Elektromechnische Fügesysteme von Kistler Energieeffizientes Fügen

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Elektromechanische Fügesysteme von Kistler als Hebel für Kosteneinsparungen: Bezogen auf die reine Fügearbeit – den Lasthub – verbrauchen elektromechanische Fügemodule (Servopressen) signifikant weniger Energie als hydraulische und pneumatische Alternativen. Eine Auftragsstudie des Messtechnikexperten Kistler an der Ostfalia Hochschule für angewandte Wissenschaften liefert nun klare Zahlen – und zeigt das Potential von Servopressen zur Ressourcenschonung auf. Im Vergleich fügen die elektromechanischen Systeme bis zu 5,9-mal energiesparender als die untersuchte hydraulische Variante. Das pneumatische Fügesystem hat den höchsten Energieverbrauch und verbraucht je nach Effizienz des Druckluftsystems zwischen 8,4 bis 20,6-mal so viel Energie wie die elektromechanische Alternative.

Das Thema Ressourcenschonung prägt fertigende Industrien seit Jahren und hat vor dem Hintergrund der steigenden Strompreise der letzten Jahre weiter an Bedeutung gewonnen. Anlagen und Prozesse müssen energiesparender werden, damit Unternehmen weiterhin wirtschaftlich produzieren. War der Energieverbrauch eines Fügesystems noch vor einigen Jahren zweitrangig, rückt dieser Aspekt heute aufgrund steigender Energiepreise deutlich stärker in den Fokus der Unternehmen. Dabei haben elektromechanische Fügesysteme bereits seit längerer Zeit den Ruf, energiesparender zu sein als hydraulische und pneumatische Systeme.

Auftragsstudie: Unterschiedliche Antriebstechnologien beim Fügen im Fokus

Der Messtechnikexperte Kistler wollte die Einsparpotenziale elektromechanischer Fügesysteme genauer beziffern und beauftragte die Ostfalia Hochschule für angewandte Wissenschaften mit einer Studie. Die Aufgabe: Das Forscherteam sollte den Energieverbrauch von drei Fügesystemen mit unterschiedlichen Antriebstechnologien untersuchen. Für den Vergleich wurden das elektromechanische Fügemodul NCFE von Kistler, ein vergleichbares hydraulisches System sowie ein pneumatisch betriebenes System herangezogen.

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Der Versuchsaufbau spiegelte einen typischen Einpressvorgang mit einer Fügekraft von 15 kN wider, wie er in Fertigungs- und Montagelinien verschiedener Industriebranchen vorkommt.

Ergebnisse belegen Energieeffizienz elektromechanischer Fügesysteme

Unter Berücksichtigung dieser Annahmen haben die Wissenschaftler die benötigten Lasthubenergien der unterschiedlichen Fügesysteme errechnet. Die Ergebnisse zeigen, dass das elektromechanische Fügesystem von Kistler während der Laufzeit des Versuchs signifikant weniger Energie verbraucht und dadurch bezogen auf die reine Fügearbeit – den Lasthub – deutlich effizienter arbeitet: Im Vergleich fügen die elektromechanischen Systeme bis zu 5,9-mal energiesparender als hydraulische Varianten. Das pneumatische Fügesystem hat den höchsten Energieverbrauch – es verbraucht sogar bis zu 20,6-mal so viel Energie wie die elektromechanische Alternative (Abbildung 1).

Elektromechanische Fügemodule als Hebel für Kosteneinsparungen

Auf Basis der Versuchsergebnisse zum Energieverbrauch berechneten die Forscher die jährlichen Energiekosten für die Fügesysteme. Als Grundlage diente ihnen die Annahme von insgesamt 260 Arbeitstagen im Jahr und einer täglichen Betriebsdauer von acht Stunden, das Äquivalent von 6.000 Betriebsstunden wie auch der durchschnittliche Preis von Industriestromkosten (im Jahr 2022) pro Kilowattstunde. Auch hier zeigen die Ergebnisse deutlich, dass sich mit den elektromechanischen Fügesystemen von Kistler die größten Kosteneinsparungen erzielen lassen.

Energieverluste bei pneumatischen Systemen

Dass insbesondere pneumatische Systeme im Vergleich schlechter abschnitten, ist wenig verwunderlich: Bei der Umwandlung von elektrischer Energie in Druckluftenergie kommt es zwangsläufig zu Verlusten. Die Höhe des Energieverbrauchs hängt dabei unmittelbar mit der Qualität des Druckluftnetztes zusammen, etwa mit der Anzahl vorhandener Leckagen. Je ineffizienter das Drucklufterzeugungssystem ist, desto höher sind die Energieverluste. Letztere gilt es bei der Berechnung der Energiekosten der pneumatischen Fügevorgänge zu berücksichtigen. Um Industriebedingungen real darstellen zu können, betrachtet die Studie 3 verschiedene Szenarien: sehr effiziente, normale und ineffiziente Drucklufterzeugungssysteme, die jeweils 100, 175 und 250 Watt benötigen, um einen Kubikmeter Druckluft zu erzeugen.

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Servopressen auch auf lange Sicht nachhaltiger und effizienter

Das Resultat der Studie belegt: Elektromechanische Fügesysteme vereinen Wirtschaftlichkeit, Nachhaltigkeit und Effizienz. Gemessen an der reinen Fügearbeit, können Hersteller beim Wechsel von einem Pneumatikantrieb mit ineffizienterem Druckluftsystem zu einem elektromechanischen Fügemodul ihren Energieverbrauch um bis zu 93 Prozent reduzieren. Servopressen spielen auch im Hinblick auf ihre Gesamtbetriebskosten ihre Vorteile aus, denn die Wartungs- und Instandhaltungskosten sind hier deutlich geringer als bei Lösungen mit alternativen Antriebstechnologien. So treten bei elektromechanischen Systemen in Vergleich zu pneumatischen Varianten beispielsweise weder Leckagen im Druckluftnetz auf, noch muss Öl entsorgt werden wie bei hydraulischen Systemen. Der Wartungsaufwand bei elektromechanischen Systemen ist minimal und auf lediglich 1 bis 2 Intervallschmierungen pro Jahr (je nach Fügemodul und Fügezyklus) beschränkt.

Die Expertinnen und Experten von Kistler unterstützen Anwender dabei, passende Lösungen zu finden und stehen von der Planungsphase bis zur Serienproduktion mit ihrem Wissen zur Seite.

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