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Energieeffizienz in der Pneumatik – Gewusst wie !?„EnergieEffizienz in industriellen Prozessen – Efficiency Days”Hannover, 21. April 2010Hannover, 21. April 2010
Dr. Axel GomeringerProject Manager Innovation &Technology ManagementFesto AG & Co. KGEsslingeng
CR-PI/Dr. Axel Gomeringer Energieeffizienz in der Pneumatik 4. März 2010
Energieeffizienz in der Pneumatik – Gewusst wie !?
Einführung1
Energieeffizienz Maßnahmen in der Planung und Auslegung2
Einführung1
Energieeffizienz Maßnahmen im Betrieb3
Zusammenfassung4
CR-PI/Dr. Axel Gomeringer Energieeffizienz in der Pneumatik 4. März 2010
Festo AG & Co. KG - Zahlen & Fakten
• Pneumatische und elektrische A t i b t h ik fü di I d t i d Antriebstechnik für die Industrie und Prozessautomatisierung
• Gegründet 1925• Weltweiter Umsatz € 1 3 Milliarden/ Jahr • Weltweiter Umsatz: € 1,3 Milliarden/ Jahr • 13.000 Mitarbeiter weltweit• 30.000 Katalogprodukte
57 L d ll h ft• 57 Landesgesellschaften• Vertretungen in mehr als 176 Ländern• 300.000 Kunden weltweit
M h l 1 100 h i h B d • Mehr als 1.100 technische Berater und Projektingenieure weltweit
CR-PI/Dr. Axel Gomeringer Energieeffizienz in der Pneumatik 4. März 2010 3
Energieeffizienz allgemein
Energiekosten alleine sind der falsche Ansatz. Gesamtbetrachtungen sind notwendig
Gesamtkostenbetrachtung (Total Cost of Ownership -TCO)
Die Betrachtung und Optimierung der Life Cycle Kosten von Maschinen und Anlagengewinnt gegenüber den reinen Anschaffungskosten immer größere Bedeutung
•Betrachtung der After Sales Kosten bereits in der Angebotsphase mit dem Ziel der Minimierung der Gesamtkosten •Steigerung der technischen Verfügbarkeit und Pro esssicherheit bei gleich eitiger Optimierung der •Steigerung der technischen Verfügbarkeit und Prozesssicherheit bei gleichzeitiger Optimierung der Instandhaltungskosten durch die Verbesserung der Komponentenstandzeit
L b kl kLebenszykluskosten
A h ff k t E i k t I t dh lt k t E t k t
CR-PI/Dr. Axel Gomeringer Energieeffizienz in der Pneumatik 4. März 2010
Anschaffungskosten Energiekosten Instandhaltungskosten Entsorgungskosten
Energieeffizienz in der Pneumatik – Grundlagen und Hintergründe
Einsparpotenziale liegen vor allem in der Planung, aber auch im Betrieb der Anlagen
Planung BetriebGebäude- und
InfrastrukturplanungPlanung des
Produktionssystems und Inbetrieb-
nahmeBetrieb Wartung und
Instandhaltungdes Fertigungsprozesses
Verwendung von energie-optimierten Automati-
sierungsprodukten und Condition Monitoring und
Diagnose zur Minimierung der Identifikation
und Behebung
Niedrigenergiebau-weisen,
Dimensionierung nden
g pgezielter Auslegung der
Produktion
Diagnose zur Minimierung der Energieverbräuche
und Behebung von Leckagen
gDruckluftnetz,
erneuerbare Energien, Kun
Fest
o
Energieeffizienz unserer Gebäude
Produkte &
Lösungen
Aus-legungs-
tools
Energieeffizienz „live“ –Kontinuierliche Optimierung im Betrieb
CR-PI/Dr. Axel Gomeringer Energieeffizienz in der Pneumatik 4. März 2010 5
Forschung & Entwicklung von Technologien für Energieeffizienz
Energieeffizienz in der Pneumatik – Gewusst wie !?
Einführung1
Energieeffizienz Maßnahmen in der Planung und Auslegung2
Einführung1
Energieeffizienz Maßnahmen im Betrieb3
Zusammenfassung4
CR-PI/Dr. Axel Gomeringer Energieeffizienz in der Pneumatik 4. März 2010
Ja, reine Energiekosten sind bei Nutzung des Energieträgers Druckluft signifikant höherals bei direkter Nutzung der elektrischen Energie
Energieeffizienz Maßnahmen in der Planung und Auslegung
als bei direkter Nutzung der elektrischen Energie
Durchschnitt „Alter Schraubenkompressor“
³³ ³Optimum
Spanne der Druckluftkosten
1,8
ct/N
m³
1,5
ct/N
m³
2,5
ct/N
m³
10 c
t/N
m³
k-
11 2
Festo k-
e W
ärm
erüc
kge
win
nung
Festo
Wär
mer
ück
gew
innu
ng
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ohne g
Mit
g
Energieeffizienz Maßnahmen in der Planung und Auslegung
Das Ventil so nahe wie möglich an den Zylinder, bzw. Ventilinseln möglichst dezentral
DNC-32Geringe Schlauchlänge
DNC-32Große Schlauchlänge
Schlauch zwischen Ventil und Zylinder
PUN-8x1,250 3 m lang
PUN-8x1,253 0 m langVentil und Zylinder 0,3 m lang 3,0 m lang
Druckluftverbrauch Arbeitszylinder
2,62 Nl/ Zyklus
Dr ckl ftverbra ch Druckluftverbrauch Schlauch
0,092 Nl/ Zyklus 0, 919 Nl/ Zyklus
Energiekosten pro Jahr (2,5 ct / m³)
325 € 424 €
Einkaufspreis Arbeitszylinder
91 €
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• ca. 25% weniger Druckluftverbrauch durch Anordnung des Ventils in der Nähe des Arbeitszylinders
Energieeffizienz Maßnahmen in der Planung und Auslegung
Druckzonen bilden wo immer möglich. Bereits in der Planungsphase berücksichtigen
BeidseitigeAnsteuerung mit
max. Betriebsdruck
Ansteuerung mit Druckzone
et ebsd uc
Arbeitszylinder: DNC-32-250-PPV-A
Betriebsdruck: 6 bar6 bar ausfahren
b i f hBetriebsdruck: 6 bar
2,5 bar einfahren
Verfahrzeit:0,5 s ausfahren0,7 s einfahren
E i k t Energiekosten pro Jahr:
325 € 249€
Mehrkosten bei der Investition:
ca. 50 €
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Angepasste Schaltung für eine Rückhubbewegung mit geringer Kolbenkraft / Geschwindigkeit
Die Investition hat sich nach weniger als einem Jahr amortisiert
In der Pneumatik sind 20% Effizienzsteigerung „immer“ möglich, durch optimaleAuslegung und Planung und durch Optimierung im Betrieb
Energieeffizienz Maßnahmen in der Planung und Auslegung
Auslegung und Planung und durch Optimierung im Betrieb
• Simulation und energetische Optimierung von Antriebssystemen
• Simulations Software vermeidet • Simulations-Software vermeidet Überdimensionierung!
• ca. 40% weniger Druckluftverbrauch durch Verzicht auf Überdimensionierungg
• ca. 10% geringere Anschaffungskosten
Beispiel: Bewegung einer Vorrichtung mit 12 kg Masse, um eine Strecke von 25 cm bei 60 Zyklen/min und 300ms Zykluszeit. Einschichtbetrieb mit 8h/Tag und 200 Tage/Jahr.
DNC 40 DNC 32
Energieverbrauch 18.37 Nl/5 Zyklen 11.86 Nl/5 Zyklen
Energiekosten pro 592.11 € 341.58 €
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g pJahr (0.025 € / m³)
9
Einkaufspreis 102 € 89 €
Energieeffizienz Maßnahmen in der Planung und Auslegung
Der höhereDer höhereEnergieverbrauchdes P-Zylinders wirkt sich nichtsofort aus !
Kosten incl.
CR-PI/Dr. Axel Gomeringer Energieeffizienz in der Pneumatik 4. März 2010 11
Kosten incl. Anschaffung, Montage, Wartung, Instandhaltung, Energieverbrauch, Verzinsung der Investition zu 3%
Energieeffizienz Maßnahmen in der Planung und Auslegung
KleinererKleinererDurchmessermöglich,durch die hoheLeistungsdichtedes P-Zylinders !
Kosten incl.
CR-PI/Dr. Axel Gomeringer Energieeffizienz in der Pneumatik 4. März 2010 12
Kosten incl. Anschaffung, Montage, Wartung, Instandhaltung, Energieverbrauch, Verzinsung der Investition zu 3%
Energieeffizienz Maßnahmen in der Planung und Auslegung
ZusätzlicheZusätzlicheReduzierung desTotvolumens(kürzere(Schläuche)
Kosten incl.
CR-PI/Dr. Axel Gomeringer Energieeffizienz in der Pneumatik 4. März 2010 13
Kosten incl. Anschaffung, Montage, Wartung, Instandhaltung, Energieverbrauch, Verzinsung der Investition zu 3%
Energieeffizienz Maßnahmen in der Planung und Auslegung
Druckzonen Druckzonen (Rückhub mitgeringerem Druck)bringt weiteregVerbesserung
Kosten incl.
CR-PI/Dr. Axel Gomeringer Energieeffizienz in der Pneumatik 4. März 2010 14
Kosten incl. Anschaffung, Montage, Wartung, Instandhaltung, Energieverbrauch, Verzinsung der Investition zu 3%
Energieeffizienz Maßnahmen in der Planung und Auslegung
ErkenntnisErkenntnis:
P-Zylinder bisca. 32mmDurchmesser sindwirtschaftlicherals vergleichbareE Stellantriebe !E-Stellantriebe !
Kosten incl.
CR-PI/Dr. Axel Gomeringer Energieeffizienz in der Pneumatik 4. März 2010 15
Kosten incl. Anschaffung, Montage, Wartung, Instandhaltung, Energieverbrauch, Verzinsung der Investition zu 3%
Energieeffizienz in der Pneumatik – Gewusst wie !?
Einführung1
Energieeffizienz Maßnahmen in der Planung und Auslegung2
Einführung1
Energieeffizienz Maßnahmen im Betrieb3
Zusammenfassung4
CR-PI/Dr. Axel Gomeringer Energieeffizienz in der Pneumatik 4. März 2010
Energieeffizienz Maßnahmen im Betrieb
Leckage vermeiden und regelmäßig prüfen spart sofort Geld !
Lochdurchmesser Luftverlust bei Betriebsdruck 6bar und offener Düse (überkritische Strömung)
Energieverlust Kosten
Tatsächliche Größe
mm l/min(bei 6 bar)
m³/Jahr bei 8000 h
kW (ca.) €*
1 60 28 800 0,4 720
3 550 264 000 3,5 6 600
5 1500 720 000 10 18 000
10 6030 2 894 400 40 72 360
* Kosten für
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Kosten für Drucklufterzeugung mit 2,5 ct/m³ angenommen
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡⋅⋅⋅=min
ldP,Q 21190Empirische Faustformel:
Korrekturfaktor für nicht gerundete Einströmkanten von 0,9 berücksichtigt
Energieeffizienz Maßnahmen im Betrieb - Festo Energy Saving Service
2. Planung 3. Umsetzung1. Analyse 4. Erhaltung
Druckluft-versorgung*
Druckluft-anwendung
Entwicklung
Druckluft-versorgung*
Druckluft-anwendung
Durchführung
Druckluft-versorgung*
Druckluft-anwendung
Messung Druckluft
Druckluft-versorgung*
Druckluft-anwendung
Regelmäßige KompressorEntwicklung Leckagemanagement-
Konzept
Durchführung Instandsetzung
Messung Druckluft-
versorgung
Druckluft-verbrauchs-
analyseRegelmäßige Leckageortung
und D kl ft lität l
Regelmäßige Kompressor-und Anlagenmessungen
Entwicklung Modernisierungskonzept
Umsetzung Modernisierungskonzept
Druckluftqualitätsanalyse
Regelmäßige präventive u. korrektive Instandhaltung
Druckluftqualitätsanalyse
CR-PI/Dr. Axel Gomeringer Energieeffizienz in der Pneumatik 4. März 2010 18
* Durch Festo und/oder lokale Service Partner
Training und SchulungLeckageortung Entwicklung und Umsetzung Condition Monitoring System
Energieeffizienz Maßnahmen im Betrieb - Leckageortung
Leckageprüfung auf Werksebene• Überprüfung des gesamten Druckluftsystems Überprüfung des gesamten Druckluftsystems
auf Leckagen, z.B. durch Ultraschalldetektoren (nur bedingte Beeinträchtigung des laufenden Betriebs), Leckagesprays
• Kennzeichnung der Leckagestellen (Tagging)• Erfassung der für die Instandsetzung oder
Verbesserung relevanten Informationen
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Energieeffizienz Maßnahmen im Betrieb
Leckage vermeiden und regelmäßig prüfen spart sofort Geld !
Ursachen von Leckagen ... und Maßnahmen zur Vermeidung
Setzungseffekte an Setzungseffekte an harten Kunststoffdichtungen
Weichdichtendes Prinzip mit Käfig
Festo Typ OL / OK
Verschleiß an Kolbenstangen-dichtungen durch Querkräfte
Mechanische Überbestimmung vermeiden
Festo Typ SGS / SSNGQuerkräfte Festo Typ SGS / SSNG
Beschädigung der Dichtungen in St k bi d d h
Schlauchschneiderd !
CR-PI/Dr. Axel Gomeringer Energieeffizienz in der Pneumatik 4. März 2010
Steckverbindern durch „Grat“ am Schlauch
verwenden !
Festo Typ: ZRS
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Energieeffizienz Maßnahmen im Betrieb - Modernisierungskonzept für AnlagenDruckluftversorgung• Optimierung KompressorsteuerungOptimierung Kompressorsteuerung• Optimierung Kompressoren (Typ, Größe,…)• Optimierung Druckluftaufbereitung• Optimierung Druckluftverteilung• Optimierung Druckluftverteilung
Druckluftanwendung• Optimierung von Blasluftanwendungen• Optimierung von Blasluftanwendungen• Optimierung von Vakuumanwendungen• Optimierung von Verschlauchungskonzepten
Vermeidung von Druckabfällen• Vermeidung von Druckabfällen• Optimierung von Druckniveaus• Dimensionierung von Antrieben, Ventilen und
Verbindungselementen
CR-PI/Dr. Axel Gomeringer Energieeffizienz in der Pneumatik 4. März 2010
Verbindungselementen• Optimierung von Installations- und
Steuerungskonzepten2121
Energieeffizienz Maßnahmen im Betrieb – Beispiel Keramikindustrie
1861
2000
Gesamtanalyse einer 1642
1422 1420
1751 1765
1400
1600
1800Gesamtanalyse einer kompletten Produktionslinie
1312
12001260
9871000
1200
1400
rbra
uch
[N
l/m
in]
Verbrauch dynamisch [Nl/min]Verbrauch statisch [Nl/min]
850780
456
675 648582
784
560
835
725
602
486460 456
600
800
Dru
cklu
ftve
r [ / ]
367
456
270
460 456
387350
146 125 10246 42 42 25 23 20 17 15 12
200
400
CR-PI/Dr. Axel Gomeringer Energieeffizienz in der Pneumatik 4. März 2010
0
Anlag
e 8
Anlag
e 10
Anlag
e 14
Anlag
e 9
Anlag
e 4
Anlag
e 20
Anlag
e 11
Anlag
e 1
Anlag
e 7
Anlag
e 13
Anlag
e 6
Anlag
e 3
Anlag
e 5
Anlag
e 12
Anlag
e 18
Anlag
e 16
Anlag
e 2
Anlag
e 17
Anlag
e 19
Anlag
e 15
Energieeffizienz Maßnahmen im Betrieb – Beispiel Keramikindustrie
Aktivitäten der Festo Servicetechniker:• Messung von dynamischen und statischem Verbrauch• Detektion von Leckagen
Zusatznutzen:Reduktion der DruckverlusteReduktion des Lärmpegels• Detektion von Leckagen
• Austausch von defekten Zylindern und Ventilen• Austausch von Verschlauchung und Verbindern
p g
Leistungen• Komponenten
T h i h S O i i
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Amortisierung: 5 Monate • Technischer Support zur Optimierung• Report
Umwelttechnikpreis Baden-Württemberg 2009Festo Energy Saving Services mit Umwelt-technikpreis 2009 des Umweltministeriums pBaden-Württemberg ausgezeichnet
Der Umwelttechnikpreis zeichnet Umwelt-t h ik i F P d kt s di i techniken in Form von Produkten aus, die einen bedeutenden Beitrag zur Ressourceneffizienz und Umweltschonung leisten.
"Der Maschinenbau ist eine tragende Säule der Wirtschaft in Baden-Württemberg. Festo hat die Zeichen der Zeit erkannt und trägt mit seinen Energy Saving Services dazu bei den Energy Saving Services dazu bei, den internationalen Technologievorsprung auch im Hinblick auf die Energieeffizienz weiter auszubauen. Ein klares Plus für die Umwelt, das
CR-PI/Dr. Axel Gomeringer Energieeffizienz in der Pneumatik 4. März 2010
,sich bezahlt macht", begründet Umweltministerin Tanja Gönner die Entscheidung der Jury.
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Energieeffizienz in der Pneumatik – Gewusst wie !?
Einführung1
Energieeffizienz Maßnahmen in der Planung und Auslegung2
Einführung1
Energieeffizienz Maßnahmen im Betrieb3
Zusammenfassung4
CR-PI/Dr. Axel Gomeringer Energieeffizienz in der Pneumatik 4. März 2010
Zusammenfassung (I)
Die Auswahl der richtigen Technologie spart Geld – Tools nutzen !
Pro PneuProPneu hilft bei der Auswahl Air Consumption ProPneu hilft bei der Auswahl
und Konfiguration der gesamten pneumatischen
Steuerungskette
pSchnell und bequem den
Luftverbrauch ihrer Anlage ermitteln.
Positioning DrivesWelcher
elektromechanische
Festo Startseite im digitalen Katalog
CR-PI/Dr. Axel Gomeringer Energieeffizienz in der Pneumatik 4. März 2010
elektromechanische Linearantrieb erfüllt Ihre
Aufgabe am besten?
Zusammenfassung (II)
Im Betrieb von Maschinen und Anlagen sind große Einspareffekte erzielbar !
• Ein ganzheitlicher Ansatz ist besser als Insellösungen
• Interne Überzeugungsarbeit ist z.T. hoch, aber der Schlüssel zum Erfolgg g , g
• Ein Gesamtverantwortlicher ist zwingend erforderlich
• Amortisationszeiten fast immer unter 2 Jahren, J ,teilweise sogar bei wenigen Monaten
• Nebeneffekte: höhere Anlagenverfügbar-keit höhere Produktivität höhere Qualität 2. Planung 3. Umsetzung1. Analyse 4. Erhaltungkeit, höhere Produktivität, höhere Qualität, bessere Ersatzteilversorgung, bessere Arbeitsbedingungen
g
Druckluft-versorgung*
Druckluft-anwendung
Entwicklung Leckagemanagement-
Konzept
Entwicklung
g
Druckluft-versorgung*
Druckluft-anwendung
Umsetzung
Durchführung Instandsetzung
y
Druckluft-versorgung*
Druckluft-anwendung
Druckluftqualitätsanalyse
Messung Druckluft-
versorgung
Druckluft-verbrauchs-
analyse
g
Druckluft-versorgung*
Druckluft-anwendung
Regelmäßige Leckageortung und
Druckluftqualitätsanalyse
Regelmäßige Kompressor-und Anlagenmessungen
CR-PI/Dr. Axel Gomeringer Energieeffizienz in der Pneumatik 4. März 2010
Entwicklung Modernisierungskonzept
Umsetzung Modernisierungskonzept
Training und Schulung
Druckluftqualitätsanalyse
Leckageortung
Regelmäßige präventive u. korrektive Instandhaltung
Druckluftqualitätsanalyse
Entwicklung und Umsetzung Condition Monitoring System
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