SVP (Servo variable pump)

Geleneksel sistemlerde hidrolik pompa sabit devirli bir motor tarafından sürülmektedir. Pompa deplasmanı sabit olduğundan devreye verilen debi miktarı da sabittir. Pompa çalıştığında tanktan yağ emer ve bunu hidrolik silindire yönlendirmektedir. Devrede hidrolik silindir ile piston arasındaki kuru sürtünme bir direnç etkisi oluşturmaktadır. Pompanın sağladığı akış silindire gelince yağın basıncı bu direncin üstesinden gelerek silindir içindeki piston oynayıncaya kadar yükselmeye devam etmektedir.

Hidrolik silindirde gerekli basınç oluştuğunda yük hareket ettirilebilmektedir. Buradaki yükten kasıt, pistonun bağlandığı ve genellikle sürtünme direnci, direngenlik ve ataletten oluşan bir mekanik sistemin pistona indirgenmiş toplam etkisidir. Silindir hareketinin yönü ve hızı, valf ile kontrol edilmektedir. Hidrolik silindirdeki pistonun hızı valfin kesit alanı ile denetlenmektedir. Eğer pistonun hızı azaltılmak istenirse akış kontrol valfinin alanı küçültülmektedir, böylelikle birim zamanda daha az akış silindire ulaşmaktadır. Ancak akış alanının azaltılması pompa çıkış basıncının yükselmesine neden olmaktadır.

Hidrolik sistemlerde pompanın çıkış basıncı, basınç ayar valfi ile sınırlandırılmaktadır. Eğer pompaya yansıyan yük basıncı, basınç ayar valfinin ayar değerine erişirse, valf açılmaktadır ve akış fazlalığı basınç ayar valfi üzerinden tanka tahliye edilmektedir.

Hidrolik kontrol sistemleri sabit debili ve sabit basınçlı olarak ikiye ayrılmaktadır. Sabit debili güç kaynakları sabit basınçlı kaynaklara göre daha az yatırım gerektirdiğinden bazı uygulamalarda tercih edilebilmektedir. Ancak sabit debili sistemlerin verimi sabit basınçlı sistemlere göre düşüktür, ayrıca sabit basınçlı sistemlerin valf karakteristik eğrileri sabit debili sistemlere göre çok daha doğrusal olmaktadır.

Sabit basınçlı hidrolik kontrol sistemlerinde valfin besleme basıncı sürekli sabittir ve basınç ayar valfinin ayar değerine eşittir. Böylelikle valfin kesit alanının değiştirilmesi ile pompa basıncı değişmemektedir; ancak hidrolik silindire giden akış ve silindir basıncı değişmektedir.

Maksimum enerji verimliliği, makine optimizasyonu konusunda giderek önem kazanan bir faktör haline gelmiştir. Bu aynı zamanda enjeksiyonlu kalıplama ve hava basınçlı kalıplama gibi hidrolik tahrikli akslar için de geçerlidir. Kısmen ya da tamamen elektrikli hidrolik makine

tasarlama eğiliminin yanı sıra hidrolik üniteleri enerji verimliliği yüksek hidrolik sistemler için elektrikli servo tahrik teknolojisi gelişmiştir.

Servo pompa mükemmel çözüm sunan bir donanımdır. Son derece dinamiktir ve makine verimini artırarak büyük miktarda enerji tasarrufu (%70’e kadar) sağlamaktadır. Ayrıca klasik hidrolik çözümlere göre önemli oranda daha sessizdir ve ısı iletimi daha düşüktür.

Yağ tanklarının boyutları daha küçüktür ve soğutma sistemi daha az yer kaplamaktadır. Motor ve pompanın küçük boyutları ise yerden daha da fazla tasarruf sağlamaktadır. Geniş motor ve dönüştürücü seçenekleri sayesinde neredeyse sınırsız servo pompa çeşidi tasarlanabilmektedir. Konvansiyonel sistemlerde kullanılan yön valflerinin sebep olduğu basınç düşmesi ile oluşan ısı ve enerji kaybı servo hidrolik hibrid sistem teknolojilerinde kontrol valfine gerek olmadığı için gerçekleşmemektedir.

Servo hidrolik hibrid sistem teknolojisinin tercih edildiği çözümlerde yağ ısınmadığı için sonraki kullanımlarda bile ilk günkü verim sorunsuz bir şekilde sağlanmaktadır ve yağın kalitesinde bozulma olmadığı için kullanım ömrü uzun olmaktadır.

Ayrıca, 4 kadranlı kapalı sistemli bir yapısı olan servo hidrolik hibrid sistem teknolojisi, kullanılmayan atıl enerjinin de yeniden kullanılmasını sağlamaktadır. Servo motorlu hidrolik sistemler 1 ila 2 yıl içinde kendisini amorti etmektedir (Çalışkan ve ark., 2016).

Şekil 3.8. Servo motorlu hidrolik pompa (Bosch Rexroth).

Şekil 3.8’de servo motor bağlantısı yapılmış pompa ve servo motorun hareketini sağlayan sürücüsü gösterilmiştir.

Şekil 3.9. Voit firmasının plastik enjeksiyon presini baz alarak yaptığı karşılaştırma (http://voith.com).

Şekil 3.9’da Voith firmasının üç farklı enjeksiyon presini farklı yönlerden değerlendirdiği verilmektedir. Servo motorlu hidrolik sistem ile mekanik sistemin güç aktarımı bakımından incelendiğinde ikisinde performansının aynı ve iyi olduğu görülmektedir. Klasik hidrolik sistemli enjeksiyon presinin güç aktarım performansı diğer iki prese göre düşük olduğu anlaşılmaktadır. Enerji verimliliği bakımından servo motorlu hidrolik sistemin diğer iki sistemden daha iyi olduğu, klasik hidrolik sistemin mekanik sistemden daha iyi olduğu anlaşılmaktadır. Düşük hız ve yüksek basınçta ki verimlilik incelendiğinde servo motorlu hidrolik sistemin performansının çok iyi olduğu; mekanik sistemin klasik hidrolik sistemden daha iyi olduğu görülmektedir. Sistem aşınmanın yönünden incelendiğinde servo motorlu hidrolik sistemin en iyi olduğu; mekanik sistemin ikinci sırada, klasik hidrolik sistemin üçüncü sırada olduğu anlaşılmaktadır. Bakım maliyeti bakımından servo hidrolik sistemin en iyisi olduğu, onu mekanik sistemin takip ettiği ve en kötü performansında klasik hidrolik sistemde olduğu görülmektedir.

İşletme maliyeti bakımından incelendiğinde de bakım maliyeti başlığına paralel bir görüntü ortaya çıkmaktadır. Yatırım maliyeti baz alındığında en düşük yatırım maliyetinin

mekanik sistemde olduğu, ikinci sırada servo hidrolik sistemin, üçüncü sırada ise klasik hidrolik sistem olduğu görülmektedir.

Gürültü seviyesine bakıldığında en yüksek seviyenin klasik hidrolik sistemde olduğu, onu servo hidrolik sistemin takip ettiğini, en az gürültü seviyesinin mekanik sistemde olduğu anlaşılmaktadır.

Her üç sisteminde ürün oluşturma süreleri (proses hızı) aynıdır.

Şekillendirme basıncında ki performansa bakıldığında en iyisinin mekanik sistem, az farkla ikinci sırada servo hidrolik sistemin olduğu, en kötü performansın da klasik hidrolik sistemde olduğu görülmektedir.

Direk güç aktarımı bakımından servo hidrolik sistemle mekanik sistemin aynı olduğu, klasik hidrolik sistemin diğer iki sistemin gerisinde kaldığı anlaşılmaktadır.

Şekil 3.10. Hidrolik cam presinde klasik sistemle servo sistemin şematik gösterimi (https://www.industry.usa.siemens.com).

Şekil 3.10’da gözüken cam presinin incelendiğinde klasik sistemle yapılan presin AC motorlu bir hidrolik pompa ile sürüldüğü, yön valfi ile akışın izin verilen alana iletildiği, oransal valf ile de gelen akışın basıncının ayarlandığı, bu sayede presin istenilen şekilde çalıştırıldığı gözükmektedir. Sistemde oluşacak arıza veya acil durumlar için basınç emniyet valfi kullanıldığı gözükmektedir. Hidrolik yağının çabuk ısınmaması için tank hacmi 1000 litre olarak yapılmıştır.

Servo hidrolik sistem ise oransal, yön ve basınç emniyet valfleri kullanılmasına gerek duyulmadan servo motorlu pompa ile sistem çalıştırılmıştır. Sistemde yağ tankı hacmi klasik sistemde 1000 litre iken servo pompalı hidrolik sistemde yağın daha geç sürede ısınması sebebiyle 30 litrelik yağ tankı yeterli olmuştur.