Efficienza e risparmio energetico nella movimentazione dei coil

In fase di progettazione di un impianto destinato a un centro di lavorazione dell’acciaio in Germania, la società KBD Engineering si è rivolta a Kollmorgen per la fornitura sia degli azionamenti diretti che dei moduli condensatori, progettati per accumulare temporaneamente l’energia prodotta in fase di frenata. È stato così possibile realizzare impianti meno ingombranti e molto più efficienti dal punto di vista del consumo di energia.

di Giorgia Stella

Grazie ad appositi impianti, i centri di lavorazione dell’acciaio come Vogel-Bauer, con sede nella città tedesca di Solingen, trasformano i coil provenienti dalle acciaierie, che pesano fino a 12 t, alla larghezza desiderata. Il nastro cesoiato deve essere successivamente riavvolto a bobina e imballato per la spedizione. A tal fine, l’azienda si è rivolta a KBD Engineering di Colonia che, in soli otto mesi, è riuscita a progettare, costruire, collaudare e consegnare l’innovativo impianto CVL 2000.

La funzione principale di questo impianto consiste nel prelevare i nastri tagliati e collocati su una struttura girevole per mezzo di un cassone ribaltabile e, una volta posizionati precisamente su un tavolo, a legarli con nastri di plastica altamente resistenti. Dopo aver pesato la merce, l’unità di manipolazione preleva le bobine pronte per la consegna, che pesano fino a 2,5 t, con una ventosa e le impila su appositi pallet.

Alla ricerca di una soluzione per risparmiare energia guadagnando in efficienza, KBD Engineering si è rivolta a sua volta a Kollmorgen: questo ha permesso di strutturare in modo efficiente i processi dell’impianto per l’imballaggio dei coil e, in una seconda fase, di impiegare la tecnologia per riutilizzare l’energia risultante dalla riduzione dei carichi.

Azionamenti diretti con densità di potenza elevata

Il progetto è stato realizzato con moderni azionamenti diretti, i motori della serie Cartridge DDR di Kollmorgen. Il rotore del servomotore è calettato direttamente sull’innesto della vite a ricircolo di sfere. Questa struttura riduce al minimo il gioco, aumentando al contempo il livello di rendimento, poiché l’asse non richiede un riduttore, né elementi di accoppiamento. È stato così possibile creare un’unità lineare potente e precisa, riducendo così l’usura e le perdite dovute all’attrito. Questi aspetti si traducono in un maggior rendimento e in migliori indici MTBF (Mean Time Between Failures). L’elevata densità di coppia dei motori Cartridge DDR garantisce una velocità di movimentazione fino a 5 m/s con azionamenti relativamente piccoli. Questo consente a KBD di progettare macchine meno ingombranti e avere una maggiore libertà nell’integrazione degli attuatori. L’ingombro ridotto costituiva comunque una priorità per Vogel-Bauer, perché il nuovo impianto per l’imballaggio delle bobine doveva essere integrato in una linea di produzione esistente. Per quanto riguarda gli azionamenti, gli esperti di Colonia hanno optato per le potenzialità della serie AKD di Kollmorgen.

Moduli condensatori per l’accumulo temporaneo di energia

L’elevata efficienza energetica degli azionamenti diretti è un fattore determinante, che giustifica il motivo per cui nella produzione di Vogel-Bauer risulti vantaggioso accumulare in un serbatoio intermedio l’energia elettrica risultante dall’effetto generatore. KBD ha scelto i moduli condensatori KCM-S di Kollmorgen, progettati per accumulare temporaneamente l’energia prodotta in fase di frenata e metterla a disposizione per il processo successivo. In tal modo la potenza assorbita diminuisce e, al contempo, vengono stabilizzati i picchi di potenza. In questo contesto, i moduli KCM-S sono collegati anche direttamente al circuito intermedio DC dei servoazionamenti AKD. Questa configurazione consente un accumulo semplice dell’energia riducendo al minimo le perdite. Le unità sono quindi consigliabili proprio per carichi non eccessivi.

Presso Vogel-Bauer, durante l’abbassamento della bobina, si producono 7 kW di energia di frenata nell’arco di 6 secondi, il che corrisponde a 42 kWs. Con i due moduli condensatori KCM-S installati, è possibile accumulare 3,2 kWs dell’energia prodotta, più altri 110 Ws attraverso il circuito intermedio DC interno ai servoazionamenti AKD.

Considerando che l’energia accumulata viene impiegata per la corsa a vuoto, è possibile coprire una grande percentuale del fabbisogno energetico necessario, grazie a una semplice soluzione per l’accumulo energetico.

Diminuire l’energia assorbita

La combinazione di brevi percorsi di trasporto, azionamenti efficienti dal punto di vista energetico e accumulo capacitivo dell’energia di frenata permette di diminuire del 30-50% l’energia assorbita dall’impianto rispetto alle soluzioni convenzionali.

La maggiore efficienza si accompagna a una crescente produttività e qualità dell’imballaggio, perché la ventosa trasporta più agevolmente le bobine rispetto ai nastri a rullo. La migliore qualità ottenuta in fase di imballaggio è evidente grazie al fatto che i bordi dei nastri d’acciaio restano intatti e non vi sono impronte causate dal nastro a rulli.