Post on 30-Apr-2020
transcript
ABTEILUNG/Name
Energieeffizienz in der Automatisierungstechnik
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: € 2,2 Milliarden
• 16.200 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 3
Produkte & Lösungen Intelligente Auslegung
Services
• Intelligente und innovative Auswahl-Software unterstützen Sie bei der Auslegung von Systemen.
• Damit kann man Komponenten kleiner auslegen und ver- meidet die Kumulation von Sicherheitsfaktoren.
• Festo Energy Saving Services bieten ein maßgeschneidertes Dienstleistungsprogramm zur Ermittlung und bestmöglichen Aus- schöpfung von Einspar- potentialen.
• Das Servicepaket zur ganzheitlichen und nachhaltigen Energie- einsparung ist für alle Anwender interessant.
• Nutzen Sie die Kompetenz unserer Vertriebs-Ingenieure und Energy Efficiency Consultants.
• Profitieren Sie aus den Synergien von Industrienähe und dem Trainingsangebot von Festo Didactic.
Training & Consulting
• Festo bietet Produkte und Lösungen an, die Energie effizienter nutzen! Schon heute lassen sich mit Lösungen von Festo überraschende Einspar- potenziale realisieren.
• Vom Front-End über die Ventil- und Ventilinsel- Ebene bis zur hoch- effizienten Druckluft- aufbereitung.
Unser Ansatz: Energieeffizienz@Festo Lösungen für eine wirtschaftliche
und nachhaltige Zukunft
ABTEILUNG/Name
Beispiel: Konsumgüter
Applikation:
• Baumwollprogramm 60° C • Kaltwasser 15° C ± 2° C • Warmwasser 60° C ± 2° C • Bettlaken, Handtücher…
Applikationsdaten:
200 Zyklen pro Jahr
Energieeffizienz
nach EN 60456 und Richtlinie 95/12/EG
Energieeffizienzklasse
§
Beispiel: Maschinen
Applikation:
• immer unterschiedlich • nicht genormt
Applikationsdaten:
• applikationsabhängig
Energieeffizienz
kann bestimmt werden, ist aber nicht vergleichbar!
Energieeffizienzklasse
…wäre von vielen Faktoren abhängig!
Unser Verständnis: Energieeffizienz ist abhängig von der Applikation !
ABTEILUNG/Name
Effizienz beginnt mit intelligenter Auslegung
6
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 PositioningDrives verwendet 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
DNC 40-250 DNC 32-250
Energieverbrauch 3,77 Nl / Zyklus (+0,86Nl / Schlauch)
2,43 Nl / Zyklus (+0,86Nl / Schlauch)
Energiekosten pro Jahr (0.025 € / m³)
~666 € ~474 € - 30 %
Einkaufspreis 100% 88 % - 12 %
Beispiel: Bewegung eines Käselaibs mit 12 kg Strecke von 250 mm 60 Zyklen/min - 300ms Zykluszeit.
Einschichtbetrieb mit 8h/Tag und 200 Tage/Jahr.
Energieeffizienz@Festo - Überdimensionierung vermeiden
7
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
8 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.
Energieeffizienz@Festo - Überdimensionierung vermeiden
ABTEILUNG/Name 9
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.
Auslegung und Optimierung bei elektrischen Antrieben
ABTEILUNG/Name
Sensorintegration in Wartungsgeräten
10
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
11
Bei Erreichen des erforderlichen Vakuums wird die Luftsparschaltung aktiviert und somit die Luftzufuhr zur Venturi-Düse unterbrochen
Vakuum
1
0
Vak. max
Vak. min
Einsparung Druckluft
Vakuumgenerator mit Luftsparfunkt.
Herkömmlicher Vakuumgenerator
Produkte & Lösungen
ABTEILUNG/Name
1-Schicht - Betrieb Invest Zyklen/min
Vakuum Aktivzeit [s]
Druckluft verbrauch [Nl/min]
Druckluft- kosten / Tag
Energiekosten -Druckluft-
kosten / Jahr Wartungskosten VakuumPumpe 1,5kW 1.300,00 € 432,00 € 100,00 € Vakuumgenerator VN-07 2St. 80,00 € 28 1,5 80 0,96 345,60 € 0,00 € Vakuumgenerator OVEM 07 - mit LSP 2St. 520,00 € 28 0,5 28 0,34 120,96 € 0,00 €
0,00 €
500,00 €
1.000,00 €
1.500,00 €
2.000,00 €
2.500,00 €
3.000,00 €
3.500,00 €
4.000,00 €
4.500,00 €
0 1 2 3 4 5
Vakuumpumpe
VN-Düse
OVEM
Vakuumsaugdüsen vs. Vakuumpumpe
13
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 (0.025 € / m³)
~666 € ~474 € - 30 %
Einkaufspreis 100% 88 % - 12 %
Beispiel: Bewegung eines Käselaibs mit 12 kg Strecke von 250 mm 60 Zyklen/min - 300ms Zykluszeit.
Einschichtbetrieb mit 8h/Tag und 200 Tage/Jahr.
Energieeffizienz@Festo - Überdimensionierung vermeiden
14
ABTEILUNG/Name
Pneumatik
DNC-40
Opt. Baugröße
DNC-32
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 !
15
Elekt. Achse
DNCE-40
0 €
1.000 €
2.000 €
3.000 €
4.000 €
5.000 €
6.000 €
7.000 €
8.000 €
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Gesamtkosten über 10 Jahre
DNC-40 DNC-32 DNCE
ABTEILUNG/Name
Berechnungsbeispiel - - Schlauchvolumen reduzieren
Mit halber Länge der Verschlauchung halbiert sich das Schlauchvolumen und der Luftverbrauch. Deshalb: • Ventilinseln möglichst dezentral • Ventile so nahe wie möglich an den Zylinder
Zyl. Ø32mm Große Schlauchlänge
Zyl. Ø32mm geringe
Schlauchlänge
Schlauch zwischen Ventil und Zylinder
PUN-8x1,25 3,0m lang
PUN-8x1,25 0,3 m lang
Druckluftverbrauch Arbeitszylinder
2,43 Nl/ Zyklus ~ 350€
Druckluftverbrauch Schlauch
0, 856Nl/ Zyklus ~125 € / Jahr
0,086Nl/ Zyklus ~ 12,50 € / Jahr
Energiekosten pro Jahr (2,5 ct / m³)
~ 475€ ~ 363 €
16
ABTEILUNG/Name
Berechnung und Vergleich
Kosten incl. Anschaffung, Montage, Wartung, Instandhaltung, Energieverbrauch, Verzinsung der Investition zu 3%
Zusätzliche
Reduzierung des
Totvolumens
(kürzere
Schläuche)
17
Pneumatik
DNC-40
Opt. Baugröße DNC-32
+ Totvol. Reduzieren
Elekt. Achse
DNCE-40
0 €
1.000 €
2.000 €
3.000 €
4.000 €
5.000 €
6.000 €
7.000 €
8.000 €
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Gesamtkosten über 10 Jahre
DNC-40 DNC-32 + Schlauchopt. DNCE
ABTEILUNG/Name
Berechnungsbeispiel -Druckreduzierter Rückhub / Druckzonen
Angepasste Schaltung für eine Rückhubbewegung mit geringer Kolbenkraft / Geschwindigkeit
Beidseitige Ansteuerung mit
max. Betriebsdruck
Ansteuerung mit Druckzone
Arbeitszylinder: Zyl. Ø32mm / Hub 250 mm
Betriebsdruck: 6 bar 6 bar ausfahren 3 bar einfahren
Verfahrzeit: 0,5 s ausfahren 0,5 s einfahren
Energiekosten pro Jahr:
363€ 291€
Mehrkosten bei der Investition:
ca. 50 €
Die Investition hat sich nach weniger als einem
Jahr amortisiert
18
ABTEILUNG/Name
Pneumatik
DNC-40
Opt. Baugröße DNC-32
+Totvol. reduziert
+Druckred.
Berechnung und Vergleich
Kosten incl. Anschaffung, Montage, Wartung, Instandhaltung, Energieverbrauch, Verzinsung der Investition zu 3%
Druckzonen
(Rückhub mit
geringerem Druck)
bringt weitere
Verbesserung
19
Elekt. Achse
DNCE-40
0 €
1.000 €
2.000 €
3.000 €
4.000 €
5.000 €
6.000 €
7.000 €
8.000 €
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Gesamtkosten über 10 Jahre
DNC-40 DNC-32 + Schlauchopt. + Druckred. DNCE
ABTEILUNG/Name
Kundenanfrage - 3 Achs-Raumportal
20
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 2x DGE-25-1000-ZR-KF Zahnriemen 1000mm
2x DGE-25-1000-ZR-KF Zahnriemen 1000mm
Y-Achse DGE-25-1000-ZR-KF Zahnriemen 1000mm
Z-Achse EGC-70-300-BS-10P-KF Spindelachse 300mm
DGC-18-300-KF-PPV-A pneum. Linearantrieb 300mm
Schwenkantrieb MTR-DCI-42S-VCSC-EG7 Servomotor
DSR-16 pneum. Drehantrieb 180°
Greifer E-Greifer HGP-16 pneum.Greifer
Anschaffungskosten ~ 10.600 € ~ 7.300 €
Eingesetzte Komponenten
DGE-18-1000-ZR-KF Zahnriemen 1000mm
ABTEILUNG/Name
„Best of both worlds“ in einem 3 Achs-Raumportal - Kostenvergleich
22
Durch das geringere Gewicht der pneumatischen Z-Achse fallen die Energiekosten des Raumportals nur unwesentlich höher aus
0 €
50 €
100 €
150 €
200 €
E E+P
Energiekosten für 1 Jahr
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
ABTEILUNG/Name
„Best of both worlds“ in einem 3 Achs-Raumportal – Kostenvergleich
23
Pneumatik und
Elektrik stehen nicht
in Konkurrenz,
sondern können sich
sinnvoll ergänzen!
ABTEILUNG/Name
Applikationen - Übertragbarkeit
• Technologievergleich zwischen Pneumatik und Elektrik lässt sich nicht pauschal auf weitere Anwendungen übertragen.
• Veränderte Randbedingungen (z. B. Zyklen/a oder der ausgeführte Hub) - Einfluss auf wirtschaftlichen Vergleich - deutliche Beeinflussung des ROI
• Exakte Randbedingungen sind wichtig
• Pauschale Aussagen sind nur schwer möglich / nicht empfehlenswert
24
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
Zusammenfassung
25
• Die Anforderungen vom Markt und aus gesetzlichen Regularien werden höher
• Energieeffizienz ist Team-Work
• 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
ABTEILUNG/Name 26
Energieeffizienz@FESTO
Wir nehmen
das Thema ernst !
„Vergeude keine Energie,
verwerte und veredle sie!“
Chemie-Nobelpreisträger Wilhelm Ostwald (1912)
Besuchen Sie uns in
Halle 15 Stand D07