Energieeffizienz in der Pneumatik Gewusst wie!?

Transkript

1 Energieeffizienz in der Pneumatik Gewusst wie!? EnergieEffizienz in industriellen Prozessen Efficiency Days Hannover, 21. April 2010 Dr. Axel Gomeringer Project Manager Innovation & Technology Management Festo AG & Co. KG Esslingen CR-PI/Dr. Axel Gomeringer Energieeffizienz in der Pneumatik 4. März 2010

2 Energieeffizienz in der Pneumatik Gewusst wie!? 1 Einführung 2 Energieeffizienz Maßnahmen in der Planung und Auslegung 3 Energieeffizienz Maßnahmen im Betrieb 4 Zusammenfassung CR-PI/Dr. Axel Gomeringer Energieeffizienz in der Pneumatik 4. März 2010

3 Festo AG & Co. KG - Zahlen & Fakten Pneumatische und elektrische Antriebstechnik t ik für die Industrie und Prozessautomatisierung Gegründet 1925 Weltweiter Umsatz: 1,3 Milliarden/ Jahr Mitarbeiter weltweit Katalogprodukte 57 Landesgesellschaften Vertretungen in mehr als 176 Ländern Kunden weltweit Mehr als technische h Berater und Projektingenieure weltweit CR-PI/Dr. Axel Gomeringer Energieeffizienz in der Pneumatik 4. März

4 Energieeffizienz allgemein Energiekosten alleine sind der falsche Ansatz. Gesamtbetrachtungen sind notwendig Gesamtkostenbetrachtung (Total Cost of Ownership -TCO) Die Betrachtung und Optimierung der Life Cycle Kosten von Maschinen und Anlagen gewinnt gegenüber den reinen Anschaffungskosten immer größere Bedeutung Betrachtung der After Sales Kosten bereits in der Angebotsphase mit dem Ziel der Minimierung der Gesamtkosten Steigerung der technischen Verfügbarkeit und Prozesssicherheit bei gleichzeitiger eitiger Optimierung der Instandhaltungskosten durch die Verbesserung der Komponentenstandzeit Lebenszykluskosten k Anschaffungskosten Energiekosten Instandhaltungskosten t Entsorgungskosten t CR-PI/Dr. Axel Gomeringer Energieeffizienz in der Pneumatik 4. März 2010

5 Energieeffizienz in der Pneumatik Grundlagen und Hintergründe Einsparpotenziale liegen vor allem in der Planung, aber auch im Betrieb der Anlagen Planung Betrieb Gebäude- und Infrastrukturplanung Planung des Produktionssystems und des Fertigungsprozesses Inbetriebnahme Betrieb Wartung und Instandhaltung Kun nden Niedrigenergiebauweisen, Dimensionierung Druckluftnetz, erneuerbare Energien, Verwendung von energieoptimierten Automatisierungsprodukten und gezielter Auslegung der Produktion Condition Monitoring und Diagnose zur Minimierung der Energieverbräuche Identifikation und Behebung von Leckagen Festo Energieeffizienz unserer Gebäude Produkte & Lösungen Auslegungstools Energieeffizienz live Kontinuierliche Optimierung im Betrieb Forschung & Entwicklung von Technologien für Energieeffizienz CR-PI/Dr. Axel Gomeringer Energieeffizienz in der Pneumatik 4. März

6 Energieeffizienz in der Pneumatik Gewusst wie!? 1 Einführung 2 Energieeffizienz Maßnahmen in der Planung und Auslegung 3 Energieeffizienz Maßnahmen im Betrieb 4 Zusammenfassung CR-PI/Dr. Axel Gomeringer Energieeffizienz in der Pneumatik 4. März 2010

7 Energieeffizienz Maßnahmen in der Planung und Auslegung Ja, reine Energiekosten sind bei Nutzung des Energieträgers Druckluft signifikant höher als bei direkter Nutzung der elektrischen Energie Optimum Durchschnitt Alter Schraubenkompressor 1,5 ct/nm³ 1,8 ct/nm³ 2,5 ct/nm³ Spanne der Druckluftkosten 10 ct/nm³ Mit Wärmerück k- gewinnung Festo ohne Wärmerück k- gewinnung CR-PI/Dr. Axel Gomeringer Energieeffizienz in der Pneumatik 4. März

8 Energieeffizienz Maßnahmen in der Planung und Auslegung Das Ventil so nahe wie möglich an den Zylinder, bzw. Ventilinseln möglichst dezentral DNC-32 Geringe Schlauchlänge DNC-32 Große Schlauchlänge Schlauch zwischen PUN-8x1,25 PUN-8x1,25 Ventil und Zylinder 03m 0,3 lang 30 3,0 mlang Druckluftverbrauch Arbeitszylinder Druckluftverbrauch ch Schlauch Energiekosten pro Jahr (2,5 ct / m³) Einkaufspreis Arbeitszylinder 2,62 Nl/ Zyklus 0,092 Nl/ Zyklus 0, 919 Nl/ Zyklus ca. 25% weniger Druckluftverbrauch durch Anordnung des Ventils in der Nähe des Arbeitszylinders CR-PI/Dr. Axel Gomeringer Energieeffizienz in der Pneumatik 4. März

9 Energieeffizienz Maßnahmen in der Planung und Auslegung Druckzonen bilden wo immer möglich. Bereits in der Planungsphase berücksichtigen Beidseitige Ansteuerung mit max. Betriebsdruck ebsd Ansteuerung mit Druckzone Arbeitszylinder: DNC PPV-A Angepasste Schaltung für eine Rückhubbewegung mit geringer Kolbenkraft / Geschwindigkeit Betriebsdruck: Verfahrzeit: Energiekosten pro Jahr: Mehrkosten bei der Investition: 6 bar 0,5 s ausfahren 0,7 s einfahren 6 bar ausfahren 2,5 bar einfahren ca. 50 Die Investition hat sich nach weniger als einem Jahr amortisiert CR-PI/Dr. Axel Gomeringer Energieeffizienz in der Pneumatik 4. März

10 Energieeffizienz Maßnahmen in der Planung und Auslegung In der Pneumatik sind 20% Effizienzsteigerung immer möglich, durch optimale Auslegung und Planung und durch Optimierung im Betrieb Simulation und energetische Optimierung von Antriebssystemen Simulations-Software Software vermeidet Überdimensionierung! ca. 40% weniger Druckluftverbrauch durch Verzicht auf Überdimensionierung ca. 10% geringere Anschaffungskosten Beispiel: Bewegung einer Vorrichtung mit 12 kg Masse, um eine Strecke von 25 cm bei 60 Zyklen/min und 300ms Zykluszeit. Einschichtbetrieb mit 8h/Tag und 200 Tage/Jahr. DNC 40 DNC 32 Energieverbrauch Nl/5 Zyklen Nl/5 Zyklen Energiekosten pro Jahr (0.025 / m³) Einkaufspreis CR-PI/Dr. Axel Gomeringer Energieeffizienz in der Pneumatik 4. März

11 Energieeffizienz Maßnahmen in der Planung und Auslegung Der höhere Energieverbrauch des P-Zylinders wirkt sich nicht sofort aus! Kosten incl. Anschaffung, Montage, Wartung, Instandhaltung, Energieverbrauch, Verzinsung der Investition zu 3% CR-PI/Dr. Axel Gomeringer Energieeffizienz in der Pneumatik 4. März

12 Energieeffizienz Maßnahmen in der Planung und Auslegung Kleinerer Durchmesser möglich, durch die hohe Leistungsdichte des P-Zylinders! Kosten incl. Anschaffung, Montage, Wartung, Instandhaltung, Energieverbrauch, Verzinsung der Investition zu 3% CR-PI/Dr. Axel Gomeringer Energieeffizienz in der Pneumatik 4. März

13 Energieeffizienz Maßnahmen in der Planung und Auslegung Zusätzliche Reduzierung des Totvolumens (kürzere Schläuche) Kosten incl. Anschaffung, Montage, Wartung, Instandhaltung, Energieverbrauch, Verzinsung der Investition zu 3% CR-PI/Dr. Axel Gomeringer Energieeffizienz in der Pneumatik 4. März

14 Energieeffizienz Maßnahmen in der Planung und Auslegung Druckzonen (Rückhub mit geringerem Druck) bringt weitere Verbesserung Kosten incl. Anschaffung, Montage, Wartung, Instandhaltung, Energieverbrauch, Verzinsung der Investition zu 3% CR-PI/Dr. Axel Gomeringer Energieeffizienz in der Pneumatik 4. März

15 Energieeffizienz Maßnahmen in der Planung und Auslegung Erkenntnis: P-Zylinder bis ca. 32mm Durchmesser sind wirtschaftlicher als vergleichbare E-Stellantriebe! Kosten incl. Anschaffung, Montage, Wartung, Instandhaltung, Energieverbrauch, Verzinsung der Investition zu 3% CR-PI/Dr. Axel Gomeringer Energieeffizienz in der Pneumatik 4. März

16 Energieeffizienz in der Pneumatik Gewusst wie!? 1 Einführung 2 Energieeffizienz Maßnahmen in der Planung und Auslegung 3 Energieeffizienz Maßnahmen im Betrieb 4 Zusammenfassung CR-PI/Dr. Axel Gomeringer Energieeffizienz in der Pneumatik 4. März 2010

17 Energieeffizienz Maßnahmen im Betrieb Leckage vermeiden und regelmäßig prüfen spart sofort Geld! Lochdurchmesser Luftverlust bei Betriebsdruck 6bar und offener Düse (überkritische Strömung) Energieverlust Kosten Tatsächliche Größe mm l/min (bei 6 bar) m³/jahr bei 8000 h kw (ca.) * , , Empirische Faustformel: Q = 0, 9 11 P d 2 l min Korrekturfaktor für nicht gerundete Einströmkanten von 0,9 berücksichtigt * Kosten für Drucklufterzeugung mit 2,5 ct/m³ angenommen CR-PI/Dr. Axel Gomeringer Energieeffizienz in der Pneumatik 4. März

18 Energieeffizienz Maßnahmen im Betrieb - Festo Energy Saving Service 1. Analyse 2. Planung 3. Umsetzung 4. Erhaltung Druckluftversorgung* Druckluftanwendung Druckluftversorgung* Druckluftanwendung Druckluftversorgung* Druckluftanwendung Druckluftversorgung* Druckluftanwendung Messung Druckluftversorgung Druckluftverbrauchsanalyse Druckluftqualitätsanalyse Entwicklung Leckagemanagement- Konzept Entwicklung Modernisierungskonzept Durchführung Instandsetzung Umsetzung Modernisierungskonzept Regelmäßige Kompressorund Anlagenmessungen Regelmäßige Leckageortung und Druckluftqualitätsanalyse lität l Regelmäßige präventive u. korrektive Instandhaltung Leckageortung Training und Schulung Entwicklung und Umsetzung Condition Monitoring System CR-PI/Dr. Axel Gomeringer Energieeffizienz in der Pneumatik 4. März 2010 * Durch Festo und/oder lokale Service Partner 18

19 Energieeffizienz Maßnahmen im Betrieb - Leckageortung Leckageprüfung auf Werksebene Überprüfung des gesamten Druckluftsystems auf Leckagen, z.b. durch Ultraschalldetektoren (nur bedingte Beeinträchtigung des laufenden Betriebs), Leckagesprays Kennzeichnung der Leckagestellen (Tagging) Erfassung der für die Instandsetzung oder Verbesserung relevanten Informationen CR-PI/Dr. Axel Gomeringer Energieeffizienz in der Pneumatik 4. März

20 Energieeffizienz Maßnahmen im Betrieb Leckage vermeiden und regelmäßig prüfen spart sofort Geld! Ursachen von Leckagen... und Maßnahmen zur Vermeidung Setzungseffekte an harten Kunststoffdichtungen Verschleiß an Kolbenstangendichtungen durch Querkräfte Beschädigung der Dichtungen in Steckverbindern durch Grat am Schlauch Weichdichtendes Prinzip mit Käfig Mechanische Überbestimmung vermeiden Schlauchschneider verwenden! Festo Typ OL / OK Festo Typ SGS / SSNG Festo Typ: ZRS CR-PI/Dr. Axel Gomeringer Energieeffizienz in der Pneumatik 4. März

21 Energieeffizienz Maßnahmen im Betrieb - Modernisierungskonzept für Anlagen Druckluftversorgung Optimierung Kompressorsteuerung Optimierung Kompressoren (Typ, Größe, ) Optimierung Druckluftaufbereitung Optimierung Druckluftverteilung Druckluftanwendung Optimierung von Blasluftanwendungen Optimierung von Vakuumanwendungen Optimierung von Verschlauchungskonzepten Vermeidung von Druckabfällen Optimierung von Druckniveaus Dimensionierung von Antrieben, Ventilen und Verbindungselementen Optimierung von Installations- und Steuerungskonzepten CR-PI/Dr. Axel Gomeringer Energieeffizienz in der Pneumatik 4. März

22 Energieeffizienz Maßnahmen im Betrieb Beispiel Keramikindustrie rbrauch [Nl/min] Druckluftver Gesamtanalyse einer kompletten Produktionslinie Verbrauch dynamisch [Nl/min] Verbrauch statisch [Nl/min] Anlage 8 Anlage 10 Anlage 14 Anlage 9 Anlage 4 Anlage 20 Anlage 11 Anlage 1 Anlage 7 Anlage 13 Anlage 6 Anlage 3 Anlage 5 Anlage 12 Anlage 18 Anlage 16 Anlage 2 Anlage 17 Anlage 19 Anlage 15 CR-PI/Dr. Axel Gomeringer Energieeffizienz in der Pneumatik 4. März 2010

23 Energieeffizienz Maßnahmen im Betrieb Beispiel Keramikindustrie Aktivitäten der Festo Servicetechniker: Messung von dynamischen und statischem Verbrauch Detektion von Leckagen Austausch von defekten Zylindern und Ventilen Austausch von Verschlauchung und Verbindern Amortisierung: 5 Monate Zusatznutzen: Reduktion der Druckverluste Reduktion des Lärmpegels Leistungen Komponenten Technischer h Support zur Optimierung i Report CR-PI/Dr. Axel Gomeringer Energieeffizienz in der Pneumatik 4. März

24 Umwelttechnikpreis Baden-Württemberg 2009 Festo Energy Saving Services mit Umwelttechnikpreis 2009 des Umweltministeriums Baden-Württemberg ausgezeichnet Der Umwelttechnikpreis zeichnet Umwelt- techniken in Form von Produkten aus, die einen bedeutenden Beitrag zur Ressourceneffizienz und Umweltschonung leisten. "Der Maschinenbau ist eine tragende Säule der Wirtschaft in Baden-Württemberg. Festo hat die Zeichen der Zeit erkannt und trägt mit seinen Energy Saving Services dazu bei, den internationalen Technologievorsprung auch im Hinblick auf die Energieeffizienz weiter auszubauen. Ein klares Plus für die Umwelt, das sich bezahlt macht", begründet Umweltministerin Tanja Gönner die Entscheidung der Jury. CR-PI/Dr. Axel Gomeringer Energieeffizienz in der Pneumatik 4. März

25 Energieeffizienz in der Pneumatik Gewusst wie!? 1 Einführung 2 Energieeffizienz Maßnahmen in der Planung und Auslegung 3 Energieeffizienz Maßnahmen im Betrieb 4 Zusammenfassung CR-PI/Dr. Axel Gomeringer Energieeffizienz in der Pneumatik 4. März 2010

26 Zusammenfassung (I) Die Auswahl der richtigen Technologie spart Geld Tools nutzen! Air Consumption Schnell und bequem den Luftverbrauch ihrer Anlage ermitteln. Pro Pneu ProPneu hilft bei der Auswahl und Konfiguration der gesamten pneumatischen Steuerungskette Festo Startseite im digitalen Katalog Positioning Drives Welcher elektromechanische Linearantrieb erfüllt Ihre Aufgabe am besten? CR-PI/Dr. Axel Gomeringer Energieeffizienz in der Pneumatik 4. März 2010

27 Zusammenfassung (II) Im Betrieb von Maschinen und Anlagen sind große Einspareffekte erzielbar! Ein ganzheitlicher Ansatz ist besser als Insellösungen Interne Überzeugungsarbeit g ist z.t. hoch, aber der Schlüssel zum Erfolg Ein Gesamtverantwortlicher ist zwingend erforderlich Amortisationszeiten fast immer unter 2 Jahren,, teilweise sogar bei wenigen Monaten Nebeneffekte: höhere Anlagenverfügbar- keit, höhere Produktivität, höhere Qualität, bessere Ersatzteilversorgung, bessere Arbeitsbedingungen 1. Analyse 2. Planung 3. Umsetzung 4. Erhaltung Druckluftanwendung Druckluftversorgung* Druckluftanwendung Druckluftqualitätsanalyse Druckluftversorgung* Druckluftanwendung Entwicklung Leckagemanagement- Konzept Entwicklung Modernisierungskonzept Druckluftversorgung* Durchführung Instandsetzung Umsetzung Modernisierungskonzept Messung Druckluftversorgung Druckluftverbrauchsanalyse Druckluftversorgung* Druckluftanwendung Regelmäßige Kompressorund Anlagenmessungen Regelmäßige Leckageortung und Druckluftqualitätsanalyse Regelmäßige präventive u. korrektive Instandhaltung Leckageortung Training und Schulung Entwicklung und Umsetzung Condition Monitoring System CR-PI/Dr. Axel Gomeringer Energieeffizienz in der Pneumatik 4. März 2010

28 Festo AG & Co. KG Dr. Axel Gomeringer Project Manager Innovation & Technology Management Ruiter Str Esslingen 0711/ CR-PI/Dr. Axel Gomeringer Energieeffizienz in der Pneumatik 4. März 2010