In der Wassertechnik sprechen die Lebensdauerkosten für Pneumatik

Ein klassisches Beispiel einer Filtrationsanlage für ein kommunales Wasserwerk mit sieben Mehrschichtfiltern, sieben Aktivkohlefiltern und 84 automatisierten Armaturen zeigte bei der Anschaffung einen Kostenvorteil von 28 Prozent pro Pneumatik. Die Anschaffungs- und Installationskosten umfassten dabei Antriebe und Zubehör, Montage und Inbetriebnahme, Komponenten der Ansteuerung bis zur Feldbusschnittstelle sowie Komponenten der Energieversorgung wie pneumatische Antriebe, Kompressor mit Trockner und Druckspeicher im Vergleich zu elektrischen Antrieben mit Schaltschrankelementen für Energieübertragung und Sicherungen.

Für den Anlagenbetrieb erarbeitete das EneffAH-Projektkonsortium, ein vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie gefördertes Energieforschungsprogramm, einen detaillierten Vergleich zwischen pneumatischer und elektrischer Antriebstechnik. Laut dieser Studie erzielen moderne Druckluftanlagen von der Erzeugung bis zu den Antrieben einen Wirkungsgrad von 42 Prozent. Nach einer anerkannten Formel ergab das Verhältnis von nutzbarer zu aufgenommener Leistung für elektrische Antriebe 40 Prozent. Woher kommen die Kostenvorteile der Pneumatik? Lediglich für die Steuerung und die Erzeugung der Druckluft benötigen pneumatische Antriebe Strom, die eigentliche Bewegung erfolgt durch die Druckluft. Dagegen benötigen elektrische Antriebe dauerhaft Energie für die Elektronik, die Heizung und die Bewegung. Beim betrachteten Wasserwerk liegen die Energiekosten im Vergleich zu den Investitionskosten ohnehin auf einem vernachlässigbaren Niveau.

In Anlagen der Wassertechnik werden Armaturen häufig nur unregelmäßig oder über längere Zeit gar nicht betätigt. Dies kann zu Ablagerungen und Verbackungen und damit zu erhöhten Losbrechmomenten oder Kräften führen. Pneumatische Antriebe überwinden diese einfach durch eine Steigerung des Luftdrucks. Sie sind ohne Schaden bis zum Stillstand belastbar und erweisen sich als unempfindlich für Temperaturunterschiede, Verschmutzung und Feuchtigkeit. Lediglich für das Steuern und Erzeugen der Druckluft benötigen pneumatische Antriebe Strom und wirken direkt auf die Absperrarmatur.

Diese Überlastsicherheit erlaubt eine höhere Kraft der Antriebe durch Druckerhöhung. Damit können häufig kleinere Baugrößen mit geringerem Gewicht eingesetzt werden, als es bei elektrischen Antrieben der Fall wäre. Wird leckagefrei verschlaucht und sind die Anlagen exakt dimensioniert, erhält man damit energieeffiziente Lösungen. Mit pneumatischen Systemen beispielsweise von Festo sind Kräfte bis 75.000 Newton und Drehmomente bis 10.000 Newtonmeter möglich.

Aktuelle Komponenten erlauben effiziente pneumatische Systeme. Das neue Motion Terminal VTEM des Herstellers beispielsweise versetzt die Pneumatik ins Zeitalter der Industrie 4.0 – mit Apps, die es ermöglichen, über 50 Einzelkomponenten zu ersetzen. Die neue Art der Funktionsintegration – kombiniert mit Software-Apps – vereinfacht die komplette Wertschöpfungskette, denn es wird nur noch eine Hardware benötigt.

Das Motion Terminal erlaubt es, für das Öffnen und Schließen von Prozessventilen unterschiedliche Druckniveaus zu verwenden, was den Verbrauch von Druckluft stark reduziert. Weiterhin kann nach einer frei parametrierbaren Anzahl von Schaltungen eine Diagnosefunktion aktiviert werden, die antriebsbezogen mögliche Leckagen detektiert und konkrete Wartungsmeldungen sendet oder den Anlagenteil abschaltet. Dadurch lässt sich die aufwändige manuelle Leckageortung in ausgedehnten Druckluftnetzen vermeiden.

Auch das Energie-Effizienz-Modul MSE6-E2M erleichtert das Energiesparen. Mit Hilfe integrierter Durchfluss- und Drucksensoren reduziert und überwacht es selbstständig den Luftverbrauch an Anlagen. Das Modul erkennt den Betriebszustand, wenn keine Druckluft verbraucht wird, und schaltet die Zufuhr automatisch ab. Im abgesperrten Zustand prüft es die Dichtigkeit des Systems. Bei zu starkem Abfall wird die Steuerung informiert. Die automatische Leckage-Erkennung ermöglicht eine gezielte Wartung und die permanente Überwachung des Verbrauchs steigert die Prozesssicherheit.

Pneumatik ist eine unkomplizierte Technik, die Installation ist einfach. Außer für die Endlagen-Abfrage und die Überwachung der Druckluftversorgung ist keine Überwachungs- und Kontrollfunktion notwendig. Pneumatische Antriebe haben sich als erschütterungsfest und langlebig erwiesen. Selbst in rauer Umgebung kommen sie auf eine durchschnittliche Lebensdauer von bis zu eine Million Schaltspielen. Sie sind aus wenigen Bauteilen aufgebaut und dadurch weniger störanfällig. Zudem sind pneumatische Antriebe dauerlastfest und bleiben über die gesamte Lebensdauer wartungsfrei.

Pneumatische Antriebe verfügen über drei Notfunktionen – Auf, Zu, Halt – bei Spannungsabfall. Sie sind prädestiniert für den Einsatz im Ex-Bereich, insbesondere wenn explosionsgeschützte Ventile, zum Beispiel Namur-Ventile mit entsprechenden Spulen, verwendet werden. Kostengünstiger ist es, kompakte Ventilinseln außerhalb der Ex-Zone in ungefährlichen Bereichen zu platzieren. Die im Ex-Bereich eingesetzten pneumatischen Standardantriebe werden dabei über Schläuche versorgt – die Steuerungselektrik kann in ungefährlichen Bereichen installiert werden. Standardmäßig sind pneumatische Antriebe ATEX-zugelassen bis Zone 1. do