Ремонт (repair), відновлення (refurbish), повторна обробка (remanufacture) та переробка є основними принципами кругової економіки. Для дбайливого використання ресурсів якомога більше сировини та компонентів у продуктах повинні бути повторно або повторно використані. На практиці добре намічені підходи часто зазнають невдачі через витрати – якщо відновлення цих сировин пов'язане з надмірною ручною працею або через складність продукту є занадто витратним. Як це можна зробити краще, демонструє консорціум ZIRKEL на прикладі електродвигунів та високовольтних акумуляторів у автомобілях: з дизайном продукту, в якому вже передбачено подальший демонтаж, та з автоматизованими, високоефективними процесами демонтажу для відновлення цінних сировин.
Електродвигуни є центральними компонентами електромобільності. Їх внутрішня частина складається на значну частину з затребуваних металів, таких як мідь та алюміній, а також рідкоземельних елементів, таких як неодим. Усе це матеріали, відновлення яких стає дедалі важливішим у світлі зростаючої нестачі ресурсів та геополітичних залежностей. Проект ZIRKEL, підтримуваний Федеральним міністерством освіти та досліджень, розробив за останні три з половиною роки практичні рішення для автоматизованого демонтажу та складної матеріальної переробки високоінтегрованих компонентів з батарейних електричних автомобілів. Поки частина консорціуму зосередилася на системах зберігання високовольтних акумуляторів, для Fraunhofer IWU в центрі уваги був електродвигун та його матеріальна переробка.
Fraunhofer IWU: Як швидко та ефективно можна розкрутити гвинтові з'єднання, навіть якщо компоненти забруднені або зношені?
У відповідь на це центральне питання Fraunhofer IWU розробив адаптивний, роботизований демонстратор для автоматизованого розкручування гвинтових з'єднань. Замість класичного промислового робота використовується портальний робот. За допомогою машинного зору та алгоритмів ШІ система здатна розпізнавати положення та стан гвинтових з'єднань і цілеспрямовано їх розкручувати, що також працює з сильно забрудненими або зношеними компонентами.
Результат: детальні інструкції з демонтажу
Вихідною точкою став багатоступеневий семінар з демонтажу в Fraunhofer IWU, під час якого демонтували, аналізували та документували процеси демонтажу задніх та передніх осей двигунів концерну Volkswagen. В результаті була створена детальна інструкція з демонтажу, яка слугувала основою для визначення автоматизованих процесів. Отримані знання безпосередньо вплинули на конкретні рекомендації щодо дизайну для кругових конструкцій – наприклад, для уніфікації гвинтових з'єднань або для покращення доступності з'єднувальних елементів у випадку демонтажу.
Особлива увага приділялася неодимовим магнітам, вбудованим у ротор, які містять один з найцінніших сировин для електромобільності. У проекті були випробувані різні методи повторної обробки, такі як механічне видалення після попереднього розділення листового пакета або цілеспрямоване видалення за допомогою гідравлічних пресів. Результатом є практична методика для максимально безпошкоджувального відновлення та повторного використання магнітів.
Висновок: Лише з дизайном для переробки концепція кругового мислення стає економічно вигідною
Метою проекту було технологічно вдосконалити процеси демонтажу та повторної обробки таким чином, щоб навіть складно побудовані системи зберігання акумуляторів та електродвигуни могли бути в значній мірі автоматизовані та, отже, економічно демонтуватися. Численні процеси та етапи роботи тепер описують шлях від планування демонтажу на основі CAD через автоматизоване виявлення гвинтів до експериментальної повторної обробки магнітних матеріалів.
Розроблене рішення має перевагу бути адаптивним, що значно зменшує час налаштування. Спочатку в грубій орієнтації визначається, що компонент знаходиться в зоні демонтажу. Потім (точна орієнтація) шукаються вже навчені з'єднання. Тепер можна демонтувати незалежно від компонента; єдина умова – що головка гвинта була навчена один раз. Можна навчити необмежену кількість головок гвинтів. Для розробленого економічного апаратного рішення достатньо стандартних стереокамер.
Центральним висновком є те, що дизайн для переробки має бути невід'ємною частиною розробки продукту, щоб технологічно та економічно закривати цикли.
Консорціум ZIRKEL
За ZIRKEL стоїть консорціум з промисловості та досліджень. До партнерів належать: Volkswagen AG, Liebherr-Verzahntechnik GmbH Automationssysteme, Deckel Maho Pfronten GmbH, Ascon Systems GmbH, Arxum GmbH, Synergeticon GmbH, Fraunhofer IST, а також провідний TU Braunschweig.
Контакт:
