Javítás (repair), felújítás (refurbish), újrahasznosítás (remanufacture) és újrahasználat (recycle) a körforgásos gazdaság alapelvei. Az erőforrások kíméletes kezelése érdekében a lehető legtöbb nyersanyagot és alkatrészt kellene termékekben tovább- vagy újrahasználni. A gyakorlatban a jól szándékú megközelítések gyakran a költségeken buknak el - ha a nyersanyagok visszanyerése túl sok kézi munkát igényel, vagy a termék jellemzői miatt túl bonyolult. Hogyan lehet ezt jobban csinálni, azt a ZIRKEL konzorcium mutatja be elektromotorok és nagyfeszültségű tárolók példáján az autókban: egy olyan terméktervezéssel, amely már figyelembe veszi a későbbi szétszerelést, és automatizált, nagy hatékonyságú szétszerelési folyamatokkal a értékes nyersanyagok visszanyerésére.
Az elektromotorok az elektromobilitás központi elemei. Belső szerkezetük nagy része keresett fémekből, mint például réz és alumínium, valamint ritkaföldfémekből, mint a neodímium áll. Mindezek olyan anyagok, amelyek visszanyerése a növekvő erőforráshiány és geopolitikai függőségek fényében egyre lényegesebbé válik. A Szövetségi Kutatási, Technológiai és Űrhajózási Minisztérium által támogatott ZIRKEL projekt az elmúlt három és fél évben gyakorlati megoldásokat dolgozott ki az automatizált szétszerelésre és a magas integrációjú alkatrészek anyagi hasznosítására akkumulátoros elektromos járművekből. Míg a konzorcium egy része a nagyfeszültségű akkumulátortároló rendszerekre összpontosított, a Fraunhofer IWU számára az elektromotor és annak anyagi újrahasznosítása volt a középpontban.
Fraunhofer IWU: Hogyan lehet gyorsan és hatékonyan oldani a csavarcsatlakozásokat, még akkor is, ha az alkatrészek szennyezettek vagy elhasználódtak?
A központi kérdésre válaszul a Fraunhofer IWU egy adaptív, robotizált demonstrátort fejlesztett ki a csavarcsatlakozások automatizált oldására. A klasszikus ipari robot helyett egy portalrobotot használnak. A gépi képfeldolgozás és mesterséges intelligencia algoritmusok segítségével a rendszer képes azonosítani a csavarcsatlakozások helyzetét és állapotát, és célzottan oldani azokat, ami erősen szennyezett vagy elhasználódott alkatrészek esetén is működik.
Eredmény: részletes szétszerelési útmutatók
A kiindulópont egy több lépcsős szétszerelési workshop volt a Fraunhofer IWU-nál, ahol a Volkswagen csoport hátsó és első tengelymotorjait szétszerelték, elemezték és a folyamatlépéseket dokumentálták. Ennek során egy részletes szétszerelési útmutató készült, amely az automatizált folyamatok meghatározásának alapjául szolgált. A nyert ismeretek közvetlenül beépültek a körforgásos tervezésre vonatkozó konkrét tervezési ajánlásokba - például a csavarcsatlakozások egységesítésére vagy a csatlakozóelemek jobb hozzáférhetőségére a szétszerelés esetén.
Különös figyelmet fordítottak a rotorban beépített neodímium mágnesekre, amelyek a neodímium elemet tartalmazzák, amely az elektromobilitás egyik legértékesebb nyersanyaga. A projekt során különböző újrahasznosítási eljárásokat teszteltek, például a mechanikai eltávolítást a lemezcsomag előzetes leválasztása után vagy a célzott eltávolítást hidraulikus prések segítségével. Az eredmény egy gyakorlati módszertan a lehető legkevésbé sérülésmentes visszanyerésre és újrahasználatra a mágnesek esetében.
Következtetés: Csak a tervezés a újrahasznosításra teszi gazdaságilag életképessé a körforgásos gondolkodást.
A projekt célja az volt, hogy a szétszerelési és újrahasznosítási folyamatokat technológiailag úgy fejlesszék, hogy még a bonyolult felépítésű akkumulátoros tárolórendszerek és elektromotorok is nagyrészt automatizáltan és így gazdaságosan visszabontsák őket. Számos folyamat és munkafolyamat most leírja az utat a CAD-alapú szétszerelési tervezéstől az automatizált csavarazonosításon át a mágnesanyagok kísérleti újrahasznosításáig.
A kifejlesztett megoldás előnye, hogy adaptív, ami jelentősen csökkenti a beállítási időket. Először egy durva irányítás során észlelhető, hogy egy alkatrész a szétszerelési cellában található. Ezt követően (finom irányítás) már betanított csatlakozások után keresnek. Most alkatrészfüggetlenül lehet szétszerelni; az egyetlen követelmény, hogy a csavarkapcsolót egyszer betanították. Tetszőleges számú csavarkapcsoló betanítható. A kifejlesztett költséghatékony hardvermegoldáshoz szabványos sztereó kamerák elegendőek.
Központi megállapítás, hogy a tervezés a újrahasznosításra a termékfejlesztés szerves részévé kell váljon, hogy a körforgásokat technológiailag és gazdaságilag zárni lehessen.
A ZIRKEL konzorcium
A ZIRKEL mögött egy ipari és kutatási konzorcium áll. A partnerek között szerepel: Volkswagen AG, Liebherr-Verzahntechnik GmbH Automationssysteme, Deckel Maho Pfronten GmbH, Ascon Systems GmbH, Arxum GmbH, Synergeticon GmbH, Fraunhofer IST, valamint vezető szerepet játszik a TU Braunschweig.
Kapcsolat:
