Spritzgießmaschinen erfordern hohe Präzision, Energieeffizienz und Dynamik für eine optimale Produktion. Traditionelle hydraulische Systeme mit Induktionsmotoren leiden unter hohem Energieverlust und schlechter Steuerbarkeit. Die Integration von Permanentmagnet-Synchronmotoren (PMSM) mit elektrohydraulischen Servosystemen bietet eine überlegene Lösung und bietet:
• Höhere Energieeffizienz (bis zu 30–50 % Einsparungen)
• Präzise Drehzahl- und Drehmomentregelung
• Reduzierte Lärm- und Wärmeentwicklung
• Längere Lebensdauer bei minimalem Wartungsaufwand
Dieses Dokument beschreibt das Design, die Steuerungsstrategie und die Vorteile des Einsatzes von PMSM in elektrohydraulischen Servospritzgießmaschinen.
Das vorgeschlagene System besteht aus:
(1) PMSM-angetriebene Servopumpeneinheit
• PMSM-Spezifikationen:
♦ Nennleistung: 15–200 kW (abhängig von der Maschinentonnage)
♦ Geschwindigkeitsbereich: 0–3000 U/min (mit sanftem Betrieb bei niedriger Geschwindigkeit)
♦ Wirkungsgrad: >95 % (IE4/IE5-Klasse)
♦ Kühlung: Flüssigkeitsgekühlt (für Hochleistungszyklen)
• Servopumpe:
♦ Axialkolbenpumpe mit variabler Verdrängung
♦ Druck- und Durchflussregelung über PMSM-Geschwindigkeitsregelung
(2) Elektrohydraulisches Servoventilsystem
• Hochempfindliche Proportionalventile für präzise Druck-/Durchflussregelung.
• Closed-Loop-Feedback (Drucksensoren, Encoder) für Echtzeitanpassungen.
(3) Wechselrichter (VFD) und Bewegungssteuerung
• Vektorgesteuerter VFD für PMSM (z. B. Siemens SINAMICS, Yaskawa GA700).
• SPS-Integration (z. B. Siemens S7-1500, Beckhoff TwinCAT) für synchronisierte Bewegungssteuerung.
(1) Energieeinsparungen
• Lastproportionaler Stromverbrauch: Im Gegensatz zu Motoren mit fester Drehzahl passt PMSM die Drehzahl je nach Bedarf an. (Motor mit einstellbarer Geschwindigkeit Funktion)
• Eliminierung von Drosselverlusten: Kein überschüssiger Flüssigkeitsbypass, wodurch die Wärmeerzeugung reduziert wird.
• Regeneratives Bremsen: Gewinnt beim Abbremsen Energie zurück.
(2) Präzision und Reaktionsgeschwindigkeit
• Genauigkeit der Drehmomentregelung: ±1 % (im Vergleich zu ±5 % bei Induktionsmotoren).
• Schnellere dynamische Reaktion: Erreicht das volle Drehmoment bei Drehzahl nahe Null.
• Stabile Druckregelung: Reduziert Teiledefekte (z. B. Einfallstellen, Grate).
(3) Lärm- und Wärmereduzierung
• Geringere Vibrationen und Geräusche (
• Reduzierte Hydrauliköltemperatur, wodurch die Lebensdauer der Komponenten verlängert wird.
(4) Wartung und Zuverlässigkeit
• Bürstenloses Design: Kein Kohlebürstenverschleiß.
• Geringere thermische Belastung: Effiziente Kühlung verlängert die Lebensdauer des Motors.
(1) Geschwindigkeits- und Druckregelung im geschlossenen Regelkreis
• Die Druckrückmeldung von Hydrauliksensoren passt die PMSM-Geschwindigkeit in Echtzeit an.
• PID-basierte Algorithmen sorgen für Stabilität während der Einspritz-/Haltephasen.
(2) Mehrstufige Bewegungsprofile
• Einspritzphase: Betrieb mit hoher Geschwindigkeit und hohem Drehmoment.
• Haltephase: Niedrige Geschwindigkeit, präzise Druckhaltung.
• Auswerfen und Öffnen der Form: Optimierte Beschleunigung/Verzögerung.
(3) Intelligentes Energiemanagement
• Automatischer Standby-Modus im Leerlauf.
• Überwachung des Stromverbrauchs über HMI zur Optimierung.
|
Parameter |
Vorher (Induktionsmotor + feste Pumpe) |
Nachher (PMSM + Servopumpe) |
|
Energieverbrauch |
45 kWh pro Zyklus |
28 kWh pro Zyklus (38 % Ersparnis) |
|
Geräuschpegel |
85 dB |
68 dB |
|
Reaktionszeit |
150 ms |
50 ms |
|
Öltemperatur |
55°C |
42°C |
Ergebnis:
ROI innerhalb von 1,5 Jahren aufgrund von Energieeinsparungen.
Verbesserte Produktkonsistenz (reduzierte Ausschussrate um 15 %).
✅ Warum PMSM gewinnen?
► Verwendung herkömmlicher Spritzgießmaschinen Drehstrom-Asynchronmotoren gekoppelt mit Konstantpumpen, so dass der Motor während des Betriebs kontinuierlich laufen muss.
► Durch die Aufrüstung auf ein servoangetriebenes Ölpumpensystem mit Permanentmagnet-Synchronmotor (PMSM) wird der Motor dank seiner schnellen Reaktion und seines hohen Anlaufmoments nur dann aktiviert, wenn er zum Spritzgießen benötigt wird. Während der Materialzufuhr und dem Spannen der Form bleibt der Hauptmotor im Leerlauf, sodass zeitweise kein Stromverbrauch entsteht. Vergleichstests zeigen maximale Energieeinsparungen von bis zu 85 %.
► Darüber hinaus reduzieren fortschrittliche Servomotor-Steuerungsalgorithmen die Geräuschentwicklung im Vergleich zu herkömmlichen Maschinen erheblich. Bei Ausstattung mit einer geräuscharmen Schraubenspindelpumpe arbeitet das gesamte System mit weniger als 70 Dezibel, was einen nahezu geräuschlosen Betrieb ermöglicht und die Arbeitsumgebung verbessert.
⇒ Integration mit IoT: Vorausschauende Wartung durch Motorzustandsüberwachung.
⇒ Hydraulisch-elektrische Hybridsysteme: Weitere Energieeinsparungen durch servoelektrisches Spannen.
⇒ Advanced AI Control: Selbstoptimierende Einspritzprofile.
Der Einsatz von PMSM in elektrohydraulischen Servospritzgießmaschinen bietet:
✅ Erhebliche Energieeinsparungen (30–50 %)
✅ Höhere Präzision und schnellere Reaktion
✅ Reduzierter Wartungsaufwand und längere Lebensdauer
Für Hersteller auf der Suche nach nachhaltigen, leistungsstarken LösungenPMSM-angetriebene Servosysteme stellen die Zukunft der Spritzgießtechnik dar. Sie wünschen eine individuelle Machbarkeitsanalyse für Ihr spezifisches Maschinenmodell?
