בקרת טמפרטורות משולבת – פתרון להפחתת שיעור הפסולים ולהגברת היעילות האנרגטית בהזרקה

Share via Whatsapp

לאורך עשרות השנים האחרונות, מזריקי המוצרים התמקדו יותר ויותר בבקרת טמפרטורת ההזרקה. יחידות לבקרת הטמפרטורה הכוללות משאבות עם בקרת מהירות מהוות השלמה מצוינת לסעפות מים המבוקרת במעגל סגור. יתרה מזו, כיוון שהן משולבות בתוך מערכת הבקרה של המכונה, נוצרות סינרגיות, המאפשרות לקבוע בקלות את קצב הזרימה של נוזל הקירור שנדרש בפועל, ולווסת אוטומטית את מהירות המשאבה, וכך להפחית משמעותית את צריכת האנרגיה.

סעפות מים אלקטרוניות, הניתנות לכוונון ידני, מקנות יתרון משמעותי בכך שהן מאפשרות מעקב אחר התהליך. בנוסף, סעפות עם בקרה אוטומטית מסוגלות לשמור על קצבי זרימה קבועים גם אם, למשל, יש תנודות בלחץ האספקה של נוזל הקירור. קביעת קצבי הזרימה הנכונים משרתת שתי מטרות: יצירת זרימת מערבולת ופיזור אחיד של הטמפרטורות.

ניתן למדוד את טמפרטורת חילוף החום של נוזל הקירור בנקודת האספקה ובנקודת החזרה של תעלת הקירור. ההפרש בין הטמפרטורות שנמדדו בשתי הנקודות מעיד על אחידות הפיזור של הטמפרטורות בתבנית, לכן, בנינוגד לקצב הזרימה, זהו פרמטר חשוב לאיכות המוצר הסופי. הספקים מציינים בדרך כלל את הבדלי הטמפרטורה המרביים המומלצים.

סעפות מים מבוקרות, כגון e-flomo של ENGEL, מאפשרות לבקר בנפרד את קצבי הזרימה של נוזל הקירור בכל מעגל בתבנית. מערכות אלה מבוססות על ברזים חשמליים ותוכנה, וקצב הזרימה הנדרש מכוון אוטומטית על סמך הפרש הטמפרטורות בכל מעגל בתבנית.

אולם כדי למדוד את הפרש הטמפרטורות האמיתי יש למקם את החיישנים קרוב ככל האפשר לתבנית ולא לבצע את המדידה לאחר שהמים התקררו בצינורות הארוכים. לכן, למדידת הפרש הטמפרטורות ביחידה לבקרת טמפרטורה יש ערך מוגבל בלבד. מומלץ לבצע את המדידה בסעפת המים כשהיא מותקנת קרוב ככל האפשר לתבנית.

 

פעולה חופשית מהתנגדות

כדי שנוזל הקירור יפוזר במעגלים השונים בתבנית בהתאם לצורך, נדרשת בקרה נפרדת של קצבי הזרימה בברזים שבסעפת, בעוד שהמשאבה של היחידה לבקרת טמפרטורה עובדת במהירות שהוגדרה על ידי היצרן. כתוצאה מכך, הזרימה היוצאת מהמשאבה “נבלמת” על ידי ההתנגדות שיוצרים הברזים של סעפת המים, וה”בלימה” הזאת גורמת להפסדי אנרגיה. הדבר דומה לנהיגה במכונית כאשר דוושת הדלק לחוצה עד קרקעיתה, בעוד שהנהג מכוון את המהירות בעזרת דוושת הבלימה.

כדי לפתור בעיה זו ולהביא לחיסכון משמעותי באנרגיה ניתן להשתמש ביחידות לבקרת טמפרטורה עם משאבות מבוקרות-מהירות, שבהן המשאבה מופעלת על ידי מכונת ההזרקה בהתאמה לכוונון של סעפת המים.

יחידות לבקרת טמפרטורה עם משאבות מבוקרות-מהירות מוצעות בשוק כבר מספר שנים, אך קשה למפעיל המכונה לקבוע את המהירות הנדרשת. ניתן להיעזר, למשל, בערכים של קצב הזרימה או הפרשי הטמפרטורה המומלצים בספרות. אולם, כפי שצוין למעלה, אם קובעים הפרש טמפרטורה על היחידה לבקרת טמפרטורה, היא תימדד רק לאחר ההתקררות של נוזל הקירור בצנרת הארוכה בתבנית וייגרם אובדן חום מוגבר. לכן, להפרשי הטמפרטורה שנמדדים יש רלבנטיות מוגבלת לתהליך. יתרה מזו, כאשר משתמשים בסעפת מים בסוף התהליך, אין טעם לבקר את הפרש הטמפרטורות בבקר הטמפרטורה כי בעצם מבקרים טמפרטורה מעורבת מכל מעגלי הסעפת.

הפתרון שמציעה ENGEL הוא מערכת המְשַלבת את סעפת קירור המים e-flomo מתוצרתה עם היחידה לבקרת טמפרטורה e-temp מתוצרת חברת HB-Therm ועם תוכנת iQ לבקרת הזרימה ש-ENGEL עצמה פיתחה לצורך אופטימיזציה של ההשפעה ההדדית בין שני הרכיבים על ידי כיוון אוטומטי של מהירות המשאבה לערכים המינימליים הנדרשים.

הסוד טמון בהפחתה של ההתנגדות ההידראולית בתוך הסעפת. השסתומים נפתחים בצורה מלאה ככל האפשר ומהירות המשאבה מופחתת תוך כדי כך שקצבי הזרימה במעגלי התבנית נשארים ללא שינוי הודות לבקרה החכמה. המהירות המופחתת של המשאבה מפחיתה כמובן גם את צריכת האנרגיה.

היחידות לבקרת טמפרטורה אחראיות בדרך כלל לחלק ניכר מצריכת האנרגיה הכוללת של יחידת ההזרקה. ברוב המקרים הדבר לא נובע מצריכת האנרגיה לחימום אלא מצריכת האנרגיה של המשאבה, שבמערכות קונבנציונליות פועלת כל הזמן במהירות גבוהה.

בהדגמה שקיימה ENGEL נמדדה צריכת האנרגיה בתא ייצור, שבמרכזו עמדה מכונת הזרקה כל-חשמלית מהדגם e-motion 170/80 TL, שבה שולבו שתי יחידות לבקרת טמפרטורה מהדגם e-temp H8-100. המכונה ייצרה דגמים מ-ABS במשקל של 7.1 גרם כל אחד בזמן מחזור של 10 שניות. טמפרטורת האספקה של נוזל הקירור הייתה 500C. בפעולה רגילה, כאשר בקרת המהירות של המשאבה לא פעלה, היחידות לבקרת הטמפרטורה היו אחראיות ל-37% מצריכת האנרגיה הכוללת בתהליך. הפעלת בקרת הטמפרטורה iQ הפחיתה את צריכת האנרגיה של היחידות לכמחצית ללא שינוי בקצב הזרימה. עבור המערכת הכוללת פירוש הדבר חיסכון של 20% באנרגיה ללא שינוי בתנאי הייצור.

 

פעולה משולבת של יחידות לבקרת טמפרטורה וסעפות מים

היחידות לבקרת טמפרטורה e-temp עם משאבה מבוקרת-מהירות פותחו תוך שיתוף פעולה בין ENGEL ל-HB-Therm. הן משולבות באמצעות ממשק OPC UA ביחידת הבקרה של מכונות ההזרקה שפיתחה CC300  – ENGEL – מצוידת בסעפת המבוקרת e-flomo.

ממשקי OPC UA נעשים יותר ויותר מקובלים בתעשיית הפלסטיקה לתקשורת בתוך מערכות מרושתות של מכונות הזרקה, ציוד היקפי, חיישנים ויישומים. הם מאפשרים תקשורת תעשייתית חזקה ובטוחה, הן ברמת אולם הייצור והן עם מערכות בקרה ברמה מפעלית גבוהה יותר, ללא תלות בפלטפורמה.

 

היתרונות במבט מהיר:

* פתרון משולב ממקור אחד – ENGEL  גם מוכרת את היחידות לבקרת טמפרטורה וגם נותנת להן שירות.

* המערכת בנויה בשלמותה מרכיבים איכותיים, המבטיחים תפקוד אמין.

* הקביעה האוטומטית של מהירות המשאבה מאפשרת חיסכון משמעותי באנרגיה.

* כיוון שהיחידה לבקרת טמפרטורה משולבת ביחידת הבקרה של מכונת ההזרקה, CC300, אין צורך בלוח פיקוד נפרד.

* קצבי הזרימה הנדרשים נקבעים אוטומטית על סמך בקרה של הפרש הטמפרטורות בכל מעגל.

צריכת האנרגיה של רכיבי תא ייצור, כפי שנמדדה על מכונת ההזרקה e-motion 170/80 TL. הודות לשימוש בבקרת מהירות אוטומטית מחזורית, ניתן להפחית את צריכת האנרגיה הכוללת של מערכת ההזרקה ב-20%. יחידות e-temp לבקרת טמפרטורה משולבות במערכת הבקרה של מכונת ההזרקה באמצעות ממשק OPC UA.

 

לפרטים נוספים:
אלון לרמן
נייד: 054-6645770
אימייל: alon.lerman@aran-rd.com

 

תמונות: ENGEL