Naprawa, odnawianie, ponowne przetwarzanie i recykling to kluczowe zasady gospodarki o obiegu zamkniętym. Aby oszczędnie gospodarować zasobami, jak najwięcej surowców i komponentów powinno być wykorzystywanych w produktach ponownie lub wielokrotnie. W praktyce dobrze zamierzone podejścia często zawodzą z powodu kosztów - gdy odzyskiwanie tych surowców wiąże się z zbyt dużą pracą ręczną lub jest zbyt skomplikowane ze względu na charakterystykę produktu. Jak można to zrobić lepiej, pokazuje konsorcjum ZIRKEL na przykładzie silników elektrycznych i akumulatorów wysokiego napięcia w samochodach: z projektem produktu, w którym już przy projektowaniu myśli się o późniejszym demontażu, oraz z zautomatyzowanymi, wysokoefektywnymi procesami demontażu do odzyskiwania cennych surowców.
Silniki elektryczne są kluczowymi komponentami elektromobilności. Ich wnętrze w dużej mierze składa się z pożądanych metali, takich jak miedź i aluminium, oraz metali rzadkich, takich jak neodym. Wszystkie te materiały, których odzyskiwanie staje się coraz bardziej istotne w obliczu rosnącego niedoboru zasobów i geopolitycznych zależności. Projekt ZIRKEL, finansowany przez Federalne Ministerstwo Badań, Technologii i Kosmonautyki, opracował w ciągu ostatnich trzech i pół roku praktyczne rozwiązania dla zautomatyzowanego demontażu i wymagającego przetwarzania materiałowego wysoko zintegrowanych komponentów z pojazdów elektrycznych. Podczas gdy część konsorcjum koncentrowała się na systemach magazynowania akumulatorów wysokiego napięcia, Fraunhofer IWU skupił się na silniku elektrycznym i jego materiałowym odzyskiwaniu.
Fraunhofer IWU: Jak szybko i efektywnie rozwiązać połączenia śrubowe, nawet gdy komponenty są brudne lub zużyte?
W odpowiedzi na to kluczowe pytanie Fraunhofer IWU opracował adaptacyjny, robotyczny demonstrator do zautomatyzowanego rozwiązywania połączeń śrubowych. Zamiast klasycznego robota przemysłowego zastosowano robota portalowego. Dzięki przetwarzaniu obrazu maszynowego i algorytmom AI system potrafi rozpoznać położenie i stan połączeń śrubowych oraz celowo je rozwiązać, co działa również w przypadku mocno zabrudzonych lub zużytych komponentów.
Wynik: szczegółowe instrukcje demontażu
Punktem wyjścia był wieloetapowy warsztat demontażowy w Fraunhofer IWU, podczas którego demontowano, analizowano i dokumentowano procesy demontażu silników tylnych i przednich osi z koncernu Volkswagen. Powstała szczegółowa instrukcja demontażu, która służyła jako podstawa do definiowania zautomatyzowanych procesów. Uzyskane wnioski zostały bezpośrednio włączone do konkretnych zaleceń projektowych dla konstrukcji zgodnych z zasadami gospodarki o obiegu zamkniętym - na przykład w celu ujednolicenia połączeń śrubowych lub poprawy dostępności elementów łączących w przypadku demontażu.
Szczególną uwagę zwrócono na neodymowe magnesy zamontowane w wirniku, które zawierają jeden z najcenniejszych surowców dla elektromobilności. W projekcie testowano różne metody ponownego przetwarzania, takie jak mechaniczne usuwanie po wcześniejszym rozdzieleniu pakietu blachowego lub celowe wyjmowanie za pomocą pras hydraulicznych. Wynikiem jest praktyczna metodologia do możliwie bezuszkodliwego odzyskiwania i ponownego wykorzystywania magnesów.
Wnioski: Tylko projektowanie z myślą o recyklingu czyni myślenie o obiegu zamkniętym opłacalnym
Celem projektu było technologiczne rozwinięcie procesów demontażu i ponownego przetwarzania, aby nawet złożone systemy magazynowania akumulatorów i silniki elektryczne mogły być w dużej mierze zautomatyzowane i tym samym ekonomicznie demontowane. Liczne procesy i kroki robocze opisują teraz drogę od planowania demontażu opartego na CAD przez automatyczne rozpoznawanie śrub aż po eksperymentalne ponowne przetwarzanie materiałów magnetycznych.
Opracowane rozwiązanie ma tę zaletę, że jest adaptacyjne, co znacznie redukuje czasy przestawienia. Najpierw wstępnie rozpoznaje się, że komponent znajduje się w komórce demontażowej. Następnie (precyzyjne ustawienie) poszukuje się już wyuczonych połączeń. Teraz można demontować niezależnie od komponentu; jedynym warunkiem jest, że głowica śruby została raz wytrenowana. Można wprowadzać dowolną liczbę głowic śrubowych. Dla opracowanego, niedrogiego rozwiązania sprzętowego wystarczą standardowe kamery stereoskopowe.
Kluczowym wnioskiem jest to, że projektowanie z myślą o recyklingu musi być integralną częścią rozwoju produktu, aby móc technologicznie i ekonomicznie zamykać obiegi.
Konsorcjum ZIRKEL
Za ZIRKEL stoi konsorcjum z przemysłu i badań. Wśród partnerów znajdują się: Volkswagen AG, Liebherr-Verzahntechnik GmbH Automationssysteme, Deckel Maho Pfronten GmbH, Ascon Systems GmbH, Arxum GmbH, Synergeticon GmbH, Fraunhofer IST oraz wiodąca TU Braunschweig.
Kontakt:
