Projekt 17541/01

Energieeinsparung in pneumatischen Antriebssystemen

Projektträger

TISORA Sondermaschinen GmbH
Nordstr. 46
09113 Chemnitz
Telefon: 0371/411243

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Ziel des Projektes ist die Optimierung pneumatischer Antriebe mittels teilweiser Rückführung der Abluft in den Antrieb. Dadurch wird diese für den Rückhub genutzt und die Umweltbelastung durch geölte Luft kann reduziert werden. Im Rahmen der Produktentwicklung wird eine Halbierung der Abluftmenge angestrebt, was gleichzeitig einer Energieeinsparung und einer Verringerung der Umweltbelastung von ca. 50% entspricht. Im Ergebnis entsteht eine neue Ansteuerkonzeption für pneumatische Antriebskomponenten.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenNach der Analyse des Stands der Technik wurden Energiebilanzen für die konventionelle Pneumatik erstellt. Einsatzgrenzen konventioneller Pneumatik wurden geprüft. Ansatzpunkte zur Verbesserung der Dynamik der Antriebe bei gleichzeitiger Energieeinsparung wurden ermittelt. Die entwickelten Schaltungen wurden durch rechnergestützte Simulation auf ihre Funktion bezüglich Energieeinsparung und bzgl. des dynamischen Verfahrensverhaltens analysiert.


Ergebnisse und Diskussion

Es wurden unterschiedliche Antriebskomponenten hinsichtlich der Energiebilanz geprüft. Dabei wurden auf am Markt verfügbare Komponente zurückgegriffen. Die Untersuchungen richteten sich in erster Linie auf das dynamische Verfahrverhalten. Dabei konnte nachgewiesen werden, dass die Abluft für den Rückhub unter bestimmten Einsatzbedingungen z. B. bei Leerhubbewegungen genutzt werden kann so-wie ein besseres Abbremsen in der Endlage möglich ist. Es wurde ein Steuerblock für eine ¼ Zoll Unterplatte nach DIN ISO entwickelt und als Prototyp hergestellt. Dabei wurden keine neuen Wegeventile entwickelt sondern vorhandene Ventile oder Teile davon in einem Steuerblock vereinigt. Mit den entwickelten Steuerblöcken kann eine hohe Packungsdichte (kleine Abmessungen) erreicht werden. Die Integration des Steuerblocks in eine Ventilbatterie oder in den Zylinder ist realisierbar. Als Schaltventile wurden entsperrbare Rückschlagventile der Größe G ½ Zoll eingesetzt. Sie können anhand der Durchflusswerte herkömmliche Wegeventile bis zu einem Nennweit von ¼ Zoll gleichwertig ersetzen. Bei der Substitution von ? Zoll-Ventilen muss der jeweilige Einsatzfall geprüft werden. Kleinere Steuerblöcke mit geringeren Nennweiten sind durch das Vorhandensein geeigneter entsperrbarer Rückschlagventile am Markt problemlos zu entwickeln. Das Spektrum der Mini- und Mikropneumatik kann abgedeckt werden. Mit dem Prototyp des Steuerblocks können Arbeitszylinder bis zu einer Nenngröße von 32 mm angesteuert werden. Die Herstellung dieser Steuerblöcke ist auf allen modernen Fräsmaschinen möglich. Die Ansteuerung erfolgt für alle Baugrößen mit den gleichen Wegeventilpatronen. In der Testphase des Steuerblocks wurden zwei Ansatzpunkte betrachtet. Einerseits wurde die Energieeinsparung durch Speicherung der Abluft oder durch gezielte Druckluftzuführung in den Antrieb in Abhängigkeit seines jeweiligen Verfahrenszustandes untersucht. Andererseits ist das Verfahrverhalten der pneumatischen Antriebe in seinen drei Bewegungsabschnitten, Beschleunigungsphasen, gleichförmige Bewegung und Bremsphase unter-teilt worden. Auf die Bremsphase wurde besonderes Augenmerk gelegt, da diese bei konventionell betriebenen Antrieben die kritischste Phase ist.
Steuerblöcke für die neue Antriebssteuerung wurden konstruiert und experimentell getestet. Mit der Konzipierung eines Baukastensystems derartiger neuer Antriebe für verschiedene Nenngrößen und Hubbereiche mit integrierter Ansteuerung ist das Projekt erfolgreich abgeschlossen.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Die Arbeit wurde zum Tag der offenen Tür an der TU Chemnitz und im Abschlussbericht veröffentlicht. In der Fachpresse ist eine Veröffentlichung vorgesehen. Eine Patentanmeldung durch die TISORA GmbH wird vorbereitet.


Fazit

Es ist gelungen, aus am Markt vorhandenen Teilen und Baugruppen einen Steuerblock zu entwickeln und als Prototyp zu fertigen. Damit sind die Betreiber von pneumatischen Antrieben in die Lage versetzt, mit dem Einsatz eines kompakten Bauteils, den Luftverbrauch je Pneumatikzylinder zu halbieren. Hinzu kommt eine bessere Dynamik des Linearantriebs, insbesondere im Bremsverhalten.

Übersicht

Fördersumme

80.686,46 €

Förderzeitraum

01.07.2001 - 31.03.2003

Bundesland

Sachsen

Schlagwörter

Klimaschutz
Ressourcenschonung
Umweltforschung
Umwelttechnik