Ablösung von Pneumatik LinMot 2012 LinMot Pneumatic Replacement_d.ppt 02.11.2012 1
Vorteil Linearmotor Einfach Flexibel Dynamisch Lebensdauer Prozessstabilität Installation & Inbetriebnahme Betriebskosten Zukunftsperspektive LinMot 2012 LinMot Pneumatic Replacement_d.ppt 02.11.2012 2
Systemvergleich Noch einfacher als Pneumatik... Einsparung bei Logistik- Installationskosten LinMot 2012 LinMot Pneumatic Replacement_d.ppt 02.11.2012 3
Flexibilität: Inbetriebnahme- und Umrüstkosten + Grössere Flexibilität Einsparung bei Inbetriebnahme- und Umrüstkosten Einfache Programmierung mittels Teach-In LinMot 2012 LinMot Pneumatic Replacement_d.ppt 02.11.2012 4
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 02.11.2012 5
Positionierzeiten: Höhere Taktzahlen Last 600 Postions-Zeit Diagramm für Linearmodul H01-37x240 im Vergleich zur Pneumatik mit pneumatischer Endlagendämpfung D=25mm Hub 500 400 8,0 kg 6,0 kg 4,0 kg 2,0 kg 0,0 kg PSS 8.0 kg (max.) PSS 8.0 kg (min.) 300 200 100 0 0 50 100 150 200 250 300 Hub [mm] Kurze Positionierzeiten Höhere Taktzahlen und grössere Leistung LinMot 2012 LinMot Pneumatic Replacement_d.ppt 02.11.2012 6
Lebensdauer: Service- und Wartungskosten Pneumatik: LinMot: 12.0 35.0 MONTHS Monate 10.0 8.0 6.0 Air Cylinder 10 Mio. Air Cylinder 20 Mio. YEARS Jahre 30.0 25.0 20.0 15.0 LinMot 500 Mio. LinMot 1'000 Mio. 4.0 10.0 2.0 5.0 0.0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Cycles Zyklen per pro Second Sekunde 0.0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Cycles Zyklen per pro Second Sekunde Längere Lebensdauer Einsparungen bei Service- und Wartungskosten LinMot 2012 LinMot Pneumatic Replacement_d.ppt 02.11.2012 7
Energieeffizienz & Energiekosten Analyse von Linearbewegungen 6-600 Takte/min LinMot 2012 LinMot Pneumatic Replacement_d.ppt 02.11.2012 8
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 02.11.2012 9
Auslegung Linearmotor mit LinMot Designer Bewegungsequenz Zeitlicher Ablauf Beschleunigen Bremsen Beschleunigen Bremsen Kraftbedarf Motor LinMot 2012 LinMot Pneumatic Replacement_d.ppt 02.11.2012 10
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 02.11.2012 11
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 02.11.2012 12
Leistungsmessung mit Linearmotor Power [W] 1'500 1'350 1'200 1'050 900 750 600 450 300 150 0-150 Linear Movement with P01-48x240 (400mm, 15kg, 30 cycles/min): measured mean power 92W Power [W] Supply Voltage [V] Supply Current [A] 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Supply Voltage-Current [V-A] -300-10 0 500 1'000 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 02.11.2012 13
Pneumatik: Leistung, Energie & Verluste Leistung Verluste Leistung Verluste Kompressor Leistung Bewegung Bewegung LinMot 2012 LinMot Pneumatic Replacement_d.ppt 02.11.2012 14
Pneumatik: Energieeffizienz LinMot 2012 LinMot Pneumatic Replacement_d.ppt 02.11.2012 15
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 02.11.2012 16
Berechnung Luftverbrauch Luftverbrauch bei 30 Takten/min. mit Zylinder d=50mm, Hub 400mm pro Zyklus: 400mm x 0.02529dm 3 /mm = 10.37dm 3 pro Minute: 30 Takte/Minute x 10.37dm 3 = 311.35dm 3 = 0.311m 3 pro Stunde: 0.311m 3 x 60 Minuten = 18.68m 3 pro Jahr: 18.68m 3 x 8 000h = 150 000 Nm 3 Quelle: IMI Nogren LinMot 2012 LinMot Pneumatic Replacement_d.ppt 02.11.2012 17
Energie zur Herstellung von Pressluft Motorleistung: Luftleistung: 750 kw 125 Nm 3 /min 7 500 Nm 3 /h Energie 750 kwh. pro Volumen: 7 500 Nm 3 /h = 0.10 kwh/nm 3 Für die Verdichtung von 1Nm 3 Luft auf 6 Bar benötigt man rund 0.100 kwh elektrische Energie LinMot 2012 LinMot Pneumatic Replacement_d.ppt 02.11.2012 18
Pressluft: Kompressorverluste Anlauf- und Nachlaufverluste: 25% - 35% Für die Verdichtung von 1Nm 3 Luft benötigt der Kompressor rund 0.130 kwh* elektrische Energie Druckverluste, Reduzierventile Leckverluste: 20%...25% Unter Berücksichtigung der Verluste müssen für die Anwendung 190 000Nm 3 Luft komprimiert werden Quelle: Atlas Copco LinMot 2012 LinMot Pneumatic Replacement_d.ppt 02.11.2012 19
Druckluft: Spezifische Leistung 0.12-0.16kWh/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 02.11.2012 20
Leckage: Durchschnittlich 20 25% Druckluft Effizient, Abschlussbericht 2005 LinMot 2012 LinMot Pneumatic Replacement_d.ppt 02.11.2012 21
Pneumatik: Verluste durch Leckagen Lochdurchmesser in mm Leckagestrom bei 7 Bar in l/s Energiekosten in EUR 1 1.2 480.- 2 5.0 2 160.- 3 11.2 4 800.- 4 19.8 8 400.- 6 44.6 18 690.- 10 124.0 52 800.- Referenzbedingung: 7 bar; Stromkosten 0,12 Euro/kWh, 8.000 Betriebsstunden Quelle: Atlas Copco Die Verluste durch Leckagen im Druckluftnetz betragen im Schnitt 20 25% LinMot 2012 LinMot Pneumatic Replacement_d.ppt 02.11.2012 22
Energiekosten 0.14 0.13 EUROSTAT Strompreise für industrielle Grossverbraucher 24 GWh inkl. Steuern EUR/KWh 0.12 0.11 0.1 0.09 0.08 0.07 0.06 0.05 EU (27 Länder) EU (25 Länder) EU (15 Länder) Deutschland Italien UK Slowakei Rumänien Tschechien 0.04 2002s01 2002s02 2003s01 2003s02 2004s01 2004s02 2005s01 2005s02 2006s01 2006s02 2007s01 2007s02 LinMot 2012 LinMot Pneumatic Replacement_d.ppt 02.11.2012 23
Energiekosten Pneumatikzylinder Luftverbrauch: 190 000 Nm 3 Energiebedarf: 0.130 kwh/m 3 - Energieverbrauch: 25 000kWh - Nennleistung: > 3 000 W Energiepreis: 0.12 EUR/kWh Energiekosten: 3 000.00 EUR Allein die Energiekosten um 15kg mit 30 Takten pro Minute um 400mm zu bewegen betragen rund 3 000.- EUR pro Jahr! LinMot 2012 LinMot Pneumatic Replacement_d.ppt 02.11.2012 24
Vollkostenrechnung I Investitionskosten: 10-15% Wartungskosten: 10-15% Energiekosten: 70-80% Quelle: www.druckluft.ch Jährliche Betriebskosten pro Zylinder: 3 000.- EUR / 0.80 = 3 750.- EUR Bei der Vollkostenrechnung inkl. Investitions- und Wartungskosten (Kompressor), fallen jährliche Betriebskosten von über 3 750.- EUR pro Zylinder an! LinMot 2012 LinMot Pneumatic Replacement_d.ppt 02.11.2012 25
Vollkostenrechnung II Bei der Energieoptimierung rechnen Pneumatik-Anbieter mit Vollkosten für die Herstellung von Pressluft von 0.025 EUR/Nm 3 Quelle: Festo Broschüre Energy Saving Services Stand 2010/08 Jährliche Betriebskosten pro Zylinder: 150 000 Nm 3 x 0.025 EUR/Nm 3 = 3 750.- EUR Bei der Vollkostenrechnung inkl. Investitions- und Wartungskosten (Kompressor), fallen jährliche Betriebskosten von über 3 750.- EUR pro Zylinder an! LinMot 2012 LinMot Pneumatic Replacement_d.ppt 02.11.2012 26
Return on Investment Kosten nach 24 Monaten: Pneumatik: 7 540.- EUR Linearmotor: 1 640.- EUR Kosten nach 12 Monaten: Pneumatik: 3 840.- EUR Linearmotor: 1 540.- EUR Einsparung 5 900.- EUR Kosten nach 5 Monaten: Pneumatik: 1 480.- EUR Linearmotor: 1 480.- EUR Einsparung 2 300.- 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 02.11.2012 27
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 25 50 75 100 150 200 250 300 350 400 500 600 700 0.10 6 8'640 259'200 3'153'600 40 79 119 159 238 317 397 476 555 635 794 952 1'111 0.25 15 21'600 648'000 7'884'000 99 198 298 397 595 794 992 1'190 1'389 1'587 1'984 2'381 2'777 0.50 30 43'200 1'296'000 15'768'000 198 397 595 794 1'190 1'587 1'984 2'381 2'777 3'174 3'968 4'761 5'555 0.75 45 64'800 1'944'000 23'652'000 298 595 893 1'190 1'785 2'381 2'976 3'571 4'166 4'761 5'952 7'142 8'332 1.00 60 86'400 2'592'000 31'536'000 397 794 1'190 1'587 2'381 3'174 3'968 4'761 5'555 6'348 7'935 9'522 11'110 1.50 90 129'600 3'888'000 47'304'000 595 1'190 1'785 2'381 3'571 4'761 5'952 7'142 8'332 9'522 11'903 14'284 16'664 2.00 120 172'800 5'184'000 63'072'000 794 1'587 2'381 3'174 4'761 6'348 7'935 9'522 11'110 12'697 15'871 19'045 22'219 2.50 150 216'000 6'480'000 78'840'000 992 1'984 2'976 3'968 5'952 7'935 9'919 11'903 13'887 15'871 19'839 23'806 27'774 3.00 180 259'200 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 33'329 3.50 210 302'400 9'072'000 110'376'000 1'389 2'777 4'166 5'555 8'332 11'110 13'887 16'664 19'442 22'219 27'774 33'329 38'883 4.00 240 345'600 10'368'000 126'144'000 1'587 3'174 4'761 6'348 9'522 12'697 15'871 19'045 22'219 25'393 31'742 38'090 44'438 4.50 270 388'800 11'664'000 141'912'000 1'785 3'571 5'356 7'142 10'713 14'284 17'855 21'426 24'997 28'567 35'709 42'851 49'993 5.00 300 432'000 12'960'000 157'680'000 1'984 3'968 5'952 7'935 11'903 15'871 19'839 23'806 27'774 31'742 39'677 47'612 55'548 5.50 330 475'200 14'256'000 173'448'000 2'182 4'364 6'547 8'729 13'093 17'458 21'822 26'187 30'551 34'916 43'645 52'374 61'103 6.00 360 518'400 15'552'000 189'216'000 2'381 4'761 7'142 9'522 14'284 19'045 23'806 28'567 33'329 38'090 47'612 57'135 66'657 6.50 390 561'600 16'848'000 204'984'000 2'579 5'158 7'737 10'316 15'474 20'632 25'790 30'948 36'106 41'264 51'580 61'896 72'212 7.00 420 604'800 18'144'000 220'752'000 2'777 5'555 8'332 11'110 16'664 22'219 27'774 33'329 38'883 44'438 55'548 66'657 77'767 7.50 450 648'000 19'440'000 236'520'000 2'976 5'952 8'927 11'903 17'855 23'806 29'758 35'709 41'661 47'612 59'516 71'419 83'322 8.00 480 691'200 20'736'000 252'288'000 3'174 6'348 9'522 12'697 19'045 25'393 31'742 38'090 44'438 50'787 63'483 76'180 88'877 8.50 510 734'400 22'032'000 268'056'000 3'373 6'745 10'118 13'490 20'235 26'980 33'725 40'471 47'216 53'961 67'451 80'941 94'431 9.00 540 777'600 23'328'000 283'824'000 3'571 7'142 10'713 14'284 21'426 28'567 35'709 42'851 49'993 57'135 71'419 85'702 99'986 9.50 570 820'800 24'624'000 299'592'000 3'769 7'539 11'308 15'077 22'616 30'155 37'693 45'232 52'770 60'309 75'386 90'464 105'541 10.00 600 864'000 25'920'000 315'360'000 3'968 7'935 11'903 15'871 23'806 31'742 39'677 47'612 55'548 63'483 79'354 95'225 111'096 12.00 720 1'036'800 31'104'000 378'432'000 4'761 9'522 14'284 19'045 28'567 38'090 47'612 57'135 66'657 76'180 95'225 114'270 133'315 25 Mio Zyklen Mehrkosten amortisiert nach max. 12 Monaten (8'000 Betriebstunden/Jahr) LinMot 2012 LinMot Pneumatic Replacement_d.ppt 02.11.2012 28
CO 2 -Emissionen Quelle: Fraunhofer Institut (D) LinMot 2012 LinMot Pneumatic Replacement_d.ppt 02.11.2012 29
CO 2 -Emissionen: Strommix Deutschland Berechnung mit Strommix Deutschland: Atomkraft: 25 000kWh x 0.22 x 32g/kWh 176 kg Braunkohle: 25 000kWh x 0.22 x 1153g/kWh 6 341 kg Steinkohle: 25 000kWh x 0.18 x 949g/kWh 4 270 kg Erdgas: 25 000kWh x 0.13 x 428g/kWh 1 391 kg Erneuerbare: 25 000kWh x 0.14 x 25g/kWh 87 kg Sonstige:?? http://www.co2-emissionen-vergleichen.de CO 2 Emission pro Zylinder in Deutschland: 12,5 Tonnen CO 2 pro Jahr!!! LinMot 2012 LinMot Pneumatic Replacement_d.ppt 02.11.2012 30
CO 2 - Emissionen pro Pneumatikzylinder Gewicht Pneumatikzylinder ca. 3 kg Jährlicher CO 2 Ausstoss über 12 500 kg LinMot 2012 LinMot Pneumatic Replacement_d.ppt 02.11.2012 31
CO 2 -Emissionen LinMot 2012 LinMot Pneumatic Replacement_d.ppt 02.11.2012 32
CO 2 -Emissionen Betreibe den Pneumatikzylinder 1 Jahr......oder fahre x mal um die Erde... 3.3-6 Erdumrundungen!!! 0.6... 1 Erdumrundungen! LinMot 2012 LinMot Pneumatic Replacement_d.ppt 02.11.2012 33
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 02.11.2012 34
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 02.11.2012 35
Zukunftsaussichten: Energiekosten EUROSTAT Strompreise für industrielle Grossverbraucher 24 GWh 0.18 EUR/KWh. 0.16 0.14 0.12 0.1 0.08 0.06 EU (27 Länder) EU (25 Länder) EU (15 Länder) Deutschland Italien UK Slowakei Rumänien Tschechien 0.04 2002s01 2002s02 2003s01 2003s02 2004s01 2004s02 2005s01 2005s02 2006s01 2006s02 2007s01 2007s02 2008s01 2008s02 2009s01 2009s02 Seit 2004 haben sich die Preis für elektrische Energie annähernd verdoppelt! LinMot 2012 LinMot Pneumatic Replacement_d.ppt 02.11.2012 36
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 = 192.- EUR LinMot 2012 LinMot Pneumatic Replacement_d.ppt 02.11.2012 37
Zukunftsaussichten: Innovation Innovative Lösungen mit Kraftregelung, Servo-Pressen, Tasten, Innovationsvorsprung durch neue Möglichkeiten und Lösungsansätze LinMot 2012 LinMot Pneumatic Replacement_d.ppt 02.11.2012 38
Zukunftsaussichten: Innovation Marktvorsprung und Mehrwert durch Innovation! LinMot 2012 LinMot Pneumatic Replacement_d.ppt 02.11.2012 39
Praxisbeispiel: Handlingsmodul P&P Pick & Place Pneumatisch Pick & Place mit Linearmotoren LinMot 2012 LinMot Pneumatic Replacement_d.ppt 02.11.2012 40
Praxisbeispiel Handlingsmodul P&P Pneumatisch Linearmotor Markteinführung 1997 2008 Verkaufspreis 100% 130% Umsatzanteil 2008 0% Umsatzanteil 2010 60% LinMot 2012 LinMot Pneumatic Replacement_d.ppt 02.11.2012 41
Vorteil Linearmotor Einfach Flexibel Dynamisch Lebensdauer Prozessstabilität Kosten Zukunftsperspektiven LinMot 2012 LinMot Pneumatic Replacement_d.ppt 02.11.2012 42
Smart solutions are LinMot 2012 LinMot Pneumatic Replacement_d.ppt 02.11.2012 43
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 02.11.2012 44
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 30 3 000% Faktor 20 (12.5) 2 000% Faktor 12.5 (7.5) 1 250% LinMot 2012 LinMot Pneumatic Replacement_d.ppt 02.11.2012 45
Enegieeffizienz-Gesetz: Elektromotoren Verboten ab 16.06.2011 müssen Elektromotoren mindestens dem Wirkungsgrad IE2 entsprechen. ab 01.01.2015 müssen Elektromotoren mindestens IE3, oder IE2 mit FU entsprechen (<375kW). ab 01.01.2017 müssen Elektromotoren mindestens IE3, oder IE2 mit FU entsprechen (>375kW). LinMot 2012 LinMot Pneumatic Replacement_d.ppt 02.11.2012 46
Enegieeffizienz-Gesetz: Elektromotoren Neues Gesetz für Einsparungen von «lediglich» 2 20% LinMot 2012 LinMot Pneumatic Replacement_d.ppt 02.11.2012 47
Smart solutions are LinMot 2012 LinMot Pneumatic Replacement_d.ppt 02.11.2012 48