Beitrag zur Planung flexibel automatisierter Demontagesysteme für komplexe Gebrauchsgüter am Beispiel Bildschirmgerät

Abstract

Die innerhalb der EU anfallende Menge an Elektronikschrott wird auf einen zweistelligen Millionenbetrag an Jahrestonnen geschätzt, der sich binnen ein bis zwei Dekaden verdoppelt. Aus diesem Grund soll die ökologisch wirksame Kreislaufführung elektronischer Produkte forciert werden. Ein Teilaspekt dieser Kreislaufführung liegt innerhalb der Demontage der Produkte, welche sich als Transformationsprozess versteht, dessen materielle Eingangsgröße ein Vielstoffprodukt ist und dessen Ausgangsgrößen Fraktionen bilden, die nachgelagerten Prozessen zugeführt werden. Die momentan hauptsächlich manuellen Zerlegetätigkeiten sollen zukünftig automatisiert durchgeführt werden. Vor diesem Hintergrund ist das Ziel der vorliegenden Arbeit die Konzeption und Umsetzung einer roboterbasierten automatisierten Demontageanlage, welche aufgrund sensorischer Systeme zustandsflexibel den Zerlegeprozess steuert und dadurch den prozesssicheren Einsatz der Bewegungsautomaten gewährleistet. Als Demontageobjekte werden Bildschirmgeräte gewählt. Die zu demontierenden Produkte werden einer Analyse hinsichtlich Aufbau und manuellem Demontageprozess unterzogen. Mit der Methodik des Teileverbindungsgraphen werden erste Randparameter und Zerlegesequenzen einer automatisierten Demontage identifiziert. Eine Untersuchung des Masse-Zeit-Verhältnisses bei der Bildschirmgerätezerlegung zeigt, dass aus wirtschaftlichen Gründen die Demontage mit dem Herauslösen der Bildröhre enden sollte. Mit den Mitteln der Konfigurations-, Aktions-, und Layoutplanung werden zwei Anlagenvarianten konzipiert. Die Auswahl einer Variante erfolgt vor dem Hintergrund der prozesssicheren Handhabung der Bildröhre und kürzerer Prozessnebenzeiten. Abschließend wird die Umsetzung des Konzeptes dargestellt. Dabei wird insbesondere auf die eingesetzte Sensorik, die gewählte Steuerungsstruktur und die Aktorik eingegangen. Das Zusammenspiel der Komponenten wird durch Beschreibung eines Demontageablaufes dokumentiert. Die innerhalb der EU anfallende Menge an Elektronikschrott wird auf einen zweistelligen Millionenbetrag an Jahrestonnen geschätzt, der sich binnen ein bis zwei Dekaden verdoppelt. Aus diesem Grund soll die ökologisch wirksame Kreislaufführung elektronischer Produkte forciert werden. Ein Teilaspekt dieser Kreislaufführung liegt innerhalb der Demontage der Produkte, welche sich als Transformationsprozess versteht, dessen materielle Eingangsgröße ein Vielstoffprodukt ist und dessen Ausgangsgrößen Fraktionen bilden, die nachgelagerten Prozessen zugeführt werden. Die momentan hauptsächlich manuellen Zerlegetätigkeiten sollen zukünftig automatisiert durchgeführt werden. Vor diesem Hintergrund ist das Ziel der vorliegenden Arbeit die Konzeption und Umsetzung einer roboterbasierten automatisierten Demontageanlage, welche aufgrund sensorischer Systeme zustandsflexibel den Zerlegeprozess steuert und dadurch den prozesssicheren Einsatz der Bewegungsautomaten gewährleistet. Als Demontageobjekte werden Bildschirmgeräte gewählt. Die zu demontierenden Produkte werden einer Analyse hinsichtlich Aufbau und manuellem Demontageprozess unterzogen. Mit der Methodik des Teileverbindungsgraphen werden erste Randparameter und Zerlegesequenzen einer automatisierten Demontage identifiziert. Eine Untersuchung des Masse-Zeit-Verhältnisses bei der Bildschirmgerätezerlegung zeigt, dass aus wirtschaftlichen Gründen die Demontage mit dem Herauslösen der Bildröhre enden sollte. Mit den Mitteln der Konfigurations-, Aktions-, und Layoutplanung werden zwei Anlagenvarianten konzipiert. Die Auswahl einer Variante erfolgt vor dem Hintergrund der prozesssicheren Handhabung der Bildröhre und kürzerer Prozessnebenzeiten. Abschließend wird die Umsetzung des Konzeptes dargestellt. Dabei wird insbesondere auf die eingesetzte Sensorik, die gewählte Steuerungsstruktur und die Aktorik eingegangen. Das Zusammenspiel der Komponenten wird durch Beschreibung eines Demontageablaufes dokumentiert.

Within the European Union the annual amount of waste from electrical and electronic products (WEEE) is estimated on a two digit million ton amount, which is predicted to double in the next one to two decades. For that reason the circuitry of electronic products in the closed loop economy is accelerated. One aspect of this circuitry is the disassembly of the products, which reflects a transformation process: The input of this process is product consisting of a variety of materials; the output are fractions and components which feed downstream processes. At the moment disassembly processes are mainly performed manually, in future those processes shall be automized. The aim of this work is to concept and to realize an automated robot based disassembly cell, which is due to sensor systems capable of flexible dismantling. Objects of demonstration are TV-sets. The TV-sets are analyzed concerning their structure and manual disassembly. With the help of the subassembly junction graph automated disassembly sequences are generated. The analysis of the mass / time proportion for TV-set disassembly shows, that the process should stop, when the cathode ray tube (CRT) is unhinged. With the help of configuration-, action-, and layout planing two versions for the disassembly cell are conceived. The version, which is more suited in handling the CRT and moreover has lower auxiliary process time is implemented. The mode of functioning is verified by describing an automated disassembly procedure.