Fluidtechnik. Effiziente. Fluidtechnik. Fakten, Beispiele und Lösungen

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1 Fluidtechnik Effiziente Fluidtechnik Fakten, Beispiele und Lösungen

2 Fluidtechnik Hydraulik und Pneumatik Innovativ und mittendrin Technologievorreiter für innovative Lösungen im Bereich Hydraulik für: Bau- und Baustoffmaschinen Landtechnik Werkzeugmaschinen Fördertechnik Straßenfahrzeugbau Kunststoff- und Gummimaschinen weitere im Bereich Pneumatik für: Robotik und Automation Nahrungsmittel- und Verpackungsmaschinen Straßenfahrzeugbau Druck- und Papiertechnik Werkzeugmaschinen Elektrotechnik weitere Fluidtechnik: Die wichtigsten Exportnationen 2010 Anteile in % der gesamten Exporte* * Außenhandelsdaten von 48 Berichtsländern Sonstige 25,5% Deutschland 27,8 % Frankreich 3,1% Verein. Königreich 4,1% Dänemark 4,2% China 4,2% Italien 4,9% USA 12,8 % Japan 13,3 % Quelle: VDMA, nationale statistische Ämter, UN Comtrade Stand August 2011

3 1 Eine Branche auf Erfolgskurs Die Fluidtechnik ist deutsche Spitzentechnologie, die sich durch Zuverlässigkeit, Nachhaltigkeit und Energieeffizienz auszeichnet. Günstige Investitions- und Lebenszykluskosten führen zu hoher Rentabilität. Deshalb ist Fluidtechnik Made in Germany ein Exportschlager. Das Exportvolumen stieg im Jahr 2011 auf über 55 Prozent. Mit mehr als Beschäftigten und einem Umsatz von fast 7 Milliarden Euro in 2011 ist die Fluidtechnik ein wichtiges Segment des deutschen Maschinen- und Anlagenbaus. Mit diesem Umsatz liegt die Fluidtechnik wieder auf dem Niveau, das sie vor der Krise 2008 hatte. Dass man diese Rekordwerte so schnell wieder erreicht hat, ist ein Beweis für die Leistungsfähigkeit der deutschen Fluidtechnik. Im Jahr 2012 rechnet die Branche mit einer Umsatzsteigerung von circa 6 Prozent.

4 2 Fluidtechnik Hydraulik und Pneumatik Kraft, Dynamik und Ausdauer Zuverlässige und lebensnotwendige Technologie für Anwendungen in nahezu allen Bereichen der industriellen Wertschöpfungskette. Die bewährte und kostengünstige Technologie zeichnet sich durch hohe Kraftdichten und sehr gute Steuer- und Regelbarkeit aus. Wegbereiter für Zukunftsthemen wie moderne Energieversorgung und Urbanisierung. Ob bei der Komponentenentwicklung für den Windkraft-Antriebsstrang oder bei Automatisierungslösungen für Mega-City-Infrastrukturen: die Fluidtechnik ist dabei. Hohe Innovationskraft ist notwendig, um die Weltmarkt führerschaft zu behaupten. Effizienz ist dabei einer der Haupttreiber der technologischen Entwicklung. Die Erkenntnis, die gesamte Lebensdauer eines Produkts (Total Cost of Ownership) zu betrachten, hat sich in der Fluidtechnik längst durchgesetzt.

5 3 Pro Hydraulik Hohe Leistungs- und Kraftdichte Robustheit und Überlastsicherheit mit einfacher Lastbegrenzung Gutes Zeitverhalten aufgrund niedriger Massenträgheiten Kleiner Einbauraum und flexibel im Aufbau Lange Lebensdauer Günstige Lebenszykluskosten (Kostenvorteile bei vielen Achsen aufgrund des gemeinsamen Aggregats, sehr günstig im Lasthaltebetrieb) Abdeckung von Leistungsspitzen durch Speichertechnik Gute Schmierung und Korrosionsschutz durch Betriebsmedium (integrierte Kühlung) Hohe Anfahrmomente bei hydrostatischen Getrieben Pro Pneumatik Robustheit und Überlastfähigkeit Einfache Konstruktion und Leichtbau durch Verwendung von Aluminium und Kunststoffen Geringe Anschaffungskosten Hohe spezifische Leistungsdichte Kontinuierliche Spitzenkraft Nachgiebigkeit bei Überschreiten der Maximalkraft (Serviceroboter) Geringer Energieverbrauch bei langen Zykluszeiten Geringer Einbauraum Problemloser Einsatz in explosionsgefährdeter Umgebung

6 4 Innovationen und Technologieführerschaft Effizienz ist unser Geschäft Christian H. Kienzle, ARGO-HYTOS GMBH Vorsitzender des Vorstands des Fachverbands Fluidtechnik Effizienz ist einer der wichtigsten Technologietreiber. Innovative und intelligente Lösungen in der Fluidtechnik führen zu signifikanten Energieeinsparungen und niedrigen Lebenszykluskosten. Die Nachfrage nach deutscher Fluidtechnik bewegt sich auf Spitzenniveau. Nicht nur für die deutschen Weltmarktführer, sondern auch für die vielen mittelständischen, global tätigen deutschen Spezialisten in unserer Industrie, ist gelebte Technologieführerschaft der Schlüssel zum Erfolg. Sie beinhaltet stetige F&E-Aktivitäten insbesondere im Bereich Energieeffizienz. So können wir unsere Kunden mit energie- und kostenoptimierten Lösungen unterstützen. Aber nicht nur effiziente Produkte führen zum Erfolg, sondern auch die kundennahe Beratung bei der optimalen Auslegung komplexer Systeme unserer hervorragend geschulten Fachleute im Vertrieb und Projektmanagement. Die enge Verzahnung mit der Wissenschaft ist essenziell. Um akademisches Know-how in die industrielle Anwendung zu überführen, setzen wir auf die industrielle Gemeinschaftsforschung im Rahmen unseres Forschungsfonds. Gemeinsam mit unseren akademischen Partnern ent wic keln wir effiziente Technologien der Fluidtechnik für die Zukunft. Wir sind also ganz vorn dabei.

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8 6 Effizienz konkret: Hydraulik Mit uns geht die Effizienz nach oben Wolfgang Altmann, Bosch Rexroth AG Durch intelligente Verknüpfung von Hydraulik und elektrischer Antriebstechnik, z. B. bei drehzahlvariablen Pumpenantrieben, steigern wir die Energieeffizienz um bis zu 80 Prozent. Mit System zu mehr Energieeffizienz Eine systematische Energieeffizienzberatung ermöglicht Effizienzsteigerungen in Fertigungslinien und Fabriken. Im Rahmen der Systematik Rexroth 4EE (for Energy Efficiency) werden dazu technologie- und anwendungsunabhängig vier Hebel genutzt: eine systematische Gesamtbetrachtung, ein optimierter Wirkungsgrad, Rückspeisung und Speicherung überschüssiger Energie und ein bedarfsgerechter Energieeinsatz. Diese Hebel wendeten die Energieeffizienzberater von Bosch Rexroth auch bei der Kalandersteuerung einer Zellstoffmaschine an. Die Freudenberg Vliesstoffe KG in Kaiserslautern, bei der diese Anlage im Einsatz ist, spart damit kwh jährlich. Das entspricht einer Energieeinsparung von 78 Prozent. Zum Einsatz kommt u. a. ein drehzahlvariabler Pumpen antrieb. Diese Hybridantriebe senken im Teillastbetrieb die Drehzahlen ab und reduzieren gleichzeitig die Geräuschemission um bis zu 20 db(a). Der Energiebedarf der Hydraulik lässt sich so je nach Anwendung um bis zu 80 Prozent senken.

9 7 Thorsten Van der Tuuk, Linde Material Handling GmbH, Linde Hydraulics Die Hydraulik bietet noch viel Potenzial für Effizienzsteigerungen. Zu unseren Stellhebeln gehören die elektronische Ansteuerung und die perfekte Abstimmung aller Komponenten. Innovative Antriebskonzepte für Gabelstapler Verbrennungsmotorisch angetriebene Gabel - stapler sind weltweit millionenfach im Einsatz. Wer Effizienzverbesserungen in der Größen - ordnung von wenigen Prozenten erreicht, hat Vorteile im Wettbewerb. Linde Hydraulics hat für Gegengewichtsstapler mit Nutzlasten von 2,5 bis 5 Tonnen ein neues Antriebskonzept entwickelt. Die Arbeitshydraulik wird jetzt nicht mehr von einer Zahnradpumpe, sondern von der neu entwickelten Mitteldruckpumpe MPR 50 versorgt. Sie ist sehr kompakt und arbeitet mit hohem Wirkungsgrad; eine elektrische Ansteuerung erschließt zusätzliche Effizienzpotenziale. Das Ergebnis: Der Kraftstoffverbrauch der Stapler im VDI-Normzyklus sinkt je nach Einsatzprofil um 11 bis 20 Prozent. Nicht nur für Stapler-Anwender ist das ein wichtiges Kaufargument: Tests zeigen, dass allein durch die Optimierung des Hydrauliksystems bei Radladern Einsparungen in gleicher Größenordnung möglich sind. Das Fazit: Linde zeigt neue Wege auf, Energie und CO 2 einzusparen.

10 8 Effizienz konkret: Hydraulik Mit uns geht die Effizienz nach oben Günter Schrank, Parker Hannifin GmbH Effizienz bedeutet, intelligente Systeme zu entwickeln, die Energie einsparen, die Lebensdauer von Maschinen verlängern und auch die Produktivität steigern. Hydraulikbremse senkt Energieverbrauch Mit der Hydraulikbremse ECO Drive hat Parker eine Lösung zur Optimierung des Druckgussverfahrens entwickelt, die die Produktivität erhöht und sich positiv auf die Teilequalität auswirkt. Bei der Hydraulikbremse kommen der Compax3F- Achsregler sowie robuste Regelventile der Serien TDP und TPQ zum Einsatz, die bislang unerreichte Stellzeiten und Regelgenauigkeiten ermöglichen. Indem sie den Systemdruck niedrig hält, schützt die Hydraulikbremse ECO Drive vor Kavitation und verlängert nicht nur die Lebensdauer der Komponenten, sondern spart auch Energie. Die Schließseite einer Druckgussmaschine muss Zuhaltekräfte von bis zu Tonnen aufbringen. Durch das abrupte Abbremsen des Schusszylinders können auf der Ringraumseite des Zylinders Druckspitzen bis bar entstehen. Die Hydraulikbremse hält den Systemdruck konstant und vermeidet so Druckspitzen. ECO Drive führt das abfließende Öl in den Druckspeicher zurück und reduziert so den Energiebedarf erheblich.

11 9 Karl Haeusgen, HAWE Hydraulik SE Gesetzliche Vorgaben, den Energieverbrauch zu senken, werden von den Maschinenherstellern in intelligente Konzepte übersetzt, z.b. mit energieeffizienten Hydrauliklösungen. Pumpenaggregat für Werkzeugmaschinen Für ein Bearbeitungszentrum ersetzte HAWE Hydraulik die Standard-Hydraulik durch eine energiesparende Lösung. Herzstück ist ein Kompakt-Pumpenaggregat mit Radialkolbenpumpe. Der Antriebsmotor ist unter Öl gebaut und somit vergleichsweise klein. Seine Leistungsaufnahme ist entsprechend gering. Das kompakte Gehäuse, das gleichzeitig Öltank ist, ermöglicht ein reduziertes Ölvolumen und so die Schonung der Ressourcen. Je nach Werkstück ist das Bearbeitungszentrum unterschiedlich intensiv im Einsatz. Daher ist der energieeffiziente Speicherlade-Betrieb sinnvoll. Voraussetzung sind leckagefreie Wegesitzventile. Sie halten den Druck, so dass die Pumpe abschalten oder in drucklosen Umlaufbetrieb gehen kann. Ein Beispiel: Setzt man bei einer Maschine mit 15 Wegeschieberventilen bzw. 3-Wege-Druckminderern eine Leckage von ca. 1,5 l/min bei 150 bar an, ist eine zusätzliche Antriebsleistung von 375 Watt notwendig. Wegesitzventile fordern diese Leistung nicht.

12 10 Effizienz konkret: Pneumatik Für Effizienz machen wir Druck Dr. Ansgar Kriwet, Festo AG & Co. KG Richtig eingesetzt ist die Pneumatik wirtschaftlich und energieeffizient. Daher unterstützen wir Unternehmen bei der optimalen energetischen Auslegung in Pneumatik und Elektrik. Innovative Konzepte für eine effiziente Produktion Ein deutscher Automobilhersteller nutzte das Festo Optimierungskonzept für eine Produktionsanlage im eigenen Karosseriebau. Sein Fokus galt dem effizienteren Druckluft-Einsatz. In mehreren Schritten setzte ein Team von Festo das Konzept um: Im ersten Zug konnten Leckagen geortet, behoben und das Druckniveau der Anlage reduziert werden. Druckluftleitungen wurden optimiert, so dass Druckverluste reduziert werden konnten. Konstruktive Änderungen am System beugen ungenutzter Druckluft künftig vor. Größter Ansatzpunkt in diesem Fall: dezentrale Installationskonzepte, welche die Schlauchlängen stark reduzieren. Zudem verringern Luftsparschaltungen bei einigen Zylindern nun den Druck für deren Rückhub. Ein zentrales Abschaltventil gewährleistet, dass die Anlage in Ruhezeiten abgeschaltet werden kann. Das Optimierungskonzept senkte den Energieverbrauch des Kunden in seiner Anlage um 53 Prozent. Das entspricht in etwa einer Einsparung von Euro und 13 Tonnen CO 2 jährlich.

13 11 Heribert Rohrbeck, Christian Bürkert GmbH & Co. KG Gerade in Zeiten wie diesen sollten Unternehmen nachhaltig und ressourceneffizient agieren. Vor diesem Hintergrund gilt es, den Mut zu haben, neue unkonventionelle Wege zu gehen. Kompakte und leistungsstarke Ventile Die neuen Ventile der Typen 6624/6626 und die dort eingesetzte innovative TwinPower-Technologie greifen den Trend zur Miniaturisierung im Bereich der Labor- und Analysengeräte auf. Die TwinPower-Antriebstechnologie verwendet nicht nur eine sondern zwei Spulen im Ventilantrieb. Gemeinsam mit neuen Fertigungstechnologien und dem Einsatz computergestützter Simulationstools konnte die Leistungsdichte massiv erhöht werden. Dadurch wurde die Baugröße der Ventile um bis zu 50 Prozent reduziert und zugleich die Energieeffizienz deutlich verbessert. In den Ventilen der Typen 6624/6626 verbindet Bürkert das innovative Aktorenprinzip mit einer seit langem bewährten, zuverlässigen Fluidik. Das Ergebnis: ein geringerer Einsatz von Rohstoffen durch Einsparungen bei Kupfer, Stahl und Kunststoff, sowie eine höhere Energieeffizienz, da bis zu 75 Prozent weniger elektrische Leistung benötigt wird. Alles in allem also ein Ventil mit mehr Minimum.

14 12 Forschung und Entwicklung Volle Kraft voraus Prof. Dr. Jürgen Weber, TU Dresden Die Systemintegration in der Fluidmechatronik ist Herausforderung und Chance zugleich. TEAM für energiesparende Antriebe Hydraulische Antriebs- und Steuerungssysteme sind unverzichtbarer Bestandteil moderner mobiler Arbeitsmaschinen. Neben den hohen Ansprüchen an Verfügbarkeit, Produktivität und Bedienfreundlichkeit steht insbesondere die Steigerung der Energieeffizienz im Fokus. Ana lysen zeigen, dass mit neuen Technologien ein Potenzial in Höhe von 20 bis 40 Prozent besteht, Energie einzusparen und gleichzeitig die Schadstoffemission zu senken. Diesen Herausforder un gen stellt sich das vom BMBF geförderte Verbundvorhaben TEAM (Entwicklung von Technologien für energiesparende Antriebe mobiler Arbeitsmaschinen). Dazu hat sich ein vom VDMA be gleitetes Konsortium bestehend aus 20 Industrieunternehmen und 5 Hochschulinstituten formiert. Ziel dieses Verbunds ist die Entwicklung, Erprobung und Bewertung von innovativen Antriebstechnologien zur Steigerung der Energieeffizienz mobiler Arbeitsmaschinen. Den Nachweis liefern experimentelle Untersuchungen an ausgewählten Beispielmaschinen.

15 13 Prof. Dr. Hubertus Murrenhoff, RWTH Aachen Von der Komponentenentwicklung bis zu Anwendungen bietet die Fluidtechnik hervorragende Berufsperspektiven für den weltweiten Einsatz. Maßgeschneiderte Bleche Innovative servohydraulische Antriebstechnik mit Zylindern ermöglicht die Herstellung von Tailor Rolled Blanks. Diese Bleche mit variabler Dicke werden in der KFZ-Herstellung benötigt, um die Spannungsverteilung im Blech zu optimieren und z.b. an den Stellen, wo Sicherheitsgurte befestigt werden, die Dicke anzupassen. Dabei wird Blech in einem Kaltwalzprozess bei hoher Geschwindigkeit auf eine variable Dicke heruntergewalzt. Es müssen Walzen bei extrem hohen Kräften mit höchster Dynamik angestellt werden. Die Dosierung der Kräfte erfolgt dabei an den Steuerkanten der Ventile, die in der Lage sind, diese Leistungsdichte bei der geforderten Dynamik zu beherrschen. Dazu sind Lageregelkreise erforderlich, die den Extremanforderungen an Genauigkeit und Dynamik gerecht werden. Es werden somit enorme Leistungen punktgenau benötigt, die das Leistungspotenzial fluidtechnischer Antriebe eindrucksvoll darlegen. Die bedarfsgerechte Blechdicke ermöglicht Energieeinsparung durch Gewichtsreduktion beim KFZ.

16 14 Forschung und Entwicklung Volle Kraft voraus Prof. Dr. Marcus Geimer, KIT Energieeffiziente hydrostatische Antriebs - systeme sind auch vor dem Hintergrund einer zunehmenden Elektrifizierung von hoher wirtschaftlicher Relevanz. Innovative Antriebe für mobile Arbeitsmaschinen Der energieeffiziente Betrieb von Hydraulikzylindern in einem Konstantdrucksystem mit Zwischendruckleitung steht im Fokus eines aktuellen Forschungsvorhabens. Durch eine zusätz - liche Druckstufe, welche zwischen Hochdruck und Tankdruck angesiedelt ist, können durch Betätigung von Wegeventilen Schaltzustände mit diskreten Druckstufen zwischen Hoch-, Zwischen- und Tankdruck erzeugt werden. Dies verringert Drosselverluste, wenn Zylinder im Teillastbereich betrieben werden. Ein an der Zwischendruckleitung angeschlossener Speicher erlaubt zudem die Rekuperation potenzieller Energie. Erste Simulationsergebnisse mit einem typischen Ladezyklus eines Radladers lassen ein Einsparpotenzial in Höhe von 20 Prozent erwarten; Praxistests zur Verifikation der Ergebnisse stehen an. Das System erlaubt es, bisher nur für hydraulische Fahrantriebe bestehende hybride Antriebskonzepte auf Linearaktoren auszuweiten und ermöglicht somit ein integrales hybrides Antriebskonzept für mobile Arbeitsmaschinen.

17 15 VDMA Fluidtechnik Das Netzwerk für die Branche Der Fachverband Fluidtechnik im VDMA vertritt die Interessen von 200 Mitgliedern aus den Bereichen Hydraulik, Pneumatik und Dichtungstechnik. Bezogen auf den deutschen Markt entspricht dies einem Repräsentationsgrad von über 85 Prozent. Vielfältige Aktivitäten bieten den Mitgliedsunternehmen wertvolle Unterstützung. Technische Interessenvertretung Gebündelte Branchenexpertise Unterstützung beim Umsetzen von Richtlinien (z.b. Maschinenrichtlinie, Druckgeräterichtlinie, ATEX) Mitarbeit in nationalen, europäischen und internationalen Normungsvorhaben (DIN, CEN, ISO) Gemeinschaftsforschung und Expertendialog (z.b. im Forschungsfonds Fluidtechnik und Forum Mechatronik) Öffentlichkeitsarbeit Direkter Draht zum Kunden Messesupport mit Firmengemeinschaftsständen (u.a. auf der MDA, bauma, agritechnica) in Deutschland und weltweit Internationale Branchenführer Abnehmergruppenorientierte Fachbroschüren Marktinformationen Überblick im globalen Wettbewerb Nationale und internationale Marktdaten Branchentreffen z.b. International Fluid Power Summit Meeting, IFK International Fluid Power Conference in Dresden und Aachen, Mobilhydraulik-Kolloquium in Braunschweig und Karlsruhe, ISC International Sealing Conference in Stuttgart, Hybridantriebe für mobile Arbeits maschinen in Karlsruhe VDMA-Auslandsbüros in China, Indien, Japan und Russland

18 16 Ihre Ansprechpartner im Fachverband Persönlicher Kontakt ist uns wichtig Geschäftsführer Hartmut Rauen Telefon Fax Forschungsfonds Fluidtechnik und Mechatronik Peter-Michael Synek (stellv. Geschäftsführer) Telefon Fax Wirtschaft und Statistik Sylvia Grohmann-Mundschenk Telefon Fax Technische Interessenvertretung Jörn Dürer Telefon Fax Dr. Christian Geis Telefon Fax

19 Messen und Öffentlichkeitsarbeit Ann-Catrin Rehermann Telefon Fax Solveig Thiede Telefon Fax Redaktion und Koordination Ann-Catrin Rehermann, VDMA Peter-Michael Synek, VDMA Dr. Claudia Weise, rubicondo Bildnachweis Titel: istockphoto Seite 1: VDMA, REpower Systems SE Seite 2: VDMA, Festo AG & Co. KG Seite 5: VDMA Seite 6: Bosch Rexroth AG Seite 7: Linde Material Handling GmbH, Linde Hydraulics Seite 8: Parker Hannifin GmbH Seite 9: HAWE Hydraulik SE Seite 10: Festo AG & Co. KG Seite 11: Christian Bürkert GmbH & Co. KG Seite 12: TU Dresden Seite 13: Mubea Tailor Rolled Blanks GmbH, RWTH Aachen Seite 14: KIT

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