Die Aufgabe entscheidet

Schwerpunkt Fluidtechnik

Antriebsauslegung – Ob ein elektrischer oder pneumatischer Antrieb die bessere Lösung ist, ist keine Sache der Weltanschauung, sondern der jeweiligen Anwendung. Festo hat dazu exakte Vergleiche zur Energieeffizienz durchgeführt.

27. März 2013

Manchmal muss man den Eindruck gewinnen, es sei eine Entscheidungsschlacht – so sehr beziehen die Lager der unterschiedlichen Antriebsarten Stellung. Dabei lässt sich die Frage, ob ein pneumatischer Antrieb energieeffizienter als ein elektrischer ist oder umgekehrt, auf Anhieb nicht beantworten.

»Die Wahrheit, welcher der energieeffizienteste Antrieb ist, liegt wie so oft in der Mitte«, erklärt Roland Volk, Energieeffizienz-Berater bei Festo. »Das Ausmaß der Energieeffizienz ist in der Automatisierungstechnik immer von der jeweiligen industriellen Anwendung sowie der an den Antrieb gestellten Aufgabe abhängig.« Erst der direkte Vergleich zweier gleich dimensionierter Antriebe – eines elektrischen und eines pneumatischen – in unterschiedlichen Aufgabenstellungen bringe Klarheit. Darum hat das Esslinger Unternehmen umfangreiche Vergleichsmessungen durchgeführt. »Wir haben dabei festgestellt, dass bei einer einfachen Bewegungsaufgabe der elektrische Antrieb günstiger ist«, schildert Roland Volk eines der Ergebnisse. »Bei Einpressvorgängen entscheiden die Höhe der Prozesskraft und die Dauer des Vorgangs über die effizientere Technologie. Erfordert die Anwendung jedoch Haltekräfte, ist die Pneumatik klar im Vorteil.«

Von A nach B oder flexibel?

In der Praxis werden viele Bewegungen immer noch ganz einfach von Punkt A zu Punkt B ausgeführt. Die Tests ergaben, dass hier ein pneumatischer Antrieb ausnahmslos ausreichen würde. Trotzdem sind häufig die deutlich teureren elektrischen Antriebe im Einsatz, um solche einfachen Bewegungen zu realisieren. Erfordert die Aufgabe allerdings, frei und flexibel zu positionieren, sind elektrische Antriebe eindeutig im Vorteil und alternativlos. Die Frage, ob ein Werkstück bewegt oder gehalten werden soll, ist in jedem Fall auch eine Frage des Energieverbrauchs. Dabei zeigten die Vergleichsmessungen höchst unterschiedliche Werte: Beim Bewegen der Antriebe ohne zusätzliche Prozesskraft verbraucht der elektrische Antrieb mit 25 Wattsekunden nur ein Drittel der Energie, die der pneumatische benötigt (78 Wattsekunden). Bei der Aufgabe »Drücken mit Prozesskraft« liegen beide Antriebe ungefähr gleichauf bei einem Energieverbrauch zwischen 20 und 30 Wattsekunden.

Müssen die Antriebe hingegen eine bestimmte Position halten, schnellt der Energieverbrauch des elektrischen Antriebs auf 247 Wattsekunden hinauf. Dies ist mehr als 22-mal so viel wie der Energieverbrauch des pneumatischen Antriebs mit einem Wert von 11. Der pneumatische Antrieb profitiert davon, dass er nur Energie für den kurzen Moment des Druckluftaufbaus benötigt. Der Haltevorgang selbst kommt komplett ohne Zufuhr neuer Druckluft aus und kostet damit keinerlei Energie. Der elektrische Antrieb benötigt dagegen dauerhaft Strom, um in der gewählten Position verharren zu können. Je länger der Haltevorgang ist, desto höher ist damit der Energieverbrauch des elektrischen Antriebs im Vergleich zum pneumatischen. Laut der Messungen haben selbst kleinere Leckagen praktisch keinen Einfluss auf den geringen Energieverbrauch.

Ähnliche Ergebnisse bringt der Vergleich zwischen elektrischen und pneumatischen Greifern. Der Vergleich zeigt, wie abhängig die richtige Lösung von der klaren Definition der Aufgabe ist: Betrachtet man den Energieverbrauch beim Greifvorgang, ist der pneumatische Greifer dem elektrischen dann überlegen, wenn die Anwendung lange Zyklen und wenig Greifvorgänge umfasst. Die pneumatische Variante benötigt nur einmal Druck zum permanenten Halten. Für die Dauer des Greifens wird keine weitere pneumatische Energie benötigt. Der elektrische Greifer, der für die gesamte Dauer des Greifens elektrische Energie benötigt, kann nur dann energieeffizienter als der pneumatische sein, wenn die Anwendung aus kurzen Zyklen mit vielen Greifvorgängen besteht. »Diese Erkenntnisse zeigen, dass der Anwender bei der Auswahl des Greifers sehr genau hinschauen sollte«, rät der Effizienzberater von Festo.

Alle Kriterien einbeziehen

Das Credo ist immer dasselbe: Auf die Anwendung kommt es an. Jeder industrielle Einsatzfall hat seine spezifischen Anforderungen. Auf der einen Seite stehen technische Kriterien wie Geschwindigkeit, Belastbarkeit, Leistungsgewicht, Genauigkeit, Regelverhalten, Laststeifigkeit, Wirkungsgrad oder Robustheit. Ein wesentlicher Block sind aber auch die wirtschaftlichen Kriterien, gesplittet in Anschaffungskosten wie Preis, Inbetriebnahme und Montage und in Betriebskosten wie Wartung, Lebensdauer oder Energiekosten.

Je nach Anwendung ist die Energieeffizienz also eine Frage der Aufgabe. »Diese Aufgabe muss erst klar definiert sein, bevor sich der Anwender für die Antriebstechnologie – elektrisch oder pneumatisch oder eine Mischung aus beidem – entscheidet«, erklärt Roland Volk. Ein Technologievergleich kann nur auf Basis der Gesamt-Lebenskosten (TCO) erfolgen, die sowohl die Anschaffungskosten als auch den Energieaufwand berücksichtigen.

Erschienen in Ausgabe: 02/2013