Úspory energií a ochrana životního prostředí aplikovaná na obráběcích centrech TAJM ACZPS zelené technologie

V poslední době se ve spojení s výrobky stále častěji objevují pojmy ekodesign či zelené stroje. Jedná se o vývoj a konstrukci výrobků zaměřenou na minimalizaci jejich negativního dopadu na životní prostředí. Výrobce obráběcích strojů TAJMAC-ZPS se u svých obráběcích center touto problematikou zabývá v celé řadě oblastí. Současná legislativa určuje některé oblasti spojené s ekodesignem. Evropské technické normy kladou požadavky na elektromagnetické a akustické emise, a ty stroje TAJMAC-ZPS beze zbytku splňují. Dále jsou zde nebezpečí způsobená zpracovávanými materiály a látkami při obráběcím procesu (mlhy, dýmy, prach) a tato jsou odstraněna instalací odlučovačů aerosolů a olejové mlhy. Biologická a mikrobiologická nebezpečí pocházející od řezných kapalin jsou eliminována vhodnou konstrukcí nádrží. Taktéž nasazení tukového mazání pohyblivých částí stroje místo olejového mazání je z hlediska ekodesignu krok správným směrem. Starší způsob mazání lineárního vedení a kuličkových matic používaný na obráběcích strojích byl založen na principu olejového ztrátového mazání. Při tomto způsobu mazání bylo nutno nastavit mazací interval velmi krátký (cca 30 min) s ohledem na „stékání“ oleje z vedení. Při tomto režimu je orientační spotřeba mazacího oleje cca 1 litr oleje za 0,5 roku jednosměnného provozu. Používané mazací oleje kategorie G či H dle ISO kontaminovaly chladicí kapalinu a způsobovaly zkrácení její životnosti. Bylo tedy nutné stroje dovybavit sběrači oleje z chladicí kapaliny. Nový způsob mazání využívá jako mazací médium plastické mazivo (tuk). Plastické mazivo má mnohem lepší mazací vlastnosti a lépe drží na mazaných místech. Je tedy možno prodloužit interval mazání (až několik týdnů). Mazací interval se určuje dle dráhy ujeté posuvovou osou. Při tomto způsobu mazání je spotřeba tuku cca 1 kg tuku za 2,5 roku jednosměnného provozu. Při této spotřebě a s ohledem na „netečení“ tuku nedochází ke kontaminaci chladicí kapaliny. Mimo legislativní oblast lze najít další prostor pro zelené vlastnosti strojů, jako jsou úspory energií, optimalizace použitých materiálů pro stavbu stroje a optimalizace dimenzování pohonů i pomocných agregátů strojů. Je otázkou, zda Evropská unie do budoucna nepřikročí k definici dalších technických norem spojených s ochranou životního prostředí. Úspory energií Nejen vzhledem k ekodesignu, ale i k neustále rostoucím cenám energií se TAJMAC-ZPS zaměřil na možné úspory. Stroje produkce TAJMAC-ZPS jsou třífázové elektrické spotřebiče určené pro síť 3 x 400 V/50 Hz, jejichž provozní zdánlivý příkon se pohybuje v oblasti 25-100 kVA. K provozu požadují také přívod tlakového vzduchu, jehož spotřeba činí cca 6000 l/h. V oblasti hlavní činnosti stroje, a to ve vlastním obráběcím procesu (typicky se jedná o operace frézování, vrtání a soustružení) jsou možné dvě oblasti úspor elektrické energie. První se týká optimalizace řezných podmínek. Problémem ale je, že proces třískového obrábění dílců bývá optimalizován dle jiných hledisek, která jsou zejména cyklový čas obrábění dílce, přesnost a kvalita povrchu. Z toho vyplývá, že úspora energie je v rukou koncového uživatele stroje, který většinou určuje technologii obrábění. Druhou oblast tvoří optimalizace elektromagnetických obvodů motorů. Zde je TAJMACZPS závislý na dodavatelích motorů vřeten a posuvů (Siemens, Heidenhain a Fanuc) a jejich vývoji. TAJMAC-ZPS se zaměřil při úsporách energií na situaci, kdy stroj neobrábí, což je z hlediska aplikace plně pod kontrolou výrobce stroje. Na první pohled by se jevilo nejjednodušší stroj v tomto případě vypnout hlavním vypínačem. K tomu však v praxi zpravidla dochází jen na konci pracovní směny. Během směny stroj stále neobrábí, protože se mění dílce, stroj se seřizuje, je přestávka, čeká se na polotovary nebo nástroje, probíhá údržba stroje a podobně. Byly stanoveny čtyři opatření k dosažení úspor energií. První z nich realizuje důsledné vypnutí všech spotřebičů energií, jejichž činnost není nutná v režimu nouzového zastavení stroje. Jedná se zejména o různé ventilátory a chladicí agregáty. Kromě úspory energie se dosáhne i dalšího efektu, a to snížení hlučnosti stroje, které se uplatní například v době pracovní přestávky. Druhým opatřením je zavedení funkce automatického vypnutí hlavního vypínače po dokončení obrábění dílce. Funkce se navolí v NC programu. Tato funkce byla zavedena nejen kvůli úsporám, ale také kvůli častým přáním zákazníků. Třetí opatření spočívá v zavedení funkce automatický stop stroje a je analogií dobře známého úsporného režimu, který používají osobní počítače. Funkce je aktivována pokud je stroj po určitou dobu v klidu. Bylo změřeno, že pokud stroj neobrábí, ale je zapnut odebírá ze sítě proud cca 6 A, který je třeba na chod elektrických zdrojů, osvětlení pracovního prostoru, činnost pomocných agregátů a regulaci servomechanismů. Obsluha stroje může rozhodnout (s ohledem na charakter práce), zda tuto funkci použije pomocí uživatelské obrazovky – viz obrázek. Pokud ano, stroj po době nastavitelné v parametrech řídicího systému automaticky odpojí nepotřebné spotřebiče elektrické energie a odebíraný proud poklesne na 3 A. Převedeno na činný výkon šetří se 1,6 kW. Poslední čtvrté opatření se zaměřilo na úsporu tlakového vzduchu. Na centrální přívod vzduchu do stroje se instaluje ventil, který po vypnutí hlavního vypínače uzavře přívod po určité době, nezbytné z důvodu zachování spolehlivosti stroje. Vyjmenovaná opatření se postupně aplikují do hardwaru a softwaru strojů TAJMAC-ZPS a přispějí k úspoře energií. Jejich společným rysem je, že šetří energie, nemají negativní dopad na produktivitu strojů, či na uživatelskou přívětivost ovládání. Optimalizace použitých materiálů pro stavbu stroje Zde lze zmínit kromě snahy o vyšší podíl nasazení plastů zejména úspory mědi a kabeláže, a to díky přechodu na průmyslové sběrnice signálů. Ve starších způsobech kabeláže měl každý elektrický signál vlastní vodič (případně napájecí vodiče), který vedl typicky od PLC automatu umístěného v rozváděči stroje k příslušnému přístroji. Zavedení průmyslových sběrnic (v podmínkách TAJMACZPS je používána sběrnice Profibus) do elektroinstalace strojů dochází ke sloučení signálů z přístrojů, které se nachází na stroji ve vzájemné blízkosti pomocí slučovače signálů a směrem do rozváděče se pak přenáší informace po sběrnici. Kromě úspor mědi přináší průmyslové sběrnice snížení pracnosti a zvýšení spolehlivosti elektroinstalace. 0ptimalizace dimenzování pohonů a pomocných agregátů strojů K optimalizaci dimenzování pohonů a pomocných agregátů strojů lze dospět za pomoci výpočtů (v poslední době i mechatronických). Je třeba stanovit potřebné velikosti krouticích momentů a výkonů motorů vřeten i posuvů a kontrolovat další kritéria z důvodů dobrého fungování servoregulace. K tomu je potřeba podrobná znalost zátěžových spekter, kterou tvoří síly potřebné k urychlování hmot, síly překonávající tření v mechanismech a řezné síly. Výsledek optimalizace lze ověřit měřením na prototypu stroje. Výsledkem je nasazení minimální možné velikosti motorů a pomocných agregátů, čímž se především šetří energie potřebná k jejich výrobě. Při výběru a dimenzování pohonů je nutno někdy i volit neekologická řešení. Například pokud má mít lineární nebo rotační osa vysokou dynamiku, je nutno použít lineární či prstencové motory. Vlivem nepřítomnosti mechanického převodu mezi motorem a zátěží musí motor v tomto případě vyvíjet vysokou sílu či krouticí moment. Toho dosáhne velkými proudy ve vinutí motoru, které jej zahřívají joulovým teplem a to je nutno chladit. Nutným výsledkem je vyšší dynamika, ale i vyšší spotřeba energie. Ing. Stanislav Gerych