金属鍛造およびスタンピングにおけるシーメンス VFD: フライホイール ドライブ、クラッチ/ブレーキ調整、およびエネルギー貯蔵

金属の鍛造とプレスは、正確な制御と多大なパワーを必要とする難しい仕事です。工場は長年にわたり、これらのプロセスをより効率的、信頼性が高く、費用対効果の高いものにする方法を模索してきました。-産業用モーター制御における変革者であるシーメンス VFD (可変周波数ドライブ) を導入しましょう。-シーメンスのこれらのスマート デバイスは、フライホイール ドライブの最適化、クラッチ/ブレーキ調整の改善、高度なエネルギー貯蔵ソリューションの実現により、世界中の金属成形業務を変革しています。このブログでは、シーメンスの VFD テクノロジーが実際のデータと実用的なアプリケーションを使用して、金属の鍛造およびプレス加工においてどのように目に見えるメリットをもたらすかを探っていきます。{6}}

金属の鍛造およびスタンピングにおいてシーメンスの VFD が重要な理由

金属の鍛造機やプレス機は、速度と位置を正確に制御しながら、{0}}多くの場合数千トン-に及ぶ極度の力に対処する必要があります。従来の固定速度システムでは、エネルギーが浪費され、機械的ストレスが生じ、運用の柔軟性が制限されます。シーメンスの VFD テクノロジーは、次の方法でこれらの課題を解決します。

• 正確なプロセス要件に合わせてモーター速度を調整
• 固定速度システムと比較してエネルギー消費を最大 70% 削減-
• 起動時の機械的ストレスを最小限に抑えて機器の寿命を延ばします。
• フライホイール、クラッチ、ブレーキなどの機械コンポーネント間の正確な調整を可能にする

SINAMICS S150 や SINAMICS PERFECT HARMONY などのシーメンスの VFD モデルは、特に過酷な用途向けに設計されており、最も過酷な産業環境でも信頼性の高いパフォーマンスを提供します。-これらのドライブは、小型の 0.05 kW モーターから最大 85 MW の大規模システムまでの定格電力に対応できるため、小型のプレス機から大型の鍛造ハンマーまであらゆるものに適しています。

金属成形におけるフライホイールドライブ用のシーメンス VFD

フライホイールは金属の鍛造やスタンピングに不可欠で、運動エネルギーを蓄えて成形作業に必要な高出力を供給します。ただし、従来のフライホイール システムには限界があり、非効率で制御が難しく、ピーク電力需要の急増を引き起こします。シーメンスの VFD テクノロジーは、インテリジェントな制御機能とエネルギー最適化機能を追加することで、フライホイール駆動システムに革命をもたらします。

シーメンスの VFD がフライホイールのパフォーマンスを最適化する方法

フライホイール駆動システムに接続されたシーメンス VFD は、速度を制御するだけではなく、{0}}エネルギーの保存と使用方法を変革します。

1. 動的速度調整:固定速度システムとは異なり、Siemens VFD を使用すると、オペレータは材料の種類、厚さ、成形要件に基づいてフライホイールの速度をリアルタイムで調整できます。たとえば、シーメンス VFD を使用した 300 トンのスタンピング プレスでは、より薄い材料 (1.2 mm 304 ステンレス鋼) を加工する場合、フライホイールの速度を 20% 削減し、品質を維持しながらエネルギー使用量を 35% 削減できます。
2. スムーズなエネルギー伝達:このドライブはフライホイールの緩やかな加減速を保証し、直接オンラインで始動する場合と比較して、ギアやベアリングにかかる​​機械的ストレスを最大 40% 軽減します。--これにより、機器の寿命が延び、メンテナンスコストが年間約 25% 削減されます。
3. 正確なトルク制御:シーメンス VFD は正確なトルク出力を提供し、負荷が変動してもフライホイールが一貫した成形力を提供できるようにします。ヨーロッパの鍛造工場での最近のテストでは、シーメンスの VFD- 制御フライホイール システムはトルクを設定値の ±2% 以内に維持し、部品の品質の一貫性が 30% 向上しました。

-現実世界のテスト: 自動車鍛造におけるシーメンス VFD フライホイール ドライブ

ドイツの大手自動車部品メーカーが実施した詳細なテストを見てみましょう。従来の固定速度システムからシーメンス VFD 制御フライホイール ドライブ (SINAMICS S150 モデル) にアップグレードする 500- トン鍛造プレスに焦点を当てています。-:

テストのセットアップ:

• 機械：クランクシャフト製造用500トン熱間鍛造プレス
• 材質：4140合金鋼ビレット（直径120mm、長さ300mm）
• 古いシステム: 機械式速度制御を備えたダイレクト-オンライン-スターター
• 新しいシステム: SimaPress アプリケーション パッケージを備えた Siemens VFD SINAMICS S150 (400 kW)
• テスト期間: 8 週間 (旧システムでは 4 週間、新システムでは 4 週間)

テストプロセス:

1. ベースライン測定: 消費電力、サイクル タイム、部品の品質、メンテナンスの問題が古いシステムで 4 週間記録されました。
2. 設置: Siemens VFD は既存のフライホイール モーターと統合され、SIMATIC S7-1500 コントローラーに接続され、カスタム鍛造パラメータでプログラムされました。
3. 最適化: ドライブは、加速/減速ランプやトルク制限の設定など、特定の鍛造プロセスに合わせて微調整されました。{0}
4. データ収集: 新しい Siemens VFD システムを使用して、同じ指標が 4 週間記録されました。

テスト結果:

Siemens VFD とのクラッチ/ブレーキの調整

金属プレスおよび鍛造機械では、クラッチおよびブレーキ システムがラム (金属を押す部品) の動きを制御します。これらのコンポーネント間の調整が不十分だと、次のような問題が発生します。

• 一貫性のない停止位置による部品の品質問題
• 「ブレーキの引きずり」による機械的摩耗の増加
• 予期せぬ動きによる安全上のリスク
• 非効率な運用によるエネルギーの無駄

シーメンスの VFD テクノロジーは、クラッチおよびブレーキ システムの正確な同期制御を提供し、パフォーマンスと安全性を向上させるシームレスな動作を実現することで、これらの問題を解決します。

Siemens VFD クラッチ/ブレーキ調整の主な利点

1. 完璧な同期:Siemens VFD はクラッチの接続とブレーキの解放をミリ秒の精度 (応答時間 < 10ms) で調整し、「ブレーキの引きずり」を排除し、摩擦-に関連する摩耗を 45% 削減します。これは、高いサイクルレート (1 分あたり 100 ストローク以上) を必要とする操作にとって重要です。
2. スムーズなラムの動き:クラッチ接続中のモーター速度を制御することで、ドライブは機械的衝撃を 60% 軽減し、プレスフレームとダイセットの寿命を延ばします。オハイオ州のプレス工場では、シーメンス VFD クラッチ/ブレーキ制御を導入した後、金型交換コストが 30% 削減されたと報告しました。
3. 調整可能な停止位置:オペレーターはさまざまな部品の正確な停止点をプログラムできるため、従来のシステムと比較して部品の精度が ±0.05 mm 向上します。これは、自動車のボディパネルなどの複雑なプレス加工に特に役立ちます。
4. エネルギーの節約:クラッチ/ブレーキの連携動作により、方向変更時のエネルギーの無駄が削減され、速度制御のみで達成される場合よりもプレス全体のエネルギー使用量がさらに 15 ～ 20% 削減されます。

ケーススタディ: 自動車スタンピングにおけるシーメンス VFD クラッチ/ブレーキ システム

ミシガン州に工場を構える米国の大手自動車メーカーは、12 台のプレス機をシーメンス VFD- 制御のクラッチ/ブレーキ システム (SINAMICS G120 モデル) にアップグレードしました。彼らが見つけたものは次のとおりです。

1. 設定：ドアパネルやフェンダーを生産する1,200トンのトランスファープレス
2. チャレンジ：クラッチ/ブレーキの同期不良による部品品質の不安定により、8% のスクラップ率が発生
3. 解決：SIMATIC S7-1200 PLC に接続された統合クラッチ/ブレーキ制御モジュールを備えた Siemens VFD を取り付けます
4. 結果：

スクラップ率は8%から1.2%に低下（85%改善）

追加のエネルギーを使用することなく、サイクル時間が 12% 増加しました (毎分 8 ストロークから 9 ストロークに)

クラッチとブレーキのメンテナンスコストを年間 40% 削減

「意図しない動作」事故が減少し、オペレータの安全性が向上

金属成形におけるシーメンス VFD を使用したエネルギー貯蔵ソリューション

金属の鍛造とプレス加工は、ピーク時の電力需要が高く、エネルギーを大量に消費する作業であり、次のような問題が発生する可能性があります。{0}

• 電気料金の上昇（デマンド料金による）
• 地域の電力網への負担
• 電力変動時の生産中断
• ブレーキ時や減速時にエネルギーが無駄に消費される

シーメンスの VFD テクノロジーは、システム内でエネルギーを捕捉、保存、再利用する高度なエネルギー貯蔵ソリューションを可能にすることでこれらの問題に対処し、グリッド電力への依存を減らし、コストを削減します。

シーメンスの VFD が金属加工におけるエネルギー貯蔵をどのように可能にするか

1. 回生ブレーキ:シーメンス VFD は、プレスブレーキ中に生成されるエネルギー (通常は熱として無駄になる) を捕捉し、エネルギー貯蔵システム (バッテリーまたはウルトラキャパシタ) にフィードバックします。この回収されたエネルギーは次のサイクルで再利用できるため、グリッドのエネルギー消費量が 25 ～ 35% 削減されます。
2. ピーク負荷管理:このドライブはエネルギー貯蔵と連携してピーク電力需要を制限し、重工業の電気料金の 30% を占める可能性がある高額な需要料金を回避します。エネルギー貯蔵機能を備えた Siemens VFD は、高負荷運転中のピーク需要を最大 50% 削減できます。-
3. 停電保護:短時間の停電の場合でも、蓄えられたエネルギーによって重要なシステムが稼働し続け、生産損失や高価なダウンタイムが防止されます。シーメンス VFD は、エネルギー貯蔵容量に応じて、停電中に 10 ～ 60 秒間動作を維持できます。

日本のプレス工場におけるシーメンスの VFD と UltraCap エネルギー ストレージ

電気製品部品を専門とする大阪のプレス工場は、高いエネルギーコストと電力品質の問題に対処するために、Siemens UltraCap エネルギー貯蔵モジュールを備えた Siemens VFD (SINAMICS S120) を設置しました。詳細な実装は次のとおりです。

システム構成:

• スタンピングプレス 4台（各200～300トン）
• プレス間のエネルギー共有のための DC リンクカップリングを備えた Siemens VFD SINAMICS S120
• エネルギー貯蔵用の UltraCap DLC モジュール 3 個 (総容量: 150 kWh)
• 集中制御および監視用の SIMATIC S7-1500 PLC

パフォーマンスデータ:

• エネルギー節約: グリッドのエネルギー消費量を 32% 削減 (1,200 MWh/月から 816 MWh/月)
• ピーク需要の削減: ピーク電力を 48% 削減 (650 kW から 338 kW)
• 投資収益率: エネルギーと需要料金の節約による 18 か月の投資回収期間
• 生産の信頼性: 3 回の停電 (それぞれ 5 ～ 12 秒) の間でも 99.9% の稼働時間を維持

金属鍛造およびスタンピングのニーズにシーメンス VFD を選択する理由

金属成形オペレーションに関しては、シーメンスの VFD はいくつかの重要な理由で傑出しています。

• 実証済みのパフォーマンス:100 年を超えるドライブ技術の経験を持つシーメンスには、最も厳しい産業環境における信頼性の実績があります。
• 包括的なポートフォリオ:軽プレス用の小型 SINAMICS G120 ドライブから、重鍛造用の大規模な PERFECT HARMONY 中電圧ドライブまで、シーメンスはあらゆる用途に対応する VFD を備えています。-
• 高度な機能:-安全機能、エネルギー最適化ツールが組み込まれており、シーメンス PLC システムと簡単に統合できるため、実装が簡単かつ効果的になります。
• グローバルサポート:シーメンスは年中無休の技術サポートとトレーニングを提供し、お客様の VFD システムがそのライフサイクル全体を通じて最大の価値を確実に提供できるようにします。

結論

シーメンスの VFD テクノロジーは、フライホイール駆動の最適化、クラッチ/ブレーキの調整の改善、高度なエネルギー貯蔵ソリューションの実現により、金属の鍛造およびプレス加工を変革しています。これらのドライブは、30 ～ 40% のエネルギー節約、30 ～ 50% のメンテナンス コストの削減、部品品質の向上などの目に見えるメリットをもたらし、運用の持続可能性を高めながら、迅速な投資収益率を実現します。

金属成形業界に携わっている場合は、今こそシーメンスの VFD テクノロジーへのアップグレードを検討する時期です。既存のフライホイール システムの最適化、クラッチ/ブレーキ調整の改善、コスト削減のためのエネルギー ストレージの導入など、シーメンスはお客様のニーズを満たすソリューションをご用意しています。今日の競争の激しい製造現場では、精度制御とエネルギー効率は単に優れているだけではなく、成功には不可欠であることを忘れないでください。--}そして、Siemens VFD はその両方を達成するための鍵となります。