31.08.2018

Sind pneumatische Antriebe für die heutigen Energieanforderungen wirklich geeignet?

Aufgrund gesetzlicher Vorgaben sind viele Unternehmen verpflichtet, den Ist-Zustand ihres Energieverbrauchs zu bewerten und Verbesserungspotenziale zu ermitteln. Dies kann durch ein Energieaudit nach DIN EN 16247 erfolgen oder alternativ mit der Einführung eines Energiemanagementsystems nach ISO 50001.

Mit einem Energiemanagementsystem, wie es von vielen Unternehmen mittlerweile eingeführt ist, ergeben sich vielversprechende Vorteile. Im Fokus steht dabei die kontinuierliche Optimierung der energiebezogenen Leistung, d. h. die Optimierung der Energieeffizienz (z. B. weniger Energie pro gefertigtem Stück), des Energieeinsatzes (wo verwende ich die Energie, z. B. für Beleuchtung) und des Energieverbrauchs (z. B. Reduzierung der Energiemenge). Auch Dunkermotoren hat sich für ein Energiemanagementsystem nach ISO 50001 entschieden, um weiterhin ressourcenschonend Hightech-Produkte Made in Germany an Sie liefern zu können.

Die Optimierung der energiebezogenen Leistung wird durch ein systematisches Vorgehen erreicht. Zunächst erfolgt eine energetische Bewertung des Unternehmens. Hierbei werden der Energieverbrauch und -einsatz, sowie die wesentlichen Einsatzbereiche ermittelt. Ein Einsatzbereich ist z. B. die Erzeugung von Druckluft. Darüber hinaus werden hier auch Möglichkeiten zur Verbesserung der energiebezogenen Leistung ermittelt und Maßnahmen zu deren Verbesserung definiert.

Im nächsten Schritt werden die definierten Maßnahmen umgesetzt und deren Wirksamkeit in geplanten Zeitabständen überprüft und analysiert. Sollten sich nicht die erwarteten Verbesserungen einstellen, so sind die Maßnahmen entsprechend anzupassen. Die energetische Bewertung ergibt bei vielen produzierenden Unternehmen ein ähnliches Bild. Ein wesentlicher Energieeinsatzbereich ist die Erzeugung von Druckluft, wobei ein Anteil von bis zu 25 % des elektrischen Gesamtenergieverbrauchs für die Generierung von Druckluft nicht unüblich sind. Eine Auswertung ergibt, dass der Energieverbrauch für Druckluft häufig das größte Einsparpotenzial bietet. Ein geschätztes Einsparpotenzial von ca. 16 % kann allein durch das Beseitigen von Leckagen im Druckluftsystem und durch das Verringern des Druckes erreicht werden. Somit können durch die Instandhaltung der Rohrleitungen und eine Absenkung des Betriebsdruckes um ein bar, jährlich Energiekosten in Höhe von ca. 40.000 € eingespart werden. Ein kleines Loch von nur einem Millimeter Durchmesser kann ein Luftsystem nachteilig beeinträchtigen. In Zahlen genannt wären dies bei sechs bar Druck ca. 29.000 m³ verlorene Druckluft pro Jahr (8.000 Betriebsstunden), was in Summe 725 € an Energiekosten bedeutet. Als Berechnungsgrundlage wurde hierfür 0,025 € / m³ für aufbereitete Druckluft angesetzt. Nicht einmal ein Elektromotor mit 300 W (z. B. BG 75x50) im Dauerbetrieb kommt auf solch hohe Betriebskosten.

Dunkermotoren bietet bereits bessere Lösungen in Form von elektrischen Systemen, die pneumatische Systeme eins zu eins ersetzen können und dabei effizienter arbeiten. Die Abhängigkeit einer Produktionsstätte von Druckluft kann durch den Einsatz dieser Komponenten problemlos reduziert werden. Für einen elektrischen Aktuator ist eine Effizienz von ca. 80 % keine Seltenheit, wohingegen ein pneumatischer Zylinder gerade einmal eine Effizienz von nur 50% erreicht (dies beinhaltet keine Verluste bei der Druckluftgenerierung). Im Gegensatz zum Pneumatik-Zylinder ist der Energiebedarf der elektrischen Hubzylinder CASM last- und nicht zylindervolumenabhängig. Betrachtet man das Gesamtsystem ergibt sich sogar eine Effizienz von 70% zu 5% - siehe Grafik.

Grafik Gegenüberstellung Gesamtsystem: 5% zu 70%

Mit Hilfe von Auslegungstools lassen sich Luftverbräuche für pneumatische Aktuatoren in Anwendungen im Vorfeld berechnen. Diese Werte bieten die Grundlage für einen direkten Vergleich mit einem elektrischen System. Ist ein pneumatischer Zylinder dauerhaft (24 / 7) im Einsatz, wird sich die Umstellung auf einen CASM Zylinder nach kürzester Zeit für den Anlagenbetreiber rechnen. Auch wenn die Installationskosten des elektrischen Systems höher sind, als die einer pneumatischen Lösung, sind die Unterhaltskosten um bis zu 80 % geringer. Wenn wir das auf unsere oben genannten mittelständischen Unternehmen übertragen und es dadurch möglich wäre den Luftverbrauch in der Produktion auf ein Minimum zu reduzieren, würde der Gesamtenergieverbrauch der Drucklufterzeugung auf einen einstelligen Prozentsatz sinken – im Gegensatz zu den bisherigen 25 %. Nur am Energieverbrauch gemessen, würde das eine Einsparung von einigen tausend Kilowattstunden pro Jahr bedeuten.

Abschließend lässt sich sagen, dass die oben genannten Einsparungen nur eintreten, wenn alle pneumatischen Systeme, wo möglich, durch elektrische Systeme ersetzt werden. Hervorzuheben sind auch die Vorteile der reduzierten Wartungsintervalle gegenüber der pneumatischen Lösung. Trotz vieler technischer Vorteile eines elektrischen Systems (Predictive Maintenance, Condition Monitoring, Positionierung, Strombegrenzung, Busschnittstellen etc.) werden pneumatische Einheiten weiterhin für einfache Positionierung und Kurzzeitbetrieb ihre Berechtigung in Maschinen haben. Mit elektromechanischen Einheiten lassen sich nicht nur Betriebskosten senken, sondern auch die Flexibilität und Konnektivität eines bürstenlosen BG Motors binden die smarten Lineareinheiten zukunftssicher ins Industrie 4.0 Netzwerk ein.

Datenbox CASM Zylinder:

  • Smarter DC Servomotor mit Schnittstellenanbindung an EtherCAT, Profinet, Profibus und CANopen
  • Mechanischer 1:1 Ersatz von Pneumatik Zylinder gemäß ISO15552
  • Hoher Gesamtwirkungsgrad, dadurch niedrige Betriebskosten
  • Regelung von: Positionen, Kräfte, Beschleunigungs-/ Bremsrampen
  • Stand-alone Betrieb möglich
  • Lange Lebensdauer durch Kugelumlaufspindel
  • Kräfte bis 5400 N und Geschwindigkeiten von bis zu 1000 mm/s
  • Industrie 4.0-fähig

Autor: Matthias Utz I Product Manager Linear Systems, Harald Müller I Product and Energy Manager



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