Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Fabrikbetrieb und -automatisierung IFF in Magdeburg wollen die Demontage von E-Schrott stärker automatisieren. Im Projekt „Idear“ sollen Wissensmanagement, Mess- und Robotertechnik sowie Künstliche Intelligenz für automatisierte und zerstörungsfreie Demontageprozesse kombiniert werden, um ein zertifizierbares und geschlossenes Abfallmanagementsystem zu etablieren.
„Wir wollen die Demontage von Elektroschrott revolutionieren. Aktuelle Lösungen sind mit hohem Engineering-Aufwand verbunden und beschränken sich auf eine bestimmte Produktgruppe“, erklärt Projektleiter José Saenz. Für spezifische Produkte bestehen in der Industrie zwar erste Lösungen für die automatisierte Demontage. Diese seien jedoch hochspezialisiert und nicht auf breitere Produktpaletten anwendbar, schränkt das IFF ein. So hat etwa Apple bereits vor einigen Jahren einen Roboter zur Demontage von Smartphones entwickelt. Dieser kann zwar hohe Stückzahlen verarbeiten, aber nur von den konzerneigenen I-Phone-Modellen.
Am IFF strebe man nun eine datengetriebene Methodik an, damit von PCs über Mikrowellen bis hin zu weißer Ware möglichst verschiedene Produkte mit geringem technischem Aufwand und in Echtzeit demontiert werden können, betont Saenz. Dabei sollen vor allem Roboter zum Einsatz kommen. Die größte Herausforderung stelle die hohe Varianz der Altgeräte bzw. Modelltypen dar, erläutert die Forschungseinrichtung. Klassische automatisierte Abläufe seien dann effizient, wenn diese über einen längeren Zeitraum repetitiv ausgeführt werden können und Bauteile und Baugruppen bekannt und in einem definierten Zustand sind. Für die Automation der Demontage von Altgeräten seien daher neue Ansätze erforderlich: Jedes Gerät müsse individuell befundet werden, um dann abhängig vom Zustand Demontageprozesse zu planen.
Die Robotik müsse außerdem in der Lage sein, komplexe Handlungen zum Teil auch zeitgleich auszuführen, heißt es weiter. Bisher könnten solchen Aufgaben nur durch menschliche Erfahrung und Kreativität gelöst werden. Manuelle Prozesse seien jedoch oft ineffizient und vor allem teuer, betont das Institut. Automatisierungslösungen sollen daher wertvolle Rohstoffe effizient und kostengünstig zurückgewinnen und gleichzeitig dem Fachkräftemangel entgegenwirken.
Um den Aufwand bei der Entwicklung der Maschinen zu reduzieren, sind die durchgängige Nutzung von Datenmodellen sowie die Entwicklung neuer KI-basierter Methoden und Robotik-Skills weitere Forschungsschwerpunkte in dem Projekt. „Wir streben eine datengetriebene Methodik an, damit möglichst verschiedene Produkte mit geringem Engineering-Aufwand demontiert werden können“, so Saenz.
Demontage von PCs zunächst im Fokus
Der Fokus der Wissenschaftler liegt dabei zunächst auf der Demontage von PCs. Diese würden einen hohen Materialwert im Verhältnis zur Produktgröße aufweisen und einen signifikanten Anteil des Elektroschrotts ausmachen, so das IFF. Am Beispielprodukt sollen verschiedene technologische Teilentwicklungen erprobt und weiter verfeinert werden.
Im ersten Schritt finde eine individuelle Befundung des Gerätes statt. Wichtige Verbindungselemente wie Schrauben, Nieten oder auch der Zustand des Produktes werden mit Kameras erfasst und durch KI bewertet, erklärt die Forschungseinrichtung. Im Ergebnis dieser Befundung seien die Positionen einzelner Schrauben und Bauteile sowie deren Zustände digital erfasst und produktindividuell abgespeichert.
Aus diesen Daten sowie verfügbaren Produktinformationen könne dann die Sequenz zur Beschreibung der Abfolge der notwendigen Demontageschritte sowie der dafür benötigten Werkzeuge erzeugt werden. Diese Sequenz überführen die Forscher in eine Handlungsabfolge für die Robotik. Die automatische Ausführung umfasse dabei jeweils den kompletten Teilprozess von der Aufnahme des für die Demontage nötigen Werkzeugs über das Lösen der Schrauben bis zur Ablage des entfernten Bauteils, so das IFF weiter. Je nach angestrebter Demontagetiefe ergebe sich ein iterativer Prozess aus Befundung, Sequenzanpassung und roboterbasierter Demontage. Um zu bestimmen, welche Demontagetiefe wirtschaftlich und ökologisch vorteilhaft ist, entwickeln die IFF-Forscher zudem neue Bewertungsmethoden, bei denen auch aktuelle Preise für Sekundärrohstoffe berücksichtigt werden sollen.
Um auf die produktbezogenen Daten durchgängig in allen Teilprozessen zugreifen zu können, baut man am IFF darüber hinaus eine Daten-Plattform auf, in der produkt- und anlagenbezogene Daten in Form standardisierter digitaler Zwillinge erfasst und verfügbar gemacht werden sollen. Mit dieser Wissensbasis könnten die während des Demontageprozesses gesammelten Daten weiterverwendet und auch Erfahrungen zur Demontage von Produkttypen mit einbezogen werden. Auf Basis abgeschlossener Demontagen könnten so weitere Prozesse mit gleichen Produkttypen optimiert werden, erklärt die Fraunhofer-Einrichtung. Die entwickelten Methoden sollen zudem auf andere Geräte und Zusammenhänge übertragbar sein.
Die Versuche mit den Teildemonstratoren für die Identifikation und Befundung von PCs, das Öffnen des Gehäuses und die Entnahme des Mainboards aus dem Gehäuse seien bisher erfolgreich verlaufen, berichtet das IFF. Daher werde bereits an der Entwicklung und Erprobung weiterer Demontageprozesse gearbeitet.
Die im Projekt entwickelten Methoden und technischen Fertigkeiten seien gut auf andere Produktarten und Produktgrößen übertragbar. Neben Bereichen, in denen aktuell vor allem das Recycling im Fokus stehe – wie z.B. bei „Weißer Ware“ – gebe es auch Produktarten, bei denen die Demontage zentral für Aufbereitung und Remanufacturing sei. Als Beispiel hierfür verweist das Institut auf Flugzeugturbinen.
