Riparare, ristrutturare, rifabbricare e riciclare sono principi fondamentali dell'economia circolare. Per un uso sostenibile delle risorse, il maggior numero possibile di materie prime e componenti dovrebbe essere riutilizzato o riutilizzato nei prodotti. Nella pratica, approcci ben intenzionati spesso falliscono a causa dei costi – quando il recupero di queste materie prime è associato a troppa manodopera o è troppo complesso a causa della natura del prodotto. Come si può fare meglio, lo dimostra il consorzio ZIRKEL con l'esempio dei motori elettrici e delle batterie ad alta tensione nelle automobili: con un design del prodotto in cui viene già pensato un successivo smontaggio e con processi di smontaggio automatizzati e altamente efficienti per il recupero di materie prime preziose.
I motori elettrici sono componenti centrali della mobilità elettrica. Il loro interno è composto in gran parte da metalli richiesti come rame e alluminio e terre rare come il neodimio. Tutti materiali il cui recupero diventa sempre più essenziale alla luce della crescente scarsità di risorse e delle dipendenze geopolitiche. Il progetto ZIRKEL, finanziato dal Ministero Federale della Ricerca, della Tecnologia e dello Spazio, ha sviluppato negli ultimi tre anni e mezzo soluzioni pratiche per uno smontaggio automatizzato e un recupero materiale impegnativo di componenti altamente integrati da veicoli elettrici a batteria. Mentre una parte del consorzio si è concentrata sui sistemi di accumulo di batterie ad alta tensione, il Fraunhofer IWU ha focalizzato l'attenzione sul motore elettrico e sul suo recupero materiale.
Fraunhofer IWU: Come possono essere allentate rapidamente ed efficientemente le connessioni a vite, anche quando i componenti sono sporchi o usurati?
In risposta a questa domanda centrale, il Fraunhofer IWU ha sviluppato un dimostratore adattivo basato su robot per il disassemblaggio automatizzato delle connessioni a vite. Invece di un classico robot industriale, viene utilizzato un robot portale. Con l'ausilio dell'elaborazione delle immagini e algoritmi di intelligenza artificiale, il sistema riesce a riconoscere la posizione e lo stato delle connessioni a vite e a allentarle in modo mirato, il che funziona anche con componenti fortemente sporchi o usurati.
Risultato: istruzioni dettagliate per lo smontaggio
Il punto di partenza è stato un workshop di smontaggio a più fasi presso il Fraunhofer IWU, dove sono stati smontati, analizzati e documentati i motori dell'asse posteriore e dell'asse anteriore del gruppo Volkswagen. Da ciò è emersa una guida dettagliata per lo smontaggio, che ha servito come base per la definizione di processi automatizzati. Le conoscenze acquisite sono state direttamente incorporate in raccomandazioni di design concrete per costruzioni adatte all'economia circolare – ad esempio per l'unificazione delle connessioni a vite o per una migliore accessibilità degli elementi di connessione in caso di smontaggio.
Particolare attenzione è stata rivolta ai magneti in neodimio incorporati nel rotore, che contengono uno dei materiali più preziosi per la mobilità elettrica. Nel progetto sono stati testati diversi metodi di rifabbricazione, come l'estrazione meccanica dopo la separazione del pacchetto di lamiera o l'estrazione mirata tramite presse idrauliche. Il risultato è una metodologia praticabile per il recupero e il riutilizzo dei magneti con il minor danno possibile.
Conclusione: Solo con il design per il riciclaggio il pensiero circolare diventa economico
L'obiettivo del progetto era sviluppare tecnologicamente i processi di smontaggio e rifabbricazione in modo tale che anche i sistemi di accumulo di batterie e i motori elettrici complessi possano essere smontati in gran parte in modo automatizzato e quindi economicamente. Numerosi processi e passaggi di lavoro descrivono ora il percorso dalla pianificazione dello smontaggio basata su CAD attraverso il riconoscimento automatizzato delle viti fino al recupero sperimentale di materiali magnetici.
La soluzione sviluppata ha il vantaggio di essere adattiva, il che riduce notevolmente i tempi di attrezzaggio. Inizialmente, viene riconosciuto in una grossa impostazione che un componente si trova nella cella di smontaggio. Successivamente (impostazione fine) si cerca le connessioni di giunzione già apprese. Ora è possibile smontare indipendentemente dal componente; l'unico requisito è che la testa della vite sia stata addestrata una volta. Possono essere addestrate un numero illimitato di teste di vite. Per la soluzione hardware economica sviluppata sono sufficienti telecamere stereo standard.
Una conclusione centrale è che il design per il riciclaggio deve essere una parte integrante dello sviluppo del prodotto per poter chiudere i cicli in modo tecnologico ed economico.
Il consorzio ZIRKEL
Dietro ZIRKEL c'è un consorzio di industria e ricerca. I partner includono: Volkswagen AG, Liebherr-Verzahntechnik GmbH Automationssysteme, Deckel Maho Pfronten GmbH, Ascon Systems GmbH, Arxum GmbH, Synergeticon GmbH, Fraunhofer IST e, come coordinatore, la TU Braunschweig.
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