Reparar, reacondicionar, volver a fabricar y reciclar son principios fundamentales de la economía circular. Para un manejo respetuoso de los recursos, se deberían reutilizar la mayor cantidad posible de materias primas y componentes en los productos. En la práctica, los enfoques bien intencionados a menudo fracasan debido a los costos, cuando la recuperación de estas materias primas está asociada a demasiada mano de obra o es demasiado complicada debido a la naturaleza del producto. Cómo hacerlo mejor lo demuestra el consorcio ZIRKEL con el ejemplo de motores eléctricos y baterías de alta tensión en automóviles: con un diseño de producto que ya considera un desmantelamiento posterior y con procesos de desmontaje automatizados y altamente eficientes para la recuperación de materias primas valiosas.
Los motores eléctricos son componentes centrales de la electromovilidad. Su interior está compuesto en gran parte por metales demandados como cobre y aluminio y tierras raras como neodimio. Todos materiales cuya recuperación se vuelve cada vez más esencial ante la creciente escasez de recursos y dependencias geopolíticas. El proyecto ZIRKEL, financiado por el Ministerio Federal de Investigación, Tecnología y Espacio, desarrolló en los últimos tres años y medio soluciones prácticas para un desmontaje automatizado y un reciclaje material exigente de componentes altamente integrados de vehículos eléctricos de batería. Mientras que una parte del consorcio se centró en sistemas de almacenamiento de baterías de alta tensión, para Fraunhofer IWU el motor eléctrico y su reciclaje material fueron el foco.
Fraunhofer IWU: ¿Cómo se pueden aflojar rápidamente y de manera eficiente las conexiones atornilladas, incluso si los componentes están sucios o desgastados?
Como respuesta a esta pregunta central, Fraunhofer IWU desarrolló un demostrador adaptativo basado en robots para el aflojamiento automatizado de conexiones atornilladas. En lugar de un robot industrial clásico, se utiliza un robot portal. Con la ayuda de procesamiento de imágenes y algoritmos de IA, el sistema puede reconocer la posición y el estado de las conexiones atornilladas y aflojarlas de manera específica, lo que también funciona en componentes muy sucios o desgastados.
Resultado: instrucciones de desmontaje detalladas
El punto de partida fue un taller de desmontaje de varias etapas en Fraunhofer IWU, donde se desmontaron, analizaron y documentaron los motores de eje trasero y delantero del grupo Volkswagen. Se creó una guía de desmontaje detallada que sirvió como base para la definición de procesos automatizados. Los conocimientos obtenidos se incorporaron directamente en recomendaciones de diseño concretas para construcciones adecuadas para el ciclo, como la estandarización de conexiones atornilladas o la mejora del acceso a elementos de conexión en caso de desmontaje.
Se prestó especial atención a los imanes de neodimio incorporados en el rotor, que contienen uno de los materiales más valiosos para la electromovilidad. En el proyecto se probaron varios métodos de reacondicionamiento, como la extracción mecánica tras la separación del paquete de chapas o la extracción específica mediante prensas hidráulicas. El resultado es una metodología práctica para la recuperación y reutilización de los imanes con el menor daño posible.
Conclusión: Solo con el diseño para el reciclaje se vuelve económicamente viable el pensamiento circular
El objetivo del proyecto era desarrollar tecnológicamente los procesos de desmontaje y reacondicionamiento de tal manera que incluso los sistemas de almacenamiento de baterías y motores eléctricos complejos pudieran ser desmantelados en gran medida de manera automatizada y, por lo tanto, económicamente. Numerosos procesos y pasos de trabajo describen ahora el camino desde la planificación de desmontaje basada en CAD hasta el reconocimiento automatizado de tornillos y la reacondición experimental de materiales magnéticos.
La solución desarrollada tiene la ventaja de ser adaptativa, lo que reduce significativamente los tiempos de configuración. Primero se reconoce en una alineación gruesa que un componente se encuentra en la celda de desmontaje. Posteriormente (alineación fina) se busca conexiones de unión ya aprendidas. Ahora se puede desmontar independientemente del componente; la única condición es que la cabeza del tornillo haya sido entrenada una vez. Se pueden aprender tantas cabezas de tornillo como se desee. Para la solución de hardware económica desarrollada, son suficientes cámaras estéreo estándar.
Un hallazgo central es que el diseño para el reciclaje debe ser una parte integral del desarrollo del producto para poder cerrar los ciclos de manera tecnológica y económica.
El consorcio ZIRKEL
Detrás de ZIRKEL hay un consorcio de industria e investigación. Los socios incluyen: Volkswagen AG, Liebherr-Verzahntechnik GmbH, Deckel Maho Pfronten GmbH, Ascon Systems GmbH, Arxum GmbH, Synergeticon GmbH, Fraunhofer IST y, como líder, la TU Braunschweig.
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