Energieeffizienz in der Automatisierungstechnik

Transkript

1 Energieeffizienz in der Automatisierungstechnik Festo AG&Co.KG Roland Volk Energy Efficiency Consultant

2 FESTO - Ein unabhängiges Familienunternehmen Pneumatische und elektrische Antriebstechnik für die Industrie und Prozessautomatisierung Gegründet 1925 Weltweiter Umsatz: 2,2 Milliarden Mitarbeiter weltweit Mehr als Katalogprodukte 61 Landesgesellschaften Vertretungen in mehr als 176 Ländern Kunden weltweit Mehr als technische Berater und Projektingenieure weltweit Forschung/Entwicklung: 9% vom Umsatz Aus- und Weiterbildung: 1,5% vom Umsatz 2

3 Unser Ansatz: Intelligente Auslegung Intelligente und innovative Auswahl- Software unterstützen Sie bei der Auslegung von Systemen. Damit kann man Komponenten kleiner auslegen und vermeidet die Kumulation von Sicherheitsfaktoren. Lösungen für eine wirtschaftliche und nachhaltige Zukunft Produkte & Lösungen Festo bietet Produkte und Lösungen an, die Energie effizienter nutzen! Schon heute lassen sich mit Lösungen von Festo überraschende Einsparpotenziale realisieren. Vom Front-End über die Ventil- und Ventilinsel- Ebene bis zur hocheffizienten Druckluftaufbereitung. Training & Consulting Nutzen Sie die Kompetenz unserer Vertriebs- Ingenieure und Energy Efficiency Consultants. Profitieren Sie aus den Synergien von Industrienähe und dem Trainingsangebot von Festo Didactic. Services Festo Energy Saving Services bieten ein maßgeschneidertes Dienstleistungsprogramm zur Ermittlung und bestmöglichen Ausschöpfung von Einsparpotentialen. Das Servicepaket zur ganzheitlichen und nachhaltigen Energieeinsparung ist für alle Anwender interessant. 3

4 Unser Verständnis: Energieeffizienz ist abhängig von der Applikation! Beispiel: Konsumgüter Applikation: Baumwollprogramm 60 C Kaltwasser 15 C ± 2 C Warmwasser 60 C ± 2 C Bettlaken, Handtücher Applikationsdaten: 200 Zyklen pro Jahr Energieeffizienz nach EN und Richtlinie 95/12/EG Energieeffizienzklasse Beispiel: Maschinen Applikation: immer unterschiedlich nicht genormt Applikationsdaten: applikationsabhängig Energieeffizienz kann bestimmt werden, ist aber nicht vergleichbar! Energieeffizienzklasse wäre von vielen Faktoren abhängig!

5 Effizienz beginnt mit intelligenter Auslegung Bei pneumatischen und elektrischen Antrieben Simulation ersetzt teure Realitätstests Auslegungssoftware unterstützt bei Auswahl, Konfiguration und Dimensionierung der pneumatischen Steuerungskette. ca. 40% weniger Druckluftverbrauch durch Verzicht auf Überdimensionierung ca. 10% geringere Anschaffungskosten Kein Potenzieren von Sicherheitsfaktoren PositioningDrives verwendet Positionswerte, Nutzmasse und Einbaulage zur Auslegung von Antriebsmechanik, Getriebe und Motor. bis zu 70% Energieeinsparung durch Reduzierung der Sicherheitsfaktoren ca. 20% geringere Anschaffungskosten 6

6 - Überdimensionierung vermeiden Beispiel: Bewegung eines Käselaibs mit 12 kg Strecke von 250 mm 60 Zyklen/min - 300ms Zykluszeit. Einschichtbetrieb mit 8h/Tag und 200 Tage/Jahr. Energieverbrauch Energiekosten pro Jahr (0.025 / m³) DNC DNC ,77 Nl / Zyklus (+0,86Nl / Schlauch) ~666 ~ % Einkaufspreis 100% 88 % - 12 % 2,43 Nl / Zyklus (+0,86Nl / Schlauch) 7

7 - Überdimensionierung vermeiden Anwendung: Palettierung eines Getriebebauteils mit 15 kg, Strecke von 500 mm 20 Zyklen/min - 1s Zykluszeit. Einschichtbetrieb mit 8h/Tag und 200 Tage/Jahr. Beispiel: Ungünstige Auslegung durch Einzelbetrachtung Auslegung Achse durch Lieferant 1 Auslegung Getriebe durch Lieferant 2 Auslegung Motor durch Lieferant 3 Sicherheitsfaktor 2 Sicherheitsfaktor 1,5 Sicherheitsfaktor 1,2 Verbrauch pro Jahr = 195,1 kwh 8

8 Auslegung und Optimierung bei elektrischen Antrieben Anwendung: Palettierung eines Getriebebauteils mit 12 kg Strecke von 500 mm 20 Zyklen/min - 1s Zykluszeit. Einschichtbetrieb mit 8h/Tag und 200 Tage/Jahr. Klassische Auslegung Sicherheitsfaktor >> 1,5 1,2 Optimierte Auslegung Energieverbrauch 195 kwh/jahr 60 kwh/ Jahr - ~70 % Einkaufspreis ~4500 ~ ~18 % 9

9 Produkte & Lösungen Sensorintegration in Wartungsgeräten Druck-Sensor zur Drucküberwachung Kontinuierliche Kontrolle der Betriebsdrücke Differenzdruck-Sensor zur Filterüberwachung Die sichere Überwachung der Fein- und Feinstfilter warnt rechtzeitig, nicht erst wenn es zu spät ist! Ökonomisch Filterwechsel genau nach Bedarf Durchfluss-Sensor zur Verbrauchsüberwachung Durchflussmessung zum Überwachen und Steuern Erfassung und Kontrolle des Luftverbrauchs 10

10 Produkte & Lösungen Luftsparschaltung Bei Erreichen des erforderlichen Vakuums wird die Luftsparschaltung aktiviert und somit die Luftzufuhr zur Venturi-Düse unterbrochen Vak. max Vak. min Vakuum Vakuumgenerator mit Luftsparfunkt. Herkömmlicher Vakuumgenerator 1 0 Einsparung Druckluft 11

11 Vakuum-Anwendungen Ist-Zustand Möglichkeit zur Optimierung 12

12 Vakuumsaugdüsen vs. Vakuumpumpe Zyklen/ Vakuum Druckluft Druckluft- Energiekosten - Druckluft- 1-Schicht - Betrieb Invest min Aktivzeit [s] verbrauch [Nl/min] kosten / Tag kosten / Jahr Wartungskosten VakuumPumpe 1,5kW 1.300,00 432,00 100,00 Vakuumgenerator VN-07 2St. 80, ,5 80 0,96 345,60 0,00 Vakuumgenerator OVEM 07 - mit LSP 2St. 520, ,5 28 0,34 120,96 0, , , , , , , , ,00 500,00 0, Vakuumpumpe VN-Düse OVEM 13

13 - Überdimensionierung vermeiden Beispiel: Bewegung eines Käselaibs mit 12 kg Strecke von 250 mm 60 Zyklen/min - 300ms Zykluszeit. Einschichtbetrieb mit 8h/Tag und 200 Tage/Jahr. Energieverbrauch Energiekosten pro Jahr (0.025 / m³) Zyl. Ø40mm Hub 250mm 3,77 Nl / Zyklus (+0,86Nl / Schlauch) Zyl. Ø32mm Hub 250mm ~666 ~ % Einkaufspreis 100% 88 % - 12 % 2,43 Nl / Zyklus (+0,86Nl / Schlauch) 14

14 Berechnung und Vergleich Gesamtkosten über 10 Jahre Kleinerer Durchmesser möglich, durch die hohe Leistungsdichte des P-Zylinders! Elekt. Achse DNCE-40 Pneumatik DNC-40 Opt. Baugröße DNC-32 Kosten incl. Anschaffung, Montage, Wartung, Instandhaltung, Energieverbrauch, Verzinsung der Investition zu 3% DNC-40 DNC-32 DNCE 15

15 Berechnungsbeispiel - - Schlauchvolumen reduzieren Mit halber Länge der Verschlauchung halbiert sich das Schlauchvolumen und der Luftverbrauch. Deshalb: Ventilinseln möglichst dezentral Ventile so nahe wie möglich an den Zylinder Schlauch zwischen Ventil und Zylinder Zyl. Ø32mm Große Schlauchlänge PUN-8x1,25 3,0m lang Zyl. Ø32mm geringe Schlauchlänge PUN-8x1,25 0,3 m lang Druckluftverbrauch Arbeitszylinder Druckluftverbrauch Schlauch Energiekosten pro Jahr (2,5 ct / m³) 0, 856Nl/ Zyklus ~125 / Jahr 2,43 Nl/ Zyklus ~ 350 0,086Nl/ Zyklus ~ 12,50 / Jahr ~ 475 ~

16 Berechnung und Vergleich Gesamtkosten über 10 Jahre Zusätzliche Reduzierung des Totvolumens (kürzere Schläuche) Elekt. Achse DNCE-40 Pneumatik DNC-40 Kosten incl. Anschaffung, Montage, Wartung, Instandhaltung, Energieverbrauch, Verzinsung der Investition zu 3% Opt. Baugröße DNC-32 + Totvol. Reduzieren DNC-40 DNC-32 + Schlauchopt. DNCE 17

17 Berechnungsbeispiel -Druckreduzierter Rückhub / Druckzonen Beidseitige Ansteuerung mit max. Betriebsdruck Ansteuerung mit Druckzone Arbeitszylinder: Zyl. Ø32mm / Hub 250 mm Betriebsdruck: 6 bar 6 bar ausfahren 3 bar einfahren Angepasste Schaltung für eine Rückhubbewegung mit geringer Kolbenkraft / Geschwindigkeit Verfahrzeit: Energiekosten pro Jahr: Mehrkosten bei der Investition: 0,5 s ausfahren 0,5 s einfahren ca. 50 Die Investition hat sich nach weniger als einem Jahr amortisiert 18

18 Berechnung und Vergleich Gesamtkosten über 10 Jahre Druckzonen (Rückhub mit geringerem Druck) bringt weitere Verbesserung Elekt. Achse DNCE-40 Pneumatik DNC-40 Kosten incl. Anschaffung, Montage, Wartung, Instandhaltung, Energieverbrauch, Verzinsung der Investition zu 3% Opt. Baugröße DNC-32 +Totvol. reduziert +Druckred DNC-40 DNC-32 + Schlauchopt. + Druckred. DNCE 19

19 Kundenanfrage - 3 Achs-Raumportal Gewicht Werkstück: 1kg Zyklusdauer: 10 s Arbeitsstunden pro Tag: 24 Arbeitstage pro Jahr: 250 Grundlegender Aufbau: Z-Achse 20

20 Best of both worlds in einem 3 Achs-Raumportal Eingesetzte Komponenten X-Achse Y-Achse Z-Achse Schwenkantrieb Konfiguration 1: Komplett elektrische Auslegung (E) 2x DGE ZR-KF Zahnriemen 1000mm DGE ZR-KF Zahnriemen 1000mm EGC BS-10P-KF Spindelachse 300mm MTR-DCI-42S-VCSC-EG7 Servomotor Konfiguration 2: Elektrik und Pneumatik kombiniert (E+P) 2x DGE ZR-KF Zahnriemen 1000mm DGC KF-PPV-A pneum. Linearantrieb 300mm DSR-16 pneum. Drehantrieb 180 Greifer E-Greifer HGP-16 pneum.greifer Anschaffungskosten ~ ~ DGE ZR-KF Zahnriemen 1000mm

21 Best of both worlds in einem 3 Achs-Raumportal - Kostenvergleich Anschaffungskosten E E+P Energiekosten für 1 Jahr E E+P Durch das geringere Gewicht der pneumatischen Z-Achse fallen die Energiekosten des Raumportals nur unwesentlich höher aus Gesamtkosten über 5 Jahre Energiekosten Anschaffungs -kosten 0 E E+P 22

22 Best of both worlds in einem 3 Achs-Raumportal Kostenvergleich Pneumatik und Elektrik stehen nicht in Konkurrenz, sondern können sich sinnvoll ergänzen! 23

23 Applikationen - Übertragbarkeit Technologievergleich zwischen Pneumatik und Elektrik lässt sich nicht pauschal auf weitere Anwendungen übertragen. Veränderte Randbedingungen (z. B. Zyklen/a oder der ausgeführte Hub) - Einfluss auf wirtschaftlichen Vergleich - deutliche Beeinflussung des ROI Exakte Randbedingungen sind wichtig Pauschale Aussagen sind nur schwer möglich / nicht empfehlenswert Als Daumenregel kann man festhalten: Je kleiner die Hublänge, je größer die Haltekraft und je länger die Haltedauer, desto effizienter ist die Pneumatik. Je größer die Hublänge, je geringer die Haltekraft und je kürzer die Haltedauer, desto effizienter ist die Elektrik. 24

24 Zusammenfassung Die Anforderungen vom Markt und aus gesetzlichen Regularien werden höher Energieeffizienz ist Team-Work Jede Antriebstechnologie hat Ihre Vorteile - Richtig ausgelegt und eingesetzt ist sowohl die Pneumatik als auch die Elektrik energieeffizient Wir bieten unseren Kunden einen umfangreichen Support 25

25 Wir nehmen das Thema ernst! Chemie-Nobelpreisträger Wilhelm Ostwald (1912) Vergeude keine Energie, verwerte und veredle sie! Besuchen Sie uns in Halle 15 Stand D07 26