Der Energiesparer

In Zeiten steigender Energiekosten spielt der Energieverbrauch bei der Wahl des Systems eine entscheidende Rolle. Viele Prozesse werden aus diesem Grund nicht mehr mit hydraulischen oder pneumatischen Systemen, sondern mit elektrischen Verstellsystemen bewältigt. Matthias John hat für seine Diplom-Arbeit eine Versuchsumgebung entwickelt, die einen Vergleich der verschiedenen Systeme im energetischen Bereich zulässt. Bei der Auswahl der Stellantriebe fiel die Wahl ausschließlich auf handelsübliche Systeme, die sich bei Kraft und Geschwindigkeit vergleichen lassen. Stellantriebe werden häufig für Anwendungen eingesetzt, bei denen sie eine veränderliche Last bewegen müssen. In dem Versuchsaufbau hat Matthias John eine Klappenverstellung simuliert. Eine einfache Möglichkeit solche Belastungen zu realisieren, ergibt sich durch die Verwendung von Gasfedern. Zum Einsatz kamen Gasfedern mit mit einer Anschubkraft von 175 Newton und einer Ausschubkraft von 280 Newton.

Den elektrischen Part übernahm der Linearantrieb LA12 von Linak. Mit einer bei der verwendeten Ausführung maximalen Verstellkraft von 300 Newton deckte dieser Antrieb den angestrebten Lastbereich optimal ab. Außerdem diente dieser Wert als Referenz für die Auswahl der Last, welche die Antriebe zu Versuchszwecken verstellen sollten. Kennzeichnend für diesen Antrieb ist, dass er von Werk aus mit ein und derselben Spindellänge ausgeliefert wird – unabhängig davon, welchen Typ des LA12 der Kunde wählt. Die geforderte Hublänge wird mittels Endschaltern kundenspezifisch eingestellt. Somit ist es möglich, das Teilespektrum dieses Antriebs gering zu halten und dennoch eine Vielzahl an Ausführungen anbieten zu können. Dieser Vorteil schlägt sich im günstigen Preis dieses Antriebs nieder.

Um ihn über eine Steckdose zu betreiben, war es erforderlich, die 230 Volt Wechselspannung in 24 Volt Gleichspannung zu transformieren. Diese Aufgabe übernahm die Controlbox TR-EM-208-T-230. Ergebnisse: Ein großer Vorteil des elektrischen Aktuators besteht darin, dass sich die Leistungsaufnahme nach der Belastung richtet. Wird keine Last bewegt, wird lediglich ein vergleichbar geringer Trafo-Strom gezogen. Das Hydraulikaggregat bezieht durchgehend eine hohe elektrische Leistung. Die periodischen Schwankungen liegen darin begründet, dass beim Ausfahren des Zylinders das Gesamtvolumen im System vergrößert wird und die Pumpe etwas entlastet wird. Das Pneumatikaggregat muss zunächst auf den Betriebsdruck hochpumpen. In dieser Zeit wird Leistung benötigt, es kann aber keine Arbeit verrichtet werden. Im Laufe des Zyklus wird der Tankdruck durch Luftentnahme absinken. Dies führt dazu, dass die Verstellkraft nicht konstant ist, sondern absinkt, bis der Aggregat nachpumpt. Bei dem Versuch mussten die drei Systeme zwölf Zyklen mit 100 Millimeter Hub leisten. Der Energieverbrauch (Tab.1) zeigt deutlich den Vorteil des elektrischen Aktuators.

Der Versuch zeigt, dass das elektrische System beim Energieverbrauch, bei Kosten und bei Einbaumaßen eindeutige Vorteile hat. Jedoch kommt er zum Schluss, dass eine Entscheidung für eines der Systeme immer von der Anwendung bestimmt wird. So war das Hydraulik-System in dem dargestellten Versuchsaufbau von der Kraftentwicklung eher unterfordert. Die Diplomarbeit macht jedoch auch deutlich, dass der elektrische Aktuator eine sehr energieeffiziente Alternative zu hydraulischen und pneumatischen Lösungen ist. Christian Renner/bw