Ablsung von Pneumatik Lin Mot 2012 Lin Mot

Ablösung von Pneumatik Lin. Mot® 2012 Lin. Mot Pneumatic Replacement_d. ppt 02. 11. 2012 1

Vorteil Linearmotor Einfach Flexibel Dynamisch Lebensdauer Prozessstabilität Installation & Inbetriebnahme Betriebskosten Zukunftsperspektive Lin. Mot® 2012 Lin. Mot Pneumatic Replacement_d. ppt 02. 11. 2012 2

Systemvergleich Noch einfacher als Pneumatik. . . Lin. Mot® 2012 Lin. Mot Pneumatic Replacement_d. ppt 02. 11. 2012 Einsparung bei Logistik. Installationskosten 3

Flexibilität: Inbetriebnahme- und Umrüstkosten + Grössere Flexibilität … Einsparung bei Inbetriebnahme- und Umrüstkosten Einfache Programmierung mittels Teach-In Lin. Mot® 2012 Lin. Mot Pneumatic Replacement_d. ppt 02. 11. 2012 4

Flexibilität, Prozessstabilität, Überwachung Linearmotor: frei programmierbare Beschleunigung, Geschwindigkeit, Position, Kraft mit Überwachung Programmierbare, gleich bleibende und überwachte Bewegungen… Lin. Mot® 2012 Lin. Mot Pneumatic Replacement_d. ppt Pneumatik: - mit pneum. Endlagendämfung - standard Zylinder Höhere Prozessstabilität weniger Ausschuss 02. 11. 2012 5 (1) (2)

Positionierzeiten: Höhere Taktzahlen Last Postions-Zeit Diagramm für Linearmodul H 01 -37 x 240 im Vergleich zur Pneumatik mit pneumatischer Endlagendämpfung D=25 mm Hub 600 8, 0 kg 6, 0 kg 4, 0 kg 2, 0 kg 0, 0 kg PSS 8. 0 kg (max. ) PSS 8. 0 kg (min. ) 500 400 300 200 100 0 0 50 100 150 Hub [mm] 200 250 Kurze Positionierzeiten … Lin. Mot® 2012 Lin. Mot Pneumatic Replacement_d. ppt 300 Höhere Taktzahlen und grössere Leistung 02. 11. 2012 6

Lebensdauer: Service- und Wartungskosten Lin. Mot: Jahre Monate Pneumatik: Zyklen pro Sekunde Längere Lebensdauer… Lin. Mot® 2012 Lin. Mot Pneumatic Replacement_d. ppt Einsparungen bei Service- und Wartungskosten 02. 11. 2012 7

Energieeffizienz & Energiekosten Analyse von Linearbewegungen 6 -600 Takte/min Lin. Mot® 2012 Lin. Mot Pneumatic Replacement_d. ppt 02. 11. 2012 8

Lineare Bewegung 30 Takte pro Minute mit 500 ms Verfahrzeit und 500 msec Pause 15 kg v [m/s] a [m/s²] 15 kg 400 mm Ausfahren Stillstand Einfahren Stillstand 400 mm -400 mm Zykluszeit Total Lin. Mot® 2012 Lin. Mot Pneumatic Replacement_d. ppt 500 msec 2‘ 000 msec 02. 11. 2012 9

Auslegung Linearmotor mit Lin. Mot Designer Bewegungsequenz Zeitlicher Ablauf Beschleunigen Bremsen Beschleunigen Kraftbedarf Motor Lin. Mot® 2012 Lin. Mot Pneumatic Replacement_d. ppt 02. 11. 2012 10

Ideale Lineare Bewegung: Leistung & Energie Lei Verluste Pv = I 2*R stu Servo Controller mit Zwischenkreiskondensatoren ng Lei stu ng Beschleunigen Bremsen Lin. Mot® 2012 Lin. Mot Pneumatic Replacement_d. ppt 02. 11. 2012 Beschleunigen 11

Auslegung Linearmotor mit Lin. Mot Designer Vmax = 1 m/s Motorleistung <100 W Energiekosten: 100 W x 8‘ 000 h = 800 k. Wh x 0. 12 EUR = 96. - EUR Lin. Mot® 2012 Lin. Mot Pneumatic Replacement_d. ppt 02. 11. 2012 12

Leistungsmessung mit Linearmotor 30 Takte/Minute, Last 15 kg, Hub 400 mm: Lin. Mot® 2012 Lin. Mot Pneumatic Replacement_d. ppt 02. 11. 2012 Gemessene Nennleistung: 92 W 13

Pneumatik: Leistung, Energie & Verluste Leistung Kompressor Leistung Bewegung Lin. Mot® 2012 Lin. Mot Pneumatic Replacement_d. ppt Verluste 02. 11. 2012 14

Pneumatik: Energieeffizienz Lin. Mot® 2012 Lin. Mot Pneumatic Replacement_d. ppt 02. 11. 2012 15

Auslegung Pneumatikzylinder Um eine Last von 15 kg innerhalb von 500 msec um 400 mm zu verschieben, wird eine minimale Verfahrgeschwindigkeit von 1 m/s benötigt. Bei 15 kg Last und 1 m/s Verfahrgeschwindigkeit wird gemäss Diagramm ein Pneumatikzylinder mit 50 mm Zylinderdurchmesser benötigt. Lin. Mot® 2012 Lin. Mot Pneumatic Replacement_d. ppt 02. 11. 2012 16

Berechnung Luftverbrauch bei 30 Takten/min. mit Zylinder d=50 mm, Hub 400 mm pro Zyklus: 400 mm x 0. 02529 dm 3/mm = 10. 37 dm 3 pro Minute: 30 Takte/Minute x 10. 37 dm 3 = 311. 35 dm 3 = 0. 311 m 3 pro Stunde: 0. 311 m 3 x 60 Minuten = 18. 68 m 3 pro Jahr: 18. 68 m 3 x 8‘ 000 h = 150‘ 000 Nm 3 Quelle: IMI Nogren Lin. Mot® 2012 Lin. Mot Pneumatic Replacement_d. ppt 02. 11. 2012 17

Energie zur Herstellung von Pressluft Motorleistung: 750 k. W Luftleistung: 125 Nm 3/min 7‘ 500 Nm 3/h Energie pro Volumen: 750 k. Wh. 7‘ 500 Nm 3/h = 0. 10 k. Wh/Nm 3 Für die Verdichtung von 1 Nm 3 Luft auf 6 Bar benötigt man rund 0. 100 k. Wh elektrische Energie Lin. Mot® 2012 Lin. Mot Pneumatic Replacement_d. ppt 02. 11. 2012 18

Pressluft: Kompressorverluste Anlauf- und Nachlaufverluste: 25% - 35% Für die Verdichtung von 1 Nm 3 Luft benötigt der Kompressor rund 0. 130 k. Wh* elektrische Energie Druckverluste, Reduzierventile Leckverluste: 20%. . . 25% Unter Berücksichtigung der Verluste müssen für die Anwendung 190‘ 000 Nm 3 Luft komprimiert werden Quelle: Atlas Copco Lin. Mot® 2012 Lin. Mot Pneumatic Replacement_d. ppt 02. 11. 2012 19

Druckluft: Spezifische Leistung 0. 12 -0. 16 k. Wh/Nm 3 Anlayse dreier Projektpartner Druckluft Effizient Studie, Dr. -Ing. Peter Radgen Fraunhofer Institut Systemtechnik und Innovationsforschung (ISI), Karlsruhe Lin. Mot® 2012 Lin. Mot Pneumatic Replacement_d. ppt 02. 11. 2012 20

Leckage: Durchschnittlich 20… 25% Druckluft Effizient, Abschlussbericht 2005 Lin. Mot® 2012 Lin. Mot Pneumatic Replacement_d. ppt 02. 11. 2012 21

Pneumatik: Verluste durch Leckagen Lochdurchmesser in mm Leckagestrom bei 7 Bar in l/s Energiekosten in EUR 1 1. 2 480. - 2 5. 0 2‘ 160. - 3 11. 2 4‘ 800. - 4 19. 8 8‘ 400. - 6 44. 6 18‘ 690. - 10 124. 0 52‘ 800. - Referenzbedingung: 7 bar; Stromkosten 0, 12 Euro/k. Wh, 8. 000 Betriebsstunden Quelle: Atlas Copco Die Verluste durch Leckagen im Druckluftnetz betragen im Schnitt 20… 25% Lin. Mot® 2012 Lin. Mot Pneumatic Replacement_d. ppt 02. 11. 2012 22

Energiekosten inkl. Steuern Lin. Mot® 2012 Lin. Mot Pneumatic Replacement_d. ppt 02. 11. 2012 23

Energiekosten Pneumatikzylinder Luftverbrauch: 190‘ 000 Nm 3 Energiebedarf: 0. 130 k. Wh/m 3 - Energieverbrauch: - Nennleistung: 25‘ 000 k. Wh > 3‘ 000 W Energiepreis: 0. 12 EUR/k. Wh Energiekosten: 3‘ 000. 00 EUR Allein die Energiekosten um 15 kg mit 30 Takten pro Minute um 400 mm zu bewegen betragen rund 3‘ 000. - EUR pro Jahr! Lin. Mot® 2012 Lin. Mot Pneumatic Replacement_d. ppt 02. 11. 2012 24

Vollkostenrechnung I Investitionskosten: Wartungskosten: Energiekosten: 10 - 15% 70 - 80% Quelle: www. druckluft. ch Jährliche Betriebskosten pro Zylinder: 3‘ 000. - EUR / 0. 80 = 3‘ 750. - EUR Bei der Vollkostenrechnung inkl. Investitions- und Wartungskosten (Kompressor), fallen jährliche Betriebskosten von über 3‘ 750. - EUR pro Zylinder an! Lin. Mot® 2012 Lin. Mot Pneumatic Replacement_d. ppt 02. 11. 2012 25

Vollkostenrechnung II Bei der Energieoptimierung rechnen Pneumatik-Anbieter mit Vollkosten für die Herstellung von Pressluft von 0. 025 EUR/Nm 3 Quelle: Festo Broschüre „Energy Saving Services“ Stand 2010/08 Jährliche Betriebskosten pro Zylinder: 150‘ 000 Nm 3 x 0. 025 EUR/Nm 3 = 3‘ 750. - EUR Bei der Vollkostenrechnung inkl. Investitions- und Wartungskosten (Kompressor), fallen jährliche Betriebskosten von über 3‘ 750. - EUR pro Zylinder an! Lin. Mot® 2012 Lin. Mot Pneumatic Replacement_d. ppt 02. 11. 2012 26

Return on Investment Kosten nach 24 Monaten: Pneumatik: 7‘ 540. - EUR Linearmotor: 1‘ 640. - EUR Kosten nach 12 Monaten: Pneumatik: 3‘ 840. - EUR Linearmotor: 1‘ 540. - EUR Kosten nach 5 Monaten: Einsparung 2‘ 300. - EUR Pneumatik: 1‘ 480. - EUR Linearmotor: 1‘ 480. - EUR Start 5 Monate Einsparung 5‘ 900. - EUR 12 Monate 24 Monate Nach einer Betriebsdauer von nur 5 Monaten sind die Mehrkosten amortisiert! Lin. Mot® 2012 Lin. Mot Pneumatic Replacement_d. ppt 02. 11. 2012 27

Energiekosten Pneumatik Lin. Mot® 2012 Lin. Mot Pneumatic Replacement_d. ppt Zylinder d=50 mm, 0. 12 EUR/k. Wh 02. 11. 2012 28

CO 2 -Emissionen Quelle: Fraunhofer Institut (D) Lin. Mot® 2012 Lin. Mot Pneumatic Replacement_d. ppt 02. 11. 2012 29

CO 2 -Emissionen: Strommix Deutschland Berechnung mit Strommix Deutschland: Atomkraft: Braunkohle: Steinkohle: Erdgas: Erneuerbare: Sonstige: http: //www. co 2 -emissionen-vergleichen. de 25’ 000 k. Wh x 0. 22 x 32 g/k. Wh 25’ 000 k. Wh x 0. 22 x 1153 g/k. Wh 25’ 000 k. Wh x 0. 18 x 949 g/k. Wh 25’ 000 k. Wh x 0. 13 x 428 g/k. Wh 25’ 000 k. Wh x 0. 14 x 25 g/k. Wh ? 176 kg 6’ 341 kg 4’ 270 kg 1’ 391 kg 87 kg ? CO 2 –Emission pro Zylinder in Deutschland: 12, 5 Tonnen CO 2 pro Jahr !!! Lin. Mot® 2012 Lin. Mot Pneumatic Replacement_d. ppt 02. 11. 2012 30

CO 2 - Emissionen pro Pneumatikzylinder Gewicht Pneumatikzylinder Jährlicher CO 2 – Ausstoss ca. 3 kg über 12’ 500 kg Lin. Mot® 2012 Lin. Mot Pneumatic Replacement_d. ppt 02. 11. 2012 31

CO 2 -Emissionen Lin. Mot® 2012 Lin. Mot Pneumatic Replacement_d. ppt 02. 11. 2012 32

CO 2 -Emissionen Betreibe den Pneumatikzylinder 1 Jahr. . . oder fahre x mal um die Erde. . . 3. 3 - 6 Erdumrundungen!!! 0. 6. . . 1 Erdumrundungen! Lin. Mot® 2012 Lin. Mot Pneumatic Replacement_d. ppt 02. 11. 2012 33

Zukunftsaussichten: CO 2 -Emissionen Quelle: Siemens Pressebilder 07/2012 CO 2 –Emission pro Zylinder Lin. Mot® 2012 Lin. Mot Pneumatic Replacement_d. ppt 02. 11. 2012 2011: 12, 9 t CO 2 pro Zylinder/Jahr 2030: 11, 5 t CO 2 pro Zylinder/Jahr 34

Zukunftsaussichten: Pneumatik Der Wert von 0. 10 k. Wh/Nm 3 entspricht 6 k. W/(Nm 3/min) und ist ein guter Wert (Physikalische Grenze gelb) Quelle: Bundesamt für Energie Lin. Mot® 2012 Lin. Mot Pneumatic Replacement_d. ppt 02. 11. 2012 35

Zukunftsaussichten: Energiekosten % +? ? % +40 +33 % Seit 2004 haben sich die Preis für elektrische Energie annähernd verdoppelt! Lin. Mot® 2012 Lin. Mot Pneumatic Replacement_d. ppt 02. 11. 2012 36

Zukunftsaussichten: Reserven mit Linearmotor 400 mm in 270 msec Vmax = 2. 33 m/s Motorleistung <200 W Lin. Mot® 2012 Lin. Mot Pneumatic Replacement_d. ppt 02. 11. 2012 Energiekosten: 200 W x 8‘ 000 h = 1‘ 600 k. Wh x 0. 12 EUR = 192. - EUR 37

Zukunftsaussichten: Innovation Innovative Lösungen mit Kraftregelung, Servo-Pressen, Tasten, … Innovationsvorsprung durch neue Möglichkeiten und Lösungsansätze Lin. Mot® 2012 Lin. Mot Pneumatic Replacement_d. ppt 02. 11. 2012 38

Zukunftsaussichten: Innovation Marktvorsprung und Mehrwert durch Innovation! Lin. Mot® 2012 Lin. Mot Pneumatic Replacement_d. ppt 02. 11. 2012 39

Praxisbeispiel: Handlingsmodul P&P Pick & Place Pneumatisch Lin. Mot® 2012 Lin. Mot Pneumatic Replacement_d. ppt Pick & Place mit Linearmotoren 02. 11. 2012 40

Praxisbeispiel Handlingsmodul P&P Pneumatisch Linearmotor Markteinführung 1997 2008 Verkaufspreis 100% 130% Umsatzanteil 2008 0% Umsatzanteil 2010 60% Lin. Mot® 2012 Lin. Mot Pneumatic Replacement_d. ppt 02. 11. 2012 41

Vorteil Linearmotor Einfach Flexibel Dynamisch Lebensdauer Prozessstabilität Kosten Zukunftsperspektiven Lin. Mot® 2012 Lin. Mot Pneumatic Replacement_d. ppt 02. 11. 2012 42

Smart solutions are… Lin. Mot® 2012 Lin. Mot Pneumatic Replacement_d. ppt 02. 11. 2012 43

Auslegung Pneumatikzylinder 30 Takte pro Minute mit 500 ms Verfahrzeit und 500 msec Pause 15 kg v [m/s] a [m/s²] 15 kg 400 mm Hersteller 1&2 Hersteller 3&4 D >= 50 mm D = 40/32 mm Lin. Mot® 2012 Lin. Mot Pneumatic Replacement_d. ppt 02. 11. 2012 Hersteller 5 D = 32/25 mm 44

Auslegung Pneumatikzylinder Hersteller 1&2 Hersteller 3&4 D >= 50 mm D = 40/(32)mm D = 32/(25)mm P eff >= 3’ 000 W P eff = 2’ 000 W (1’ 250 W) P eff = 1’ 250 W (750 W) Leistung/Energiebedarf im Vergleich zum Linearmotor (P Faktor 30 Faktor 20 (12. 5) 3’ 000% Lin. Mot® 2012 Lin. Mot Pneumatic Replacement_d. ppt 2’ 000% 02. 11. 2012 Hersteller 5 eff = 100 W) Faktor 12. 5 (7. 5) 1’ 250% 45

Enegieeffizienz-Gesetz: Elektromotoren Verboten ab 16. 06. 2011 müssen Elektromotoren mindestens dem Wirkungsgrad IE 2 entsprechen. ab 01. 2015 müssen Elektromotoren mindestens IE 3, oder IE 2 mit FU entsprechen (<375 k. W). ab 01. 2017 müssen Elektromotoren mindestens IE 3, oder IE 2 mit FU entsprechen (>375 k. W). Lin. Mot® 2012 Lin. Mot Pneumatic Replacement_d. ppt 02. 11. 2012 46

Enegieeffizienz-Gesetz: Elektromotoren Neues Gesetz für Einsparungen von «lediglich» 2… 20% Lin. Mot® 2012 Lin. Mot Pneumatic Replacement_d. ppt 02. 11. 2012 47

Smart solutions are… Lin. Mot® 2012 Lin. Mot Pneumatic Replacement_d. ppt 02. 11. 2012 48