Aktuální vydání

celé číslo

04

2020

Balicí a plnicí linky, výrobní logistika

Příslušentví robotů

celé číslo

Ohraňovací lis: plný výkon při poloviční spotřebě energie

Výrazná úspora energie, dokonalejší funkce a použití osvědčených bezpečnostních obvodů – to jsou požadavky na nový systém pohonu ohraňovacího lisu, které firma Bosch Rexroth AG dokázala splnit při použití hydraulického agregátu řady Sytronix s proměnnými otáčkami. V závislosti na charakteristice pracovního cyklu lisu se při tomto uspořádání dosahuje až padesátiprocentní úspory energie. Výsledný pohon přesto svou dynamikou i přesností předčí většinu pohonných systémů používaných u ohraňovacích lisů.

Požadavek na co nejhospodárnější využití energie pokládá v současnosti za prioritní většina konečných uživatelů strojů po celém světě. Úspora energie se rozhodujícím způsobem podílí na snižování provozních nákladů, a stává se tak nezbytným předpokladem úspěchu zejména výrobních operací vyžadujících mnoho energie – jako je např. tváření. Firma Rexroth za účelem zvýšit energetickou účinnost strojů a strojních celků vyvinula univerzální systémový přístup s názvem Rexroth for Energy Efficiency (4EE), který nyní s úspěchem používá při realizaci úsporných pohonů a systémů jejich řízení. Principy, na nichž přístup spočívá, jsou systémový pohled na navrhovaný pohon jako celek z hlediska energetické hospodárnosti, použití energeticky optimalizovaných komponent, dodávka energie podle skutečné spotřeby a rekuperace přebytečné energie (blíže viz Automa č. 12/2011, str. 12 až 13). Uvedené principy jsou důsledně uplatňovány ve fluidní technice. Firma pro tento obor již vyvinula a dodává velký počet energeticky úsporných komponent i komplexních systémů.

Nakolik lze optimalizací pohonu zvýšit energetickou efektivitu stroje, je možné ukázat na příkladu ohraňovacího lisu, u kterého firma Rexroth nahradila dosud obvyklé uspořádání hydraulického pohonu moderní technikou s mnohem větší energetickou účinností. Dosavadní systémy pohonů sériových lisů jsou koncipovány podle zavedeného průmyslového standardu, tj. hydraulický agregát s elektromotorem, dva řídicí bloky a dva regulační ventily pro synchronizaci chodu přímočarých hydromotorů. Při tomto uspořádání pracuje hydraulický agregát neustále na plný výkon, a to i tehdy, kdy je to pro činnost lisu zbytečné.

Úspora až 50 % energie

Energeticky úsporný přístup firmy Rexroth je oproti tomu založen na použití dvojice hydraulických agregátů s proměnnými otáčkami a řídicích bloků s osvědčenými bezpečnostními funkcemi (obr. 1). Zcela odpadají regulační ventily pro oba přímočaré hydromotory, takže hydraulické obvody jsou jednodušší. Otáčky servomotoru v hydraulickém agregátu s proměnnými otáčkami Sytronix SvP 7000 při částečném zatížení agregátu klesají, a to až do jeho úplného zastavení. V závislosti na charakteristice pracovního cyklu lisu lze tudíž dosáhnout i velmi výrazného snížení spotřeby energie. V zásadě platí, že čím větší je při provozu lisu podíl částečné zátěže, tím větší je i úspora energie. Zatímco u obráběcích strojů splňují provozní požadavky hydraulické agregáty Sytronix FcP 5000 s běžnými indukčními elektromotory kombinovanými s měniči frekvence, u lisů a strojů na zpracování plastů se přednostně používají hydraulické agregáty s elektrickými servopohony. Nespornou předností agregátů se servopohony je, že díky velké dynamice servopohonů dosahují velkých úspor energie i při krátkých pracovních cyklech. Jak ohraňovací, tak i vstřikovací lisy vybavené hydraulickým agregátem Sytronix SvP 7000 se servomotorem tak v porovnání s konvenčními stroji v závislosti na zpracovávaném produktu spotřebovávají až o 50 % méně energie (obr. 2).

Software hydraulického agregátu s proměnnými otáčkami Sytronix již zohledňuje veškeré zvláštnosti plynoucí z fyzikální podstaty hydraulických zařízení. Jako výrobce všech typů pohonů a řídicí techniky dokázala firma Rexroth spojit důkladné znalosti v oboru hydrauliky s rozsáhlým know-how ve výpočetní technice. Uživateli tak zbývá již jen zadat požadované parametry a může své zařízení přímo uvést do provozu. Hydraulické agregáty s proměnnými otáčkami řady Sytronix komunikují s nadřazenou řídicí jednotkou prostřednictvím standardních sběrnic a ethernetových protokolů (např. SERCOS III). Čerpadlo s vnitřním ozubením PGH 3x, optimalizované pro provoz s proměnnými otáčkami, pracuje s maximální účinností v celém rozsahu otáček až do 3 000 min–1. Ve spojení s motorem s proměnnými otáčkami pracuje toto čerpadlo v dvoukvadrantovém režimu. Při kombinaci motoru s řízenými otáčkami s axiálními pístovými čerpadly mohou uživatelé realizovat také hospodárné čtyřkvadrantové systémy. 

Osvědčené bezpečnostní obvody zůstaly zachovány

Značné síly, s nimiž pracují právě ohraňovací lisy, vyžadují maximální ochranu obsluhy. Při použití hydraulického agregátu řady Sytronix s proměnnými otáčkami zůstávají bez výjimky zachovány osvědčené bezpečnostní obvody v hydraulických řídicích blocích, což znamená méně práce techniků při modernizaci pohonů již existujících lisů. Řídicí software synchronizuje oba hydraulické agregáty zapojené s odpovídajícími snímači dráhy do příslušného decentralizovaného regulačního obvodu. Inteligentní dodávka hydraulické kapaliny do obou přímočarých hydromotorů zaručuje polohu jejich pístnic s přesností 0,01 mm. Dané uspořádání nabízí v porovnání se standardními ventilovými rozvody používanými u ohraňovacích lisů nesporné výhody a navíc zlepšuje i celkovou přesnost výroby. Žádané hodnoty vysílané řídicím systémem zajišťují, že ve fázi lisování hydromotory nepřekročí přípustnou rychlost 10 mm·s–1.

Optimální využití všech možností úspor

Jako systémový partner, spolupracující na projektu stroje od fáze koncepčního návrhu až po uvedení celého zařízení do provozu, využívá firma Rexroth i další možnosti úspor, překračující rámec jednotlivých dílčích zařízení a soustav. U standardních pohonných systémů se servoventily a proporcionálními ventily se v důsledku mechanického škrcení průtoku ohřívá hydraulické médium. Teplo je z média třeba odvést v chladiči, což vyžaduje určitou energii. Při regulaci výkonu hydraulického agregátu podle poptávky vzniká jen minimum tepla, takže chlazení ve většině případů není zapotřebí. Ve zbývajících případech postačuje výrazně menší chladicí výkon. Mimoto se použitím komponent s rekuperací energie zvyšuje i celková energetická účinnost servo­pohonů Rexroth IndraDrive. Motory se při zpětném pohybu bez zátěže nebo při dekompresi automaticky přepínají do generátorového režimu, a vyrábějí tak energii, namísto aby ji přeměňovaly v neužitečné teplo. Po­dle požadavku zákazníka je možné takto získanou energii využít v jiných spotřebičích, ukládat pro vlastní spotřebu a nebo ji dodávat do veřejné sítě.

Snižování otáček je ovšem spojeno ještě s dalším aspektem, zajímavým nejen po ekonomické stránce. Střední hladinu hluku se díky systému Sytronix daří snižít o až 10 dB(A). Ve většině případů tak odpadají náklady na sekundární protihlukovou izolaci.

Používání hydraulických agregátů pohonů Sytronix s proměnnými otáčkami se u strojů na zpracovávání plastů již prosadilo celoplošně – daří se tak výrazně zlepšovat jejich energetickou účinnost. Přednost tomuto způsobu však již nyní dávají i výrobci lisů. Umožňuje totiž uživatelům jejich výrobků dosáhnout výrazně menších celkových nákladů na vlastnictví (Total Cost of Ownership – TCO), a to při minimálně stejné produktivitě.

 (Bosch Rexroth, spol. s r. o.)

Obr. 1. Firma Rexroth jako systémový partner využívá veškeré možnosti úspor včetně těch, které překračují rámec jednotlivých zařízení dílčích soustav, a to při zajištění všech požadovaných funkcí a zachování osvědčených bezpečnost­ních prvků

Obr. 2. Hydraulické agregáty Sytronix SvP 7000 se servomotorem pro tvářecí stroje šetří energii a snižují střední hlukovou zátěž