Energieeffizienz: Die Anwendung bestimmt die Technologie

Wann Elektrik, wann Pneumatik? Die Vorteile der elektrischen Lösung zeigen sich besonders bei reinen Bewegungsaufgaben mit großen Geschwindigkeiten und Hublängen. Elektrische Antriebstechnik wird in der Regel dann eingesetzt, wenn eine flexible Positionierung, variable Verfahrprofile oder hohe Geschwindigkeiten gefordert sind. Denn dann sind mit elektrischen Antrieben häufig geringe Energieverbräuche realisierbar. In den vergangenen Jahren haben die elektrischen Antriebe dabei in ihrer Entwicklung große Fortschritte gemacht. Dies gilt sowohl für Preise und Leistungsfähigkeit als auch vor dem Hintergrund von Betrachtungen zu Gesamtbetriebskosten in Bezug auf das Thema Energieeffizienz.

Ist dagegen eine einfache und robuste Handhabung oder eine hohe Leistungsdichte gefordert, bietet die pneumatische Antriebstechnik Vorteile. Weiter zu berücksichtigende Kriterien sind Haltekraft, Dauer und Frequenz der Bewegung sowie Masse des Bauteils. Für die Pneumatik sprechen die günstigen Anschaffungskosten und die Überlastsicherheit, ebenso das Halten ohne Energiebedarf. Ein anschauliches Beispiel sind Greif- und Spannanwendungen, bei denen definierte Kräfte aufgebaut und gehalten werden müssen. Ein pneumatischer Antrieb benötigt im Gegensatz zum elektrischen Antrieb nach dem Druckaufbau keine weitere Energie, um eine definierte Kraft aufrechtzuerhalten.

Wenn Druckluft als Energieträger verwendet wird, sollte die gesamte Wirkungskette durchgängig betrachtet werden – von der Drucklufterzeugung über die Aufbereitung und Verteilung bis hin zur Anwendung. Bisher fand oft nur bedingt eine Abstimmung statt, aber nur bei ganzheitlicher Betrachtung können nachhaltige Maßnahmen geplant und umgesetzt werden. Softwaregestützte Werkzeuge helfen dabei. Ziel ist es, die Druckluft auf der einen Seite so effizient wie möglich zu erzeugen und gleichzeitig auf der anderen Seite den Druckluftverbrauch zu optimieren.

Neben rein elektrisch oder rein pneumatisch betriebenen Anlagen kann in speziellen Anwendungsfällen auch eine Kombination aus elektrischer und pneumatischer Antriebstechnologie sinnvoll sein: So kombiniert der Hybridantrieb Positioniergenauigkeit und hohe Kraftdichte.

Entscheidungshilfen

Jede Anlage wird nach individuellen Anforderungen konstruiert und sollte daher unbedingt die Vorteile aus Pneumatik und Elektrik ausschöpfen. Für eine verlässliche Aussage ist ein Blick auf die Details unerlässlich. Bei der Entscheidung, welches Antriebssystem eingesetzt wird, sollten auch die Gesamtbetriebskosten (Total Cost of Ownership, TCO) berücksichtigt werden. Pneumatische Antriebssysteme sind in der Anschaffung um den Faktor acht bis zehn günstiger als elektrische Antriebssysteme. Die Betriebskosten liegen je nach Hublänge und Zykluszeit höher als bei elektrischen Antrieben.

Um Kunden bei ihrer Entscheidung zu unterstützen, setzen Ingenieure von Festo auf umfassenden Service und Simulationstools. So lassen sich die statischen und dynamischen Eigenschaften vom gesamten technischen System simulieren, analysieren oder vorhersehen, wie sich der Antrieb etwa in Bezug auf seinen Energieverbrauch verhält und welche Komponente sich für eine bestimmte Applikation am besten eignet. Über die Technologiewahl – Pneumatik oder Elektrik – hinaus entscheiden weitere Maßnahmen wie Energierückgewinnung, Schlauchlängenkürzung, Energieabschaltung und viele mehr über den Energieverbrauch. So spart beispielsweise ein Unternehmen im Drei-Schicht-Betrieb und mit einer Kompressorleistung von 160 Kilowatt bereits 16 Prozent seiner Betriebskosten allein durch den Einsatz von Vakuumsaugdüsen nach dem Venturi-Prinzip mit integrierter Luftsparschaltung. Konkrete Ergebnisse können sich Anwender mit dem Modellrechner von Festo errechnen lassen.

Bis zu 70 Prozent sparen

Festo bietet sowohl Pneumatik als auch Elektrik an und erforscht den optimalen Einsatz, zum Teil auch gemeinsam mit Projektpartnern wie im vom Bundeswirtschaftsministerium geförderten Forschungsverbund Energieeffizienz in der Produktion im Bereich der Antriebs- und Handhabungstechnik (EnEffAH). Das Fazit des Forschungsverbunds EnEffAH lautet, dass bis zu 70 Prozent des Energieverbrauchs in der Produktion eingespart werden können.

Auch hier hat sich gezeigt: Der Schlüssel zum Energiesparen liegt darin, den richtigen Technologiemix zu wählen, die Antriebe korrekt auszulegen und Betriebsstrategien zu optimieren. Der Forschungsverbund entwickelte dafür Methoden und Simulationswerkzeuge, die bei der Planung, Auslegung und dem Betrieb von Anlagen unterstützen.