Opravy (repair), renovace (refurbish), znovu zpracování (remanufacture) a recyklace jsou základními principy oběhového hospodářství. Pro šetrné zacházení se zdroji by mělo být co nejvíce surovin a komponentů v produktech dále nebo znovu použito. V praxi se dobře míněné přístupy často narážejí na náklady – když je získávání těchto surovin spojeno s příliš velkým množstvím ruční práce nebo je kvůli povaze produktu příliš náročné. Jak to může být lepší, ukazuje konsorcium ZIRKEL na příkladu elektromotorů a vysokonapěťových baterií v automobilech: s produktovým designem, ve kterém je již myšleno na pozdější rozebrání, a s automatizovanými, vysoce efektivními demontážními procesy pro získávání cenných surovin.
Elektromotory jsou centrálními komponenty elektromobility. Jejich vnitřní část se z velké části skládá z požadovaných kovů, jako je měď a hliník, a vzácných zemin, jako je neodym. Všechny tyto materiály, jejichž získávání se vzhledem k rostoucímu nedostatku zdrojů a geopolitickým závislostem stává stále důležitějším. Projekt ZIRKEL, financovaný spolkovým ministerstvem pro výzkum, technologie a vesmír, vyvinul za poslední tři a půl roku praktická řešení pro automatizovanou demontáž a náročné materiálové využití vysoce integrovaných komponentů z bateriových elektrických vozidel. Zatímco část konsorcia se zaměřila na systémy vysokonapěťových baterií, pro Fraunhofer IWU byl v centru pozornosti elektromotor a jeho materiálové znovuvyužití.
Fraunhofer IWU: Jak lze rychle a efektivně uvolnit šroubové spojení, i když jsou komponenty znečištěné nebo opotřebované?
Jako odpověď na tuto klíčovou otázku vyvinul Fraunhofer IWU adaptivní, robotem řízený demonstrační přístroj pro automatizované uvolnění šroubových spojení. Místo klasického průmyslového robota se používá portalový robot. S pomocí strojového zpracování obrazu a algoritmů AI dokáže systém rozpoznat polohu a stav šroubových spojení a cíleně je uvolnit, což funguje i u silně znečištěných nebo opotřebovaných komponentů.
Výsledek: podrobné demontážní návody
Výchozím bodem byl vícestupňový demontážní workshop na Fraunhofer IWU, kde byly demontovány, analyzovány a procesní kroky dokumentovány zadní a přední nápravy motorů z koncernu Volkswagen. Vznikl podrobný demontážní návod, který sloužil jako základ pro definici automatizovaných procesů. Získané poznatky byly přímo zahrnuty do konkrétních designových doporučení pro konstrukce vhodné pro oběhové hospodářství – například pro sjednocení šroubových spojení nebo pro zlepšení přístupnosti spojovacích prvků v případě demontáže.
Zvláštní pozornost byla věnována neodymovým magnetům, které jsou v rotoru, a které obsahují s prvkem neodym jeden z nejcennějších surovin pro elektromobilitu. V projektu byly vyzkoušeny různé remanufacturingové postupy, například mechanické vyjmutí po předchozím oddělení plechového balíku nebo cílené vyjmutí pomocí hydraulických lisů. Výsledkem je praxí ověřená metodika pro co nejméně poškozující získávání a opětovné použití magnetů.
Závěr: Teprve s designem pro recyklaci se myšlenka oběhu stává ekonomickou
Cílem projektu bylo technologicky dále rozvinout demontážní a remanufacturingové procesy tak, aby i složitě sestavené systémy bateriových úložišť a elektromotory mohly být z většiny automatizovány a tím ekonomicky demontovány. Mnoho procesů a pracovních kroků nyní popisuje cestu od CAD-podporovaného plánování demontáže přes automatizované rozpoznávání šroubů až po experimentální znovu zpracování magnetických materiálů.
Vyvinuté řešení má výhodu adaptivity, což výrazně snižuje doby přípravy. Nejprve je v hrubém nastavení rozpoznáno, že se komponent nachází v demontážní buňce. Následně (jemné nastavení) se hledají již naučené spojovací prvky. Nyní může být demontováno nezávisle na komponentu; jedinou podmínkou je, že hlava šroubu byla jednou trénována. Může být naučeno libovolné množství hlav šroubů. Pro vyvinuté cenově výhodné hardwarové řešení stačí standardní stereokamery.
Jedním z hlavních poznatků je, že design pro recyklaci musí být integrální součástí vývoje produktu, aby bylo možné technologicky a ekonomicky uzavřít cykly.
Konsorcium ZIRKEL
Za ZIRKEL stojí konsorcium z průmyslu a výzkumu. Mezi partnery patří: Volkswagen AG, Liebherr-Verzahntechnik GmbH Automationssysteme, Deckel Maho Pfronten GmbH, Ascon Systems GmbH, Arxum GmbH, Synergeticon GmbH, Fraunhofer IST a vedoucí TU Braunschweig.
Kontakt:
