B&R의 ACOPOS 드라이브 기술을 서보 유압 솔루션에 적용시킨 고무사출기계 제조업체 마플란(Maplan)사는 드라이브의 에너지 소비를 70%까지 줄이고 소음을 50% 이상 줄일 수 있었다.

마플란의 고무사출성형기계는 종종 고객사의 사양에 따라, 납품되기 얼마 전에 추가 옵션이 더해진다. 수평형 디자인은 최대의 자동화 수준을 제공하며, 수직형 모델은 금형으로부터 수동 취출이 가능하다.

고무 사출 성형 기계에서 사용되는 전체 에너지의 1/3은 유압 드라이브에 사용되는데 고무사출기계 제조업체인 마플란은 B&R의 ACOPOS 드라이브 기술을 기반으로 한 서보 유압 솔루션을 받아들여, 드라이브의 에너지 소비를 70% 줄이고 소음을 50%나 감소시킬 수 있었다.

새로 도입된 솔루션은 드라이 사이클을 최대 15%까지 가속화 시켰고, 이 조치는 투자 회수를 빠르게 했다. ACOPOS 서보 드라이브는 소프트 PLC와 HMI 응용 프로그램을 모두 실행하는 상위 Au tomation PC 제어 컴퓨터에 PO WERLINK를 통해 연결된다.

Standard Ethernet POWER LINK 기술은 통합 제어 솔루션에 대한 최적의 지원을 제공한다.

고무는 말려진 고분자 체인 구조로 구성돼 있다. 이 체인은 손상되지 않고, 늘어나는 힘을 견딜 수 있으며, 빗질된 후의 곱슬머리처럼 인장 응력이 없어지면 원래의 형태로 복원된다. 이는 고무의 유연성과 탄성 특성은 모든 종류의 애플리케이션에서 완벽한 원재료로 사용되는 특성이다. 씰, 가스켓, 각반, 장치 피트 또는 케이블 부싱, 고무, 실리콘 또는 엘라스토머로 만든 부품은 거의 모든 시스템 및 장치에 세계적으로 사용되는 중요한 구성요소다.

과거 프레스에서 제작된 고무부품의 품질은 외부에서 전해지는 열불균등 분포로부터 영향을 받았다.

사출 성형 방식의 출현으로, 재료의 균질성과 완성된 제품의 품질 결과를 제어하기가 훨씬 쉬워졌다. 열가소성 공정처럼 웜 기어가 사출 챔버에 재료를 전달하는 것과 비슷하게 고압 금형 안에 재료를 방출하기 때문이다. 고무와 열가소성 성형 사이에 가장 큰 차이는 열가소성 물질과 관련된 냉각 공정보다 더 오래 걸리는 금형 내에서 일어나는 화학 공정에 있는데 클램핑 힘은 재료 확장의 힘 또한 상쇄해야만 한다.

마플란은 세계 3대 고무사출성형 기계 제조업체 중 하나다. 이 회사의 장비들은 오스트리아 동부의 테르니츠(Ternitz)에서 개발, 생산 및 조립되며, 60개의 대리점 및 서비스 파트너를 통해 전 세계에 보내진다. 10~26,000㎤의 사출 볼륨과 150~10,000kN의 형체력을 가진 모델들을 취급하고 있다.

에너지 절약의 잠재력

최근 마플란의 루돌프 아이젠후버(Rudolf Eisenhuber) 개발관리자에 의해 수행된 에너지 분석에 따르면 장비의 총 에너지 중 약 1/3이 드라이브에서 소비되고 있는 것으로 나타났다. 연간 최대 6,000시간에 이르는 작업시간 동안 장비는 30초에서 수분의 사이클 시간으로 수십만 번의 생산 주기를 완료하게 된다. 이 프로세스는 유압 드라이브가 무부하 운전에서 계속 작동하는 동안에 휴식시간을 필요로 한다.

이전의 드라이브 솔루션은 유도 전동기로 압력 조절 가변 유량 펌프를 구동했다. 드라이브는 각각의 사이클마다 스위치 On/Off로 모터가 과열되는 위험을 가지고 있었으며, 피스톤 펌프는 작동 종류에 적합하지 않았기 때문에 지속적으로 구동돼야 했다. 초과되는 에너지는 더 많은 에너지를 필요로 하는 냉각 장치에 의해 열로 변환돼 제거됐다.

무부하 운전 및 세척 프로세스는 드라이브 시스템의 전반적인 효율성을 확실히 떨어뜨렸으며, 상당한 양의 무효 전력을 발생시켰다. 플라스틱 사출성형의 트렌드는 특별한 기술적 요구사항 등으로 인해 고무가공에 적합하지 않는 순수 전기 드라이브 방식이 사용된 것으로 나타났다.

에너지의 20%만으로 100%의 성능을~

B&R의 솔루션에는 일정한 볼륨의 펌프와 서보 모터 드라이브가 포함됐다. 이번에 공급된 내적 기어 펌프는 일반적으로 유도 모터와 가변 유량 펌프로 얻을 수 있는 1,500RPM에 비해 최대 4,000 RPM까지 더욱 빠른 모션 속도를 제공하는 제품이다. 덕분에 동일한 유량의 피스톤 펌프보다 최대 60%까지 줄어들었다. 이 펌프는 높은 용적 효율과 적은 소음으로 더 정확한 압력 제어가 가능하다. 펌프동작 즉, 모터 속도에서부터 실제 필요한 전력의 양에 이르는 부분에서 에너지 절감 효과도 발생했다.

유압이 사용되는 공정 사이클 사이의 양이 0이 될 때, 드라이브는 자동으로 중지된다. 드라이브 측면에서 최대 70% 수준의 에너지 절감은 획기적인 것이라 할 수 있다. 또 다른 장점은 오일 교환주기가 길어지고, 물 소비량이 줄어들어 전체적인 에너지 소비가 50%까지 줄어든 것이다. 이 솔루션은 심지어 소음 감소에도 유리한 영향을 미치는 것으로 나타났다.

마플란의 볼프강 마이어(Wolfgang Meyer) CEO는 “기계 운전 중에 펌프가 훨씬 더 부드럽게 구동되고, 최대 10데시벨의 소음 감소의 결과를 얻을 수 있었다”고 설명했다. 그는 “유압 사이클을 일시 중단했을 때에도 압력 증가에 의해 발생하는 소음이 전혀 없으며, 전반적인 소음 수준이 최대 50%까지 감소하기 때문에 작업환경 개선에도 엄청난 향상을 거둘 수 있었다”고 덧붙였다.

마플란의 알로이스 피클러(Alois Pichler) 전기공학 부서장은 “B&R이 차별화되는 점은 개발과정에서 제공되는 우수성에 있으며, 다양한 제품 덕분에 Maplan 장비의 폭넓은 다양성을 맞출 수 있었으며, B&R 솔루션 도입을 통해 단일 개발 환경에서 공정 제어와 모션 제어를 통합할 수 있었다. 사용자 인터페이스에서 직접적으로 진단의 전체를 통합할 수 있었다”고 말했다. 마이어 CEO는 “전자 유압식 Maplan Cool Drive II의 또 다른 장점은 서보 기술이 제공하는 향상된 역학”이라면서, “B&R의 솔루션은 최신 Maplan 장비의 성능을 10% 이상 향상시키고 단위당 가격을 낮췄다”고 강조했다.

정교한 솔루션 - Made in Austria

구체적인 요구 사항 때문에 아이젠후버 개발관리자는 오스트리아에서 만들어진 시스템 솔루션의 적합성에 대한 조사를 시작했다. 그는 “우리는 성능 데이터를 모니터링하고 추적할 수 있는 기능을 갖춘 완벽한 통합 솔루션을 원했다”고 회상했다. 이어서 “또한 우리는 납품 직전까지 최종 구조와 구성을 갖추지 않아도 되는 모듈식 설계로 솔루션과 어울리게 하는 것이 필요했다. 그리고 사내에서 편리하게 유지할 수 있는 소프트웨어 전문 기술 및 개발 도구를 전기 및 자동화 전문가에게 제공하고 싶었다”고 밝혔다.

B&R이 유압 파트너 회사인 도닌거 하이트로닉스(Dorninger Hyt ronics)사와 공동으로 개발한 Hy brid Drive Control은 완벽한 전자 유압식 솔루션으로 부각되고 있다. 이 솔루션은 8LS 시리즈인 팬타입 3상 동기 모터를 제어하는 ACOPOS 서보 드라이브가 특징이다. 이 솔루션에서는 유압 압력과 유량은 ACOPOS 드라이브에 구현된 SPT(Smart Process Technology) 코드로 고도의 동적 클로우즈드루프 펌프 제어에 의해 관리된다.

간접 프로세스 변수를 사용해 자유롭게 구성할 수 있는 라이브러리는 짧은 응답시간과 동기 처리로 높은 생산성과 정확성을 보장한다. ACOPOS 서보 드라이브는 Automation Runtime에서 구동되는 소프트 PLC 뿐만 아니라 Vi sual Components로 디자인된 HMI 애플리케이션이 있는 상위 자동화 PC 제어 컴퓨터에 POWER LINK를 통해 연결된다. 

또한, 자세한 제품 및 유지보수 설명서 뿐만 아니라 시스템에 저장된 광범위한 사용자 도움말을 표시하는데 필요한 윈도의 감춰진 인스턴스를 실행한다. 세련된 X20 인터페이스 모듈은 기계의 특성에 따라 50개부터 120개까지의 시스템의 I/O 포인트와의 통신을 제공한다. 작업자는 15인치 터치스크린과 사용자 맞춤형 키패드로 PC5000 Touch Automation Panel를 사용한다.

피클러 부서장은 “우리가 평가했던 솔루션은 모두 비교 가능한 수준의 에너지 효율을 제공했다”면서, “개발과정에서 제공된 여러 우수함이 다른 제품들과 B&R을 차별화시켰다”고 설명했다. 그는 “다양한 제품 덕분에 Maplan 장비가 폭넓은 다양성을 갖출 수 있으며, B&R의 단일 개발 환경에서 공정 제어와 모션 제어를 통합하는 고급 모션 제어 기술 덕분에 모터까지도 사용자 인터페이스에서 직접적으로 진단의 전체에 통합할 수 있었다”고 밝혔다. 그는 “고객들이 관심을 갖는 최근 기술추세는 이미 Cool Drive로 가고 있다”면서, “새 드라이브 기술의 추가 비용 역시 짧은 시간에 회복됐다”고 말했다.

마플란은 지금도 기존의 드라이브 시스템으로 기계를 제공하고 있지만, 전체 장비의 60%가 B&R과 도닌거 하이트로닉스가 공동으로 개발한 하이브리드 솔루션을 갖추고 있다.

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