Optimierungsbasierte Strategien zur Steigerung der Energieeffizienz pneumatischer Antriebe

Der Klimawandel und der steigende Energieverbrauch führen vermehrt zu globalen klimapolitischen Zielen, die Treibhausgasemmissionen zu senken und die Energieffizienz zu steigern. Auch im industriellen Bereich gilt es die Effizienz von Antriebssystemen zu steigern. Im Bereich der Antriebs- und Handhabungstechnik kommen üblicherweise pneumatische und elektrische Antriebe zum Einsatz. Diese werden hinsichtlich des Energieverbrauchs zunehmend verglichen. Aufgrund eines vermeintlich schlechten Wirkungsgrads der Pneumatik, wird oftmals dazu geraten pneumatische Antriebe durch elektrische Antriebe zu ersetzen. Dieser Sachverhalt wird in dieser Arbeit in Frage gestellt und die Effizienz der Pneumatik grundlegend untersucht. Darauf aufbauend werden Optimierungspotentiale abgeleitet und für die Auslegung und den Betrieb der Antriebe ausgenutzt. Es wird eine eindeutige Berechnungsvorschrift zur Auslegung der Antriebssysteme hergeleitet, welche darüber hinaus zur Klassifikation und zur Bewertung bestehender Systeme verwendet werden kann. Auch der Betriebsmodus der Antriebe hat einen wesentlichen Einfluss auf deren Effizienz. Im Fokus steht eine energieoptimale Ansteuerung für Pneumatikzylinder, welche optimierungsbasiert hergeleitet wird und zum Ausgleich verbleibender Modellfehler mit Adaptions- und Regelungskonzepten umgesetzt wird. Abschließend findet eine Gegenüberstellung zu elektrischen Antrieben statt. Hier werden die in der Literatur gemachten Aussagen in Frage gestellt und die Effizienz der Antriebe anhand von mehreren unterschiedlichen Applikationen untersucht.