Verduurzaming van machines door elektrificatie van pneumatiek

Verhoog het rendement met 80%

Een grote potentie voor verduurzaming van machines in de industrie ligt in het vervangen van persluchtsystemen (pneumatiek) voor elektrische aandrijvingen. Bij compressoren (benodigd voor perslucht) gaat namelijk 85-90% van de energie verloren aan warmte. Daarnaast treden in ieder pneumatisch systeem wrijvings- en lekkageverliezen op, het totale rendement ligt daardoor onder de 10%.¹,² Elektrische (lineaire) aandrijfsystemen kennen daarentegen een typisch rendement van 80% en worden door technologische ontwikkelingen steeds toereikender en voordeliger.²

De verschillen

Voor lineaire bewegingen in machines of processen worden nog vaak pneumatische (perslucht) of hydraulische (oliedruk) systemen toegepast. Pneumatiek is vooral bij machinebouwers populair vanwege de eenvoud waarmee (snelle) lineaire bewegingen kunnen worden gemaakt. Het gebruik van perslucht kent echter ook nadelen: de kracht is beperkt en moeilijk te controleren en het nauwkeurig positioneren van pneumatische cilinders is lastig. Met elektrische lineaire aandrijvingen kunnen kracht en positie juist zeer nauwkeurig gecontroleerd worden, bovendien maakt de hoge energie-efficiëntie het een duurzaam alternatief. Ook zijn voor elektrische aandrijfsystemen slechts drie componenten nodig: een besturing (PLC), frequentieregelaar en een motor. Pneumatische systemen bestaan doorgaans uit zes componenten: een compressor, luchttank, aansturing, schakelventiel, regelventiel en de cilinder. Elektrische aandrijvingen zijn daardoor vaak compacter en eenvoudiger te ontwerpen. Daarnaast zijn elektrische systemen over het algemeen stiller, wat de werkomgeving ten goede komt. 

Onderhoud en levensduur

Bij pneumatische systemen is het voorkomen van luchtlekkages de grootste uitdaging. Door de lage dichtheid van gassen (lucht) kunnen de kleinste imperfecties immers al lekkages veroorzaken. Afdichtingen en slangen zullen na verloop van tijd verzwakken en cilinders (stangen en zuigers) en regelkleppen slijten tijdens gebruik. Lekkages hebben niet alleen gevolgen voor het rendement, maar beïnvloeden ook de prestaties van het systeem. Door de afnemende kracht en (reactie)snelheid van de componenten kan uiteindelijk zelfs productiestilstand ontstaan. Elektrische aandrijfsystemen zijn minder gevoelig voor slijtage en bovendien goed (op afstand) te monitoren. De ingebouwde monitorings- en diagnosesystemen kunnen teruglopende prestaties herkennen waardoor tijdig stappen kunnen worden ondernomen om stilstand te voorkomen.

Besturing

Zoals eerder benoemd is voor een pneumatisch systeem een regelkring nodig met minimaal zes componenten, al deze componenten kunnen het gedrag van het systeem beïnvloeden. Er kunnen afwijkingen ontstaan door variaties in luchtdruk- en debiet, lengtes van de slangen en mechanische verliezen. Het systeem moet daarom zorgvuldig ingeregeld en getest worden om storingsvrij te functioneren. Elektrische aandrijfsystemen bevatten minder componenten en hebben onderling minder afstelling nodig, in sommige gevallen is het zelfs mogelijk de regelaar zelfstandig ‘in te leren’ op het gedrag van de aandrijving. Ook kunnen elektrische aandrijfsystemen direct aangestuurd worden vanuit een centrale controller (PLC) zodat eenvoudig (meerdere) complexe bewegingsprogramma’s kunnen worden geprogrammeerd. Op deze manier kan zowel de productiviteit als de inzetbaarheid van de machine verhoogd worden. 

Snelheid en kracht

Omdat de meeste elektrische lineaire aandrijvingen (lineaire motoren uitgezonderd) een rotatie moeten omzetten in een translatie (lineaire beweging) wordt soms getwijfeld aan de mogelijkheden het slagbereik en de reactiesnelheid van pneumatische cilinders te evenaren. Echter zijn er inmiddels voldoende actuatoren en spindel-aandrijvingen te verkrijgen met snelheden tot 2.000 mm/s en (slag)lengtes gelijk aan, of zelfs langer dan, pneumatische cilinders. Bovendien is het juist een voordeel dat de beweging geïnitieerd wordt door een elektromotor, dit stelt de regelaar namelijk in staat de positie nauwkeurig te controleren en (magnetisch) vast te houden. Bovendien kunnen elektromotoren een hoog en nauwkeurig koppel leveren waardoor grote krachten kunnen worden overgebracht. 

De juiste keuze

Welk systeem het meest toepasselijk is hangt af van meerdere factoren, het is daarom belangrijk om altijd alle opties in overweging te nemen en niet te snel voor de bekende weg te kiezen. Zo kan een oplossing in eerste instantie voordelig lijken, maar kunnen de kosten over de gehele levensduur (Total Cost of Ownership) de situatie wel eens geheel omdraaien. Ook machinebouwers kunnen profiteren doordat lagere gebruikskosten, hogere beschikbaarheid en duurzaamheid waarde toevoegen aan de machine.

 

Siemens heeft de expertise, het portfolio en de ervaring om al uw aandrijf- en automatiseringsvraagstukken te beantwoorden. Wij denken en rekenen graag met u mee in de mogelijkheden om uw (lineaire) aandrijvingen volledig te elektrificeren of uw compressoren efficiënter aan te drijven. Daarnaast kan ons brede netwerk aan industriële partners u verder ontzorgen bij concept, ontwerp of realisatie van uw verduurzamingsprojecten. 

Meer informatie of een gratis consult?

Meer weten over energie-efficiënte oplossingen en besparingsmogelijkheden? Kijk eens op een van onderstaande pagina’s of neem direct contact op.