Wirtschaftlicher Technologievergleich der Antriebstechnik

Transkript

1 Wirtschaftlicher Technologievergleich der Antriebstechnik Elektrische Antriebe Pneumatik Hydraulik Energie Steuerung Leistung 1

2 Hydraulische Antriebstechnik Die Geschwindigkeiten selten über 0,5 m/s Die Kräfte fast unendlich hoch 2

3 Pneumatische Antriebstechnik Die Geschwindigkeiten bis 10 m/s Die erzeugten Kräfte sind sinnvoll bis 1500N ( Zylinderdurchmesser 63 mm ) 3

4 Elektrische Antriebstechnik Elektro-mechanische Antriebe oder Magnetfeldantriebe bieten das breiteste Spektrum der Antriebstechnik, was Kraft und Geschwindigkeit betrifft. Für die praktische Anwendung sind daher viele andere Kriterien insbesondere auch Energieeffizienz und Wirtschaftlichkeit ausschlaggebend! 4

5 Überdeckung pneumatische elektrische Antriebstechnik Hydraulik oder Elektromechanik Elektro-mechanische Antriebe und pneumatische Antriebstechnik sind, was Kraft und Geschwindigkeit betrifft, bis zu diesen Bereichen vergleichbar. Elektromechanik oder Magnetfeldantrieb 5

6 Kriterien zur Systemauswahl Reichen Kraft und Geschwindigkeit pneumatischer und elektro-mechanischer Antriebe, spielen zahlreiche andere Einflussgrößen und Faktoren eine Rolle bei Konstruktion, Planung und Umsetzung. Sicherheit Genauigkeit Energieeffizienz Kenntnisstand Mitarbeiter Regelbarkeit Anzahl der Positionen Leistungsgewicht Energiebereitstellung Energiespeicherung 7

7 Verhältnis der Energiekosten 1:10,3 1:10,8 1:14,1 Pneumatischer Antrieb Elektrischer Antrieb Energieanteil /Jahr Investitionskosten und Energiekosten bezogen auf eine entsprechende Aufgabenstellung mit unterschiedlichen Lastverhältnissen Auswahl-Kriterium der Achsen, horizontale Bewegung 400 mm kg Hin- und Rückhub in 1 sec +- 0,2s Zykluszeit Inkl. Motoren und Regler, sowie Ventile und Stoßdämpfer. 8

8 Wirtschaftlicher Vergleich DGPL-40 zu DGEL-40 9

9 Beispiel: Pneumatische Antriebe Auf einer Hebestation sollen Pakete mit einem Gewicht von 25 kg angehoben und auf ein Rollenband geschoben werden. 10

10 Beispiel: zu bewegende Masse 25 kg, 500 mm Hub, in 1 sec. Ergebnis : Zylinder Ø 32 mm 11

11 Energiekosten bezogen auf aktuellen durchschnittl. Druckluftkostenpreis Berechnung Luftverbrauch klassische Dimensionierung Zylinder 1A Durchmesser Hub = 5,2 l/ Doppelhub bei 6 bar Zylinder 2A1 Durchmesser Hub = 2.0 l/ Doppelhub bei 6 bar Zylinder 2A2 Durchmesser Hub = 2,0 l/ Doppelhub bei 6 bar Gesamtluftverbrauch 9,2 l/paket Berechnung Gesamt-Druckluftkosten bei 5 Paketen/min. 16 Stunden ( Zweischichtbetrieb ) 250 Arbeitstage Ergibt = m³ / Jahr x 0,025 Druckluftkosten für Anlage = 276,00 /Jahr 12

12 Wirtschaftlichkeitsberechnung über 10 Jahre klassisch 13

13 Optimierung 1 Die Zylinder 2A1 und 2A2 müssen nur schieben und nicht heben. Sie brauchen daher weniger Kraft, d.h. kleinere Zylinder Ø können gewählt werden. Kolbenstangenbelastung muss berücksichtigt werden. Der Druck kann auf 3bar reduziert werden. Zylinder 1A Ø 32 Hub 500 Zylinder 2A1 Ø 25 Hub 200 Zylinder 2A2 Ø 25 Hub

14 Zylinder mit 25 mm Durchmesser und 3 bar Druck reicht 15

15 Energiekosten bezogen auf aktuellen durchschnittl. Druckluftkostenpreis Optimierung 1 Zylinder 1A Durchmesser Hub = 5,2 l/ Doppelhub bei 6 bar Zylinder 2A1 Durchmesser Hub = 0,7 l/ Doppelhub bei 3 bar Zylinder 2A2 Durchmesser Hub = 0,7 l/doppelthub bei 3 bar Gesamtluftverbrauch 6,6 l/paket Berechnung Gesamt-Druckluftkosten bei 5 Pakete/min 16 Stunden ( Zweischichtbetrieb ) 250 Arbeitstage Ergibt = 7920 m³ / Jahr x 0,025 Druckluftkosten für Anlage = 198 /Jahr Ersparnis ca. 34 % 16

16 Wirtschaftlichkeitsberechnung über 10 Jahre klassisch optimiert 1 17

17 Optimierung 2 ( mit reversiblen Ventilen ) Da der Zylinder 1A nur im Vorhub wirklich Kraft braucht, wird ein Ventil mit reversibler Strömungsrichtung eingesetzt. So kann auch der Rückhub mit weniger Druck gefahren werden. Zylinder 1A Ø 32 Hub 500 Zylinder 2A1 Ø 25 Hub 200 Zylinder 2A2 Ø 25 Hub

18 Klassische Ansteuerung Reversibles Ventil Zum Steuern mit unterschiedlichen Drücken 19

19 Berechnung Zylinder 1A Durchmesser = 2,8 l/ Vorhub bei 6 bar Zylinder 1A Durchmesser = 1,4 l/ Rückhub bei 3 bar Zylinder 2A1 Durchmesser = 0,7 l/ Doppelhub bei 3 bar Zylinder 2A2 Durchmesser = 0,7 l/ Doppelhub bei 3 bar Gesamtluftverbrauch 5,6 l/doppelhub Berechnung Gesamt-Druckluftkosten bei 5 Paketen/min. 16 Stunden ( Zweischichtbetrieb ) 250 Arbeitstage Ergibt = 6720 m³ / Jahr x 0,025 Druckluftkosten für Anlage = 168 /Jahr Ersparnis ca. 44 % 20

20 Wirtschaftlichkeitsberechnung über 10 Jahre klassisch optimiert 2 21

21 Optimierung 3 Da der Zylinder 1A nur im Vorhub wirklich Kraft braucht und die Aufnahme für die Last den Zylinder sowieso nach unten drückt, brauchen wir im Rückhub des Zylinders gar keinen Druck. F Zylinder 1A Ø 32 Hub 500 Zylinder 2A1 Ø 25 Hub 200 Zylinder 2A2 Ø 25 Hub

22 Berechnung Zylinder 1A Durchmesser 32 x 500 = 2,8 l/ Vorhub bei 6 bar Zylinder 1A Durchmesser 32 x 500 = 0.0 l/ Rückhub durch Last Zylinder 2A Durchmesser 25 X 200 = 0,7 l/ Doppelhub bei 3 bar Zylinder 2A Durchmesser 25 X 200 = 0,7 l/ Doppelhub bei 3 bar Gesamtluftverbrauch 4,2 l/doppelhub Berechnung Gesamt-Druckluftkosten bei 5 Pakete/min 16 Stunden ( Zweischichtbetrieb ) 250 Arbeitstage Ergibt = 5040 m³ / Jahr x 0,025 Druckluftkosten für Anlage = 126 /Jahr Ersparnis ca. 58 % 23

23 Wirtschaftlichkeitsberechnung über 10 Jahre klassisch optimiert 3 24

24 Beispiel: Elektrische Antriebe Auf einer Hebestation sollen Pakete mit einem Gewicht von 25 kg angehoben, und auf ein Rollenband geschoben werden. 25

25 Wirtschaftlichkeitsberechnung über 10 Jahre elektromech. Antriebe klassisch optimiert 26

26 Beispiel: Kombination P/E Antriebe Auf einer Hebestation sollen Pakete mit einem Gewicht von 25 kg angehoben, und auf ein Rollenband geschoben werden. 27

27 Investitionskosten und Energiekosten: Vergleich elektro-mech. Antriebe klassisch pneumatisch kombinierte Antriebe optimiert pneumatisch 28

28 Fazit : Pneumatische und Elektro-Antriebe stehen nicht im Wettbewerb, Sondern sie ergänzen sich! Pneumatik Elektrische Antriebe 29

29 Fokus-Veranstaltungen zum Thema Energieeffizienz 2011 Mit welcher Technik läuft meine Maschine am besten sowohl energieeffizient als auch kostenoptimiert? Die Antwort auf diese und weiterführende Fragen erhalten Sie in unseren Fokus-Veranstaltungen: Wirtschaftlicher Technologievergleich der Antriebstechnik (Fokus-5): Technologievergleich der Antriebstechnik nach technischen, wirtschaftlichen und sicherheitsrelevanten Kriterien Optimierungspotentiale in der Pneumatik Optimierungspotentiale in der Elektrik Entscheidungsfindung bei Technologieüberdeckung Welche weichen Kriterien entscheiden mit? Wie sieht die Antriebstechnik in der Zukunft aus? Lüdenscheid St. Ingbert Bielefeld Frankfurt Freudenberg Neuss Hamburg Nürnberg Karlsruhe München Teilnahmegebühr: EUR 320,00 (zzgl. MwSt.) 30

30 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Festo Didactic GmbH & Co. Rechbergstraße Denkendorf Tel.: Fax: seminare@de.festo.com Internet: 31