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SI/502180
Elektrozylinder als Pneumatikzylinderersatz
Zusammenfassung
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.
Weitere Texte
Schlussbericht
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.
Publikationen / Ergebnisse
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.
Projektdetails
- Forschungsstelle
- BFE
- Projektstatus
- Abgeschlossen
- Projekttyp
- Forschungsprojekt
- Startdatum
- 2020-12-31
- Enddatum
- 2023-04-29
- Bewilligte Gesamtkosten
- CHF 213000.00
- Sektion
- Elektrizitätstechnologien
- NABS Politikbereich
- Erzeugung, Verteilung und rationelle Nutzung der Energie