Ablösung von Pneumatik

Vorteil Linearmotor Einfach Flexibel Dynamisch Lebensdauer Prozessstabilität Installation & Inbetriebnahme Betriebskosten Zukunftsperspektive

Systemvergleich Noch einfacher als Pneumatik ... Einsparung bei Logistik- Installationskosten

Flexibilität: Inbetriebnahme- und Umrüstkosten + Grössere Flexibilität … Einsparung bei Inbetriebnahme- und Umrüstkosten Einfache Programmierung mittels Teach-In

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

Positionierzeiten: Höhere Taktzahlen Last Postions-Zeit Diagramm für Linearmodul H01-37x240 im Vergleich zur Pneumatik mit pneumatischer Endlagendämpfung D=25mm Hub 600 8,0 kg 500 6,0 kg 4,0 kg 2,0 kg 0,0 kg 400 PSS 8.0 kg (max.) PSS 8.0 kg (min.) 300 200 100 50 100 150 200 250 300 Hub [mm] Kurze Positionierzeiten … Höhere Taktzahlen und grössere Leistung

Lebensdauer: Service- und Wartungskosten Pneumatik: LinMot: Monate Jahre Zyklen pro Sekunde Zyklen pro Sekunde Längere Lebensdauer… Einsparungen bei Service- und Wartungskosten

Energieeffizienz & Energiekosten Analyse von Linearbewegungen 6-600 Takte/min

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

Auslegung Linearmotor mit LinMot Designer Bewegungsequenz Zeitlicher Ablauf Beschleunigen Bremsen Bremsen Beschleunigen Kraftbedarf Motor

Ideale Lineare Bewegung: Leistung & Energie Verluste Pv = I2*R Leistung Servo Controller mit Zwischenkreiskondensatoren Leistung Beschleunigen Bremsen Bremsen Beschleunigen

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

Leistungsmessung mit Linearmotor 30 Takte/Minute, Last 15kg, Hub 400mm: Gemessene Nennleistung: 92W

Pneumatik: Leistung, Energie & Verluste Kompressor Leistung Bewegung Bewegung

Pneumatik: Energieeffizienz

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.

Berechnung Luftverbrauch Luftverbrauch bei 30 Takten/min. mit Zylinder d=50mm, Hub 400mm pro Zyklus: 400mm x 0.02529dm3/mm = 10.37dm3 pro Minute: 30 Takte/Minute x 10.37dm3 = 311.35dm3 = 0.311m3 pro Stunde: 0.311m3 x 60 Minuten = 18.68m3 pro Jahr: 18.68m3 x 8‘000h = 150‘000 Nm3 Quelle: IMI Nogren

Energie zur Herstellung von Pressluft Motorleistung: 750 kW Luftleistung: 125 Nm3/min 7‘500 Nm3/h Energie 750 kWh . pro Volumen: 7‘500 Nm3/h = 0.10 kWh/Nm3 Für die Verdichtung von 1Nm3 Luft auf 6 Bar benötigt man rund 0.100 kWh elektrische Energie

Pressluft: Kompressorverluste Anlauf- und Nachlaufverluste: 25% - 35% Druckverluste, Reduzierventile Leckverluste: 20%...25% Für die Verdichtung von 1Nm3 Luft benötigt der Kompressor rund 0.130 kWh* elektrische Energie Unter Berücksichtigung der Verluste müssen für die Anwendung 190‘000Nm3 Luft komprimiert werden Quelle: Atlas Copco

Druckluft: Spezifische Leistung 0.12-0.16kWh/Nm3 Anlayse dreier Projektpartner Druckluft Effizient Studie, Dr.-Ing. Peter Radgen Fraunhofer Institut Systemtechnik und Innovationsforschung (ISI), Karlsruhe

Leckage: Durchschnittlich 20…25% Druckluft Effizient, Abschlussbericht 2005

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%

Energiekosten inkl. Steuern

Energiekosten Pneumatikzylinder Luftverbrauch: 190‘000 Nm3 Energiebedarf: 0.130 kWh/m3 - 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!

Quelle: www.druckluft.ch Vollkostenrechnung I Investitionskosten: 10 - 15% Wartungskosten: 10 - 15% Energiekosten: 70 - 80% Jährliche Betriebskosten pro Zylinder: 3‘000.- EUR / 0.80 = 3‘750.- EUR Quelle: www.druckluft.ch Bei der Vollkostenrechnung inkl. Investitions- und Wartungskosten (Kompressor), fallen jährliche Betriebskosten von über 3‘750.- EUR pro Zylinder an!

Vollkostenrechnung II Bei der Energieoptimierung rechnen Pneumatik-Anbieter mit Vollkosten für die Herstellung von Pressluft von 0.025 EUR/Nm3 Quelle: Festo Broschüre „Energy Saving Services“ Stand 2010/08 Jährliche Betriebskosten pro Zylinder: 150‘000 Nm3 x 0.025 EUR/Nm3 = 3‘750.- EUR Bei der Vollkostenrechnung inkl. Investitions- und Wartungskosten (Kompressor), fallen jährliche Betriebskosten von über 3‘750.- EUR pro Zylinder an!

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!

Energiekosten Pneumatik Zylinder d=50mm, 0.12 EUR/kWh

Quelle: Fraunhofer Institut (D) CO2 -Emissionen Quelle: Fraunhofer Institut (D)

CO2-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 CO2 –Emission pro Zylinder in Deutschland: 12,5 Tonnen CO2 pro Jahr !!!

CO2 - Emissionen pro Pneumatikzylinder Gewicht Pneumatikzylinder ca. 3 kg Jährlicher CO2 – Ausstoss über 12’500 kg

CO2 -Emissionen

CO2 -Emissionen Betreibe den Pneumatikzylinder 1 Jahr ... ...oder fahre x mal um die Erde ... 3.3 - 6 Erdumrundungen!!! 0.6 ... 1 Erdumrundungen!

Zukunftsaussichten: CO2-Emissionen Quelle: Siemens Pressebilder 07/2012 CO2 –Emission pro Zylinder 2011: 12,9t CO2 pro Zylinder/Jahr 2030: 11,5t CO2 pro Zylinder/Jahr

Zukunftsaussichten: Pneumatik Der Wert von 0.10 kWh/Nm3 entspricht 6kW/(Nm3/min) und ist ein guter Wert (Physikalische Grenze gelb) Quelle: Bundesamt für Energie

Zukunftsaussichten: Energiekosten +??% +40% +33% Seit 2004 haben sich die Preis für elektrische Energie annähernd verdoppelt!

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

Zukunftsaussichten: Innovation Innovative Lösungen mit Kraftregelung, Servo-Pressen, Tasten, … Innovationsvorsprung durch neue Möglichkeiten und Lösungsansätze

Zukunftsaussichten: Innovation Marktvorsprung und Mehrwert durch Innovation!

Praxisbeispiel: Handlingsmodul P&P Pick & Place Pneumatisch Pick & Place mit Linearmotoren

Praxisbeispiel Handlingsmodul P&P Pneumatisch Linearmotor Markteinführung 1997 2008 Verkaufspreis 100% 130% Umsatzanteil 2008 0% Umsatzanteil 2010 60%

Vorteil Linearmotor Einfach Flexibel Dynamisch Lebensdauer Prozessstabilität Kosten Zukunftsperspektiven

Smart solutions are…

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

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%

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).

Enegieeffizienz-Gesetz: Elektromotoren Neues Gesetz für Einsparungen von «lediglich» 2…20%

Smart solutions are…