Die Grüne Welle

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11.09.2012 In der Ventiltechnik zeigt sich ein Paradigmenwechsel: War bis vor einigen Jahren Pneumatik das Maß aller Dinge, geht die Entwicklung nun in Richtung Elektrik. Im Rahmen einer Green-engineering-Initiative beleuchtet Gemü die Vorteile dieser Antriebsvariante, die im Jahr 2013 auf den Markt kommt.

Entscheider-Facts Für Betreiber

  • Prozesssteuerungen unterstützen eine ressourcenschonende Produktion.
  • Der vollelektrische Betrieb reduziert den Einsatz paralleler Energieformen.
  • Die Technologie ist nahtlos und kompakt in Automatisierungssysteme zu integrieren.

September 2012

Elektrische Antriebe sind ihren pneumatischen Alternativen überlegen. Bild: Gemü

Verfahrenstechniker und Anlagenbauer sehen sich heute divergierenden Anforderungen ausgesetzt: Anlagen sollen hochwertig, sicher und dazu auch noch preiswert sein. Sie müssen zudem möglichst wenig Energie verbrauchen, Umweltressourcen schonen und gleichzeitig einen breiten automatisch steuerbaren Funktionsumfang haben. Und idealerweise sollen die Komponenten dabei kompakt und platzsparend ausfallen, sich leicht einbauen und in Betrieb nehmen lassen, dabei auch stets kompatibel zu gängigen Systemen sein. Doch selbst wenn dieser Anforderungskatalog erfüllt ist, können Planer und Entwickler in einen Interessenskonflikt geraten: Betreiber interessieren sich heute nicht mehr nur für die wirtschaftlich besten Komponenten, sondern auch dafür, ob bei deren Produktion ökologische Aspekte eine Rolle spielten. ‚Green Engineering‘ ist inzwischen ein entscheidender Wirtschaftsfaktor, der Investitionen rechtfertigt und temporär erhöhte Einstandspreise salonfähig macht.

Nachhaltigkeit als Teil
der Unternehmensstrategie

Der Hersteller von Ventil-, Mess- und Regeltechnik bündelt seine Umweltaktivitäten und arbeitet an energieeffizienten, ressourcenschonenden Lösungen. So substituiert das Unternehmen inzwischen fünf Prozent Blei in Durchflussmessern nach Schwebekörperprinzip, reduziert den Materialverbrauch bei Standardprodukten – bei Kunststoff-Membranventilen der R-Serie beispielsweise um bis zu 50 Prozent – und stellt sukzessive Rückmelder, Anschaltungen und Stellungsregler auf energieeffiziente und langlebige LED-Technik um. Im Zuge der Neuausrichtung hat das Emas-zertifizierte Unternehmen eine elektronisch kommutierte Antriebstechnik mit Direktantrieb entwickelt, die bereits in der Produktion Energie spart und weniger Material verbraucht. Die bürstenlosen DC-Motoren reduzieren den Energie- sowie den Materialverbrauch. Die kompakte Bauweise verringert zudem den Platzbedarf.

Pneumatik durch Elektrik ersetzen
In der Technologie-Evolution ist eine verstärkte Elektrifizierung die logische Folge in der Entwicklungskette. Während diese beispielsweise in der Automobilindustrie bereits fortgeschritten ist, findet in der Ventiltechnik erst jetzt langsam ein Paradigmenwechsel statt. Aus dem Blickwinkel der Automatisierung denken Entwickler im Bereich der Ventiltechnik noch zu sehr pneumatisch. Elektrische Einheiten kommen oft erst im späteres Planungsstadium des Anlagenbaus zum Zuge. Zu diesem Zeitpunkt ist die Pneumatik meist schon vorhanden. Die folgenden Konfigurationen und Inbetriebnahmen erfordern entsprechenden Aufwand in zwei Fachgebieten: der Elektrik und der Mechanik. Das Unternehmen verfolgt hier den Weg in Richtung Automatisierung und treibt die Elektrifizierung voran. Durch die integrative Koppelung von Elektrik und Mechanik entstehen Systeme, die ihre Aufgaben auf engem Raum erfüllen können. An der Schnittstelle zwischen flexibler Elektronik und vergleichsweise starrer Mechanik besteht generell die Möglichkeit, Steuer- und Regelfunktionen zu integrieren. Hier liegt der Unterschied zu einem rein mechanischen, pneumatischen Antrieb darin, dass ein zusätzliches elektronisches Gerät notwendig ist, um den Antrieb zu regeln. Ein elektro-pneumatischer Antrieb besteht also meist aus zwei Geräten, die wiederum zweier Energieformen bedürfen. Ein E-Antrieb besteht hingegen meist nur aus einem Gerät, und zu seinem Betrieb ist nur eine Energieform nötig. Die Konsequenz für Anlagenbauer: weniger Geräte, weniger Material, weniger Installationsaufwand – und weniger Risiko.

Betriebskosten senken
EC-Technologie kann zwar im Einstandspreis etwas höher liegen, ermöglicht aber bereits kurzfristig Vorteile. Elektronisch kommutierte Motoren arbeiten wartungsarm, und mit der EC-Antriebstechnik lassen sich flexibel ausreichend hohe Stell- und Regelgeschwindigkeiten für Prozessventile erzielen. Zudem ermöglichen E-Antriebe im Vergleich zu pneumatischen Einheiten eine höhere Stabilität in der Steuer- und Regelkette. Weiterer Vorteil: Den Leistungsteil kann das System je nach Anwendung abschalten, beispielsweise in den Endlagen, während integrierte Regelfunktionen wiederum die Leistungsaufnahme im Regelbetrieb reduzieren und den Stromverbrauch senken können. Durch Analyse herrschender Bedingungen passt das Steuermodul die Leistungszufuhr entsprechend an. So reduziert das System automatisch die Kräfte und spart Energie, bei voller Kontrollmöglichkeit durch den Anwender. Die E-Antriebs-Steuereinheit ermöglicht es, unterschiedliche Funktionen wie Energieverbrauchs-Optimierung oder Predictive Maintenance zu applizieren und bildet die Schnittstelle zur zentralen Anlagensteuerung. Für die technische Anbindung an die Automatisierungsebene stattet das Unternehmen die Direktantriebe mit unterschiedlichen Schnittstellen aus, von I/O-Link bis hin zur Anbindung an industrielle Ethernet-Netzwerke. Dadurch ist eine ferngesteuerte Remote-Kommunikation über das Internet möglich, von der Installation bis zur Fernwartung. Ein praxisorientierter Aufbau führt zu verfahrenstechnischen und elektrischen Installationen, die ein verbessertes Zusammenspiel von Steuerung und Mechanik sowie deren Betrieb ermöglichen. Die softwaregestützten Funktionen unterstützen dabei den Alltag und bleiben dem Betreiber via Remote-Control ortsunabhängig im Blick.

Schneller Return on Investment
Die E-Antriebstechnik gibt es in einer Entry- und einer High-end-Version. Als kleine und leichte Einheit kann der Einstiegsantrieb herkömmliche Pneumatik in vielen Bereichen durch Elektrik ersetzen, beispielsweise bei der Durchflussregelung konstanter Versorgungszuleitungen von Kühl- und Spülkreisläufen oder bei Druckhalte- oder -begrenzungs-Applikationen. Bei der High-end-Reihe unterstützen mehrere Baugrößen das Steuern und Regeln von Prozessventilen bis zu DN100-Membranventilen. Die Direktantriebe mit optionaler Feststellbremse oder auch manueller Notbetätigung eignen sich für automatisierte verfahrenstechnische Lösungen. Regelungen und Steuerungen mit geringer Messtoleranz senken den Ressourcenverbrauch, was in einer positiven Ökobilanz resultiert. Dieser Effekt ist, neben dem monetären Aspekt, gut fürs Herstellerimage. Betriebswirtschaftlich amortisiert sich eine Investition in öko-effiziente Produkte meist in kurzer Zeit: Schnell und
präzise arbeitende Elektroantriebe senken die Betriebskosten, erhöhen die Produktivität und steigern den Ertrag. Hinzu kommt, dass die verschleiß- und wartungsarmen Antriebe Prozesse stabiler halten und Abläufe sicherer ge­stalten.

Heftausgabe: September 2012

Über den Autor

Werner Flögel, Leiter Elektronik und Produkt Management MSR und Patrick Zurbuchen, Leiter Vertrieb G
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