Ablösung von Pneumatik. LinMot 2012 LinMot Pneumatic Replacement_d.ppt

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1 Ablösung von Pneumatik LinMot 2012 LinMot Pneumatic Replacement_d.ppt

2 Vorteil Linearmotor Einfach Flexibel Dynamisch Lebensdauer Prozessstabilität Installation & Inbetriebnahme Betriebskosten Zukunftsperspektive LinMot 2012 LinMot Pneumatic Replacement_d.ppt

3 Systemvergleich Noch einfacher als Pneumatik... Einsparung bei Logistik- Installationskosten LinMot 2012 LinMot Pneumatic Replacement_d.ppt

4 Flexibilität: Inbetriebnahme- und Umrüstkosten + Grössere Flexibilität Einsparung bei Inbetriebnahme- und Umrüstkosten Einfache Programmierung mittels Teach-In LinMot 2012 LinMot Pneumatic Replacement_d.ppt

5 Flexibilität, Prozessstabilität, Überwachung Linearmotor: frei programmierbare Beschleunigung, Geschwindigkeit, Position, Kraft mit Überwachung Pneumatik: - mit pneum. Endlagendämfung (1) - standard Zylinder (2) Programmierbare, gleich bleibende und überwachte Bewegungen Höhere Prozessstabilität weniger Ausschuss LinMot 2012 LinMot Pneumatic Replacement_d.ppt

6 Positionierzeiten: Höhere Taktzahlen Last 600 Postions-Zeit Diagramm für Linearmodul H01-37x240 im Vergleich zur Pneumatik mit pneumatischer Endlagendämpfung D=25mm Hub ,0 kg 6,0 kg 4,0 kg 2,0 kg 0,0 kg PSS 8.0 kg (max.) PSS 8.0 kg (min.) Hub [mm] Kurze Positionierzeiten Höhere Taktzahlen und grössere Leistung LinMot 2012 LinMot Pneumatic Replacement_d.ppt

7 Lebensdauer: Service- und Wartungskosten Pneumatik: LinMot: MONTHS Monate Air Cylinder 10 Mio. Air Cylinder 20 Mio. YEARS Jahre LinMot 500 Mio. LinMot 1'000 Mio Cycles Zyklen per pro Second Sekunde Cycles Zyklen per pro Second Sekunde Längere Lebensdauer Einsparungen bei Service- und Wartungskosten LinMot 2012 LinMot Pneumatic Replacement_d.ppt

8 Energieeffizienz & Energiekosten Analyse von Linearbewegungen Takte/min LinMot 2012 LinMot Pneumatic Replacement_d.ppt

9 Lineare Bewegung 30 Takte pro Minute mit 500ms Verfahrzeit und 500msec Pause 15kg v [m/s] a [m/s²] 15kg 400mm Ausfahren 400mm 500msec Stillstand 500msec Einfahren -400mm 500msec Stillstand 500msec Zykluszeit Total 2 000msec LinMot 2012 LinMot Pneumatic Replacement_d.ppt

10 Auslegung Linearmotor mit LinMot Designer Bewegungsequenz Zeitlicher Ablauf Beschleunigen Bremsen Beschleunigen Bremsen Kraftbedarf Motor LinMot 2012 LinMot Pneumatic Replacement_d.ppt

11 Ideale Lineare Bewegung: Leistung & Energie Verluste P v = I 2 *R Servo Controller mit Zwischenkreiskondensatoren Beschleunigen Bremsen Bremsen Beschleunigen LinMot 2012 LinMot Pneumatic Replacement_d.ppt

12 Auslegung Linearmotor mit LinMot Designer Vmax = 1m/s Motorleistung <100W Energiekosten: 100W x 8 000h = 800kWh 800kWh x 0.12 EUR = 96.- EUR LinMot 2012 LinMot Pneumatic Replacement_d.ppt

13 Leistungsmessung mit Linearmotor Power [W] 1'500 1'350 1'200 1' Linear Movement with P01-48x240 (400mm, 15kg, 30 cycles/min): measured mean power 92W Power [W] Supply Voltage [V] Supply Current [A] Supply Voltage-Current [V-A] '000 1'500 2'000 2'500 3'000 3'500 4'000 Time [msec] 30 Takte/Minute, Last 15kg, Hub 400mm: Gemessene Nennleistung: 92W LinMot 2012 LinMot Pneumatic Replacement_d.ppt

14 Pneumatik: Leistung, Energie & Verluste Leistung Verluste Leistung Verluste Kompressor Leistung Bewegung Bewegung LinMot 2012 LinMot Pneumatic Replacement_d.ppt

15 Pneumatik: Energieeffizienz LinMot 2012 LinMot Pneumatic Replacement_d.ppt

16 Auslegung Pneumatikzylinder Um eine Last von 15kg innerhalb von 500msec um 400mm zu verschieben, wird eine minimale Verfahrgeschwindigkeit von 1m/s benötigt. Bei 15kg Last und 1m/s Verfahrgeschwindigkeit wird gemäss Diagramm ein Pneumatikzylinder mit 50mm Zylinderdurchmesser benötigt. LinMot 2012 LinMot Pneumatic Replacement_d.ppt

17 Berechnung Luftverbrauch Luftverbrauch bei 30 Takten/min. mit Zylinder d=50mm, Hub 400mm pro Zyklus: 400mm x dm 3 /mm = 10.37dm 3 pro Minute: 30 Takte/Minute x 10.37dm 3 = dm 3 = 0.311m 3 pro Stunde: 0.311m 3 x 60 Minuten = 18.68m 3 pro Jahr: 18.68m 3 x 8 000h = Nm 3 Quelle: IMI Nogren LinMot 2012 LinMot Pneumatic Replacement_d.ppt

18 Energie zur Herstellung von Pressluft Motorleistung: Luftleistung: 750 kw 125 Nm 3 /min Nm 3 /h Energie 750 kwh. pro Volumen: Nm 3 /h = 0.10 kwh/nm 3 Für die Verdichtung von 1Nm 3 Luft auf 6 Bar benötigt man rund kwh elektrische Energie LinMot 2012 LinMot Pneumatic Replacement_d.ppt

19 Pressluft: Kompressorverluste Anlauf- und Nachlaufverluste: 25% - 35% Für die Verdichtung von 1Nm 3 Luft benötigt der Kompressor rund kwh* elektrische Energie Druckverluste, Reduzierventile Leckverluste: 20%...25% Unter Berücksichtigung der Verluste müssen für die Anwendung Nm 3 Luft komprimiert werden Quelle: Atlas Copco LinMot 2012 LinMot Pneumatic Replacement_d.ppt

20 Druckluft: Spezifische Leistung kWh/Nm 3 Anlayse dreier Projektpartner Druckluft Effizient Studie, Dr.-Ing. Peter Radgen Fraunhofer Institut Systemtechnik und Innovationsforschung (ISI), Karlsruhe LinMot 2012 LinMot Pneumatic Replacement_d.ppt

21 Leckage: Durchschnittlich 20 25% Druckluft Effizient, Abschlussbericht 2005 LinMot 2012 LinMot Pneumatic Replacement_d.ppt

22 Pneumatik: Verluste durch Leckagen Lochdurchmesser in mm Leckagestrom bei 7 Bar in l/s Energiekosten in EUR Referenzbedingung: 7 bar; Stromkosten 0,12 Euro/kWh, Betriebsstunden Quelle: Atlas Copco Die Verluste durch Leckagen im Druckluftnetz betragen im Schnitt 20 25% LinMot 2012 LinMot Pneumatic Replacement_d.ppt

23 Energiekosten EUROSTAT Strompreise für industrielle Grossverbraucher 24 GWh inkl. Steuern EUR/KWh EU (27 Länder) EU (25 Länder) EU (15 Länder) Deutschland Italien UK Slowakei Rumänien Tschechien s s s s s s s s s s s s02 LinMot 2012 LinMot Pneumatic Replacement_d.ppt

24 Energiekosten Pneumatikzylinder Luftverbrauch: Nm 3 Energiebedarf: kwh/m 3 - Energieverbrauch: kWh - Nennleistung: > W Energiepreis: 0.12 EUR/kWh Energiekosten: EUR Allein die Energiekosten um 15kg mit 30 Takten pro Minute um 400mm zu bewegen betragen rund EUR pro Jahr! LinMot 2012 LinMot Pneumatic Replacement_d.ppt

25 Vollkostenrechnung I Investitionskosten: 10-15% Wartungskosten: 10-15% Energiekosten: 70-80% Quelle: Jährliche Betriebskosten pro Zylinder: EUR / 0.80 = EUR Bei der Vollkostenrechnung inkl. Investitions- und Wartungskosten (Kompressor), fallen jährliche Betriebskosten von über EUR pro Zylinder an! LinMot 2012 LinMot Pneumatic Replacement_d.ppt

26 Vollkostenrechnung II Bei der Energieoptimierung rechnen Pneumatik-Anbieter mit Vollkosten für die Herstellung von Pressluft von EUR/Nm 3 Quelle: Festo Broschüre Energy Saving Services Stand 2010/08 Jährliche Betriebskosten pro Zylinder: Nm 3 x EUR/Nm 3 = EUR Bei der Vollkostenrechnung inkl. Investitions- und Wartungskosten (Kompressor), fallen jährliche Betriebskosten von über EUR pro Zylinder an! LinMot 2012 LinMot Pneumatic Replacement_d.ppt

27 Return on Investment Kosten nach 24 Monaten: Pneumatik: EUR Linearmotor: EUR Kosten nach 12 Monaten: Pneumatik: EUR Linearmotor: EUR Einsparung EUR Kosten nach 5 Monaten: Pneumatik: EUR Linearmotor: EUR Einsparung EUR Start 5 Monate 12 Monate 24 Monate Nach einer Betriebsdauer von nur 5 Monaten sind die Mehrkosten amortisiert! LinMot 2012 LinMot Pneumatic Replacement_d.ppt

28 Energiekosten Pneumatik Zylinder d=50mm, 0.12 EUR/kWh Frequenz Anzahl Zyklen (Doppelhübe) Energiekosten in EUR pro Jahr bei Hub in mm [Hz] Takte/min pro Tag pro Monat pro Jahr ' '200 3'153' ' ' '000 7'884' '190 1'389 1'587 1'984 2'381 2' '200 1'296'000 15'768' '190 1'587 1'984 2'381 2'777 3'174 3'968 4'761 5' '800 1'944'000 23'652' '190 1'785 2'381 2'976 3'571 4'166 4'761 5'952 7'142 8' '400 2'592'000 31'536' '190 1'587 2'381 3'174 3'968 4'761 5'555 6'348 7'935 9'522 11' '600 3'888'000 47'304' '190 1'785 2'381 3'571 4'761 5'952 7'142 8'332 9'522 11'903 14'284 16' '800 5'184'000 63'072' '587 2'381 3'174 4'761 6'348 7'935 9'522 11'110 12'697 15'871 19'045 22' '000 6'480'000 78'840' '984 2'976 3'968 5'952 7'935 9'919 11'903 13'887 15'871 19'839 23'806 27' '200 7'776'000 94'608'000 1'190 2'381 3'571 4'761 7'142 9'522 11'903 14'284 16'664 19'045 23'806 28'567 33' '400 9'072' '376'000 1'389 2'777 4'166 5'555 8'332 11'110 13'887 16'664 19'442 22'219 27'774 33'329 38' '600 10'368' '144'000 1'587 3'174 4'761 6'348 9'522 12'697 15'871 19'045 22'219 25'393 31'742 38'090 44' '800 11'664' '912'000 1'785 3'571 5'356 7'142 10'713 14'284 17'855 21'426 24'997 28'567 35'709 42'851 49' '000 12'960' '680'000 1'984 3'968 5'952 7'935 11'903 15'871 19'839 23'806 27'774 31'742 39'677 47'612 55' '200 14'256' '448'000 2'182 4'364 6'547 8'729 13'093 17'458 21'822 26'187 30'551 34'916 43'645 52'374 61' '400 15'552' '216'000 2'381 4'761 7'142 9'522 14'284 19'045 23'806 28'567 33'329 38'090 47'612 57'135 66' '600 16'848' '984'000 2'579 5'158 7'737 10'316 15'474 20'632 25'790 30'948 36'106 41'264 51'580 61'896 72' '800 18'144' '752'000 2'777 5'555 8'332 11'110 16'664 22'219 27'774 33'329 38'883 44'438 55'548 66'657 77' '000 19'440' '520'000 2'976 5'952 8'927 11'903 17'855 23'806 29'758 35'709 41'661 47'612 59'516 71'419 83' '200 20'736' '288'000 3'174 6'348 9'522 12'697 19'045 25'393 31'742 38'090 44'438 50'787 63'483 76'180 88' '400 22'032' '056'000 3'373 6'745 10'118 13'490 20'235 26'980 33'725 40'471 47'216 53'961 67'451 80'941 94' '600 23'328' '824'000 3'571 7'142 10'713 14'284 21'426 28'567 35'709 42'851 49'993 57'135 71'419 85'702 99' '800 24'624' '592'000 3'769 7'539 11'308 15'077 22'616 30'155 37'693 45'232 52'770 60'309 75'386 90' ' '000 25'920' '360'000 3'968 7'935 11'903 15'871 23'806 31'742 39'677 47'612 55'548 63'483 79'354 95' ' '036'800 31'104' '432'000 4'761 9'522 14'284 19'045 28'567 38'090 47'612 57'135 66'657 76'180 95' ' ' Mio Zyklen Mehrkosten amortisiert nach max. 12 Monaten (8'000 Betriebstunden/Jahr) LinMot 2012 LinMot Pneumatic Replacement_d.ppt

29 CO 2 -Emissionen Quelle: Fraunhofer Institut (D) LinMot 2012 LinMot Pneumatic Replacement_d.ppt

30 CO 2 -Emissionen: Strommix Deutschland Berechnung mit Strommix Deutschland: Atomkraft: kWh x 0.22 x 32g/kWh 176 kg Braunkohle: kWh x 0.22 x 1153g/kWh kg Steinkohle: kWh x 0.18 x 949g/kWh kg Erdgas: kWh x 0.13 x 428g/kWh kg Erneuerbare: kWh x 0.14 x 25g/kWh 87 kg Sonstige:?? CO 2 Emission pro Zylinder in Deutschland: 12,5 Tonnen CO 2 pro Jahr!!! LinMot 2012 LinMot Pneumatic Replacement_d.ppt

31 CO 2 - Emissionen pro Pneumatikzylinder Gewicht Pneumatikzylinder ca. 3 kg Jährlicher CO 2 Ausstoss über kg LinMot 2012 LinMot Pneumatic Replacement_d.ppt

32 CO 2 -Emissionen LinMot 2012 LinMot Pneumatic Replacement_d.ppt

33 CO 2 -Emissionen Betreibe den Pneumatikzylinder 1 Jahr......oder fahre x mal um die Erde Erdumrundungen!!! Erdumrundungen! LinMot 2012 LinMot Pneumatic Replacement_d.ppt

34 Zukunftsaussichten: CO 2 -Emissionen Quelle: Siemens Pressebilder 07/2012 CO 2 Emission pro Zylinder 2011: 12,9t CO 2 pro Zylinder/Jahr 2030: 11,5t CO 2 pro Zylinder/Jahr LinMot 2012 LinMot Pneumatic Replacement_d.ppt

35 Zukunftsaussichten: Pneumatik Der Wert von 0.10 kwh/nm 3 entspricht 6kW/(Nm 3 /min) und ist ein guter Wert (Physikalische Grenze gelb) Quelle: Bundesamt für Energie LinMot 2012 LinMot Pneumatic Replacement_d.ppt

36 Zukunftsaussichten: Energiekosten EUROSTAT Strompreise für industrielle Grossverbraucher 24 GWh 0.18 EUR/KWh EU (27 Länder) EU (25 Länder) EU (15 Länder) Deutschland Italien UK Slowakei Rumänien Tschechien s s s s s s s s s s s s s s s s02 Seit 2004 haben sich die Preis für elektrische Energie annähernd verdoppelt! LinMot 2012 LinMot Pneumatic Replacement_d.ppt

37 Zukunftsaussichten: Reserven mit Linearmotor 400mm in 270msec Vmax = 2.33m/s Motorleistung <200W Energiekosten: 200W x 8 000h = 1 600kWh 1 600kWh x 0.12 EUR = EUR LinMot 2012 LinMot Pneumatic Replacement_d.ppt

38 Zukunftsaussichten: Innovation Innovative Lösungen mit Kraftregelung, Servo-Pressen, Tasten, Innovationsvorsprung durch neue Möglichkeiten und Lösungsansätze LinMot 2012 LinMot Pneumatic Replacement_d.ppt

39 Zukunftsaussichten: Innovation Marktvorsprung und Mehrwert durch Innovation! LinMot 2012 LinMot Pneumatic Replacement_d.ppt

40 Praxisbeispiel: Handlingsmodul P&P Pick & Place Pneumatisch Pick & Place mit Linearmotoren LinMot 2012 LinMot Pneumatic Replacement_d.ppt

41 Praxisbeispiel Handlingsmodul P&P Pneumatisch Linearmotor Markteinführung Verkaufspreis 100% 130% Umsatzanteil % Umsatzanteil % LinMot 2012 LinMot Pneumatic Replacement_d.ppt

42 Vorteil Linearmotor Einfach Flexibel Dynamisch Lebensdauer Prozessstabilität Kosten Zukunftsperspektiven LinMot 2012 LinMot Pneumatic Replacement_d.ppt

43 Smart solutions are LinMot 2012 LinMot Pneumatic Replacement_d.ppt

44 Auslegung Pneumatikzylinder 30 Takte pro Minute mit 500ms Verfahrzeit und 500msec Pause 15kg v [m/s] a [m/s²] 15kg 400mm Hersteller 1&2 Hersteller 3&4 Hersteller 5 D >= 50mm D = 40/32mm D = 32/25mm LinMot 2012 LinMot Pneumatic Replacement_d.ppt

45 Auslegung Pneumatikzylinder Hersteller 1&2 Hersteller 3&4 Hersteller 5 D >= 50mm D = 40/(32)mm D = 32/(25)mm P eff >= 3 000W P eff = 2 000W (1 250W) P eff = 1 250W (750W) Leistung/Energiebedarf im Vergleich zum Linearmotor (P eff = 100W) Faktor % Faktor 20 (12.5) 2 000% Faktor 12.5 (7.5) 1 250% LinMot 2012 LinMot Pneumatic Replacement_d.ppt

46 Enegieeffizienz-Gesetz: Elektromotoren Verboten ab müssen Elektromotoren mindestens dem Wirkungsgrad IE2 entsprechen. ab müssen Elektromotoren mindestens IE3, oder IE2 mit FU entsprechen (<375kW). ab müssen Elektromotoren mindestens IE3, oder IE2 mit FU entsprechen (>375kW). LinMot 2012 LinMot Pneumatic Replacement_d.ppt

47 Enegieeffizienz-Gesetz: Elektromotoren Neues Gesetz für Einsparungen von «lediglich» 2 20% LinMot 2012 LinMot Pneumatic Replacement_d.ppt

48 Smart solutions are LinMot 2012 LinMot Pneumatic Replacement_d.ppt