Kurzbeschreibung
(Deutsch)
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Im von Cyltronic AG eingereichten Projekt werden drei Aspekte im Zusammenhang mit Elektrozylinder in der Industrie beleuchtet. Im ersten Teil geht es darum, den von Cyltronic AG entwickelten Elektrozylinder zu beschaffen, zu testen und die nötigen Zertifizierungen zu erlangen, die für den Einsatz in der Industrie benötigt werden. Im zweiten Aspekt werden mittels eines Demonstrationsprojekts, die Zylinder bei einem Industriepartner getestet und die Energieeinsparung gegenüber Pneumatikzylinder in der Praxis evaluiert. Dafür sollen Pneumatikzylinder durch Elektrozylinder ersetzt, und ein Vergleich gezogen werden. Im dritten Aspekt wird die von Cyltronic AG aufgestellte Hypothese, zum Thema warum heute Elektrozylinder in der Industrie noch nicht standardmässig eingesetzt werden, untersucht. Laut der Hypothese sind Elektrozylinder zu kompliziert, zu gross, zu teuer oder erreichen die geforderte Performance nicht.
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Publikationen / Ergebnisse
(Deutsch)
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Sie sind unscheinbar, und doch allgegenwärtig in der Schweizer Industrie: Druckluftzylinder, die in Produktionsmaschinen und weiteren Anwendungen mechanische Hin-und-Her-Bewegungen ausführen. Würden diese Zylinder nicht mit Druckluft, sondern elektrisch betrieben, liesse sich viel Energie einsparen. Ein Pilotprojekt hat das Potenzial einer Umstellung auf Elektrozylinder untersucht, zeigt aber auch die Hürden auf.
Zugehörige Dokumente
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Publikationen / Ergebnisse
(Englisch)
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They are inconspicuous, yet ubiquitous in Swiss industrial processes: compressed air cylinders that perform mechanical back-and-forth movements in production machines and other applications. If these cylinders were operated electrically instead of with compressed air, a lot of energy could be saved. A pilot project has investigated the energy savings potential of switching to electric cylinders, but also highlights the hurdles.
Zugehörige Dokumente
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Schlussbericht
(Deutsch)
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Wenn es darum geht, lineare Bewegungen - beispielsweise in Produktionsanlagen - auszuführen, werden Status quo üblicherweise noch immer Pneumatikzylinder eingesetzt: Allein in der Schweiz sind schätzungsweise 2 Millionen solcher Aktuatoren in Betrieb. Der grösste Teil der aufgewendeten Energie In Druckluftsystemen geht ungenützt verloren: So beläuft sich die mechanisch nutzbare Leistung auf lediglich rund 6% der Ausgangsleistung. Die Tatsache, dass allein die Drucklufterzeugung für 1.5% des gesamten Stromverbrauchs verantwortlich ist, verdeutlicht ein beachtliches Energieeinsparpotential beim Verzicht auf Druckluft. Aufgrund des aktuell stark ansteigenden Energiepreises gewinnen Möglichkeiten zur Energieeinspa rung zusätzlich an Relevanz. Die Cyltronic AG entwickelte einen Elektrozylinder als Ersatz für Pneumatikzylinder. Das Ziel des in diesem Bericht erläuterten Projektes war in erster Linie, die Vorteile des entwickelten Elektrozylinders in der Praxis nachzuweisen. Zu diesem Zweck wurden Industriepartner wie COOP, Ricola, MIGROS, STIHL, etc. für Pilotprojekte akquiriert, um in deren Produktionsanalagen Druckluftzylinder durch Cyltronic Elektrozylinder eins-zu-eins zu ersetzen. Durch Messung des Luftverbrauchs vor dem Umbau und Energieverbrauchsmessungen nach der Umrüstung konnten die erzielten Strom- und Kosteneinsparungen ermittelt werden. In den Projekten konnte eindrücklich gezeigt werden, dass es mit dem Cyltronic Zylinder möglich ist bestehende Druckluftzylinder zu ersetzen und dies sogar, ohne die Maschinensteuerung anzupassen. Die Anschaffungskosten von Pneumatikzylindern im Verhältnis zu Elektrozylindern von Cyltronic fallen gemäss Ermittlungen zirka drei Mal tiefer aus. Die Betriebskosten hingegen können unter Einsatz des Cyltronic Elektrozylinders teilweise um einen Faktor grösser hundert gesenkt werden. Das Ergebnis zeigt, dass der von Cyltronic entwickelte Elektrozylinder im Vergleich zu herkömmlichen Pneumatikzylindern deutlich energieeffizienter ist: Durchschnittlich 93% der Energie können durch den Einsatz dieses Elektrozylinders eingespart werden. Als unerwarteter Vorteil hat sich erwiesen, dass die Geräuschemissionen stark reduziert werden. Dies rührt daher, dass im Elektrozylinder keine Luft durch Schalldämpfer entweicht und der Elektrozylinder auf die Endlagen hin verzögert. Unter Betrachtung des isolierten Zylinder-Systems wird ein positiver Return on Investment (ROI) des Zylinders bei Ersatz in einer bereits bestehenden Anlage nach sechs bis neun Jahren erreicht. Wenn hingegen das Gesamtsystem miteinbezogen wird und eine Vollkostenrechnung gemacht wird (TCO: Total Cost of Ownership), verkürzt sich diese Zeitspanne um rund die Hälfte - Bei einigen hier dokumentierten Pilotprojekten sogar noch mehr. Die Wartungskosten der Kompressoren sowie die Druckluftzuführung und Leckagen stellen also relevante Parameter der durch Druckluftsysteme aufkommen-den Kosten dar. In dem Projekt wurde für die ROI-Berechnungen von einem Strompreis von CHF 0.21/kWh ausgegangen. Bei einem höheren Strompreis würde sich die Zeit zu einem positiven ROI entsprechend verkürzen. Zudem muss erwähnt werden, dass die betriebswirtschaftlichen Kennzahlen stark abhängig sind von den jeweiligen Anwendungen der Zylinder: So wird bei einer hohen Taktzahl des Aktuators eine Investition in den elektrisch angetriebenen Zylinder besonders lohnend. An dieser Stelle ist noch das Förderprogramm des Bundesamtes für Energie zu erwähnen, welches in hocheffiziente Technologien investiert (Förderprogramm ProKilowatt) und hierbei bis zu 30% der Investitionskosten übernimmt. Der Cyltronic-Zylinder überzeugt insbesondere dann, wenn er von Beginn weg in die Maschinen eingebaut wird. Neben den beträchtlichen Energieeinsparungen ergeben sich nämlich bedeutsame Vorteile in Bezug auf die Inbetriebnahme, die Wartung und den Betrieb. Zudem besteht durch die Positionierfähigkeit eine höhere Flexibilität und der Prozessablauf kann durch die smarte Schnittstelle «IO-Link» besser überwacht und optimiert werden. Die durchgeführten Interviews zeigen auf, dass das Bedürfnis der Endanwender nach energieeffizienten Aktoren höher zu gewichten ist im Vergleich zu Maschinenbau-Unternehmungen. Daher wird von der Cyltronic AG empfohlen, dass Endanwender Elektrozylinder in deren Lastenheft aufnehmen. Die Interviews zeigen ebenfalls auf, dass die Einsparung von Kosten höher gewichtet wird als die Einsparung von Energie.
Zugehörige Dokumente
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Schlussbericht
(Englisch)
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When it comes to executing linear movements - for example in production plants - status quo pneumatic cylinders are still typically used: In Switzerland alone, an estimated 2 million such actuators are in operation. Most of the energy expended in compressed air systems goes lost unused: the mechanically usable power amounts to only about 6% of the output power. The fact that compressed air generation alone is responsible for 1.5% of total power consumption illustrates the considerable potential for energy savings if compressed air is dispensed with. Due to the current sharp rise in energy prices, possibilities for saving energy are gaining additional relevance. Cyltronic AG developed an electric cylinder to replace pneumatic cylinders. The aim of the project discussed in this report was primarily to demonstrate the advantages of the developed electric cylinder in practice. For this purpose, industrial partners such as COOP, Ricola, MIGROS, STIHL, etc. were acquired for pilot projects to replace pneumatic cylinders with Cyltronic electric cylinders on a in their production facilities. By measuring the air consumption before the retrofit and energy consumption meas-urements after the retrofit, the achieved electricity and cost savings could be determined. In the projects, it was clearly shown that it is possible to replace existing pneumatic cylinders with the Cyltronic cylinder - even without modifying the machine control system. The purchase costs of pneumatic cylinders in relation to electric cylinders from Cyltronic are approxi-mately three times lower. The operating costs, on the other hand, can be reduced by a factor of more than one hundred when operating the Cyltronic electric cylinder. The results show that the electric cylinder developed by Cyltronic is significantly more energyefficient than conventional pneumatic cylinders: on average, 93% of the energy can be saved by using this electric cylinder. An unexpected advantage has proven to be that noise emissions are greatly reduced. This is due to the fact that no air escapes through silencers in the electric cylinder and the electric cylinder decelerates towards the end positions. Considering the isolated cylinder system, a positive return on investment (ROI) of the cylinder is achieved after six to nine years when replacing it in an existing plant. If, on the other hand, the entire system is taken into account and a full cost calculation is made (TCO: Total Cost of Ownership), this period is reduced by around half - in some pilot projects documented here, even more. The maintenance costs of the compressors as well as the compressed air supply and leakages thus represent relevant parameters of the costs incurred by compressed air systems. In the project, an electricity price of CHF 0.21/kWh was assumed for the ROI calculations. With a higher electricity price, the time to a positive ROI would be shortened accordingly. In addition, it must be mentioned that the economic key figures are strongly dependent on the respective applications of the cylinders: For example, an investment in the electrically driven cylinder becomes particularly worthwhile if the actuator runs a high number of cycles. At this point, the support program of the Swiss Federal Office of Energy should be mentioned, which invests in highly efficient technologies (ProKilowatt support program) and covers up to 30% of the investment costs. The Cyltronic cylinder is particularly convincing when it is installed in the machines right from the start. In addition to the considerable energy savings, there are also significant advantages in terms of commissioning, maintenance and operation. In addition, there is greater flexibility thanks to the positioning capability, and the process flow can be better monitored and optimized thanks to the smart "IO-Link" interface. The interviews conducted indicate that the need of end users for energyefficient actuators is to be weighted higher compared to mechanical engineering companies. Therefore, Cyltronic AG recommends that end users include electric cylinders in their specifications. The interviews also indicate that cost savings are weighted higher than energy savings.
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Schlussbericht
(Französisch)
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Quand il s'agit d'exécuter des mouvements linéaires - par exemple dans des installations de production - le statu quo veut que l'on utilise encore des vérins pneumatiques : Rien qu'en Suisse, on estime que 2 millions de ces actionneurs sont en service. La majeure partie de l'énergie utilisée dans les systèmes à air comprimé est perdue sans être utilisée : la puissance mécaniquement utilisable ne représente qu'environ 6% de la puissance de sortie. Le fait que la production d'air comprimé représente à elle seule 1,5% de la consommation totale d'électricité met en évidence un potentiel d'économie d'énergie considérable si l'on renonce à l'air comprimé. En raison de la forte augmentation actuelle du prix de l'énergie, les possibilités d'économie d'énergie gagnent encore en importance. Cyltronic AG a développé un vérin électrique pour remplacer les vérins pneumatiques. L'objectif du projet décrit dans ce rapport était en premier lieu de démontrer les avantages du vérin électrique développé dans la pratique. Dans ce but, des partenaires industriels tels que COOP, Ricola, MIGROS, STIHL, etc. ont été acquis pour des projets pilotes afin de remplacer un à un les vérins pneumatiques par des vérins électriques Cyltronic dans leurs installations de production. En mesurant la consommation d'air avant la transformation et la consommation d'énergie après la transformation, il a été possible de déterminer les économies d'électricité et de coûts réalisées. Les projets ont démontré de manière impressionnante qu'il est possible de remplacer les vérins pneumatiques existants avec le vérin Cyltronic, et ce même sans adapter la commande de la machine.
Les coûts d'acquisition des vérins pneumatiques par rapport aux vérins électriques de Cyltronic sont environ trois fois moins élevés. En revanche, les coûts d'exploitation peuvent être réduits d'un facteur supérieur à cent en utilisant un vérin électrique Cyltronic. Le résultat montre que le vérin électrique développé par Cyltronic est nettement plus efficace sur le plan énergétique que les vérins pneumatiques traditionnels : en moyenne, 93% de l'énergie peut être économisée grâce à l'utilisation de ce vérin électrique. Un avantage inattendu s'est avéré être la forte réduction des émissions sonores. Cela vient du fait que dans le vérin électrique, l'air ne s'échappe pas à travers des silencieux et que le vérin électrique décélère vers les positions finales. Si l'on considère le système de vérins isolé, un return on Investment (ROI) positif du vérin est atteint après six à neuf ans en cas de remplacement dans une installation déjà existante. Cependant, si l'on considère l'ensemble du système et que l'on effectue un calcul du coût total de possession (TCO : Total Cost of Ownership), cette période est réduite de moitié environ - et même plus dans certains des projets pilotes documentés ici. Les coûts de maintenance des compresseurs ainsi que l'alimentation en air comprimé et les fuites constituent donc des paramètres importants des coûts engendrés par les systèmes d'air comprimé. Dans le cadre du projet, les calculs de ROI ont été effectués sur la base d'un prix de l'électricité de 0,21 CHF/kWh. Si le prix de l'électricité était plus élevé, le temps nécessaire pour obtenir un return on Investment positif serait réduit d'autant. En outre, il convient de mentionner que les chiffres clés de la gestion d'entreprise dépendent fortement des applications respectives des vérins : Ainsi, si le nombre de cycles du servomoteur est élevé, il est particulièrement rentable d'investir dans un vérin à entraînement électrique. Il faut encore évoquer le programme d'encouragement de l'Office fédéral de l'énergie qui investit dans des technologies à haut rendement (programme d'encouragement ProKilowatt) et qui, dans ce cas, prend en charge jusqu'à 30% des coûts d'investissement. Le vérin Cyltronic est particulièrement convaincant lorsqu'il est installé dans des machines dès le début. Outre des économies d'énergie considérables, il offre en effet des avantages significatifs lors de la mise en service, de la maintenance et de l'exploitation. De plus, sa capacité de positionnement offre plus de flexibilité et le déroulement du processus peut être mieux surveillé et optimisé grâce à l'interface intelligente "IO-Link".Les entretiens menés montrent que le besoin des utilisateurs finaux en actionneurs efficaces sur le plan énergétique est plus important que celui des entreprises de construction mécanique. Cyltronic SA recommande donc aux utilisateurs finaux d'inclure des vérins électriques dans leur cahier des charges. Les interviews montrent également que l'économie de coûts est plus pondérée que l'économie d'énergie.
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