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Kosten und Energieverbrauch senken mit Linearantrieben

Industrielle Linearmotoren bieten einige Vorteile gegenüber Pneumatikzylindern. Dabei zeigt vor allem die bessere Energieeffizienz von Linearmotoren, welcher Weg zukunftsweisend im Maschinenbau ist. Um Ihnen diese Rechnung aufzeigen zu können, finden Sie auf dieser Seite einen kleinen kostenvergleich anhand einer bestimmten Aufgabenstellung.


1. Kostenvergleich
2. Vorteile der Linearmotoren
3. Nachteile von pneumatischen Antrieben
4. Kontakt


1. Kostenvergleich

Aufgabenstellung: In einer Pick & Place Anwendung werden 15kg Last mit 30 Takten/Minute und 400mm Hub zyklisch verfahren

Realisierung mit Linearmotor

Die geforderte Positionierzeit von 500msec für die oben stehende Aufgabe wird mit einer Beschleunigung von 10m/s² und einer Verfahrgeschwindigkeit von 1m/s erreicht. Die Beschleunigungszeit, während der der Linearmotor effektiv Arbeit verrichtet, beträgt 100msec. Dies bedeutet, dass die effektiven Motorverluste (abgesehen von der Reibung) während lediglich einem Fünftel der Positionierzeit anfallen. Zudem wird die kinetische Energie beim Bremsen in elektrische Energie umgewandelt, die im Servo Controller gespeichert wird und beim nächsten Zyklus wieder zur Verfügung steht. Die Aufgabe wird so mit einer Nennleistung kleiner 100W und jährlichen Energiekosten im Dauerbetrieb von unter 100.- EUR realisiert (0.12 EUR/kWh).

Realisierung mit Pneumatikzylinder

Aufgrund der Lastmasse von 15kg und der geforderten Maximalgeschwindigkeit von 1m/s muss ein Pneumatikzylinder mit 50mm Kolbendurchmesser eingesetzt werden. Im Unterschied zum Linearmotor muss die Energie (Pressluft) während der ganzen Bewegung zugeführt werden. Zudem wird die kinetische Energie beim Bremsen von Dämpfern absorbiert und kann nicht für die nächste Bewegung zwischengespeichert werden. Aufgrund des Zylindervolumens und der Zykluszeit ergibt sich ein jährlicher Luftbedarf von 149’000Nm³ und jährlichen Kosten von mehr als 3’700.- EUR (Pneumatikhersteller rechnen mit 0.025 EUR/Nm³ bei 6 Bar).

Vollkostenrechnung

Die Berechnung der Energiekosten zeigt, dass die Investitionskosten in Anwendungen mit zyklischen Bewegungen für die Vollkostenrechnung zunehmend an Gewicht verlieren. So übersteigen die Herstellungskosten für die Luft in unserem Beispiel die Investitionskosten für den Pneumatikzylinder bereits nach drei Wochen. Bei steigenden Energiepreisen werden die Investitionskosten weiter an Relevanz verlieren. Durch die wesentlich höhere Lebensdauer gegenüber Pneumatikzylindern fallen zudem die Wartungskosten beim Einsatz von industriellen Linearmotoren bedeutend niedriger aus.

Werden Investitions- und Energiekosten im Anwendungsbeispiel analysiert, ergeben sich beim Einsatz eines industriellen Linearmotors bereits nach 12 bzw. 24. Monaten Einsparungen von 2’300.- EUR bzw. 5’900.- EUR gegenüber dem Einsatz eines Pneumatikzylinders.


2. Vorteile der Linearmotoren

Technologie
Da keine verschleissanfälligen Getriebe oder Spindeln zur Kraftübertragung vorhanden sind, können selbst hoch dynamische Bewegungen mit einer hohen Lebensdauer realisiert werden.

  • Linearer Direktantrieb
  • Kein mechanisches Spiel
  • Schutzgrad bis IP69K
  • Niedrige Energiekosten

Flexibilität
Position, Geschwindigkeit und Beschleunigung können präzise vorgegeben werden. Verfahrprofile werden als Kurven gespeichert und können auf rotative oder lineare Bewegungen synchronisiert werden.

  • Frei positionierbar
  • Hohe Dynamik
  • Lange Lebensdauer

Verfügbarkeit
LinMot Linearmotoren sind standardisierte Produkte, die in über 40 Ländern und mehr als 80 Verkaufsstützpunkten erhältlich sind.

  • Standardisierte Katalogprodukte
  • Lieferung ab Lager
  • Weltweiter Support

3. Nachteile von pneumatischen Antrieben

Energiebedarf
Die Energieeffizienz von pneumatischen Antrieben liegt gemäss EU-Studien bei ca. 5%. Allein für die Pressluftaufbereitung werden in Europa pro Jahr 80TWh elektrische Energie benötigt. Dies entspricht der Leistung von 7.5 Kernkraftwerken.

Energiepreise
Von 2004 bis 2011 ist der Strompreis für industrielle Grossverbraucher in Europa innerhalb sieben Jahre um mehr als 65% gestiegen. Experten rechnen mit einer Verdoppelung des Strompreises in den nächsten Jahren. Dies führt zwangsweise dazu, dass der Bedarf an Energiesparenden Maschinen und Anlagen steigen wird.

CO² Ausstoss
In Deuschland werden rund 64% des Stroms nach wie vor mit fossilen Brennstoffen produziert. Gemäss einer Studie des Fraunhofer Instituts beträgt der CO² Ausstoss in Kohlekraftwerken 980g pro kWh produzierter Energie und in Gaskraftwerken sind es 515g CO²/kWh. Für unsere Aufgabenstellung bedeutet dies einen jährlichen CO²-Ausstoss von mehr als 12 Tonnen pro Pneumatikzylinder.

Emmissionen
Wird der CO²-Ausstoss des Pneumatikzylinders mit den Emmissionen eines modernen Personenwagens verglichen (120g/km), würde dies einer jährlichen Fahrleistung von 100’000 km entsprechen. Wird die Anwendung jedoch mit einem industriellen Linearmotor realisisert, entspricht der CO²-Ausstoss einer Distanz von lediglich 3’000 km pro Jahr.


4. Kontakt

Fragen zu unseren energiesparenden Linearantrieben?

Wir stehen Ihnen für Fragen gerne zur Verfügung.
Melden Sie sich hierfür über das folgende Formular bei uns oder rufen Sie uns an unter:

Tel: +49 201 858940 0

Das LinMot-Team







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