energieeffizienz in der...
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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
Was bringt 1 kWh für ein elektrisches oder pneumatisches System?
Verluste
Verluste
Pneumatisches System Elektrisches System
Output: 3735 Zykl.
(5,2h)
Output: 12.240 Zykl.
(17h)
Verluste
Applikation:
• 15kg vertikal • Zykluszeit: 5sec
• 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
Was bringt 1 kWh für ein elektrisches oder pneumatisches System?
Verluste
Verluste
Pneumatisches System Elektrisches System
Output: 3.735 Zykl.
(62h)
Output: 3956 Zykl.
(65h)
Verluste
Applikation:
• 15kg vertikal • Zykluszeit: 30 sec • 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
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
Die Applikation bestimmt die Antriebstechnologie
18
0 €
5.000 €
10.000 €
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Gesamtkosten über 10 Jahre
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
Betriebskosten pro Jahr 33 €
ROI ~ 2,8 Jahre
Jahre
ABTEILUNG/Name
Die Applikation bestimmt die Antriebstechnologie
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
Die Applikation bestimmt die Antriebstechnologie
20
0 €
5.000 €
10.000 €
15.000 €
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Gesamtkosten über 10 Jahre
pneum. Lösung elektrische Lösung
Gesamtinvest Pneumatik 1.127 €
Gesamtverbrauch pro Jahr 49.517 Nm³
Betriebskosten pro Jahr 941 €
Gesamtinvest Elektrik 3.063 €
Gesamtverbrauch pro Jahr 487 kWh
Betriebskosten pro Jahr 58 €
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
Gesamtkosten über 5 Jahre
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
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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
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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