Pneumatyczne vs. elektryczne maszyny do ultradźwiękowego zgrzewania – potencjał oszczędności energii i jakości

Raupenkalotte: geschweißt auf einer pneumatischen Maschine (Materialaustritt). / Hemisphärischer Kamm: Geschweißt auf einer pneumatischen Maschine (Materialaustritt).

Raupenkalotte: geschweißt auf einer elektrischen Maschine mit optisch überzeugendem Schweißergebnis. / Hemisphärischer Kamm: Visuell ansprechendes Schweißergebnis auf einer elektrischen Maschine erzielt.

W obliczu rosnących kosztów energii oszczędzanie energii elektrycznej jest celem wielu firm. RINCO ULTRASONICS porównało dwie technologie napędu w maszynach do ultradźwiękowego zgrzewania i pokazuje różnice oraz zalety obu rodzajów napędu — nie tylko pod względem oszczędności energii, ale także jakości wyników zgrzewania.

Rinco już w 2015 roku wprowadziło na rynek swoją pierwszą elektrycznie napędzaną maszynę do ultradźwiękowego zgrzewania Electrical Motion, która rozszerzyła ofertę maszyn pneumatycznych.

W procesach zgrzewania ultradźwiękowego napęd elektryczny jest bardziej energooszczędny w porównaniu z pneumatycznym

Ruch posuwu i budowa siły podczas procesów zgrzewania ultradźwiękowego zazwyczaj wykonywane są za pomocą napędu pneumatycznego. Jednak w ostatnich latach coraz bardziej upowszechnił się napęd elektryczny. Aby móc porównać jak jabłko z jabłkiem, Rinco zestawiło dwie maszyny o identycznej częstotliwości, mocy i skoku. Różni je jedynie napęd. W przypadku Electrical Motion z napędem elektrycznym, uwzględniono także bezczynność jednostki sterującej servo (SCU), natomiast maszyna z napędem pneumatycznym pracowała przy ciśnieniu 6 barów.

"Oczekiwaliśmy, że elektryczna maszyna do ultradźwiękowego zgrzewania będzie pod względem zużycia energii lepsza, ale nie spodziewaliśmy się tak dużej różnicy," mówi Jürgen Baumert, kierownik działu R&D w Rinco Ultrasonics.

Electrical Motion oszczędza w porównaniu z pneumatyczną maszyną do ultradźwiękowego zgrzewania 78% energii. Przyczyny tego można znaleźć bezpośrednio w samym procesie zgrzewania. Podczas ruchów maszynę z napędem elektrycznym cechuje wyraźna wyższa efektywność. Jednak podczas czasów wytrzymania, napęd pneumatyczny ma przewagę. Aby utrzymać pozycję, maszyna pneumatyczna potrzebuje prawie żadnej energii. Jednak czas wytrzymania w procesach zgrzewania ultradźwiękowego jest bardzo krótki — zwykle mniej niż sekunda — więc nie ma to większego znaczenia. Przewagę ma więc elektryczna maszyna do ultradźwiękowego zgrzewania.

Co więcej, systemowe wycieki sprężonego powietrza, które występują w instalacjach pneumatycznych i zużywają niepotrzebnie energię nawet podczas postoju, są eliminowane. Sprężone powietrze jest jednym z najdroższych nośników energii w przemyśle.

Poprawa jakości wyników zgrzewania

Maszyny do ultradźwiękowego zgrzewania oferują korzyści nie tylko w zakresie oszczędności energii, ale także w poprawie jakości. Pozycje mogą być precyzyjniej ustawiane i utrzymywane. Ponadto, ruch posuwu można programować dowolnie. Można zaprogramować:

– Pozycję startową i prędkość posuwu
– Punkt hamowania i prędkość docisku
– Sam proces zgrzewania w 10 krokach, wybierany jako profil siły i prędkości
– Prędkość powrotu

Ta elastyczność parametrów zapewnia jeszcze lepsze i bardziej powtarzalne wyniki zgrzewania.

Przykładem widocznym jest zastosowanie nitowania, które niedawno zostało pomyślnie przetestowane w Centrum Kompetencji Rinco Ultrasonics. Górna część składa się z PA, a dolna z PC-ABS, które połączono nitowaniem. Test przeprowadzono zarówno na maszynie pneumatycznej, jak i elektrycznej. "Na obu maszynach udało się osiągnąć wytrzymałą, spełniającą wymagania klienta wypukłą głowicę nitową," mówi Simon Hug, kierownik Centrum Kompetencji Ultrasonics w Rinco Ultrasonics. "Jednak na Electrical Motion można było znacznie bardziej elastycznie ustawiać parametry. Dzięki temu poprawiła się wytrzymałość nitów i uzyskano znacznie bardziej estetyczną rowkę. Na maszynie pneumatycznej z powodu wycieków materiału powstały niedoskonałe wypukłości. Ponadto na Electrical Motion czas procesu zgrzewania można było skrócić prawie o połowę w porównaniu do standardowej maszyny pneumatycznej, ponieważ pozycję startową można wybrać dowolnie. To pozwala zaoszczędzić dużo czasu na przemieszczanie się. Ze względu na te wszystkie aspekty klient zdecydował się na Electrical Motion."

Metody ultradźwiękowe są już same w sobie wydajne

Metody zgrzewania i cięcia ultradźwiękami są ogólnie znane jako technologie oszczędzające energię. Eliminowane jest nagrzewanie narzędzi, jak w przypadku zgrzewania termicznego. Ponadto można zrezygnować z dodatków takich jak śruby czy kleje. Czas cyklu jest krótki, a materiał można zaoszczędzić dzięki wąskiej linii zgrzewu.