Schlüsselwörter
(Deutsch)
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TP0081;F-Elektrizitätstechnologien & -anwendung
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Kurzbeschreibung
(Deutsch)
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Ersatz von pneumatischen und hydraulischen Antrieben durch Elektroantriebe
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Publikationen / Ergebnisse
(Deutsch)
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Neue Antriebskonzepte wie Linearmotor oder High-Torque Motoren lassen es zu, hydraulische und pneumatische
Antriebe wesentlich energieeffizienter und langlebiger zu realisieren.
Anhand von bestehenden Anlagen in Industriebetrieben wird eine Potentialabschätzung durchgeführt, die aufzeigt, welche Energiequanten im Falle einer direkten Umwandlung der elektrischen Energie in Bewegungsenergie eingespart werden können. Ziel ist, das Energieeinsparpotential mit dem Einsatz von modernen Technologien aufzuzeigen und potentielle Projektpartner für gute Beispiele im Sinne von Referenzanlagen zu identifizieren und zu sensibilisieren. Mittels einer Hochrechnung soll das Einsparpotential in der Schweizerischen Industrielandschaft aufzeigt werden.
Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
BerchtenEngineering
Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Berchten,Stefan
Ritz,Christoph
Zugehörige Dokumente
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Schlussbericht
(Deutsch)
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Der Fortschritt der Technik und neue Antriebskonzepte wie der Linearmotor oder Torquemotoren in Kombi-nation mit moderner Halbleiterelektronik sowie hocheffiziente mechanische Getriebe lassen es zu, hydrauli-sche und pneumatische Antriebe in vielen Anwendungsfällen wirtschaftlich zu ersetzen. Dadurch kann der Energiebedarf von Antriebssystemen bis zu 90% reduziert werden. Weitere Vorteile beim Einsatz von elekt-romechanischen Systemen anstelle von Druckluft- oder Hydrauliksystemen ergeben sich im Betrieb und Un-terhalt, da die Substitutionsprodukte nicht auf teure, zentrale Infrastruktur wie etwa einer Drucklufterzeu-gungsanlage angewiesen sind und im Normalfall ein minimales Mass an Unterhalt benötigen. Anhand be-stehender Anlagen in Industriebetrieben wird eine Potentialabschätzung durchgeführt, die aufzeigt, welche Energiemengen im Falle einer direkten Umwandlung der elektrischen Energie in kinetische Energie mittels e-lektromechanischer Systeme eingespart werden können. Ziel ist, das Energieeinsparpotential beim Einsatz von modernen Technologien aufzuzeigen und potentielle Projektpartner für gute Beispiele im Sinne von Re-ferenzanlagen zu identifizieren und diese bezüglich Life Cycle Costs zu sensibilisieren. Zur Förderung des Verständnisses werden einige Grundlagen von Druckluftsystemen erläutert. Insbesondere wird die Kinematik von Druckluftzylindern, welche den Hauptanteil an pneumatischen Aktoren ausmachen, untersucht, und das energetisches Verhalten einer Gesamtanlage beschrieben. Anhand konkreter Beispiele wird für eine weitere Sensibilisierung der Anwender die Rentabilität unter Einbezug der Anlagenlebensdauer, der Investitions- und Betriebskosten für die Szenarien „Neubau“ und „Retrofit“ ermittelt. Aspekte wie Lärm, Lüftung, Kühlung und Steuerungsaufwand werden in die Analyse miteinbezogen. Die Ergebnisse der Analyse von Anlagen und Systemen belegen, dass sich der finanzielle Mehraufwand bei einer Investition, welcher durch die Verwen-dung von elektromechanischen Systemen entsteht, aufgrund der Einsparungen an Energiekosten innerhalb eines Zeitraums von wenigen Monaten bis 3 Jahre amortisieren lässt. Analog den Untersuchungen betref-fend pneumatische Anlagen, wurde für zwei der vier untersuchten Industriebetriebe eine energetische Ana-lyse in Bezug auf die installierten Hydraulikanlagen durchgeführt. Mittels Hochrechnung wird das Einsparpo-tential an elektrischer Energie für die Schweizerische Industrielandschaft, für den Fall des Ersatzes resp. der Elimination aller existierenden, industriell genutzten Druckluftanlagen abgeschätzt. Die Hochrechnung ergibt im Fall der Substitution der pneumatischen Anlagen eine Einsparung von 4% des Endverbrauchs „Industrie und verarbeitendes Gewerbe“ der sich auf 18'898 GWh beläuft. Der Umbau der hydraulischen Anlagen er-gibt ein Einsparpotential von 0.7% der 18'898 GWh. Die kostenverantwortlichen Stellen in den Industrie- und Gewerbebetrieben sind aufgrund der Resultate der Potentialanalyse betreffend Vollkostenrechnung (Be-triebskosten/Lebenskosten) von Druckluft- und Hydraulikanlagen zu sensibilisieren. Durch den minimalen Einsatz oder den absoluten Verzicht auf Druckluft beim Engineering, Design und der Planung neuer Anlagen und Installationen kann ein kontinuierlicher Abbau der installierten Druckluftleistung angestrebt werden. Die Voraussetzung eines gewissen Maßes an Kreativität seitens der Konstrukteure, Anlagen- und Maschinen-bauer, Planer und Ingenieurbüros ist hier unabdingbar. Die Projektarbeiten erfolgten in Zusammenarbeit mit den Unternehmen Lonza, Alcan, Vetropack, Novartis und Nespresso.
Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
BEngineering
Schnyder Ingenieure AG
Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Berchten,Stefan
Ritz,Christoph
Zugehörige Dokumente
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Schlussbericht
(Englisch)
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The engineering progress and new drive concepts such as linear motor or torque motors supported by mod-ern semiconductor switches and high efficient gears allow for energy and cost effective replacements of hy-draulic and pneumatic drives in many cases. The energy consumption of these drive systems can be signifi-cantly reduced with savings up to 90%. Additional advantages can be achieved for operation and mainte-nance. Centralized and cost intensive installations such as compressors, coolers, air treatment etc. are not needed anymore. Based on existing installations in industry an estimation of the saving potential is pre-sented. It shows the large energy savings that can be achieved with direct conversion of the electrical into mechanical energy. The goal of this project is to demonstrate the energy savings potential with the applica-tion of modern drive technologies. It further aims to identify industry partners that can be referenced as „best practices“ as well as to sensitize to the Life Cycle Costs aspects. To stimulate the understanding some key issues of compressed air systems are explained. Special emphasis is given on the kinematics of com-pressed air cylinders that play an important role as pneumatic actors. In addition the energetic behaviour of the whole system is investigated. Using real world examples end-users and decision makers are made atten-tive to the economic profitability taking into account the investment, the operating cost and the system life cycle for both scenarios „purchase of a new system“ and „retrofit of an existing one“. Aspects such as noise, ventilation, cooling and control are also included in the analysis. The results for different installations and systems demonstrate, that the extra cost for electro-mechanical systems are paid back by the savings of energy within a few months up to 3 years. Likewise to the investigations of the pneumatic installations for two of the four industrial plants an energy efficiency assessment has been conducted for oil hydraulic sys-tems as well. By means of an extrapolation the saving potential for the Swiss electricity market assuming a complete substitution of all compressed air installations is estimated. It gives a saving of 4% of the total yearly consumption in the industry which amounts 18'898 GWh. The substitution of hydraulic systems re-sults in savings of 0.7% of the total Swiss industry consumption. Decision makers and project engineers of industry plants must be informed about the economic consequences caused by the usage of compressed air and hydraulic systems. Striving for a continuous reduction of installed compressor power is feasible by re-placing hydraulic and pneumatic actors with electrical drives. A certain degree of creativity and engineering initiative is a paramount success factor. This project has been realized in collaboration with the companies Lonza, Alcan, Vetropack, Novartis and Nespresso.
Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
BEngineering
Schnyder Ingenieure AG
Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Berchten,Stefan
Ritz,Christoph
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Schlussbericht
(Französisch)
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Le progrès de la technologie et des nouveaux concepts de commande, comme le moteur linéaire ou les mo-teurs torques en combinaison avec une électronique de semi-conducteur moderne ainsi que des boîtes de vi-tesses mécaniques (switches) très efficaces, permettent de remplacer économiquement des commandes hy-drauliques et pneumatiques dans beaucoup de cas. De cette manière les besoins en énergie des systèmes de commandes peuvent être réduits jusqu’à 90%. D’autres avantages peuvent être réalisés pendant l’opération et l’entretien en appliquant des systèmes électromécaniques à la place de systèmes hydrauliques ou d’air comprimé, puisque les produits de substitution ne dépendent pas d’une infrastructure coûteuse et centrale comme par exemple une machine de production d’air comprimé qui nécessite normalement un minimum d’entretien. Basé sur les installations existantes dans l’industrie une évaluation du potentiel est mis en œuvre qui montre les économies d’énergie qui peuvent être effectuées dans le cas d’une conversion directe de l’énergie électrique en énergie cinétique avec des moyens de systèmes électromécaniques. Le but de ce pro-jet est de préciser le potentiel d’économie d’énergie en appliquant des technologies modernes et d’identifier des associés potentiels comme exemple d’installations de référence et de les sensibiliser en ce qui concerne les coûts du cycle de vie (Life Cycle Costs). Pour stimuler la compréhension quelques bases des systèmes à air comprimé sont expliquées. La cinématique des cylindres à air comprimé qui constituent la majeure partie des acteurs pneumatiques, est examinée en particulier et le comportement énergétique de l’installation complète est décrite. Au moyen d’exemples concrets les utilisateurs et les décideurs sont rendus attentifs à la rentabili-té économique en prenant en considération la durée de vie de l’installation, les frais d’investissement et d’exploitation pour le scénario d’un «nouveau système» et d’une «modification du système existant». Des aspects comme le bruit, l’aération, le refroidissement et les dépenses de commande sont également inclus dans l’analyse. Les résultats de l’analyse des installations et des systèmes prouvent que le surcroît de dépen-ses financier pour des systèmes électromécaniques peut être amorti avec l’économie d’énergie en une pé-riode de quelques mois à 3 ans. Analogue aux études concernant les installations pneumatiques, pour deux des quatre usines évaluées, une analyse énergétique concernant les installations hydrauliques a été effec-tuée. Au moyen d’une extrapolation le potentiel d’économie en énergie primaire est estimé pour le marché Suisse de l’électricité, assument une substitution complète de toutes les installations d’air comprimés. Cela donne une économie de 4% de la consommation annuelle totale dans l’industrie qui s’élève à 18'898 GWh. La substitution de systèmes hydrauliques donnent un résultat d’épargne de 0.7% de la consommation totale de l’industrie Suisse. Les responsables des dépenses et les ingénieurs des projets dans l’industrie doivent être informés sur les conséquences économiques provoquées par l’usage d’air comprimé et des systèmes hydrau-liques. Une réduction continu de la puissance de compresseur installé est faisable en remplacent les acteurs hydrauliques et pneumatiques par des commandes électriques. Un certain degré de créativité et de savoir technologique est indispensable pour le succès. Ce projet a été réalisé en collaboration avec les compagnies Lonza, Alcan, Vetropack, Novartis et Nespresso.
Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
BEngineering
Schnyder Ingenieure AG
Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Berchten,Stefan
Ritz,Christoph
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