Energieeffizienz in der...

ABTEILUNG/Name

Energieeffizienz in der Automatisierungstechnik

Efficiency Arena – 09.04.2014

Energie-Effizienz in der Automatisierung

Festo AG&Co.KG Roland Volk Energy Efficiency Consultant

ABTEILUNG/Name

FESTO - Ein unabhängiges Familienunternehmen • Pneumatische und elektrische

Antriebstechnik für die Industrie und Prozessautomatisierung

• Gegründet 1925

• Weltweiter Umsatz: € 2,28 Milliarden

• 16.700 Mitarbeiter weltweit

• Mehr als 30.000 Katalogprodukte

• 61 Landesgesellschaften

• Vertretungen in mehr als 176 Ländern

• 300.000 Kunden weltweit

• Mehr als 1.100 technische Berater und Projektingenieure weltweit

• Forschung/Entwicklung: 9% vom Umsatz

• Aus- und Weiterbildung: 1,5% vom Umsatz

2

ABTEILUNG/Name

Quelle: Maschinenmarkt Online 11.03.2014

Energieeffizienz@Festo - Alle reden von Energieeffizienz

ABTEILUNG/Name

Unsere Kernbotschaften für EEF

• Die Applikation bestimmt die Wahl der besten Technologie

• Umsetzungsmaßnahmen sind von der Applikation abhängig

• Energieeffizienz@Festo heißt Lösungen für eine wirtschaftliche & nachhaltige Zukunft

anzubieten

Unsere Lösungen beim Kunden Energieeffizienz-Maßnahmen stehen im

Mittelpunkt

Produkte &

Lösungen Intelligente

Auslegung

Services Industrial

Education

ABTEILUNG/Name

0.4 kg Steinkohle*

0.5 kg Brennholz* 100 l Erdgas*

Energie ist ein teures Gut!

1 kWh = 1000 W * 1 h

= eine Stunde lang

1000 Watt Leistung

*Brennwert (fossile Energieträger):

0.0265 g Uran*

Variabel

Länder Preise / kWh (2012)

Deutschland 0,104 €

Frankreich 0,0725 €

Österreich 0,08-0,14 €

Italien 0,124 €

China 0,066€

USA 0,065€

Variabel Variabel

Verteilung Umwandlung Erzeugung

ABTEILUNG/Name

Wie teuer ist Druckluft genau?

Energiekosten: • Stromverbrauch

weitere Kosten: • Öl- und Wasserverbrauch • Anschaffung , Abschreibung,

Zinsen • Platzkosten • Wartungs- und Reparaturkosten

Jährliche Lieferleistung Kompressor (nach ISO 1217; 20°C, 1000 mbar)

+ Durchschnittliche

Kosten der Druckluft:

0,019 €/Nm3 =

Erfahrungswerte:

• typische Verteilung Energiekosten und weitere Kosten (Abschreibung und Wartung) für ein Kompressorsystem ist 75/25

• Moderne Kompressoren-Systeme haben eine Druckluftkennzahl zwischen 90 und 120 Wh/Nm³ (Druckluftkennzahl = Energieaufwand pro Nm3 verdichtet auf 6bar rel.)

• Durchschnittliche Druckluftkosten: 0,019 €/Nm³ • Durchschnittliche Stromkosten: 0,12 €/kWh

ABTEILUNG/Name

Moderne Druckluftsysteme sind aus Effizienzsicht voll wettbewerbsfähig !

Basis ist veraltete Anlage Nicht eindeutige Angaben Aber: Leider weit verbreitet Veröffentlichung F. Ilmberger & F. Seyfried, BWK, 1994

7% als „Wirkungsgrad“

Moderne Anlage von Erzeugung bis zur Anwendung

Moderne Anlage von Erzeugung bis Anwendung mit Wärmerückgewinnung

Quelle: EnEffAH – Energieeffizienz in der Produktion im Bereich Antriebs- und Handhabungstechnik

ABTEILUNG/Name

Was bringt 1 kWh für ein elektrisches oder pneumatisches System?

Verluste

Verluste

Pneumatisches System Elektrisches System

Output: 3.735 Zykl.

(3,1h)

Output: 15319 Zykl.

(12,7h)

Verluste

Applikation:

• 15kg vertikal • Zykluszeit: 3sec • Verfahrzeit: 1sec

DNCE-32-200/ EMMS-AS-55

DSBC-32-200 2m PUN-6

•DLK: 0,12 kWh/Nm³ • Luftmenge: 8,33 Nm³

Input 1 kWh

ABTEILUNG/Name


Verluste

Verluste


Output: 3735 Zykl.

(5,2h)

Output: 12.240 Zykl.

(17h)

Verluste

Applikation:

• 15kg vertikal • Zykluszeit: 5sec

• Verfahrzeit: 1sec




Input 1 kWh

ABTEILUNG/Name


Verluste

Verluste


Output: 3.735 Zykl.

(62h)

Output: 3956 Zykl.

(65h)

Verluste

Applikation:

• 15kg vertikal • Zykluszeit: 30 sec • Verfahrzeit: 1sec




Input 1 kWh

ABTEILUNG/Name

Natürlich haben beide Technologien Stärken und Schwächen!

Stärken der elektrischen Antriebe

Fahrprofile flexibel programmierbar

Einfache Regelung des Antriebsystems

Hohe Laststeifigkeit

Hohe Dynamiken möglich

Belastungsabhängiger Energieeinsatz

Schwächen der elektrischen Antriebe

Relativ komplexer Systemaufbau

Dezentrale Wärmeerzeugung

Nur bedingt überlastfähig

Relativ hoher Platzbedarf

Relativ hohe Anschaffungskosten

Stärken der Pneumatik

Einfach, kostengünstig mit 100% Einschaltdauer

Wartungsarm, langlebig, zuverlässig und robust

Hohe systembedingte Schutzart sowie Explosionsschutz

Hohe Leistungsdichte, d.h. kleinbauend

Einfache Installation und Inbetriebnahme

Überlastfähigkeit

Schwächen der Pneumatik

Image des hohen Energieverbrauchs

Energieverluste bei Leckagen

Geräuschentwicklung

Bewegungen ohne Zwischenpos. (ohne Servopneumatik)

Geringe Laststeifigkeit

ABTEILUNG/Name

Effizienz beginnt mit intelligenter Auslegung

12

Bei pneumatischen und elektrischen Antrieben

Simulation ersetzt teure Realitätstests Auslegungssoftware unterstützt bei Auswahl, Konfiguration und Dimensionierung der pneumatischen Steuerungskette.

• ca. 40% weniger Druckluftverbrauch durch Verzicht auf Überdimensionierung

• ca. 10% geringere Anschaffungskosten

Kein Potenzieren von Sicherheitsfaktoren Intelligente Softwaretools verwenden Positionswerte, Nutzmasse und Einbaulage zur Auslegung von Antriebsmechanik, Getriebe und Motor.

• bis zu 70% Energieeinsparung durch Reduzierung der Sicherheitsfaktoren

• ca. 20% geringere Anschaffungskosten

ABTEILUNG/Name

Zyl. Ø40mm Hub 250mm

Zyl. Ø32mm Hub 250mm

Energieverbrauch 3,77 Nl / Zyklus (+0,86Nl / Schlauch)

2,43 Nl / Zyklus (+0,86Nl / Schlauch)

Energiekosten pro Jahr (0.019 € / m³)

~505 € ~360 € - 30 %

Einkaufspreis 100% 88 % - 12 %

Beispiel: Bewegen eines Pakets (push-out) Gewicht: max. 12 kg Strecke: 250mm

60 Zyklen/min - 300ms Zykluszeit. Einschichtbetrieb mit 8h/Tag und 200 Tage/Jahr.

Energieeffizienzmaßnahme - Überdimensionierung vermeiden

13

ABTEILUNG/Name

Pneumatik

Zyl. Ø40mm

Opt. Baugröße

Zyl. Ø32mm

Berechnung und Vergleich

Kosten incl. Anschaffung, Montage, Wartung, Instandhaltung, Energieverbrauch, Verzinsung der Investition zu 3%

Kleinerer

Durchmesser

möglich,

durch die hohe

Leistungsdichte

des P-Zylinders !

14

Elekt. Achse

DNCE-40

0 €

1.000 €

2.000 €

3.000 €

4.000 €

5.000 €

6.000 €

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Gesamtkosten über 10 Jahre

DNC-40 DNC-32 DNCE

ABTEILUNG/Name

Auslegung Getriebe durch Lieferant 2

Sicherheitsfaktor 1,5

Auslegung Motor durch Lieferant 3

Sicherheitsfaktor 1,2

Auslegung Achse durch Lieferant 1

Sicherheitsfaktor 2

15 Verbrauch pro Jahr = 195,1 kWh

Beispiel: Ungünstige Auslegung durch Einzelbetrachtung

Anwendung:

Palettierung eines Getriebebauteils mit 15 kg, Strecke von 500 mm 20 Zyklen/min - 1s Zykluszeit. Einschichtbetrieb mit 8h/Tag und 200 Tage/Jahr.

Energieeffizienzmaßnahme - Überdimensionierung vermeiden

ABTEILUNG/Name 16

Klassische

Auslegung

Optimierte

Auslegung

Sicherheitsfaktor >> 1,5 1,2

Energieverbrauch 195 kWh/Jahr 60 kWh/ Jahr - ~70 %

Einkaufspreis ~4500 € ~3700 € - ~18 %

Anwendung:

Palettierung eines Getriebebauteils mit 12 kg Strecke von 500 mm 20 Zyklen/min - 1s Zykluszeit. Einschichtbetrieb mit 8h/Tag und 200 Tage/Jahr.

Effizienz beginnt mit intelligenter Auslegung

ABTEILUNG/Name

Die Applikation bestimmt die Antriebstechnologie

17

Anwendung Transport eines Werkzeugträgers zwischen zwei Förderbändern

Anwendungsbeschreibung Bewegte Masse: max. 20 kg Ausgeführter Hub: 1000 mm (horizontal) Verfahrzeit: ca. 2 s Kompl. Zykluszeit: 5 s Randbedingungen Druckluftkosten: 0,019 €/Nm³ Stromtarif: 0,12 €/kWh Betriebstemperatur: 20 °C Arbeitsstunden pro Tag: 16 Arbeitstage pro Jahr: 250

ABTEILUNG/Name


18

0 €

5.000 €

10.000 €

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10


pneum. Lösung elektr.Lösung

Gesamtinvest Pneumatik 1.127 €

Gesamtverbrauch pro Jahr 29.710 Nm³

Betriebskosten pro Jahr 743 €

Gesamtinvest Elektrik 3.063 €

Gesamtverbrauch pro Jahr 332 kWh


ROI ~ 2,8 Jahre

Jahre

ABTEILUNG/Name


19

Anwendung Transport eines Werkzeugträgers zwischen zwei Förderbändern

Anwendungsbeschreibung Bewegte Masse: max. 20 kg Ausgeführter Hub: 1000 mm (horizontal) Verfahrzeit: ca. 2 s Kompl. Zykluszeit: 5 s Randbedingungen Druckluftkosten: 0,019 €/Nm³ Stromtarif: 0,12 €/kWh Betriebstemperatur: 20 °C Arbeitsstunden pro Tag: 16 Arbeitstage pro Jahr: 250

3 s

ABTEILUNG/Name


20

0 €

5.000 €

10.000 €

15.000 €

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10


pneum. Lösung elektrische Lösung

Gesamtinvest Pneumatik 1.127 €

Gesamtverbrauch pro Jahr 49.517 Nm³


Gesamtinvest Elektrik 3.063 €

Gesamtverbrauch pro Jahr 487 kWh


ROI ~ 2,1 Jahre

Jahre

ABTEILUNG/Name

Kundenanfrage - 3 Achs-Raumportal

21

Gewicht Werkstück: 1kg Zyklusdauer: 10 s Arbeitsstunden pro Tag: 24 Arbeitstage pro Jahr: 250

Z-Ach

se

Grundlegender Aufbau:

ABTEILUNG/Name

„Best of both worlds“ in einem 3 Achs-Raumportal

Konfiguration 1:

Komplett elektrische

Auslegung (E)

Konfiguration 2:

Elektrik und Pneumatik

kombiniert (E+P)

X-Achse Zahnriemenachse 1000mm 2x DGE-25-1000-ZR-KF

Zahnriemenachse 1000mm 2x DGE-25-1000-ZR-KF

Y-Achse Zahnriemenachse 1000mm DGE-25-1000-ZR-KF

Z-Achse Spindelachse 300mm EGC-70-300-BS-10P-KF

pneum. Linearantrieb 300mm DGC-18-300-KF-PPV-A

Schwenkantrieb Servomotor MTR-DCI-42S-VCSC-EG7

pneum. Drehantrieb 180° DSR-16

Greifer E-Greifer pneum.Greifer HGP-16

Anschaffungskosten ~ 10.600 € ~ 7.300 €

Eingesetzte Komponenten

Zahnriemenachse 1000mm DGE-18-1000-ZR-KF

ABTEILUNG/Name

„Best of both worlds“ in einem 3 Achs-Raumportal - Kostenvergleich

23

Durch das geringere Gewicht der pneumatischen Z-Achse fallen die Energiekosten des Raumportals nur unwesentlich höher aus

0 €

2.000 €

4.000 €

6.000 €

8.000 €

10.000 €

12.000 €

E E+P

Anschaffungskosten

0 €

2.000 €

4.000 €

6.000 €

8.000 €

10.000 €

12.000 €

E E+P


Anschaffungs-kosten

Energie-kosten

0 €

50 €

100 €

150 €

200 €

E E+P

Energiekosten für 1 Jahr

ABTEILUNG/Name

„Best of both worlds“ in einem 3 Achs-Raumportal – Kostenvergleich

24

Pneumatik und

Elektrik stehen nicht

in Konkurrenz,

sondern können sich

sinnvoll ergänzen!

0,00 €

5.000,00 €

10.000,00 €

15.000,00 €

20.000,00 €

25.000,00 €

30.000,00 €

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95

E

E+P

Jahre

ABTEILUNG/Name

Applikationen - Übertragbarkeit

• Technologievergleich lassen sich nicht pauschal auf weitere Anwendungen übertragen.

• Veränderte Randbedingungen (z. B. Zykluszeiten oder der ausgeführte Hub) haben Einfluss auf den wirtschaftlichen Vergleich und beeinflussen somit sehr stark den Return of Invest

• Exakte Randbedingungen sind wichtig

• Pauschale Aussagen sind nur schwer möglich / nicht empfehlenswert

25

Je größer die Hublänge,

je geringer die Haltekraft und

je kürzer die Haltedauer,

desto effizienter ist die Elektrik.

Als Daumenregel kann man festhalten:

Je kleiner die Hublänge,

je größer die Haltekraft und

je länger die Haltedauer,

desto effizienter ist die Pneumatik.

ABTEILUNG/Name

Die richtigen Produkte & Lösungen

26

• Portfolio von Energieeffizienz-Produkten

• Applikationsspezifische Auswahl der effizientesten Automatisierungslösung

• Im System denken - Lokales Optimum ist nicht zwangsläufig auch globales Optimum!

• Gesamte pneumatische

und elektrische

Wirkungskette

berücksichtigen

• Antriebe, Ventiltechnik, Vakuum, Greifen, DL-Aufbereitung, Sensorik

Energieeffizienz@Festo

H-Portal DHDG

DGC MS

DNC DPA

OVEM SOPA

EMMS-ST

CMMD-AS

GFDM Energy Monitoring

Zylinder-Ventil- Kombinationen

1

1

3 5

53

R R

2 4

4

2

Reversregler

Krustenbrecher

ABTEILUNG/Name

Sensorintegration in Wartungsgeräten

27

Differenzdruck-Sensor zur Filterüberwachung

• Die sichere Überwachung der Fein- und Feinstfilter

warnt rechtzeitig,

nicht erst wenn es zu spät ist!

• Ökonomisch — Filterwechsel genau nach Bedarf

Durchfluss-Sensor zur Verbrauchsüberwachung

• Durchflussmessung zum Überwachen und

Steuern

• Erfassung und Kontrolle des Luftverbrauchs

Druck-Sensor zur Drucküberwachung

• Kontinuierliche Kontrolle der Betriebsdrücke

Produkte & Lösungen

ABTEILUNG/Name

Luftsparschaltung

28

Bei Erreichen des erforderlichen Vakuums wird die Luftsparschaltung aktiviert und somit die Luftzufuhr zur Venturi-Düse unterbrochen

Vakuum

1

0

Vak. max

Vak. min

Bis zu 80% Einsparung

Vakuumgenerator mit Luftsparfunkt.

Herkömmlicher Vakuumgenerator

Produkte & Lösungen

ABTEILUNG/Name

Festo Energy Saving Services

Audit

Engineering

Implementation

Maintenance

Training and Consulting • Kundenspezifische Trainings

Wartung

Regelmäßige • Energieanalyse Drucklufterzeugung • Druckluft-Verbrauchsanalyse • Druckluft-Qualitätsanalyse • Leckage-Ortung und Beseitigung • Vorbeugende Wartung

Umsetzung

• Leckagebeseitigung • Einführung von Condition

Monitoring Systemen • Umsetzung der Ergebnisse

aus Energieeffizienz-Analyse von Maschinen

Engineering • Energieeffizienz-Analyse

von Maschinen • Entwicklung Condition

Monitoring systems Audit • Energieeffizienz in

Druckluftsystemen – Pre Audit • Energieanalyse

Drucklufterzeugung • Druckluft-Verbrauchsanalyse • Druckluft-Qualitätsanalyse • Leckage-Ortung

ABTEILUNG/Name 30

Synergien werden optimal genutzt Trainings von Festo Didactic ergänzen in idealer Form das Angebot der Festo Automation

Gezielte Trainings für Energieeffizienz: • Stopp der Verschwendung - Pneumatische Systeme

technisch optimal planen und pflegen

• Wirtschaftlicher Technologievergleich der Antriebstechniken

• NEU !! Energieeffizienz in pneumatischen Anwendungen

Energieeffizienz@Festo Industrial Education

ABTEILUNG/Name

Zusammenfassung

31

• Die Anforderungen vom Markt und aus gesetzlichen Regularien werden höher

• Energieeffizienz ist Team-Work - bei Festo - bei unseren Kunden - im Unternehmensverbund -

• Jede Antriebstechnologie hat Ihre Vorteile - Richtig ausgelegt und eingesetzt ist sowohl die Pneumatik als auch die Elektrik energieeffizient

• Wir bieten unseren Kunden einen umfangreichen Support

Besuchen Sie unseren

Stand hier auf der Hannover Messe

Halle 15 / Stand D07

ABTEILUNG/Name

Vielen Dank

für Ihre Aufmerksamkeit

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