Popravilo (repair), obnova (refurbish), ponovna obdelava (remanufacture) in recikliranje so temeljna načela krožnega gospodarstva. Za varčno ravnanje z viri bi bilo treba čim več surovin in komponent v izdelkih ponovno uporabiti ali ponovno uporabiti. V praksi se dobro namerni pristopi pogosto srečujejo s težavami zaradi stroškov - če je pridobivanje teh surovin povezano z preveč ročnega dela ali je zaradi narave izdelka preveč zapleteno. Kako to bolje doseči, prikazuje konzorcij ZIRKEL na primeru elektromotorjev in visokonapetostnih baterij v avtomobilih: z oblikovanjem izdelka, pri katerem je že predvidena kasnejša razgradnja, ter z avtomatiziranimi, visoko učinkovitimi procesi demontaže za pridobivanje dragocenih surovin.
Elektromotorji so osrednje komponente elektromobilnosti. Njihova notranjost je v veliki meri sestavljena iz iskanih kovin, kot sta baker in aluminij, ter redkih zemelj, kot je neodim. Vse to so materiali, katerih pridobivanje postaja vse bolj ključno ob naraščajoči pomanjkljivosti virov in geopolitičnih odvisnostih. Projekt ZIRKEL, ki ga financira zvezno ministrstvo za raziskave, tehnologijo in vesolje, je v preteklih treh letih razvil praktične rešitve za avtomatizirano demontažo in zahtevno materialno predelavo visoko integriranih komponent iz baterijskih električnih vozil. Medtem ko se je del konzorcija osredotočil na visokonapetostne baterijske sisteme, je bil za Fraunhofer IWU v središču pozornosti elektromotor in njegova materialna reciklaža.
Fraunhofer IWU: Kako hitro in učinkovito razrahljati vijake, tudi če so komponente onesnažene ali obrabljene?
Kot odgovor na to ključno vprašanje je Fraunhofer IWU razvil prilagodljiv, robote podprt demonstrator za avtomatizirano razrahljanje vijakov. Namesto klasičnega industrijskega robota se uporablja portalni robot. S pomočjo strojnega zaznavanja slike in algoritmov umetne inteligence sistem uspe prepoznati položaj in stanje vijakov ter jih ciljno razrahljati, kar deluje tudi pri močno onesnaženih ali obrabljenih komponentah.
Rezultat: podrobna navodila za demontažo
Izhodišče je bil večstopenjski delavnica demontaže na Fraunhofer IWU, kjer so demontirali, analizirali in dokumentirali procesne korake motorjev zadnje in sprednje osi iz koncerna Volkswagen. Pri tem so nastala podrobna navodila za demontažo, ki so služila kot osnova za opredelitev avtomatiziranih procesov. Pridobljena spoznanja so neposredno vplivala na konkretne oblikovne priporočila za konstrukcije, primerne za krožno gospodarstvo - na primer za poenotenje vijakov ali za izboljšano dostopnost povezovalnih elementov v primeru demontaže.
Posebna pozornost je bila namenjena neodimskim magnetom, vgrajenim v rotor, ki vsebujejo enega najdragocenejših virov za elektromobilnost. V projektu so preizkusili različne postopke ponovne obdelave, kot je mehansko odstranjevanje po predhodnem ločevanju jeklenega paketa ali ciljno odstranjevanje z uporabo hidravličnih stiskalnic. Rezultat je uporabna metodologija za čim manj poškodovano pridobivanje in ponovno uporabo magnetov.
Zaključek: Šele z oblikovanjem za recikliranje postane krožni koncept ekonomičen
Cilj projekta je bil tehnološko napredovati procese demontaže in ponovne obdelave, da bi lahko tudi kompleksno zasnovani baterijski sistemi in elektromotorji v veliki meri potekali avtomatizirano in tako ekonomično razgradili. Številni procesi in delovni koraki zdaj opisujejo pot od načrtovanja demontaže, podprtih s CAD, do avtomatiziranega prepoznavanja vijakov in eksperimentalne ponovne obdelave magnetnih materialov.
Razvita rešitev ima prednost, da je prilagodljiva, kar znatno skrajša čas priprave. Najprej se v grobi usmeritvi prepozna, da se komponenta nahaja v demontažni celici. Nato (natančna usmeritev) se iščejo že naučene povezave. Zdaj je mogoče demontirati neodvisno od komponente; edina zahteva je, da je bila glava vijaka enkrat usposobljena. Lahko se nauči poljubno število glav vijakov. Za razvito cenovno ugodno strojno rešitev zadostujejo standardne stereokamere.
Ključna ugotovitev je, da mora biti oblikovanje za recikliranje integralni del razvoja izdelka, da bi lahko tehnološko in ekonomsko zaprli kroge.
Konzorcij ZIRKEL
Za ZIRKEL stoji konzorcij iz industrije in raziskav. Med partnerji so: Volkswagen AG, Liebherr-Verzahntechnik GmbH, Deckel Maho Pfronten GmbH, Ascon Systems GmbH, Arxum GmbH, Synergeticon GmbH, Fraunhofer IST ter vodilno TU Braunschweig.
Kontakt:
