Demontagefabrik 4.0. Digitalisierung & Ultraeffizienz. Kick-Off-Tagung, bearbeiten 12. Juli 2017, ARENA2036, Stuttgart

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1 Digitalisierung & Ultraeffizienz Kick-Off-Tagung, bearbeiten 12. Juli 2017, ARENA2036, Stuttgart Demontagefabrik 4.0 J. Seelig, Dr. T. Zeller, B. Nawothnig CUTEC Forschungszentrum, Abteilung Ressourcentechnik 1

2 Gliederung bearbeiten Hintergrund und Ziele Vorprojekte Wirtschaftlichkeit Anforderungen an das Demontagemodul Ausblick 2

3 Hintergrund bearbeiten und Ziele Studie des UM Baden-Württemberg Identifikation kritischer Rohstoffe speziell für die baden-württembergische Industrie Wirtschaftlicher Gewichtungsindex, Mengenindex, Rohstoff-Risiko-Index 5 Leuchtturmprojekte: Think Tank für Industrie- und Ressourcenpolitik Forschungs- und Entwicklungsverbund Ressourceneffizienz Zentrale Phosphor-Recyclinganlage Demontagefabrik im urbanen Raum Effizienteste Rohstoff-Mine der Welt Quelle: Kroop S, Kaufhold T, Lohmeyer R, Mocker M, Franke M, Faulstich M, Kranert M, Böhme L, Genslein M, Clauß D (2014): Analyse kritischer Rohstoffe für die Landesstrategie Baden-Württemberg 3

4 Hintergrund bearbeiten und Ziele Schließen von Stoffkreisläufen Beitrag zur Sicherung der Versorgung mit kritischen Rohstoffen durch gezielte Erzeugung von Vorkonzentraten Demontage von Altgeräten Erhöhung der Sammelquoten durch starke Außenwirkung Etablierung spezialisierter Recyclingtechnologien durch Versorgung mit Konzentraten fördern Kostendeckende Betriebsweise 4

5 Hintergrund bearbeiten und Ziele maschinelle Zerkleinerung F 1 Anhaftungen maschinelle Trennung F 1 F 2 F 3 F 4 F 5 Fehlwürfe Vermarktung (Endbehandlung) 5

6 Hintergrund bearbeiten und Ziele maschinelle Zerkleinerung Demontage F 1 F 1 F 2 F 3 F 4 F 5 maschinelle Trennung MA 1 MA 2 MA 3 F 1 F 2 F 3 F 4 F 5 F 1 F 2 F 3 F 4 F 5 F 6 Vermarktung (Endbehandlung) Vermarktung (Wiederverwendung/Endbehandlung) 6

7 Vorprojekte bearbeiten Identifikation demontagefähiger Produkte mit hoher Zielelementkonzentration elektrische Fahrantriebe, Nabendynamos Zielmaterial: NdFeB-Magnete Einbezug ähnlicher Produkte Elektromotoren aus dem Industriebereich Demontageversuche manuell Zeiten, Zusammensetzung? Quelle: Elektrofahrrad-einfach.de Wirtschaftlichkeitsbetrachtung Wertschöpfung aus Zielelementen + weiteren Materialien manuelle vs. robotergestützte Demontage Quelle: Ateg Quelle: Böhler Antriebstechnik 7

8 Vorprojekte bearbeiten - Konzeption Demontagefabrik Sammlung Anlieferung Vorsortierung Demontage Laugung Wertstoffe hoher Reinheit Kupfer Aluminium Eisen Magnetmaterial Ferrit Magnetmaterial NdFeB Kunststoff Mischschrott Elektroschrott 8

9 Wirtschaftlichkeit bearbeiten Annahme: 70 % der in D aufkommenden Abfälle der betrachteten Produktgruppen werden verarbeitet Massenaufkommen/Jahr 2% 1% 9% Fraktion Aufkommen [t/a] Erlöse [k /a] Kupfer Aluminium % 11% Eisen Mischschrott Elektroschrott % NdFeB-Magnet Kunststoff Ferrit-Magnet 89 n.n. Gesamt

10 Wirtschaftlichkeit bearbeiten Manuelle Demontage Robotergestützte Demontage vs. Kostenfaktoren: Personal Roboter 6 /h Investititon, Energie- und Wartungskosten Lauge Entsorgung der Lauge Transport Materialerlöse 10

11 Wirtschaftlichkeit bearbeiten Kosten bzw. Erlöse [ /a] Posten manuell robotergestützt Kosten Ankauf EoL-Produkte Personal-/Roboterkosten Transportkosten Kosten Kaliumhydroxid Entsorgung Lauge, 20 % KOH Erlös Sekundärrohstoffe Saldo Pro Jahr Schwarze Null Manuelle Demontagezeiten müssten um 84 % reduziert werden Robotergestützt nur 33 % Verringerung erforderlich 11

12 Anforderungen bearbeiten an das Demontagemodul 12

13 Anforderungen bearbeiten an das Demontagemodul Quelle: inustry.co.il 13

14 Anforderungen bearbeiten an das Demontagemodul Wichtige Faktoren: Manipulatoren (Roboterarme) Geschwindigkeit, Traglast, Anzahl Achsen, Energie Effektoren (Werkzeuge, Greifer) Flexibilität, Nachgiebigkeit, Eigenmasse, Wechselzeiten Steuerung Arbeitssicherheit Einrichtung durch Integrator Quelle: vonheldenundgestalten.de Quelle: neue-verpackung.de Quelle: robots.com Quelle: automation.at Quelle: automaticaforum.de 14

15 Anforderungen bearbeiten an das Demontagemodul Fertigungsplanung und -simulation KUKA Quantec Quelle: reprobots.de 15

16 Anforderungen bearbeiten an das Demontagemodul Fertigungsplanung und -simulation Siemens Technomatix Quelle: Siemens Quelle: Ostfalia Projekt Energieeffiziente Roboterprogrammierung Ostfalia Hochschule für angewandte Wissenschaften 16

17 Anforderungen bearbeiten an das Demontagemodul Input Identifizieren Lokalisieren der Ansatzpunkte Abgleichen von Spezifikationen Optimieren der Demontageabläufe Ausrichten Demontieren Sortieren in Zielfraktionen Feedbackfunktion Mensch-Maschine-Interaktion Output 17

18 Ausblick bearbeiten Projektergebnis: ein funktionsfähiges Demontagemodul, das den erläuterten Funktionsumfang aufweist Zunehmende Reduktion der Demontagezeiten Upscaling durch modulare Bauweise Zukünftige Erweiterung auf weitere Produktgruppen Recycling von Produktionsabfällen Partizipation erwünscht! Quellen: Samsung, HP Quelle: kfztech Quelle: spiegel Quelle: Auto-News 18

19 bearbeiten Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Initiiert und unterstützt vom 19