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Energieeffizienz in der Pneumatik – Gewusst wie !?

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Energieeffizienz in der Pneumatik – Gewusst wie !?
„EnergieEffizienz in industriellen Prozessen – Efficiency Days”
Hannover, 21. April 2010
Dr. Axel Gomeringer
Project Manager Innovation &
Technology Management
Festo AG & Co. KG
g
Esslingen
CR-PI/Dr. Axel Gomeringer
Energieeffizienz in der Pneumatik
4. März 2010
Energieeffizienz in der Pneumatik – Gewusst wie !?
1 Einführung
2 Energieeffizienz Maßnahmen in der Planung und Auslegung
3 Energieeffizienz Maßnahmen im Betrieb
4 Zusammenfassung
CR-PI/Dr. Axel Gomeringer
Energieeffizienz in der Pneumatik
4. März 2010
Festo AG & Co. KG - Zahlen & Fakten
•
•
•
•
•
•
•
•
•
CR-PI/Dr. Axel Gomeringer
Energieeffizienz in der Pneumatik
Pneumatische und elektrische
A t i b t h ik für
Antriebstechnik
fü die
di Industrie
I d t i und
d
Prozessautomatisierung
Gegründet 1925
Weltweiter Umsatz:
Umsatz € 1,3
1 3 Milliarden/ Jahr
13.000 Mitarbeiter weltweit
30.000 Katalogprodukte
57 LLandesgesellschaften
d
ll h ft
Vertretungen in mehr als 176 Ländern
300.000 Kunden weltweit
M h als
Mehr
l 1.100
1 100 technische
h i h Berater
B
und
d
Projektingenieure weltweit
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 Anlagen
gewinnt 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 Prozesssicherheit
Pro esssicherheit bei gleich
gleichzeitiger
eitiger Optimierung der
Instandhaltungskosten durch die Verbesserung der Komponentenstandzeit
L b
Lebenszykluskosten
kl k
A h ff
Anschaffungskosten
k t
CR-PI/Dr. Axel Gomeringer
E
Energiekosten
i k t
Energieeffizienz in der Pneumatik
I t dh lt
Instandhaltungskosten
k t
4. März 2010
E t
Entsorgungskosten
k t
Energieeffizienz in der Pneumatik – Grundlagen und Hintergründe
Einsparpotenziale liegen vor allem in der Planung, aber auch im Betrieb der Anlagen
Betrieb
Gebäude- und
Infrastrukturplanung
Planung des
Produktionssystems und
des Fertigungsprozesses
Niedrigenergiebauweisen,
g
Dimensionierung
Druckluftnetz,
erneuerbare Energien,
Verwendung von energieoptimierten Automatig p
und
sierungsprodukten
gezielter Auslegung der
Produktion
Festo
Kun
nden
Planung
Energieeffizienz
unserer Gebäude
Produkte
&
Lösungen
Inbetriebnahme
Betrieb
Condition Monitoring und
Diagnose zur Minimierung der
Energieverbräuche
Auslegungstools
Wartung und
Instandhaltung
Identifikation
und Behebung
von Leckagen
Energieeffizienz „live“ –
Kontinuierliche Optimierung im Betrieb
Forschung & Entwicklung von Technologien für Energieeffizienz
CR-PI/Dr. Axel Gomeringer
Energieeffizienz in der Pneumatik
4. März 2010
5
Energieeffizienz in der Pneumatik – Gewusst wie !?
1 Einführung
2 Energieeffizienz Maßnahmen in der Planung und Auslegung
3 Energieeffizienz Maßnahmen im Betrieb
4 Zusammenfassung
CR-PI/Dr. Axel Gomeringer
Energieeffizienz in der Pneumatik
4. März 2010
Energieeffizienz Maßnahmen in der Planung und Auslegung
Ja, reine Energiekosten sind bei Nutzung des Energieträgers Druckluft signifikant höher
als bei direkter Nutzung der elektrischen Energie
CR-PI/Dr. Axel Gomeringer
1,8 ct/Nm³³
1
2,5 ct/Nm³³
2
Festo
Energieeffizienz in der Pneumatik
Spanne der Druckluftkosten
10 ct/Nm³
„Alter Schraubenkompressor“
Durchschnitt
ohne
e Wärmerückkgewinnung
g
Mit Wärmerückkgewinnung
g
1,5 ct/Nm³³
1
Optimum
4. März 2010
7
Energieeffizienz Maßnahmen in der Planung und Auslegung
Das Ventil so nahe wie möglich an den Zylinder, bzw. Ventilinseln möglichst dezentral
Schlauch zwischen
Ventil und Zylinder
DNC-32
Geringe Schlauchlänge
DNC-32
Große Schlauchlänge
PUN-8x1,25
0 3 m lang
0,3
PUN-8x1,25
3 0 m lang
3,0
Druckluftverbrauch
Arbeitszylinder
Druckluftverbrauch
Dr
ckl ftverbra ch
Schlauch
Energiekosten pro Jahr
(2,5 ct / m³)
2,62 Nl/ Zyklus
0,092 Nl/ Zyklus
0, 919 Nl/ Zyklus
325 €
424 €
Einkaufspreis
Arbeitszylinder
91 €
• ca. 25% weniger Druckluftverbrauch durch Anordnung des Ventils in der Nähe des
Arbeitszylinders
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Energieeffizienz in der Pneumatik
4. März 2010
8
Energieeffizienz Maßnahmen in der Planung und Auslegung
Druckzonen bilden wo immer möglich. Bereits in der Planungsphase berücksichtigen
Beidseitige
Ansteuerung mit
max.
Betriebsdruck
et ebsd uc
Arbeitszylinder:
Betriebsdruck:
Verfahrzeit:
Energiekosten
E
i k t
pro Jahr:
Mehrkosten bei
der Investition:
Angepasste Schaltung für eine Rückhubbewegung mit geringer
Kolbenkraft / Geschwindigkeit
CR-PI/Dr. Axel Gomeringer
Energieeffizienz in der Pneumatik
Ansteuerung mit
Druckzone
DNC-32-250-PPV-A
6 bar
6 bar ausfahren
2,5 bar
b einfahren
i f h
0,5 s ausfahren
0,7 s einfahren
325 €
249€
ca. 50 €
Die Investition hat sich nach weniger als einem
Jahr amortisiert
4. März 2010
9
Energieeffizienz Maßnahmen in der Planung und Auslegung
In der Pneumatik sind 20% Effizienzsteigerung „immer“ möglich, durch optimale
Auslegung und Planung und durch Optimierung im Betrieb
• Simulation und energetische Optimierung
von Antriebssystemen
• Simulations-Software
Simulations Software vermeidet
Überdimensionierung!
• ca. 40% weniger Druckluftverbrauch durch
g
Verzicht auf Überdimensionierung
• 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
g
pro
p
Energiekosten
Jahr (0.025 € / m³)
592.11
9
€
341.58 €
Einkaufspreis
102 €
89 €
CR-PI/Dr. Axel Gomeringer
Energieeffizienz in der Pneumatik
4. März 2010
10
Energieeffizienz Maßnahmen in der Planung und Auslegung
Der höhere
Energieverbrauch
des P-Zylinders
wirkt sich nicht
sofort aus !
Kosten incl.
Anschaffung, Montage, Wartung,
Instandhaltung,
Energieverbrauch, Verzinsung der
Investition zu 3%
CR-PI/Dr. Axel Gomeringer
Energieeffizienz in der Pneumatik
4. März 2010
11
Energieeffizienz Maßnahmen in der Planung und Auslegung
Kleinerer
Durchmesser
möglich,
durch die hohe
Leistungsdichte
des P-Zylinders !
Kosten incl.
Anschaffung, Montage, Wartung,
Instandhaltung,
Energieverbrauch, Verzinsung der
Investition zu 3%
CR-PI/Dr. Axel Gomeringer
Energieeffizienz in der Pneumatik
4. März 2010
12
Energieeffizienz Maßnahmen in der Planung und Auslegung
Zusätzliche
Reduzierung des
Totvolumens
(
(kürzere
Schläuche)
Kosten incl.
Anschaffung, Montage, Wartung,
Instandhaltung,
Energieverbrauch, Verzinsung der
Investition zu 3%
CR-PI/Dr. Axel Gomeringer
Energieeffizienz in der Pneumatik
4. März 2010
13
Energieeffizienz Maßnahmen in der Planung und Auslegung
Druckzonen
(Rückhub mit
geringerem Druck)
bringt
g weitere
Verbesserung
Kosten incl.
Anschaffung, Montage, Wartung,
Instandhaltung,
Energieverbrauch, Verzinsung der
Investition zu 3%
CR-PI/Dr. Axel Gomeringer
Energieeffizienz in der Pneumatik
4. März 2010
14
Energieeffizienz Maßnahmen in der Planung und Auslegung
Erkenntnis:
Erkenntnis
P-Zylinder bis
ca. 32mm
Durchmesser sind
wirtschaftlicher
als vergleichbare
E Stellantriebe !
E-Stellantriebe
Kosten incl.
Anschaffung, Montage, Wartung,
Instandhaltung,
Energieverbrauch, Verzinsung der
Investition zu 3%
CR-PI/Dr. Axel Gomeringer
Energieeffizienz in der Pneumatik
4. März 2010
15
Energieeffizienz in der Pneumatik – Gewusst wie !?
1 Einführung
2 Energieeffizienz Maßnahmen in der Planung und Auslegung
3 Energieeffizienz Maßnahmen im Betrieb
4 Zusammenfassung
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
Tatsächliche
Größe
Empirische
Faustformel:
Luftverlust bei Betriebsdruck
6bar und offener Düse
(überkritische Strömung)
mm
l/min
(bei 6 bar)
1
60
3
Energieverlust
m³/Jahr bei
8000 h
kW (ca.)
€*
28 800
0,4
720
550
264 000
3,5
6 600
5
1500
720 000
10
18 000
10
6030
2 894 400
40
72 360
* Kosten für
Drucklufterzeugung
mit 2,5 ct/m³
angenommen
⎡ l ⎤
Q = 0,9 ⋅ 11 ⋅ P ⋅ d2 ⎢
⎥
⎣ min ⎦
Korrekturfaktor für nicht gerundete Einströmkanten von 0,9 berücksichtigt
CR-PI/Dr. Axel Gomeringer
Kosten
Energieeffizienz in der Pneumatik
4. März 2010
17
Energieeffizienz Maßnahmen im Betrieb - Festo Energy Saving Service
1. Analyse
2. Planung
Druckluftversorgung*
Druckluftanwendung
Messung
Druckluftversorgung
Druckluft
Druckluftverbrauchsanalyse
Druckluftqualitätsanalyse
Druckluftversorgung*
3. Umsetzung
Druckluftanwendung
Druckluftversorgung*
Druckluftanwendung
Entwicklung
LeckagemanagementKonzept
Durchführung
Instandsetzung
Entwicklung
Modernisierungskonzept
Umsetzung
Modernisierungskonzept
Training und Schulung
Leckageortung
4. Erhaltung
Druckluftversorgung*
Druckluftanwendung
Regelmäßige KompressorKompressor
und Anlagenmessungen
Regelmäßige Leckageortung
und
D kl ft
Druckluftqualitätsanalyse
lität
l
Regelmäßige präventive u.
korrektive Instandhaltung
Entwicklung und Umsetzung
Condition Monitoring System
* Durch Festo und/oder lokale Service Partner
CR-PI/Dr. Axel Gomeringer
Energieeffizienz in der Pneumatik
4. März 2010
18
Energieeffizienz Maßnahmen im Betrieb - Leckageortung
Leckageprüfung auf Werksebene
• 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
CR-PI/Dr. Axel Gomeringer
Energieeffizienz in der Pneumatik
4. März 2010
19
Energieeffizienz Maßnahmen im Betrieb
Leckage vermeiden und regelmäßig prüfen spart sofort Geld !
Ursachen von Leckagen
... und Maßnahmen zur Vermeidung
Setzungseffekte an
harten
Kunststoffdichtungen
Weichdichtendes
Prinzip mit Käfig
Verschleiß an
Kolbenstangendichtungen durch
Querkräfte
Mechanische
Überbestimmung
vermeiden
Beschädigung der
Dichtungen in
St k bi d
Steckverbindern
d
durch
h
„Grat“ am Schlauch
Schlauchschneider
verwenden
d !
CR-PI/Dr. Axel Gomeringer
Energieeffizienz in der Pneumatik
Festo Typ OL / OK
Festo Typ SGS / SSNG
Festo Typ: ZRS
4. März 2010
20
Energieeffizienz Maßnahmen im Betrieb - Modernisierungskonzept für Anlagen
Druckluftversorgung
• Optimierung Kompressorsteuerung
• Optimierung Kompressoren (Typ, Größe,…)
• Optimierung Druckluftaufbereitung
• Optimierung Druckluftverteilung
Druckluftanwendung
• Optimierung von Blasluftanwendungen
• Optimierung von Vakuumanwendungen
• Optimierung von Verschlauchungskonzepten
• Vermeidung von Druckabfällen
• Optimierung von Druckniveaus
• Dimensionierung von Antrieben, Ventilen und
Verbindungselementen
• Optimierung von Installations- und
Steuerungskonzepten
CR-PI/Dr. Axel Gomeringer
Energieeffizienz in der Pneumatik
4. März 2010
21
Energieeffizienz Maßnahmen im Betrieb – Beispiel Keramikindustrie
2000
Gesamtanalyse einer
kompletten
Produktionslinie
1861
1765
1751
1800
1642
1600
1422
Druckluftverrbrauch [Nl/min]
1400
1420
1312
1200
1200
1260
987
1000
850
835
800
600
784
780
725
675
648
602
582
486
400
Verbrauch dynamisch [Nl/min]
Verbrauch statisch [[Nl/min]
/
]
460
560
456
456
387
367
350
270
200
146
125
102
46
42
42
25
23
20
17
15
An
la
g
An e 8
la
ge
10
An
la
ge
14
An
la
ge
9
An
la
ge
An
4
la
ge
20
An
la
ge
11
An
la
ge
1
An
la
g
An e 7
la
ge
13
An
la
ge
6
An
la
ge
3
An
la
g
An e 5
la
ge
12
An
la
ge
18
An
la
ge
16
An
la
g
An e 2
la
ge
17
An
la
ge
19
An
la
ge
15
0
CR-PI/Dr. Axel Gomeringer
Energieeffizienz in der Pneumatik
4. März 2010
12
Energieeffizienz Maßnahmen im Betrieb – Beispiel Keramikindustrie
Aktivitäten der Festo Servicetechniker:
• Messung von dynamischen und statischem Verbrauch
• Detektion von Leckagen
• Austausch von defekten Zylindern und Ventilen
• Austausch von Verschlauchung und Verbindern
Amortisierung: 5 Monate
CR-PI/Dr. Axel Gomeringer
Energieeffizienz in der Pneumatik
Zusatznutzen:
Reduktion der Druckverluste
Reduktion des Lärmpegels
p g
Leistungen
• Komponenten
T h i h Support
S
zur Optimierung
O i i
• Technischer
• Report
4. März 2010
23
Umwelttechnikpreis Baden-Württemberg 2009
Festo Energy Saving Services mit Umwelttechnikpreis
p
2009 des Umweltministeriums
Baden-Württemberg ausgezeichnet
Der Umwelttechnikpreis zeichnet Umweltt h ik iin FForm von P
techniken
Produkten
d kt aus,
s di
die einen
i
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,
bei den
internationalen Technologievorsprung auch im
Hinblick auf die Energieeffizienz weiter
auszubauen. Ein klares Plus für die Umwelt,, das
sich bezahlt macht", begründet Umweltministerin
Tanja Gönner die Entscheidung der Jury.
CR-PI/Dr. Axel Gomeringer
Energieeffizienz in der Pneumatik
4. März 2010
24
Energieeffizienz in der Pneumatik – Gewusst wie !?
1 Einführung
2 Energieeffizienz Maßnahmen in der Planung und Auslegung
3 Energieeffizienz Maßnahmen im Betrieb
4 Zusammenfassung
CR-PI/Dr. Axel Gomeringer
Energieeffizienz in der Pneumatik
4. März 2010
Zusammenfassung (I)
Die Auswahl der richtigen Technologie spart Geld – Tools nutzen !
Air Consumption
p
Schnell und bequem den
Luftverbrauch ihrer Anlage
ermitteln.
Festo Startseite im digitalen Katalog
CR-PI/Dr. Axel Gomeringer
Energieeffizienz in der Pneumatik
Positioning Drives
Welcher
elektromechanische
Linearantrieb erfüllt Ihre
Aufgabe am besten?
4. März 2010
Pro Pneu
ProPneu hilft bei der Auswahl
und Konfiguration der
gesamten pneumatischen
Steuerungskette
Zusammenfassung (II)
Im Betrieb von Maschinen und Anlagen sind große Einspareffekte erzielbar !
•
Ein ganzheitlicher Ansatz ist besser als Insellösungen
•
g g
ist z.T. hoch,, aber der Schlüssel zum Erfolg
g
Interne Überzeugungsarbeit
•
Ein Gesamtverantwortlicher ist zwingend erforderlich
•
Amortisationszeiten fast immer unter 2 Jahren,
J
,
teilweise sogar bei wenigen Monaten
•
Nebeneffekte: höhere Anlagenverfügbarkeit höhere Produktivität,
keit,
Produktivität höhere Qualität,
Qualität
bessere Ersatzteilversorgung, bessere
Arbeitsbedingungen
1. Analyse
y
2. Planung
g
Druckluftversorgung*
Druckluftanwendung
Messung
Druckluftversorgung
Druckluftverbrauchsanalyse
Druckluftqualitätsanalyse
Leckageortung
CR-PI/Dr. Axel Gomeringer
Energieeffizienz in der Pneumatik
4. März 2010
Druckluftversorgung*
3. Umsetzung
g
Druckluftanwendung
Druckluftversorgung*
Druckluftanwendung
Entwicklung
LeckagemanagementKonzept
Durchführung
Instandsetzung
Entwicklung
Modernisierungskonzept
Umsetzung
Modernisierungskonzept
Training und Schulung
4. Erhaltung
g
Druckluftversorgung*
Druckluftanwendung
Regelmäßige Kompressorund Anlagenmessungen
Regelmäßige Leckageortung
und
Druckluftqualitätsanalyse
Regelmäßige präventive u.
korrektive Instandhaltung
Entwicklung und Umsetzung
Condition Monitoring System
Festo AG & Co. KG
Dr. Axel Gomeringer
Project Manager Innovation &
Technology Management
Ruiter Str. 82
73734 Esslingen
axg@de.festo.com
0711/347-50301
CR-PI/Dr. Axel Gomeringer
Energieeffizienz in der Pneumatik
4. März 2010
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