Im Kontext der grünen Fertigung hat sich die energiesparende Technologie der Folienschneidemaschine entwickelt

Der Kern der umweltfreundlichen Fertigung ist ein modernes Fertigungsmodell, das Ressourcenverbrauch und Umweltauswirkungen umfassend berücksichtigt und gleichzeitig Produktfunktion, Qualität und Kosten gewährleistet. Als Schlüsselgerät für die Verarbeitung von Dünnschichtmaterialien (wie BOPP, BOPET, CPP, Lithiumbatterieseparatoren usw.) steht der Energieverbrauch von Folienschneidemaschinen in direktem Zusammenhang mit den Betriebskosten und der Umweltbilanz von Produktionsunternehmen. Daher hat die Entwicklung ihrer energiesparenden Technologie große Aufmerksamkeit erregt.

Hier sind einige wichtige Richtungen bei der Entwicklung energiesparender Technologien für Folienschneidemaschinen:

Erstens: Energiespartechnologie für den direkten Energieverbrauch

Diese Art von Technologie zielt direkt auf große Energieverbraucher beim Betrieb von Schneidemaschinen ab, hauptsächlich auf Antriebssysteme.

1. Anwendung von Hocheffizienzmotoren und Permanentmagnet-Synchronmotoren (PMSM).

◦ Traditionelle Probleme: Frühe Schneidemaschinen verwendeten im Allgemeinen gewöhnliche Asynchronmotoren, die einen geringen Wirkungsgrad und einen höheren Energieverbrauch hatten, insbesondere bei niedrigen Geschwindigkeiten und geringer Last.

◦ Energiespartechnologie: Hocheffiziente Asynchronmotoren oder Permanentmagnet-Synchronmotoren mit den Energieeffizienzklassen IE4 und IE5. Permanentmagnet-Synchronmotoren bieten die Vorteile eines hohen Wirkungsgrads, einer hohen Leistungsdichte und eines großen Drehmoments bei niedriger Drehzahl. Der Energiespareffekt ist besonders beim Schneideprozess mit häufigem Start-Stopp-Betrieb und variabler Drehzahl signifikant und kann 10–20 % einsparen.

2. Popularisierung intelligenter Servoantriebssysteme

◦ Traditionelle Probleme: Obwohl traditionelle Vektor-Frequenzumrichter besser sind als Direktstarter, besteht bei der Regelgenauigkeit und der dynamischen Reaktion noch Verbesserungsbedarf.

◦ Energiesparende Technologie: Die Haupteinheiten moderner High-End-Schneidemaschinen (wie Abwickeln, Traktion und Aufwickeln) verwenden im Allgemeinen Servoantriebssysteme.

▪ Energierückgewinnungsfunktion: Der Motor erzeugt während der Abwickelbremse und der Aufwickelspannungsregelung Strom. Herkömmliche Antriebe verbrauchen diese Energie in Form von Wärme durch den Bremswiderstand, was zu Verlusten führt. Das Servosystem mit Energierückgewinnungseinheit kann diesen Teil der regenerierten Energie in das Stromnetz zurückspeisen und anderen Geräten zur Verfügung stellen. Der Energiespareffekt ist besonders beim Schneiden mit hoher Geschwindigkeit und hoher Spannung deutlich spürbar, da dadurch eine große Menge Energie zurückgewonnen werden kann.

▪ Bedarfsgerechte Energieversorgung: Das Servosystem steuert Drehmoment und Drehzahl präzise, ​​vermeidet das Phänomen „großer Pferdekarren“, stellt präzise Energie entsprechend dem tatsächlichen Prozessbedarf bereit und reduziert Blindleistungsverluste.

3. Auswahl energiesparender Komponenten

◦ Um den Standby- und Betriebsstromverbrauch der gesamten Maschine im Detail zu reduzieren, werden stromsparende SPS, Mensch-Maschine-Schnittstellen (HMI), Sensoren und LED-Beleuchtung eingesetzt.

Zweitens indirekte Energieeinsparungen durch Prozess- und Effizienzverbesserungen

Die Steigerung der Produktionseffizienz, die Reduzierung der Ausschussraten und die Optimierung der Prozesse sind an sich schon die wirksamsten Möglichkeiten, Energie zu sparen.

1. Reagieren Sie auf den Trend der Ausdünnung und Geschwindigkeit

◦ Herausforderungen: Dünnere Folienmaterialien (wie etwa Separatoren für Lithiumbatterien) und höhere Schneidgeschwindigkeiten (bis über 1000 m/min) stellen extreme Anforderungen an die dynamische Steuerungsgenauigkeit und Stabilität der Geräte.

◦ Energieeffiziente Technologie:

▪ Hochpräzises Spannungskontrollsystem: Ein vollautomatisches Spannungskontrollsystem (z. B. mit schwimmender Walze und Spannungssensor-Regelung) mit einem hochempfindlichen Servomotor gewährleistet während des gesamten Prozesses eine extrem stabile Spannung – vom Start über die Beschleunigung, Stabilisierung und Verzögerung bis zum Stopp. Dadurch werden Foliendehnung, -bruch und -faltenbildung aufgrund von Spannungsschwankungen minimiert, was Ausschuss und Energieverbrauch bei Neustarts aufgrund von Ausfallzeiten reduziert.

▪ Fortschrittliche Auf- und Abwickeltechnologie: Durch die automatische Aufwickel- und Vorlauf-Empfangstechnologie mit zwei Stationen wird eine kontinuierliche Produktion ohne Maschinenstopp ermöglicht, wodurch der enorme Energieverlust durch häufiges Starten und Stoppen des Hauptmotors vermieden wird. Die intelligente Umschaltung und Kombination von Zentral- und Oberflächenwicklung kann sich zudem an unterschiedliche Materialeigenschaften anpassen und die Effizienz verbessern.

2. Vorausschauende Wartung und digitale Zwillinge

◦ Traditionelle Probleme: Plötzliche Geräteausfälle oder Genauigkeitsverluste führen zu ungeplanten Ausfallzeiten und Produktionsfehlern.

◦ Energieeffiziente Technologie:

▪ Zustandsüberwachung: Echtzeitüberwachung des Zustands kritischer Komponenten (wie Lager und Getriebe) durch Vibrationssensoren, Temperatursensoren usw., um eine vorausschauende Wartung zu erreichen und katastrophale Ausfälle und daraus resultierende enorme Produktionsverluste und Energieverbrauch zu vermeiden.

▪ Digitaler Zwilling: Erstellen Sie ein digitales Modell der Schneidemaschine im virtuellen Raum, simulieren und optimieren Sie Prozessparameter (wie Spannungskurven, Geschwindigkeitskurven) vor der eigentlichen Produktion, um das optimale und energiesparendste Produktionsschema zu finden und den Probenverlust und den Energieverbrauch der physischen Maschine zu reduzieren.

Drittens: Optimierung der Strukturgestaltung und Materialanwendung

1. Leichtbauweise

◦ Topologieoptimierung von Komponenten wie Rahmen und Rollen oder Leichtbaumaterialien wie hochfesten Aluminiumlegierungen zur Reduzierung des Trägheitsmoments beweglicher Teile bei gleichzeitiger Beibehaltung von Steifigkeit und Festigkeit. Dies bedeutet, dass weniger Beschleunigungsenergie für den Antrieb benötigt wird und die Servomotoren weniger belastet werden, was zu einem geringeren Energieverbrauch führt.

2. Anwendung von geringem Reibungswiderstand

◦ Verwenden Sie leistungsstarke, widerstandsarme, abgedichtete Lager.

◦ Gewährleistet eine extrem hohe dynamische Auswuchtgenauigkeit aller Führungs- und Antriebsrollen und reduziert so Vibrationen und zusätzlichen Widerstand bei Hochgeschwindigkeitsbetrieb.

◦ Hochpräzise Walzen mit spiegelpolierter, verchromter oder keramischer Beschichtung zur Reduzierung des Reibungskoeffizienten mit der Folienoberfläche.

Viertens: Wärmeenergiemanagement und -rückgewinnung

1. Wärmemanagement des Schlitzmessers

◦ Beim Hochgeschwindigkeitsschneiden entsteht durch die Reibung zwischen Werkzeug und Folie Wärme, die die Schnittqualität und die Werkzeuglebensdauer beeinträchtigt. Herkömmliche Luftkühlung kann energieintensiver sein. Neuere Werkzeugmaterialien und Kühlkonzepte, wie z. B. hocheffiziente Wärmetauscher, können die Wärme effizienter verwalten und so den Energieverbrauch zusätzlicher Kühlung reduzieren.

2. Thermische Energieintegration im Werkstattumfeld

◦ Obwohl die Schneidemaschine selbst kein großer Verbraucher von Wärmeenergie ist, kann die von ihr abgegebene Leistung und die Abwärme des Druckluftsystems (für pneumatische Komponenten) in das Energiemanagementsystem der gesamten Anlage einbezogen und so übergreifend geplant und wiederverwertet werden.

Zusammenfassung und Entwicklungstendenz

Der zukünftige Entwicklungstrend geht in Richtung Integration und Intelligenz. Die Folienschneidemaschine wird kein isoliertes Gerät mehr sein, sondern als Knotenpunkt in der intelligenten Fabrik fungieren. Durch die Internet of Things (IoT)-Technologie werden die Energieverbrauchs- und Produktionsdaten aller Schneidemaschinen in Echtzeit in das Manufacturing Execution System (MES) und das Energiemanagementsystem (EMS) hochgeladen. Der Produktionsplan und die Energieverteilung der gesamten Anlage werden durch Big-Data-Analysen kontinuierlich optimiert, um maximale Energieeinsparungen auf Systemebene zu erzielen.

Insgesamt entwickelt sich die Energiespartechnologie von Folienschneidemaschinen im Kontext der umweltfreundlichen Fertigung von der anfänglichen Energieeinsparung einer einzelnen Komponente zu den heutigen umfassenden Energiesparlösungen aus Mechatronik, Sensorik, Antrieb, Steuerung und Datenanalyse mit dem ultimativen Ziel, die Produktqualität und Produktionseffizienz zu verbessern und gleichzeitig den Energieverbrauch pro Einheit des Ausgabewerts zu minimieren.