Vietnamplats: Hushållsapparaters höljesformningslinje

En apparattillverkare i Vietnam driver en formningsverkstad med flera maskiner med en kraft på cirka 250 ton, främst för tillverkning av tvättmaskinstrummor och luftkonditioneringshållare. Före ombyggnad var den genomsnittliga effektförbrukningen för hydraulsystemet per maskin cirka 18,5 kW under 22 drifttimmar per dag. Efter installation av en LIFTHYDRAU-servohydraulisk kraftenhet sjönk den uppmätta genomsnittliga effektförbrukningen till 7,4 kW – en minskning med 60 %. Kyltiden utgör en relativt stor del av formningscykeln på denna anläggning, och de betydande tryckförlusterna i det konventionella systemet under kylfasen eliminerades helt. Vid lokala industriella elpriser uppgår de årliga besparingarna per maskin till cirka 42 000 RMB, med en återbetalningstid på under 14 månader. Oljetemperaturen sjönk också märkbart, vilket förlängde intervallen för byte av hydraulolja från 4 000 timmar till över 8 000 timmar.

Turkiska platsen: Precisionstillverkning av bilar-komponenter för formning

En bilkomponentleverantör i Turkiet kör formgivningslinjer som tillverkar inredningsklämmor och kopplingar, med kraftverkan mellan 180 och 350 ton. Den befintliga variabla pumpsystemet på anläggningen krävde ofta justering av tryck och flöde under precisionsformgivningsförhållanden, och svarstiden orsakade variationer i delarnas vikt. Efter installation av servohydrauliska kraftenheter sjönk energiförbrukningen med 52 % och upprepbarheten i formgivningen förbättrades markant. Fältdata visade ett genomsnittligt effektbehov på 21,3 kW per maskin med 350 tons kapacitet före ombyggnad, vilket sjönk till 10,2 kW efteråt. Med Mexikos högre och mer volatila industriella elpriser blev besparingsfallet ännu starkare. Efter att ha slutfört den första provmaskinen utvidgade anläggningen ombyggnaden till samtliga 11 maskiner i verkstaden.

Mexikoanläggning: Formgivning av stora logistikpallar

En plasttillverkare i Mexiko tillverkar logistikpallar och återanvändbara containrar, med kraftverkan som vanligtvis överstiger 500 ton – tunga maskiner för lång cykeltid. Innan ombyggnad uppgick den genomsnittliga hydrauliska systemeffekten per maskin till 34,7 kW, och temperaturen på hydrauloljan var konstant hög, vilket krävde kompletterande kylning under sommaren. Efter installation av LIFTHYDRAU:s servohydrauliska kraftenheter sjönk den genomsnittliga effekten till 14,6 kW, en besparing på cirka 58 %. Maskiner med stor tonnage har långa faser med hålltryck, och servosystemets fördel vid låg hastighet vid tryckhållning utnyttjas fullt ut. Oljetemperaturen stabiliserades inom ett rimligt intervall, och förbrukningen av kylovatten minskade med cirka 35 %.

Vanliga slutsatser från tre platser

På platserna i Vietnam, Turkiet och Mexiko låg besparingen konsekvent inom intervallet 50–60 procent – inte av ren tillfällighet. Energistrukturen i en injektningsformningsmaskins hydraulsystem bestämmer den övre gränsen för nyttan med ombyggnad, medan de faktiska besparingarna beror på det ursprungliga systemets verkningsgrad, andelen håll- och kylingstid i cykeln samt maskinens lastfaktor. På alla tre platser stod icke-fullströmsdrift för mer än 60 procent av formningscykeln, vilket gav stort utrymme för besparingar med servodrift.

Anmärkningsvärt var att återbetalningstiderna för alla tre projekten låg mellan 12 och 20 månader. Även om man bortser från förlängd oljelivslängd och minskad kylvattenförbrukning på grund av lägre oljetemperaturer räcker elbesparingarna ensamma för att motivera ombyggnaden. För injektningsformare har servohydrauliska kraftenheter gått från att vara ett energibesparande alternativ till att bli en standardkonfiguration i produktionslinjen.

Urval och rekommendationer för ombyggnad

Servohydrauliska ombyggnader är inte en enkel fråga om att byta ut pump och motor. Det ursprungliga systemets arbetstryck, flödeskurva, tankvolym och kylkapacitet måste verifieras för att säkerställa att servopumpens utdataegenskaper stämmer överens med formningsprocessen. Volymetrisk verkningsgrad för den inre tandhjuls-pumpen vid låg hastighet är en nyckelindikator som direkt avgör stabiliteten under hållfasen. Servodrивparametrar måste också justeras i samordning med maskinens styrenhet för att uppnå snabb tryck- och flödesrespons. För verkstäder med flera maskiner som körs parallellt rekommenderas det att börja med en enda pilotmaskin för att validera besparingsdata och delkonsekvens innan en bredare införande.