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Energieeffizienz

Pneumatisch oder lieber elektrisch?

| Autor/ Redakteur: Tim Hettesheimer et al. / Ute Drescher

Welche Antriebe sind energieeffizienter: pneumatische oder doch elektrische? Eine pauschale Antwort zur Technologiewahl gibt es nicht. Auch spielt der Energiebedarf bisher nur eine untergeordnete Rolle. Das zeigen die Ergebnisse einer Umfrage.

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(Bild: Fraunhofer ISI)

Die Energieeffizienz wird als Möglichkeit zur Reduzierung von Treibhausgasemissionen, zur Senkung von Energiekosten und zur Verbesserung der Wettbewerbsfähigkeit intensiv diskutiert. Angesichts dessen gewinnt die Verbesserung der Energieeffizienz für Unternehmen an Bedeutung. Dies spiegelt sich unter anderem darin wider, dass die Energieeffizienz im Zusammenhang mit der Antriebstechnik verstärkt aufgegriffen wird. Eine in diesem Zusammenhang mitunter kontrovers diskutierte Fragestellung betrifft die Wahl zwischen pneumatischen und elektrischen Linearantrieben. Um die Technologiewahl besser zu verstehen, wurden von Herbst 2011 bis Frühjahr 2012 fünfzehn Experten befragt. Ziel der 60 bis 90minütigen Interviews war es, zu einer besseren Einschätzung zur Bedeutung der Energieeffizienz im Bereich der Antriebstechnik für Handhabungsaufgaben zu gelangen. Um unterschiedliche Sichtweisen zu berücksichtigen, wurden sieben Technikexperten von Komponentenherstellern, Anlagen- und Maschinenbauern sowie acht Querschnittsexperten aus Energieforschung und -beratung mit einem breiteren Blickwinkel auf die Energieeffizienz befragt. Im Folgenden werden die Kernaussagen der Gespräche zusammengefasst.

Eine Frage der Wahlmöglichkeit

Die Frage der Technologiewahl stellt sich dann, wenn aus technischer Sicht sowohl die pneumatische als auch die elektrische Antriebstechnik die Anforderungen der Arbeitsaufgabe gleichwertig erfüllen können. Den Angaben der Technikexperten zufolge können beide Technologien in verschiedenen Bereichen problemlos eingesetzt werden, während in anderen Bereichen aus technischer Sicht einzelne Antriebsarten nur eingeschränkt oder gar nicht einsetzbar sind. Der Einsatz elektrischer Standardantriebe bietet sich bei Arbeitsaufgaben an, die hohe Genauigkeiten, flexibles Positionieren oder synchronisierte Abläufe bei hohen Taktraten erfordern oder wenn sterile Einsatzbedingungen vorliegen. In diesen Fällen werden die druckluftgetriebenen pneumatischen Antriebe aufgrund der geringeren Dynamik und Komprimierbarkeit der Druckluft sowie wegen der Abluft als nur eingeschränkt nutzbar angesehen. Für den Einsatz pneumatischer Antriebe sprechen tendenziell ihre geringere Wärmeentwicklung beim Einsatz in temperatursensiblen Bereichen und ihre bessere Eignung für explosionsgefährdete und raue Umgebungsbedingungen (Feuchtigkeit, hohe Temperaturen, Verschmutzung). Zwar kann durch entsprechende Maßnahmen (z. B. Abluftführung, Kapselung) der Einsatzbereich beider Technologien häufig ausgeweitet werden. Allerdings geht dies mit höherem Aufwand für den Anwender einher.

Der Konstrukteur trifft häufig die Entscheidung

Erlauben die technischen Anforderungen den Einsatz beider Technologien, so stellt sich die Frage, wer letztlich die Wahl über die Antriebstechnik fällt. Mehrfach wurde insbesondere von den Querschnittsexperten darauf hingewiesen, dass zahlreiche Anwender nur in seltenen Fällen gut erfassen und nachvollziehen können, wie sich die Komponenten in einer ihrer Maschinen bzw. Anlagen im Einzelnen auf deren Energiebedarf auswirken. Dies gilt insbesondere für kleine und mittlere Unternehmen. Folglich werden kaum Vorgaben hinsichtlich der Antriebstechnik formuliert. Die Entscheidung über die gewählte Antriebstechnik liegt laut den Technikexperten daher tendenziell beim Konstrukteur, der die Anlage plant.

Über die Wahl der Antriebstechnik im Speziellen hinaus sind an der Beschaffung der gesamten Maschine bzw. Anlage verschiedene Verantwortliche beteiligt. Bei den Anwendern begleiten neben den Bereichen Technik und Produktion auch kaufmännische Funktionen wie Einkauf und Controlling den Beschaffungsprozess. Den Technikexperten zufolge sind in einer frühen Phase eines Projekts sowie bei hochgradig individualisierten Anlagen insbesondere technische Aspekte für die Ausgestaltung der Maschinen und Anlagen ausschlaggebend. In einer späteren Phase sowie bei Standardlösungen stehen deutlich stärker betriebswirtschaftliche Zielgrößen wie die Höhe der Investitionen und Amortisationszeiten im Zentrum der Überlegungen. Entsprechende Erwägungen spielen bereits in die Auswahl der Antriebstechnik hinein.

Investitionen sind besonders ausschlaggebend, der Energiebedarf nur am Rande

Um zu einer besseren Einschätzung der typischerweise relevanten Kriterien bei der Auswahl der Antriebstechnik zu gelangen, wurden in Vorgesprächen verschiedene Faktoren diskutiert, die entweder für oder wider den Einsatz der beiden Technologien sprechen oder die im Zusammenhang mit der Antriebstechnik häufiger aufgegriffen werden. Auf dieser Grundlage wurden sieben Kriterien für eine eingehendere Untersuchung ausgewählt (Investitionen, Energie, sonstige Kosten, Flexibilität, Risiko, Wartbarkeit und Komplexität). Um die Bedeutung dieser Kriterien zu ermitteln, wurden die sieben Technikexperten gebeten, sich eine typische Situation der Technologiewahl zu vergegenwärtigen. Dann wurden sie dazu aufgefordert, aus der Liste der Kriterien die aus ihrer Sicht irrelevanten Kriterien auszusortieren und die verbleibenden Kriterien nach absteigender Relevanz zu ordnen. Die Anordnung der Kriterien durch die unterschiedlichen Experten fällt für viele Kriterien relativ ähnlich aus. Zahlreiche Experten nahmen insbesondere Investitionen als besonders entscheidendes Kriterium wahr, wenn die technische Einsetzbarkeit beider Antriebsarten gegeben ist. In vier der sieben Fälle wurden die Investitionen als wichtigstes Kriterium genannt. Daneben wurden häufig auch die Flexibilität und das technische Risiko als besonders relevant eingestuft. Das Kriterium Energie wurde hingegen von allen technischen Experten als eher nebensächlich eingeordnet. In vier der sieben Fälle wurde es sogar als das Kriterium mit dem geringsten Einfluss auf die Technologiewahl beschrieben.

Pauschalisierungen sind schwierig

Mehrere der Experten wiesen darauf hin, dass die Einschätzungen nur als Tendenzen aufzufassen sind, die im Einzelfall deutlich abweichen können und sich im Zeitverlauf verändern. So wurde unterstrichen, dass mit steigendem Termindruck Überlegungen wie die Energieeffizienz an Bedeutung verlieren und dann die termingerechte Fertigstellung dominiert. Ferner lassen sich insbesondere bei subjektiven Kriterien unterschiedliche Einschätzungen beobachten. Dies lässt sich an den Aussagen von zwei Technikexperten zur Wartbarkeit der beiden Antriebsarten veranschaulichen: Beide Gesprächspartner gingen gleichermaßen davon aus, dass die Mitarbeiter der Produktion bei der Pneumatik vor Ort einfach Einstellungen verändern können, bei der Elektrik hingegen nicht. Der erste Experte hob dies als sehr positiv hervor, da die Mitarbeiter bei Problemen einfach intervenieren und die Einstellungen am Antrieb verändern können. Demgegenüber sah dies der zweite Experte als kritischen Punkt, da er die Gefahr sieht, dass Mitarbeiter unkontrolliert Einstellungen verändern. Dies verdeutlicht, dass selbst bei ähnlichen Ausgangspunkten die Auffassungen bezüglich der Vorteilhaftigkeit einer Technologie deutlichen variieren können.

Fazit

Die Ergebnisse zeigen, dass die Technologiewahl eine multidimensionale Entscheidungssituation darstellt, die nicht auf einzelne Kriterien reduziert werden kann. Insbesondere wird deutlich, dass trotz intensiver Diskussion des Themas Energieeffizienz der Energiebedarf bei der Wahl der Antriebstechnik zur Zeit nur einen geringen Stellenwert besitzt. Für eine fundierte Entscheidung sollte der langfristige Energiebedarf der Antriebe jedoch berücksichtigt werden. Daher ist in einem sinnvollen Rahmen für die jeweilige Anwendung zu prüfen, welche Technologie die gestellten technischen Anforderungen am besten erfüllt und unter Berücksichtigung des Energiebedarfs die beste Wirtschaftlichkeit besitzt.

Danksagung

Wir danken den hier Gesprächsteilnehmern für ihre Unterstützung. Teile der Arbeiten wurden im Rahmen des Verbundvorhabens „EnEffAH” mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie (Förderkennzeichen 0327484C) unterstützt. Die inhaltliche Verantwortung liegt bei den Autoren.

(ud)

Autoren: Simon Hirzel, Tim Hettesheimer, Marcus Schröter

* Tim Hettesheimer et al., CC Industrie- und Serviceinnovationen, Fraunhofer-Institut, Karlsruhe.

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