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

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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

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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

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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

Einsparung Druckluft

Vakuumgenerator mit Luftsparfunkt.

Herkömmlicher Vakuumgenerator

Produkte & Lösungen

ABTEILUNG/Name

Ist-Zustand Möglichkeit zur Optimierung

Vakuum-Anwendungen

12

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

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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