O+P Fluidtechnik 9/2017

ANTRIEBE
Zu erkennen ist, dass die Energiekosten der elektromechanischen
Antriebe erheblich niedriger liegen als die der pneumatischen
Antriebe. Durch die geringen Anschaffungskosten der pneumatischen
Antriebe wird dies jedoch wieder ausgeglichen, so dass
schließlich für alle betrachteten Fälle die TCO der pneumatischen
Antriebe niedriger ausfallen. Auch der überdimensionierte Pneumatikantrieb
ist noch wirtschaftlicher als das elektromechanische
Pendant. Allerdings wird durch die erheblich höheren Energiekosten
deutlich, wie wichtig eine korrekte Dimensionierung pneumatischer
Antriebe für deren Wirtschaftlichkeit ist. Eine Möglichkeit
zur Reduktion der Zylindergröße ist hier z. B. die Nutzung von
externen Stoßdämpfern, die die interne Endlagendämpfung entlasten
und so die Maximallast im horizontalen Hub erhöhen.
Bei den vorgestellten Betrachtungen muss der sehr große Funktionsumfang
der elektromechanischen Antriebe beachtet werden,
der so von den pneumatischen Antrieben nicht geliefert werden
kann. Die betrachteten elektromechanischen Antriebe sind für
Positionieraufgaben geeignet, während die pneumatischen
Zylinder in den untersuchten Konfigurationen nur für Punkt-zu-
Punkt-Bewegungen einsetzbar sind. Die Anschaffungskosten von
pneumatischen Positioniersystemen liegen deutlich höher als die
von einfachen schaltpneumatischen Systemen, was den Vorteil in
der Wirtschaftlichkeit aufzehren dürfte.
3 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK
Die untersuchten elektromechanischen Antriebe sind zwar
erheblich energieeffizienter als ihre pneumatischen Pendants, jedoch
sind diese in der Anschaffung deutlich günstiger. Dies führt
dazu, dass für einfache Punkt-zu-Punkt-Bewegungen, bei denen
keine Zwischenpositionen angefahren werden müssen oder sonstige
Funktionalität von Servoantrieben notwendig ist, der Einsatz
pneumatischer Antriebe meist wirtschaftlicher ist. Je länger die
Antriebe in Nutzung bleiben und je höher die Anzahl der Zyklen
ist, die die Antriebe in dieser Zeit zu bewältigen haben, desto stärker
fallen die geringeren Energiekosten der elektromechanischen
Antriebe ins Gewicht. Werden dagegen wenige Zyklen mit langen
Haltezeiten bei einer hohen Kraft in der Endlage benötigt, führt
dies zu einer Verbesserung der Wirtschaftlichkeit der pneumatischen
Antriebe relativ zu den elektromechanischen. Die vorliegenden
Ergebnisse wurden auf Basis von Versuchen ermittelt.
Dabei zeigte sich, dass die große Variantenvielfalt innerhalb der
elektromechanischen Antriebe eine allgemeine Aussage bezüglich
ihrer Wirtschaftlichkeit unmöglich macht. Der Energieverbrauch
ist hier deutlich stärker als bei den pneumatischen Antrieben von
der konkreten Anwendung abhängig, weshalb für eine Verallgemeinerung
der Ergebnisse auf andere Antriebstypen zusätzliche
Messungen notwendig wären.
In Zukunft sollten neben rein monetären Betrachtungen auch
weitere Kriterien in den Vergleich zwischen verschiedenen Antrieben
einfließen. Insbesondere die Umweltwirkungen schon in
der Herstellung sowie am Ende des Lebenszyklus der verschiedenen
Antriebe bedürfen einer genauen Analyse.
Durch Optimierungen an den Antrieben selbst bzw. in ihrer
Ansteuerung besteht noch ein großes Potenzial zur Senkung der
TCO vor allem der pneumatischen Antriebe. Die vielfältigen
Möglichkeiten zur Reduktion des Druckluftbedarfs wurden im
Rahmen der Studie nicht betrachtet und sollten in Zukunft
einbezogen werden. Auf der anderen Seite ist durch weiter
entwickelte Fertigungsmethoden und -abläufe zukünftig eine
Verringerung der Beschaffungskosten elektromechanischer
Antriebe vorstellbar.
Das Projekt wurde durch einen industriedominierten Arbeitskreis
des Forschungsfonds des Fachverbandes Fluidtechnik im VDMA
begleitet und unterstützt. Die Autoren danken allen Beteiligten für
die finanzielle Förderung und die fachliche Unterstützung.
Literaturverzeichnis
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Autoren: M. Sc. Stephan Merkelbach und Univ.-Prof. Dr.-Ing. Hubertus
Murrenhoff, IFAS der RWTH Aachen University, Steinbachstraße 53, 52074
Aachen;
Prof. Dr.-Ing. Christian Brecher, Dr.-Ing. Marcel Fey und Dipl.-Ing. Bastian Eßer,
Werkzeugmaschinenlabor der RWTH Aachen University
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