Ablösung von Pneumatik

Präsentation zum Thema: "Ablösung von Pneumatik"—  Präsentation transkript:

1 Ablösung von Pneumatik

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

3 Systemvergleich Noch einfacher als Pneumatik Einsparung bei Logistik Installationskosten

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

5 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

6 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

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

8 Energieeffizienz & Energiekosten
Analyse von Linearbewegungen Takte/min

9 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 msec Stillstand msec Einfahren -400mm msec Stillstand msec Zykluszeit Total ‘000msec

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

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

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

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

14 Pneumatik: Leistung, Energie & Verluste
Kompressor Leistung Bewegung Bewegung

15 Pneumatik: Energieeffizienz

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.

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

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

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

20 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

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

22 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, Betriebsstunden Quelle: Atlas Copco Die Verluste durch Leckagen im Druckluftnetz betragen im Schnitt 20…25%

23 Energiekosten inkl. Steuern

24 Energiekosten Pneumatikzylinder
Luftverbrauch: 190‘000 Nm3 Energiebedarf: kWh/m3 - Energieverbrauch: 25‘000kWh - Nennleistung: > 3‘000 W Energiepreis: EUR/kWh Energiekosten: 3‘ EUR Allein die Energiekosten um 15kg mit 30 Takten pro Minute um 400mm zu bewegen betragen rund 3‘000.- EUR pro Jahr!

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

26 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 EUR/Nm3 = ‘750.- EUR Bei der Vollkostenrechnung inkl. Investitions- und Wartungskosten (Kompressor), fallen jährliche Betriebskosten von über 3‘750.- EUR pro Zylinder an!

27 Return on Investment Kosten nach 24 Monaten: Pneumatik: ‘540.- EUR Linearmotor: 1‘640.- EUR Kosten nach 12 Monaten: Pneumatik: ‘840.- EUR Linearmotor: 1‘540.- EUR Einsparung 5‘900.- EUR Kosten nach 5 Monaten: Pneumatik: ‘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!

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

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

30 CO2-Emissionen: Strommix Deutschland
Berechnung mit Strommix Deutschland: Atomkraft: 25’000kWh x 0.22 x g/kWh 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 g/kWh kg Sonstige: ? ? CO2 –Emission pro Zylinder in Deutschland: 12,5 Tonnen CO2 pro Jahr !!!

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

32 CO2 -Emissionen

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

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

35 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

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

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

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

39 Zukunftsaussichten: Innovation
Marktvorsprung und Mehrwert durch Innovation!

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

41 Praxisbeispiel Handlingsmodul P&P
Pneumatisch Linearmotor Markteinführung Verkaufspreis % 130% Umsatzanteil % Umsatzanteil %

42 Vorteil Linearmotor Einfach Flexibel Dynamisch Lebensdauer
Prozessstabilität Kosten Zukunftsperspektiven

43 Smart solutions are…

44 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

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 30 3’000% Faktor 20 (12.5) 2’000% Faktor 12.5 (7.5) 1’250%

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).

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

48 Smart solutions are…