Silniki elektryczne, które są kluczowe dla elektromobilności, to prawdziwa kopalnia cennych materiałów. W jego wnętrzu kryją się tony miedzi, aluminium, ale również pierwiastki ziem rzadkich, jak np. neodym, które stają się coraz droższe i trudniejsze do pozyskania. Problemem jest to, że tradycyjne metody recyklingu często okazują się nieopłacalne lub technicznie niemożliwe do zautomatyzowania.

Właśnie dlatego powstał projekt ZIRKEL – inicjatywa finansowana przez niemieckie Federalne Ministerstwo Nauki, Technologii i Astronautyki, w skład której wchodzą również m.in. Politechnika w Braunschweig i Volkswagen. Przez ostatnie trzy i pół roku w ramach tego projektu przeprowadzono prawdziwą rewolucję w podejściu do automatycznego demontażu i późniejszego recyklingu komponentów elektrycznych. Konsorcjum nie zadowoliło się tylko teoretycznymi rozważaniami. Powstało działające rozwiązania, które może zmienić całą branżę.

Roboty, które „widzą” śruby

Jedno z największych wyzwań brzmiało pozornie prosto: jak skutecznie odkręcić tysiące śrub z zabrudzonych, zużytych silników elektrycznych i akumulatorów?

Zespół Fraunhofer IWU (Instytut Fraunhofera ds. Obrabiarek i Technologii Formowania) opracował adaptacyjny, wspomagany robotem system, który wykorzystuje widzenie maszynowe i sztuczną inteligencję do precyzyjnego lokalizowania i odkręcania połączeń śrubowych. Robot bramowy, wyposażony w zaawansowane kamery stereoskopowe, potrafi rozpoznać położenie i stan każdej śruby, nawet w przypadku silnie zabrudzonych lub pokrytych korozją elementów.

To może być przełomowe rozwiązanie w automatyzacji demontażu różnego rodzaju urządzeń. System jest bowiem na tyle adaptacyjny, że wystarczy jednorazowo „nauczyć” go rozpoznawania konkretnego typu łba śruby, a następnie może on pracować z dowolną liczbą podobnych elementów.

Laboratoryjna precyzja w przemysłowej skali

Rewolucja rozpoczęła się od skrupulatnej analizy. W laboratoriach Fraunhofer IWU naukowcy zdemontowali dziesiątki silników elektrycznych z samochodów Volkswagena – zarówno z osi przedniej, jak i tylnej. Każdy element został starannie przeanalizowany i udokumentowany, co zaowocowało powstaniem precyzyjnych instrukcji demontażu.

Te szczegółowe mapy stały się podstawą do zaprojektowania zautomatyzowanych procesów, które mogą być implementowane na skalę przemysłową. Co więcej, powstały także konkretne wytyczne dla przyszłych projektantów, pokazujące jak konstruować silniki z myślą o ich późniejszym recyklingu (w zakresie standaryzacji połączeń śrubowych, a także poprawy dostępności elementów łączących).

Polowanie na magnesy neodymowe

Szczególną uwagę poświęcono magnesom neodymowym – to małe, ale niezwykle cenne elementy zawierające pierwiastki ziem rzadkich, które montuje się na wirniku silnika. Te materiały są kluczowe dla elektromobilności, ale ich pozyskiwanie wiąże się z problemami geopolitycznymi i środowiskowymi.

MOŻE ZAINTERESUJE CIĘ TAKŻE

Rozdzielanie i łączenie

Od obliczeń do montażu – droga do bezpiecznych połączeń śrubowych

Precyzyjne modelowanie jest podstawą bezpiecznych połączeń śrubowych oraz pozwala zaoszczędzić czas i koszty. Obliczenia oparte na metodzie elementów skończonych (MES) i symulacje z wykorzystaniem cyfrowych bliźniaków optymalizują rozwój tego typu połączeń, a także pozwalają wykrywać ewentualne błędy już na wczesnym etapie.

Raporty

Rynek elementów złącznych w Polsce – analiza sektora połączeń śrubowych

W obliczu nadchodzących targów SchraubTec w Katowicach przedstawiamy kompleksową analizę polskiego rynku elementów złącznych.

Naukowcy przetestowali różne metody odzyskiwania magnesów: od delikatnego mechanicznego usuwania po zastosowanie specjalistycznych pras hydraulicznych. W efekcie tych prac opracowano praktyczną metodę, która pozwala odzyskać magnesy z minimalnym uszkodzeniem, umożliwiając ich ponowne wykorzystanie w nowych silnikach.

Projektowanie dla przyszłości

Najważniejszym odkryciem projektu ZIRKEL jest jednak zrozumienie, że prawdziwa gospodarka obiegu zamkniętego musi zacząć się już na etapie projektowania produktu. Nie wystarczy myśleć o recyklingu dopiero wtedy, gdy produkt kończy swój żywot – trzeba planować jego drugie życie już podczas tworzenia pierwszych szkiców.

Opracowany system demontażu przeszedł pełną drogę od komputerowego planowania (CAD) przez automatyczne wykrywanie elementów złącznych, aż po eksperymentalne przetwarzanie materiałów magnetycznych. Każdy etap został zoptymalizowany pod kątem efektywności ekonomicznej i technologicznej.

Opracowane rozwiązanie ma tę zaletę, że jest adaptacyjne, co znacznie skraca czas konfiguracji. Demontaż może być teraz przeprowadzany niezależnie od zastosowanego połączenia. Jedynym wymogiem jest jednokrotne zaprogramowanie łba śruby. Co ważne, można zaprogramować dowolną liczbę łbów śruby. Co również istotne, dla poprawnego działania tego rozwiązania wystarczające będą niedrogie kamery stereoskopowe.

Projekt ZIRKEL dowodzi, że gospodarka obiegu zamkniętego w elektromobilności nie jest tylko ekologicznym snem, ale realną możliwością – pod warunkiem, że zaczniemy myśleć o końcu życia produktu już w momencie jego narodzin.

źródło: Fraunhofer IWU