Marcel M?ller, Baumüller Nürnberg GmbH
2024-08-21T12:24:33+02:00
Antriebstechnik
Baumüller

Performancestarke Antriebsl?sungen für Schlie?- und Einspritzeinheit

Die Anforderungen sind klar: Spritzgussmaschinen sollen schnell und effizient in gleichbleibend guter Qualit?t hohe Stückzahlen produzieren. Entscheidend dafür sind insbesondere die Schlie?- und Einspritzeinheit. Wie Sie diese zwei zentralen Achsen in Ihrer Maschine optimieren k?nnen, erfahren Sie im Beitrag. Die gr??ten Stellhebel sind, neben der Auswahl des optimalen Motorenkonzepts, die eingesetzte Antriebstopologie sowie antriebsintegrierte Software-Features.

Effiziente Motorenkonzepte für die Schlie?einheit: Direktantriebstechnik als ein Schlüssel zum Erfolg

Synchrondirektantriebe bringen für den Einsatz in der Schlie?einheit optimale Eigenschaften mit: Sie besitzen einen hohen Systemwirkungsgrad, da mechanische ?bertragungselemente wegfallen, was sich positiv auf die Energieeffizienz der Maschine auswirkt. Zudem sorgen eine hohe Drehmomentdichte und ?berlastbarkeit in Kombination mit einem optimalen Tr?gheitsmoment für die ideale Kombination aus Dynamik und Kompaktheit.

Ein weiterer Vorteil: Der hydromechanische Antriebsstrang der Schlie?einheit kann je nach Maschinengr??e reduziert oder komplett eliminiert werden. Die sehr guten Beschleunigungseigenschaften der Direktantriebe sorgen für niedrige Zykluszeiten, verringern die Stückkosten und steigern die Produktivit?t im Betrieb.

Gleichzeitig l?sst sich so die Maschine kompakter designen, was Aufstellfl?che einspart. Durch die geringere Anzahl an Verschlei?teilen wird der gesamte Herstellungsprozess optimiert: Schl?uche, Riemen und auch das Getriebe entfallen, wodurch eine Kontamination von Endprodukten im Werkzeugraum infolge ?l- oder Schmutzpartikel vermieden wird.

In Zeiten des Klimawandels rückt der CO₂-Footprint von Maschinen und Produkten immer mehr in den Fokus. Beispielsweise l?sst sich durch Rekuperation w?hrend des Bremsvorgangs eine enorme Menge an Energie einsparen. Dies erh?ht den Systemwirkungsgrad der Maschine und verbessert die Energiebilanz der Produzenten. Gleichzeitig reduziert sich auch der Ger?uschpegel, was für die Mitarbeiter im Werk eine deutliche Entlastung bedeutet.

Alternative zum Direktantrieb: Speziell entwickeltes Lagerkonzept

Je nach Anforderung an die Applikation kann die Direktantriebstechnik auch mit einem speziellen Lagerkonzept ausgeführt werden, das speziell für die Kniehebelkinematik entwickelt wurde. Der High-Torque-Motor besitzt in diesem Fall eine spezielle A-seitige Lagerung, um die wirkenden Axialkr?fte, sowohl zug- als auch druckseitig, direkt im Motor aufzunehmen. Damit k?nnen Schlie?kr?fte bis ca. 5.000 kN in Kombination mit einem Kniehebel durch einen reinelektrischen Antriebsstrang realisiert werden. So kann eine aufw?ndige zus?tzliche Maschinenlagerung entfallen. Die robuste Motorlagerung besitzt eine Nachschmierm?glichkeit, um eine hohe Lebensdauer und eine sehr gute Verfügbarkeit sicherzustellen. Durch die Wellen- und Flanschausführung kann die Spindeleinheit einfach angebunden werden. Dies erm?glicht eine optimale Integration in die Maschine bei minimaler Aufstandsfl?che.

Der High-Torque-Motor DST2 von Baumüller ist mit dieser Option in verschiedenen Baugr??en verfügbar. In der Baugr??e 135 sind Maximaldrehmomente bis 1.160 Nm m?glich. Die beiden Baugr??en 135 und 200 erreichen Spitzendrehmomente von 330 Nm bis 4.450 Nm bei Drehzahlen bis 2.000 1/min. Weitere Achsh?hen sind ebenfalls verfügbar.

Direktantrieb für Kniehebelkinematik

Effiziente High-Torque-Motoren für die Einspritzeinheit

Für die Einspritzachse bietet Baumüller zwei Motorenkonzepte an: Direktantriebe oder Servomotoren mit speziellem Lagerkonzept. Beide L?sungen erreichen, mit einer performanten Servoregelung kombiniert, sehr gute Wiederholgenauigkeiten und leisten damit einen wichtigen Beitrag für die hohe Qualit?t und Pr?zision von Spritzgie?teilen.

Direktantrieb für Einspritzbewegungen

Energieeffiziente Synchrondirektantriebe besitzen infolge des Wegfalls mechanischer ?bertragungselemente einen hohen Systemwirkungsgrad. Dieser wirkt sich positiv auf die Energieeffizienz der Maschine aus. Zudem sorgen eine hohe Drehmomentdichte und ?berlastbarkeit in Kombination mit einem optimalen Tr?gheitsmoment für die ideale Synthese aus Dynamik und Kompaktheit. So lassen sich Zykluszeiten reduzieren und auch der Footprint der Maschine wird dadurch deutlich kleiner.

Direktantriebe sind in verschiedenen mechanischen Ausführungen verfügbar, um eine optimale Integration in die Maschine bei einer minimalen Aufstellfl?che zu erm?glichen. Die zur Verfügung stehenden Voll- oder Hohlwellenausführungen erm?glichen beispielsweise die Anbindung eines Spindelgewindetriebes. Dies ist zum Beispiel Ideal für die Einspritzeinheit.

Alternative zur Direktantriebstechnik: Synchronservomotoren mit Zahnstangengetriebe

Als Alternative zum Direktantrieb kann für die Einspritzeinheit beispielweise auch ein hochdynamischer Synchronservomotor in Kombination mit einem Zahnstangengetriebe eingesetzt werden. Die Baureihe DSD2 zeichnet sich durch ein exzellentes Drehmoment-Tr?gheitsmoment-Verh?ltnis bei hoher ?berlastbarkeit aus, womit sehr hohe Beschleunigungen erreicht werden. Ein speziell entwickeltes Lagerkonzept für die Getriebeanbindung sorgt für eine Kompensation auftretender Radial- und Axialkr?fte. Dies erm?glicht eine optimale und kompakte Integration in die Maschine. Die robuste Motorlagerung besitzt eine Nachschmierm?glichkeit, um eine hohe Lebensdauer und gute Verfügbarkeit sicherzustellen. Die Baugr??en 100 und 132 erreichen Maximaldrehmomente von 110 Nm bis 1.080 Nm und Drehzahlen bis 6.000 1/min. Weitere Achsh?hen sind für eine optimale Skalierbarkeit verfügbar.

Dynamischer Servoantrieb DSD2-100XO // Anbindung DSD2 an Zahnstangengetriebe

In Aufl?sung und Robustheit skalierbare multiturnf?hige Gebersysteme sind für die verschiedenen Synchronmotoren konfigurierbar. Infolge des ?Mitz?hlens“ der Motorumdrehungen kann durch Einsatz multiturnf?higer Gebersysteme die absolute Position über 360° hinaus ermittelt werden. Damit l?sst sich beispielweise für Spindel- oder Zahnstangenantriebe die absolute Position entlang des Verfahrwegs erfassen.

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Alle Informationen gibt es in unserem Webcast "Effiziente Antriebstechnik kontra steigende Energiekosten – L?sungen am Beispiel des Plastifizierantriebs"

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Wahl einer energieeffizienten Antriebstopologie

Dass die beiden Hauptachsen schnell, pr?zise und energieeffizient arbeiten, liegt ma?geblich am performanten Antriebsstrang und dessen Einbindung in die Antriebstopologie der gesamten Maschine.

Antriebstopologie mit Einspeiseeinheit für vollelektrische Maschinen

Antriebstopologie mit Rückspeiseeinheit für vollelektrische Maschinen

Beim Bremsvorgang werden die Motoren der Schlie?- und Einspritz?einheit generatorisch betrieben. D.h. die Bewegungsenergie des Systems wird in elektrische Energie umge?wandelt. Der Servoantrieb speist die zugeführte Energie in den Zwischen?kreisverbund und verteilt diese auf die anderen, motorisch arbeitenden Achsen. Dies führt zu einer besseren Energieeffizienz des gesamten Verbunds und erm?glicht einen energieeffizienten Betrieb.

Optional kann Energie durch eine Rückspeiseeinheit ins Netz zurück?gespeist oder zur Zwischen?speicherung überschüssiger Energie ein Kapazit?tsmodul in den Zwischen?kreis eingebunden werden. Letzteres kann, bei Netzausfall oder beim Bremsvorgang der Schlie?einheit, Energie speichern und bei Bedarf wieder bereitstellen. Zum anderen ist es nach einem Netzausfall oder einer St?rung m?glich, in Abh?ngigkeit der vorhandenen Restenergie und des Energiebedarfs, die Antriebsachsen in eine definierte Position zu bewegen. Damit k?nnen Besch?digungen vermieden und ein Wiederanlaufen der Maschine beschleunigt werden.

Baumüller Smart Value –
Intelligenz im Antrieb schützt die Maschine und steigert die Performance

Drive Intelligence für Spritzgie?maschinen: Baumüller hat unter dem Label SmartValue zahlreiche Funktionen entwickelt, die eine Prozessverbesserung direkt im Umrichter realisieren.

Intelligente Reglerfunktionen für die Schlie?einheit

Die Funktion ?Oversampling“ im Servoregler b maXX 5000 erm?glicht eine sehr genaue Sinus-Cosinus-Auswertung der Gebersignale. Durch diese Funktion werden die durch den Geber zur Verfügung gestellten Sinus-Cosinus-Perioden intelligent und damit hochpr?zise ausgewertet. Durch diese hochwertige Signalaufbereitung im Servoregler werden auch bei Gebersystemen mit einer geringen Anzahl an Sinus-Cosinus-Perioden pr?zise und dynamische Bewegungen m?glich – und das Antriebssystem wird damit wirtschaftlicher.

F?llt der Geber w?hrend des Schlie?vorgangs der Spritzgussform aus, kann die Schlie?e unkontrolliert Zufahren. Dabei kann es z.B. zu gro?en Sch?den an der kostenintensiven Mechanik der Spritzgussmaschine kommen. Dies kann je nach Schadensbild zu einem l?ngerfristigen und teuren Produktionsausfall führen. Die zum Patent angemeldete Smart-Protection-Funktion ?Fehlerreaktion auf Geberbruch“ wurde entwickelt, um genau dieses Problem zu l?sen. Die Reglerfirmware in den Servoantrieben prüft mikrosekundengenau den Status des Gebers. Im Falle eines Geberfehlers schaltet sie automatisch von der Closed-loop-Regelung in den U/f-Betrieb um. Anschlie?end wird sofort, entsprechend der individuell eingestellten Parametrierung des Reglers, das System abgebremst und zum Stillstand gebracht. Gleichzeitig kann über den Feldbus eine Information an die Steuerung gesendet werden, um die Maschine geregelt und synchron herunterzufahren. So wird der Schlie?vorgang ohne Sch?den beendet und die Maschine kommt zum Stehen.

Intelligente Reglerfunktionen für die Einspritzeinheit

Die Bewegung der Einspritzachsen wird bei gr??eren Spritzgussmaschinen h?ufig über zwei Gantry-Achsen realisiert. So l?sst sich die Kraft gleichm??ig aufteilen und durch eine schnelle Kommunikation sehr pr?zise regeln. F?llt eine Achse aus, und die andere f?hrt weiter, verkantet sich die Einspritzachse. Dies kann mechanische Sch?den zur Folge haben. Hohe Reparaturkosten und Produktionsausf?lle k?nnen entstehen. Die ?Gantryfunktion mit synchroner Fehlerreaktion“ vermeidet das Verkanten. Beide Achsen agieren - selbst bei Fehlern - immer synchron, also zeit- und bewegungsgleich. Dies passiert automatisch nach Erkennen eines Fehlers und ohne Verz?gerung. Sobald der Fehler beseitigt wurde, kann wieder im Gantry-Betrieb verfahren werden. So k?nnen Sch?den an der Mechanik vermieden werden.

Gantry-Antriebsl?sung

Für die Nachdruckphase besteht die M?glichkeit einer ?PWM-Frequenzumschaltung“ auf 2 kHz. Diese Funktionalit?t verl?ngert die Lebensdauer der IGBT-Einheiten und damit der Servoantriebe. Durch verringerte IGBT-Verluste ist zudem eine verl?ngerte Drehmoment- bzw. Druckhaltedauer m?glich. Durch diese Smart-Quality-Funktion lassen sich Nachdruckzeiten erh?hen und die Genauigkeit und Pr?zision von insbesondere sehr filigranen und komplexen Spritzgie?teilen noch weiter optimieren.

Fazit

Für die Schlie?- und Einspritzeinheit gibt es energieeffiziente, pr?zise und dynamische Motorkonzepte. Je nach Anforderung an die Applikation haben L?sungen mit Direktantriebstechnik oder Zahnstangengetriebe individuelle St?rken.

Die Elektrifizierung dieser Achsen bietet viele Vorteile, wie den Wegfall hydromechanischer ?bertragungselemente bei der Direktantriebstechnik, die hohen Wirkungsgrade, die kompakte Bauform oder die kürzeren Zykluszeiten. Auch die richtige Wahl der Antriebstopologie spielt eine entscheidende Rolle, wenn es um hohe Performance und eine h?here Energieeffizienz geht. Intelligente Servoantriebsfunktionen schützen das System und verl?ngern die Lebensdauer zus?tzlich.

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Marcel M?ller
Plastics I Baumüller Nürnberg GmbH