Pneumatik und Energieeffizienz: Wie lassen sich pneumatische Systeme effizienter betreiben?

In vielen Anwendungsfällen bietet Pneumatik entscheidende Vorteile

Generell gilt Pneumatik als wenig energieeffizient. Ein Kolben lässt sich durch eine elektrisch angetriebene Spindel deutlich effizienter bewegen als durch Druckluft. Dies liegt unter anderem an Reibungsverlusten in den Schläuchen. Zudem ist der exergetische Wirkungsgrad der Aktoren eher gering, sodass der Einsatz elektromechanischer Systeme in einigen Anwendungen sparsamer wäre. Demgegenüber bieten Druckluftwerkzeuge bei bestimmten Anwendungen jedoch große Vorteile. Sie sind widerstandsfähig, wartungsarm und günstig in der Anschaffung. Einer der größten Vorteile im Betrieb ist zudem die Möglichkeit, Kräfte leistungslos zu halten. Ein prominentes Anwendungsbeispiel von Druckluft ist deshalb das Greifen. Hier ist Druckluft im Vorteil, jedoch bereitet der niedrige Wirkungsgrad der Pneumatik Anwendern häufig Kopfzerbrechen. 
 

Eine sorgsame Planung ist der Schlüssel zu effizienter Pneumatik

In der Praxis erweist sich die schlechte Energiebilanz pneumatischer Systeme oft als nicht haltbar. So ist der Energieverbrauch in hohem Maß abhängig von der Konfiguration einer Anlage. Schon heute lassen sich mit zeitgemäßen Komponenten und durchdachten Systemen effiziente Druckluftsysteme erstellen. Auch hier unterliegen die Möglichkeiten jedoch dem Anwendungsziel, weshalb die Beratung durch die Hersteller pneumatischer Systeme so essenziell ist. Wichtig ist im ersten Schritt, herauszufinden, ob die Nutzung pneumatischer Systeme für die angedachte Nutzung überhaupt sinnvoll ist. Erst im zweiten Schritt geht es darum, die Effizienz der Pneumatik zu optimieren. Hierbei stehen Anwendern zahlreiche Möglichkeiten zur Verfügung. 

Kosten ganzheitlich betrachten: Lebenszykluskosten

Um elektromechanische und pneumatische Systeme vergleichen zu können, reicht der Blick auf den reinen Wirkungsgrad der Anlage nicht aus. Die meisten Anwender betrachten die Lebenszykluskosten, also die Kosten, die von der Anschaffung über den Betrieb bis zur Entsorgung der Anlage anfallen. In diese Rechnung fließen neben den Betriebs- und Wartungskosten vor allem auch die Kosten für die Anschaffung und Installation des Systems ein. Und gerade hier unterscheidet sich Pneumatik deutlich von elektromechanischen Komponenten, da sie in der Anschaffung weitaus günstiger ist. Bei herkömmlicher Konfiguration ohne Blick auf die Energiebilanz der Anlage arbeiten die in der Anschaffung weitaus teureren elektrischen Antriebe bereits nach weniger als vier Jahren günstiger. Aufgrund der besseren Energiebilanz hat die Elektromechanik die Pneumatik also schon nach wenigen Jahren eingeholt. Für eine nachhaltige Investition ist Pneumatik so nicht geeignet. Um die Energiebilanz zu verbessern und somit die Lebenszykluskosten zu senken, sollten folgende Optimierungen angedacht werden: 
 

1. Überdimensionierung vermeiden

Der häufigste Fehler, der zu einer schlechten Effizienz von Pneumatik führt, ist eine Überdimensionierung der Anlage. Vor allem der Durchmesser der Schläuche sorgt für hohe Reibungsverluste in der Anlage. Diese werden entsprechend noch erhöht, je länger die Leitungen sind. Um eine Überdimensionierung zu vermeiden, sollten Anwender Auslegungstools nutzen. Durch Simulation lassen sich die Dimensionen einer Pneumatikanlage und die nötigen Reserven exakt bestimmen. Im Betrieb macht sich dies bezahlt: Allein ein geringerer Schlauchdurchmesser senkt den Druckluftverbrauch einer Anlage um bis zu 40 %. Hierzu addieren sich die geringeren Kosten kleinerer Schläuche. 

2. Kurze Wege

Da in den Schläuchen hohe Reibungsverluste entstehen, arbeiten pneumatische Systeme umso effizienter, je kürzer die Leitungen sind. Dank moderner Lösungen wie Mikroventilen und Ventilinseln mit intelligenter Steuerung können Druckluftanlagen heute dezentral realisiert werden. Hierfür gibt es eine Reihe an modularen Lösungen, wobei die Modularisierung auch für die zunehmende Automatisierung in der Pneumatik entscheidend ist. Hinsichtlich der Effizienz von Pneumatik hat dies den Vorteil, dass Ventilmodule nicht mehr zentral mit dem Schaltschrank, sondern dezentral verbunden werden und Ventile in der Nähe des Zylinders installiert werden können. Dies senkt sowohl den Aufwand und die Kosten bei der Installation als auch den Druckluftverbrauch der Anlage. Bis zu 25 % Ersparnis im Betrieb sind hierdurch möglich. Hinzu kommt auch hier die Kostenersparnis durch den geringeren Bedarf an Schläuchen. 

3. Moderne Komponenten nutzen

Zusätzliche Einsparungen ergeben sich durch den Einsatz moderner Komponenten. Vor allem Totvolumen in Zylindern senkt die Effizienz von Pneumatik, weshalb moderne Aktoren in energieeffizienten pneumatischen Systemen eine wichtige Rolle spielen. Auch Komponenten zur Druckluftaufbereitung wie Filter senken die Effizienz von Anlagen, weshalb moderne Komponenten hier die bessere Wahl sind. 

4. Leckagen vermeiden

Hin und wieder treten in pneumatischen Systemen Leckagen auf. Diese sind zwar ungefährlich, was ein großer Vorteil von Pneumatik ist, jedoch senken sie die Effizienz der Anlage deutlich. Regelmäßige Messungen helfen dabei, Leckagen zu finden und zu beheben. Dies kann entweder betriebsintern oder von Herstellern und Servicedienstleistern übernommen werden, die über die notwendigen Tools und das entsprechende Know-how verfügen. 

 

Fazit – Energieeffizienz in der Pneumatik ist möglich

Pneumatik ist nicht ineffizient. In den meisten Fällen ist es die mangelhafte Konfiguration der Anlage, die zu Druckluftverlusten führt und somit die Effizienz von Pneumatik senkt. Insbesondere Überdimensionierung und eine ungünstige Platzierung von Ventilen erhöhen den Druckluftverbrauch. Mithilfe der Erfahrung von Herstellern moderner Druckluftsysteme lassen sich solche Fehler bei der Planung vermeiden. Auf diese Weise arbeiten pneumatische Systeme weit über zehn Jahre lang günstiger als vergleichbare elektromechanische Anlagen.