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9 Kreislaufwirtschaft, Recycling und Demontage
Produktionstechnik II VL 12: Kreislaufwirtschaft, Recycling und Demontage 9 Kreislaufwirtschaft, Recycling und Demontage 9 Kreislaufwirtschaft, Recycling und Demontage 9.1 Kreislaufwirtschaft 9.1.1 Einführung in die Kreislaufwirtschaft 9.1.2 Bausteine der Kreislaufwirtschaft 9.1.3 Realisierung der Kreislaufwirtschaft 9.2 Recycling 9.2.1 Definition und Abgrenzung 9.2.2 Recyclingverfahren 9.3 Demontage 9.3.1 Grundlagen der Demontagetechnik 9.3.2 Demontagesysteme 9.3.3 Sonderforschungsbereich 281 „Demontagefabriken“ Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann Technische Universität Berlin Produktionstechnik II VL 12: Kreislaufwirtschaft, Recycling und Demontage Entwicklung der Kreislaufwirtschaft aus der Durchlaufwirtschaft I Durchlaufwirtschaft Umwelt Quelle Input Ökonomie natürliche Ressourcen Output Senke gasförmige, flüssige, feste Emissionen Quelle: D. Haasis Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann Technische Universität Berlin Produktionstechnik II VL 12: Kreislaufwirtschaft, Recycling und Demontage Entwicklung der Kreislaufwirtschaft aus der Durchlaufwirtschaft II Kreislaufwirtschaft Umwelt Quelle natürliche Ressourcen Input Ökonomie Output KrW Senke gasförmige, flüssige, feste Emissionen Altprodukte, Baugruppen, Bauteile, Materialien etc. Quelle: D. Haasis Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann Technische Universität Berlin Produktionstechnik II VL 12: Kreislaufwirtschaft, Recycling und Demontage Motivation und Randbedingungen Gesetzlicher Rahmen Technisch-wirtchaftlischer Rahmen Gesetze: Kreislaufwirtschaftsgesetz Verordnungen: Altautoverordnung, Informationstechnikverordnung Techn. Anleitungen: TA Siedlungsabfall Steigende Produktion, kürzere Innovationszyklen Verfügbare Recyclingtechnologien Recycling- und Demontageprozesskosten Erlöse für Sekundärmaterialien und wiederverwendbare Bauteile Kostensteigerung zur umweltverträglichen Beseitigung Ökologische Sensibilisierung der Bevölkerung Verknappung von Ressourcen Ursachen für die zunehmende Bedeutung der Einführung der Kreislaufwirtschaft Quelle: K. Feldmann, M. Geiger Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann Technische Universität Berlin Produktionstechnik II VL 12: Kreislaufwirtschaft, Recycling und Demontage Gesetze und Verordnungen Gesetz, Verordnung Abkürzung Stand Kreislaufwirtschafts- und Abfallgesetzt KrW-/AbfG 09/94 Bestimmungsverordnung besonders überwachungsbedürftige Abfälle Bestbü 09/96 Nachweisverordnung NachwV 09/96 Abfallwirtschaftskonzept und -bilanzverordnung AbfKoBiV 09/96 Altfahrzeug-Verordnung 09/00 Altölverordnung AltölV 10/87 Verpackungsverordnung VerpackVO 10/93 Landeswirtschrats- und Altlastengesetz LAbfWAG 04/98 Quelle: BMU: Bundesministerium für Umwelt Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann Technische Universität Berlin Produktionstechnik II VL 12: Kreislaufwirtschaft, Recycling und Demontage Forschungsfelder der Kreislaufwirtschaft Werkstoffherstellung Teile- / Baugruppenfertigung Rohstoffgewinnung Montage Organisation und Qualitätssicherung Sekundärrohstoff / stoffliche Verwertung Deponierung, thermische Verwertung Gebrauch Demontage, Aufbereitung, Wartung Quelle: R. Jünemann Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann Technische Universität Berlin Produktionstechnik II VL 12: Kreislaufwirtschaft, Recycling und Demontage Arbeitsfelder der industriellen Kreislaufwirtschaft Entwicklung systemanalytischer Werkzeuge Entwicklung von Organisations- und Logistikstrukturen Entwicklung von Analyse-, Planungs- und Bewertungsmodellen Kreislaufführung auf der Rohstoffebene Aufbereitung zu Sekundärrohstoffen Identifikation und Analyse störender Begleitstoffe Energetische Werkstoffe Kreislaufführung auf der Werkstoffebene Kreislauffähige Materialien und Werkstoffe Kriterien für Qualitätssicherung Kreislaufführung auf Produkt- und Bauteilebene Gestaltung lebensdauerverlängerter Bauteile und Produkte Gestaltung kreislauffähiger Bauteile und Produkte Demontage-, Sortier- und Aufbereitungstechnologien Qualitätssicherung auf der Bauteilebene Entsorgung Thermische Behandlung Deponierung Quelle: R. Jünemann Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann Technische Universität Berlin Produktionstechnik II VL 12: Kreislaufwirtschaft, Recycling und Demontage Darstellung der Stoff-, Energie-, und Informationsflüsse in der KrW Bedürfnis Abfall Recycling Primärressourcen Design/ Konstruktion Sekundärstoffe Abfall Recycling Produktion Abfall Erfassung Primärressourcen Abfall Abfall Erfassung Alt-Produkte Nutzung/Bedürfnisbefriedigung Informationsfluss Stoff- und Energiefluss Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann Technische Universität Berlin Produktionstechnik II VL 12: Kreislaufwirtschaft, Recycling und Demontage Akteure der Kreislaufwirtschaft Gesellschaftliche Rahmen, Kontrollmechanismen Kontrolle Hersteller Kontrolle Produkt Handel Kontrolle Produkt Verbraucher Kontrolle Altgerät Entsorger Kreislaufführung von Geräten, Komponenten, Materialien Öffentlichkeit Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann Technische Universität Berlin Produktionstechnik II VL 12: Kreislaufwirtschaft, Recycling und Demontage Anzahl zu entsorgender technischer Konsumgüter in der BRD 1997 Altfahrzeuge Beleuchtungskörper Haushaltkleingeräte Elektrische und elektronische Kleingeräte Büro- und Kommunikationstechnik HiFi-, Stereo- und Videogeräte Fernseher Wäschetrockner Waschmaschinen Elektroherde, Mikrowellengeräte Geschirrspüler Kühl- und Gefriergeräte sonstige 2 4 6 8 Mio. Quelle: ZVEI, prognos, Stat. BA, Sfb281 B1 Bericht Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann Technische Universität Berlin Produktionstechnik II VL 12: Kreislaufwirtschaft, Recycling und Demontage Umsetzung der Kreislaufwirtschaft Gesetze / Verordnungen, Konsequenzen, Pflichten, Maßnahmen, Lösungen Methodenbaukasten zur Umsetzung der Kreislaufwirtschaft Gesetze und Verordnungen KrW-/ AbfG EAKV Bestü AbfV Handlungsanleitungen Leitfaden für verschiedene Branchen Auditierung u. Beratung Bestü VAbfV TgV AbfKo BiV NachwV EfBV (RL) Problemevaluierung Zusammenführung der Pflichten und der Anforderungen mit den Lösungen des Modellbaukastens Sofortmaßnahmen Lösungen Hilfsmittel KrWKonzept Referenzmodell Umsetzung d. Probleme Quelle: Fraunhofer IPA Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann Technische Universität Berlin Produktionstechnik II VL 12: Kreislaufwirtschaft, Recycling und Demontage Vorgehensweise bei der Umsetzung der KrW Gemeinsame Rahmenfixierung: Definierte Ziele und Rahmenfestlegung Analyse: Abbildung des Ist-Zustandes im Unternehmen Abgleich der Ist-Situation mit den neuen Anforderungen des Gesetzgebers Bewertung und und Feststellung der neuen Anforderungen an das Unternehmen Berücksichtigungen: Sowohl die interne Kreiswirtschaftsunternehmensphilosophien sowie externe Lösungen (Verbandslösungen) und die Vorlagen des Umwelt- /Kreislaufmanagements Schulung und Training der Kreislaufwirtschaftsverantwortlichen Quelle: D. Haasis Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann Technische Universität Berlin Produktionstechnik II VL 12: Kreislaufwirtschaft, Recycling und Demontage Produktionstrends zur Umsetzung der Kreislaufführung Modularer Produktaufbau Verwendung standardisierter Komponenten Hochrüstbarkeit des Produktes Einsatz langlebiger Teile, Komponenten und Güter Verarbeitung qualitativ hochwertiger Teile und Komponenten Quelle: D. Haasis Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann Technische Universität Berlin Produktionstechnik II VL 12: Kreislaufwirtschaft, Recycling und Demontage 9 Kreislaufwirtschaft, Recycling und Demontage 9 Kreislaufwirtschaft, Recycling und Demontage 9.1 Kreislaufwirtschaft 9.1.1 Einführung in die Kreislaufwirtschaft 9.1.2 Bausteine der Kreislaufwirtschaft 9.1.3 Realisierung der Kreislaufwirtschaft 9.2 Recycling 9.2.1 Definition und Abgrenzung 9.2.2 Recyclingverfahren 9.3 Demontage 9.3.1 Grundlagen der Demontagetechnik 9.3.2 Demontagesysteme 9.3.3 Sonderforschungsbereich 281 „Demontagefabriken“ Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann Technische Universität Berlin Produktionstechnik II VL 12: Kreislaufwirtschaft, Recycling und Demontage Recycling Definition Recycling ist die erneute Verwendung oder Verwertung von Produkten oder Teilen von Produkten in Form von Kreisläufen. Recycling umfasst Physische Erfassung der Rückstände, Trennung und Aufbereitung recyclingfähiger Substanzen bzw. Verdichtung der Energiearten, Transport zur Einsatzstelle und Eingabe als Input eines Prozesses. Systematisches Recycling verlangt planerische, organisatorische und technische Voraussetzungen. Quelle: DIN 8592 Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann Technische Universität Berlin Produktionstechnik II VL 12: Kreislaufwirtschaft, Recycling und Demontage Recyclingprozess Vorbereitungsprozess - Erfassung - Sammlung - Transport - Vorsortierung - Kompaktierung Rückgewinnungsprozess Behandlungprozess - Zerstörungsfreie Demontage - Sortierung - Reinigung - Prüfung und Sortierung - Nacharbeitung - Remontage Aufarbeitungsprozess - Demontage - Zerkleinerung - Sortierung - Werkstofflich - Rohstofflich - Energetisch Aufbereitungsprozess Quelle: IWF, Montagetechnik Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann Technische Universität Berlin Produktionstechnik II VL 12: Kreislaufwirtschaft, Recycling und Demontage Recyclingarten Deponie u. Biosphäre Ressource Rohstoffgewinnung und -aufbereitung Produktionsabfallaufbereitung Überholung bzw. Aufbereitung Produktionsabfallrecycling Recycling während des Produktgebrauchs Produktion Produktgebrauch u./o. -verbrauch Altstoffrecycling Altstoffaufbereitung Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann Technische Universität Berlin Produktionstechnik II VL 12: Kreislaufwirtschaft, Recycling und Demontage Recyclingformen Recyclingformen Bauteilorientiert Materialorientiert Verwendung Verwertung gleicher geänderter Verwendungszweck Verwendungszweck Wiederverwendung Weiterverwendung gleicher Materialeinsatz geänderter Materialeinsatz Wiederverwertung Weiterverwertung Quelle: G. Kiesgen Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann Technische Universität Berlin Produktionstechnik II VL 12: Kreislaufwirtschaft, Recycling und Demontage Recyclingformen - Definitionen Wiederverwendung ist eine erneute Benutzung eines gebrauchten Produktes (Altprodukt) für den gleichen Verwendungszweck wie zuvor unter Nutzung seiner Gestalt ohne bzw. mit beschränkter Veränderung einiger Teile. Weiterverwendung ist eine erneute Benutzung eines gebrauchten Produktes (Altprodukt) für einen anderen Verwendungszweck, für den es ursprünglich nicht hergestellt ist. Sie kann unter Nutzung der Gestalt ohne bzw. mit beschränkter Veränderung des Produktes erfolgen. Dabei kann die erneute Benutzung für einen anderen (bestimmten) Verwendungszweck bereits bei der Herstellung des Produktes berücksichtigt worden sein. Wiederverwertung ist der wiederholte Einsatz von Altsoffen und Produktionsabfällen bzw. Hilfs- und Betriebsstoffen in einem gleichartigen wie dem durchlaufenen Prozess. Hierzu kann auch das chemische Recycling von Kunststoffen zur Gewinnung der Materialausgangsstoffe gezählt werden. Durch die Wiederverwertung entstehen aus den Ausgangsstoffen weitgehend gleichwertige Werkstoffe. Weiterverwertung ist der Einsatz von Altstoffen und Produktionsabfällen bzw. Hilfs- und Betriebsstoffen in einem von diesen noch nicht durchlaufenen Produktionsprozess. Durch die Weiterverwertung entstehen Werkstoffe oder Produkte mit anderen Eigenschaften (Sekundärwerkstoffe) und/oder anderer Gestalt. Hierzu gehört auch das chemische Recycling von Kunststoff. Quelle: VDI 2243 Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann Technische Universität Berlin Produktionstechnik II VL 12: Kreislaufwirtschaft, Recycling und Demontage Beispiele zum Recycling nach VDI 2243 Recyclingform Behandlungsprozess Wiederverwendung Aufarbeitung Weiterverwendung Beispiel Sekundäranwendung Nachfühlverpackung Schulbuchtausch gleiche Anwendung Mehrwegverpackung Wartung Kfz-Austauschmotoren Reifenrundneuerung Instandsetzung gleiche Anwendung Einkaufstüte Müllbeutel Senfglas Joghurtbecher Eisenbahnschwelle Altreifen Trinkglas Tiefkühlbox Zaunpfahl Kinderschaukel Recycling während des Produktgebrauchs Produktrecycling (Gestalt bleibt) Quelle: VDI 2243 Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann Technische Universität Berlin Produktionstechnik II VL 12: Kreislaufwirtschaft, Recycling und Demontage Beispiele zum Recycling nach VDI 2243 Recyclingform Behandlungsprozess Beispiel Sekundäranwendung Umschmelzen von Angüssen gleiche Anwendung Aufbereitung Thermoplaste Glas gleiche Anwendung Aufbereitung Stanzabfälle Teer aus Kokerei Stanzabfälle Automobilschrott gemischte Kunststoffe Kunststoffgehäuse Elastomere Balastgewicht Asphalt Kleinteile Baustahl Schallschutz Innenkotflügel Sportplatzbelag Chemisches Recycling Altkunststoffe und Altöl aufspalten neue Polymerisation Wiederverwertung Aufbereitung Weiterverwertung Produktionsabfallrecycling Altstoffrecycling Materialrecycling (Gestalt wird aufgelöst) Quelle: VDI 2243 Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann Technische Universität Berlin Produktionstechnik II VL 12: Kreislaufwirtschaft, Recycling und Demontage Recyclingkreisprozesse und Recyclingformen in der Wertschöpfungskette Eventuelle zukünftige Nutzung Weiterverwertung von Stoffen Sekundärrohstoffe Sekundär- Koppelgrundstoffe produkte Gewinnung Ressource Erzeugung Rohstoff Formgebung Verarbeitung Grundstoff Werkstoff Bauteil Produktions abfallrecycling Produktabfallrecycling Recycling während des Produktgebrauchs Altstoffrecycling Wieder-/ Weiterverwendung von Produkten Montage Endlagerung Nutzung Produkt Demontage Altprodukt Altbauteil Deponie Entsorgung Wieder-/ Weiterverwendung von Bauteilen Wiederverwertung von Stoffen Quelle: G. Kiesgen Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann Technische Universität Berlin Produktionstechnik II VL 12: Kreislaufwirtschaft, Recycling und Demontage Recyclingverfahren Thermische Verfahren Zerkleinerungsverfahren (Schreddern) Verfahren der Klassierung Verfahren der Sortierung Pyrolyse Hammermühlen Siebklassierung Kunststoffidentif. und -sortierung Röntgenfluoereszenanalyse Metallurgische Verfahren Schneidmühlen und Rotorscheren Stromklassierung Magnetscheidung Gaschromatographie Hydrierung Prallmühlen Dichtesortierung Massenentspetroskopie Elektrosortierung Kugel- und Kaskadenmühlen Vibrosortierung Laserpyrolyse mit Spektroskopie Flotation Klauben Röntgenbeugung Sortierung der Schredderrückstände Reflexionsspektroskopie Quelle: IWF, Montagetechnik Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann Technische Universität Berlin Produktionstechnik II VL 12: Kreislaufwirtschaft, Recycling und Demontage Thermisches Recycling: Pyrolyse Pyrolysereaktor Pyrolysekorb mit Wägezelle Definition Als Pyrolyse wird die Zersetzung von festen oder flüssigen Stoffen bei hohen Temperaturen (400 - 700°C) unter Sauerstoffausschluss bezeichnet. Pyrolysegut mit Thermoelementbaum Heißgasstrom Einsatzgebiete Cracking von Benzin Behandlung von Klärschlamm Energetische Behandlung von Biomasse Pyrolysegas Quelle: IKET, Institut für Kern- und Energietechnik Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann Technische Universität Berlin Produktionstechnik II VL 12: Kreislaufwirtschaft, Recycling und Demontage Schreddern: Hammermühle Schnell umlaufende Rotoren, auf denen bewegliche Hämmer befestigt sind Roststab Rotor Schlaghammer Messerbrücke Schwingklappe Schrottauslauf Zerschlagen des Zerkleinerungsguts durch rotierende Hämmer Zerdrücken des Zerkleinerungsguts an den Begrenzungen des Mahlraumes Einsatzgebiete Zerkleinerung von weichen, elastischen und faserigen Stoffen, vor allem Kunststoffen Quelle: Thomé, 1992 Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann Technische Universität Berlin Produktionstechnik II VL 12: Kreislaufwirtschaft, Recycling und Demontage Schreddern: Schneidmühlen Schneidmesser Langsam rotierende Schneidwerkzeuge (Schneidmesser) Umfangsgeschwindigkeit zwischen 20 U/min und 60 U/min Zerkleinerungswirkung durch Schneid- und Scherwirkung der Schneidwerkzeuge Auswechselbare Schneidwerkzeuge Einsatzgebiete Zerkleinerung von weichen, elastischen und faserigen Stoffen, vor allem Kunststoffen Siebrost Quelle: Thomé, 1992 Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann Technische Universität Berlin Produktionstechnik II VL 12: Kreislaufwirtschaft, Recycling und Demontage Schreddern: Prallmühlen Prallwerke Rotierende Walze mit austauschbaren, fest sitzenden Zerkleinerungswerkzeugen (Schlagleisten) Hohe Umfangsgeschwindigkeit Prallwerke mit schwingender Verlagerung Ggf. Austragsrost (Mahlbahn) Einsatzgebiete harte und mittelharte mineralische Stoffe, Verbundmaterialien wie z. B. armierter Beton Schlagleisten Quelle: Thomé, 1992 Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann Technische Universität Berlin Produktionstechnik II VL 12: Kreislaufwirtschaft, Recycling und Demontage Schreddern: Kugel- und Kaskadenmühlen Langsam drehende Trommel mit konisch geneigten Stirnwänden und Stahlkugeln im Inneren Umfangsgeschwindigkeit zwischen 14 U/min und 20 U/min Zerkleinerungswirkung durch Reib- und Walzvorgänge infolge der Relativbewegung zwischen Kugeln und Abfallbestandteilen Hoher Energiebedarf, Verschleiß der Mahlkugeln Starke Homogenisierung der Materialien Einsatzgebiet Hausmüll Quelle: Thomé, 1992 Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann Technische Universität Berlin Produktionstechnik II VL 12: Kreislaufwirtschaft, Recycling und Demontage Klassierungsverfahren: Siebklassierung Klassierung nach charakteristischer Länge mit Hilfe einer Trennfläche (Siebboden) Klassierung von Korngemischen nach der Korngröße (Stückgröße) Einsatzgebiete Gemischter Hausmüll Bioabfall und Kompost Quelle: Thomé, 1992 Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann Technische Universität Berlin Produktionstechnik II VL 12: Kreislaufwirtschaft, Recycling und Demontage Klassierungsverfahren: Stromklassierung Klassierung von Korngemischen nach der Sinkgeschwindigkeit in einem Trennmedium Hydrostromklassierung in einer Flüssigkeit als strömendes Medium Aerostromklassierung in einem Gas als strömendes Medium Einsatzgebiete Klärschlammentwässerung, Feinkornabtrennung bei Bauschuttaufbereitung, Grobstaubabtrennung bei der Rauchgasreinigung Feingut Ws Ws: Sinkgeschwindigkeit eines kugelförmigen Partikels V Grobgut G Querstromtrennung V Gegenstromtrennung Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann Technische Universität Berlin Quelle: Thomé, 1992 Produktionstechnik II VL 12: Kreislaufwirtschaft, Recycling und Demontage Sortierverfahren: Magnetscheidung Wirkprinzip: Magnetscheider nutzen die unterschiedliche Magnetisierbarkeit (magnetische Suszebilität) der Materialien. Im Spalt werden magnetische Feldstärken von 0,2 T bis 3,5 T erreicht. Die auf abzutrennende Teile wirkenden, magnetischen Kräfte müssen größer sein als die Summe der entgegengesetzt gerichteten äußeren Kraftkomponenten Fi : FM > Σ Fi. Magnet Magnet FM Überbandscheider Trommelscheider Quelle: Thomé, 1992 Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann Technische Universität Berlin Produktionstechnik II VL 12: Kreislaufwirtschaft, Recycling und Demontage Sortierverfahren: Elektrosortierung durch Wirbelstromscheidung Wirkprinzip: Bei der Wirbelstromscheidung wird in einem leitfähigen Partikel durch ein zeitlich veränderliches Magnetfeld ein Strom induziert. Dieser Strom erzeugt wiederum ein Magnetfeld, das dem erzeugenden Feld entgegengerichtet ist. Dadurch entsteht eine Kraftwirkung, die leitfähige Partikel aus dem Bereich der Feldwirkung beschleunigt. Metalle Polrad mit Abdeckung S N S Wirbelstromscheider Nicht-Metalle Quelle: Thomé, 1992 Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann Technische Universität Berlin Produktionstechnik II VL 12: Kreislaufwirtschaft, Recycling und Demontage Sortierverfahren: Flotation Zerkleinerung des Festgemisches Korngröße < 1 mm Mischlaufwerk Propellerrührer mit Hohlwelle Das Festgemisch wird in Wasser, bei löslichen Substanzen in gesättigter Mutterlauge eingetragen Luft SchaumSchöpfrad Schaum Der Aufschwemmung wird Flotationsmittel zugesetzt und ein Luftstrom durchgeleitet Schaum mit nichtbenetzbaren Teilchen Nichtbenetzbare Teilchen Der sich bildende Schaum enthält die abzutrennende Substanz (Nachbehandlung) Flotationsflüssigkeit Luftblasen Einsatzgebiet Papierrecycling Schlamm aus benetzbaren Teilchen Benezbare Teilchen Rührwerksflotationszelle Quelle: Thomé, 1992 Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann Technische Universität Berlin Produktionstechnik II VL 12: Kreislaufwirtschaft, Recycling und Demontage Sortierverfahren: Klauben Auswerteeinheit (Rechner) Ausnutzung stoffspezifischer physikalischer Eigenschaften (Glanz, Dielektrizitätskonstante, elektr. Widerstand, Strahlungsemission, -reflexion, -absorption) Trennvorrichtung Detektor Messung der phys. Eigenschaften anhand eines Multisensorensystems oder mehrerer Sensorensysteme Klassifizieren Abtrennen Einsatzgebiete Glas und Keramik Automatisches Klauben Quelle: Thomé, 1992 Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann Technische Universität Berlin Produktionstechnik II VL 12: Kreislaufwirtschaft, Recycling und Demontage 9 Kreislaufwirtschaft, Recycling und Demontage 9 Kreislaufwirtschaft, Recycling und Demontage 9.1 Kreislaufwirtschaft 9.1.1 Einführung in die Kreislaufwirtschaft 9.1.2 Bausteine der Kreislaufwirtschaft 9.1.3 Realisierung der Kreislaufwirtschaft 9.2 Recycling 9.2.1 Definition und Abgrenzung 9.2.2 Recyclingverfahren 9.3 Demontage 9.3.1 Grundlagen der Demontagetechnik 9.3.2 Demontagesysteme 9.3.3 Sonderforschungsbereich 281 „Demontagefabriken“ Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann Technische Universität Berlin Produktionstechnik II VL 12: Kreislaufwirtschaft, Recycling und Demontage Demontage Definition Demontage ist die Gesamtheit aller geplanten Vorgänge, die der Vereinzelung von Mehrkörpersystemen zu Baugruppen, Bauteilen und/oder formlosen Stoff durch Trennen dienen. Produktent- Produktion wicklung Distribution Nutzung Remontage Aufbereitung Rückführung Reinigen, Prüfen, Beseitigung Demontage Materialfluss Bearbeiten,.. Quellen: Sfb 281, DIN 8580 Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann Technische Universität Berlin Produktionstechnik II VL 12: Kreislaufwirtschaft, Recycling und Demontage Fertigungsverfahren der Demontage Fertigungsverfahren Urformen Umformen Trennen Fügen Beschichten Stoffeigenschaftsändern Zerteilen Spanen mit geometrisch bestimmten Schneiden Spanen mit geometrisch unbestimmten Schneiden Abtragen Zerlegen Reinigen zerstörungsfrei teilzerstörend zerstörend Quelle: DIN 8580 Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann Technische Universität Berlin Produktionstechnik II VL 12: Kreislaufwirtschaft, Recycling und Demontage Ziele Ziele und Arten der Demontage Wiedergewinnung von Materialien, Baugruppen und Bauteilen Reduzierung des Deponiebedarfs Schonung der natürlichen Ressourcen Isolierung von Wert- und Schadstoffen Demontage zerstörungsfreie Demontage schädigungsfreie Demontage schädigende Demontage zerstörende Demontage teilzerstörende Demontage Verbindungselemente zerstörende Demontage alle Bauteile zerstörende Demontage nicht alle Bauteile zerstörende Demontage Quelle: Spur Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann Technische Universität Berlin Produktionstechnik II VL 12: Kreislaufwirtschaft, Recycling und Demontage Zerstörungsgrad in der Demontage Verbindungselement Fügepartner unzerstört zerstört zerstörungsfreie Demontage teilzerstörende Demontage teilzerstörende Demont. mit Erhalt des Verb.-elementes zerstörende Demont. mit Zerstörung des Verb.-elem. unzerstört zerstört Quelle: Hentschel Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann Technische Universität Berlin Produktionstechnik II VL 12: Kreislaufwirtschaft, Recycling und Demontage Herausforderungen an die Demontage Nicht demontagegerecht gestaltete Produkte Teilweise sehr kleine Losgrößen Unbekannter Produktzustand Schwierige Datenbeschaffung Handhabung von biegeschlaffen Bauteilen Komplexe Bewegungen Lös- und unlösbare Verbindungen in einem System Zerstörungsfreie Gewinnung von verwendaren Bauteilen Schnelle Separation verwertbarer Materialien Entnahme umweltgefährdender Substanzen höchste Flexibilität für Demontagesysteme Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann Technische Universität Berlin Produktionstechnik II VL 12: Kreislaufwirtschaft, Recycling und Demontage Abgrenzung zur Montage Demontage logische Umkehrung der Montage Nicht demontagegerechte Konstruktion Verschmutzung Zerstörung Alterung Verschleiß Korrosion Die Vielfalt der erforderlichen Demontageprozesse ist höher als bei einer Montageanlage. In der Regel liegen keine oder nur unzureichende Produktinformationen vor. Es müssen nicht unbedingt alle möglichen Einzelteile zurückgewonnen werden, um die höchste Wertschöpfung zu erreichen. Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann Technische Universität Berlin Produktionstechnik II VL 12: Kreislaufwirtschaft, Recycling und Demontage Automatisierungsgrad manuell, ohne Werkzeug manuell geführtes Handwerkzeug manuell geführtes, mechanisiertes Werkzeug stationäres, mechanisiertes Werkzeug robotergeführtes, mechanisiertes Werkzeug Gegenwart selten häufig gelegentlich selten selten Zukunft gelegentlich selten gelegentlich gelegentlich häufig Quelle: Härtwig Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann Technische Universität Berlin Produktionstechnik II VL 12: Kreislaufwirtschaft, Recycling und Demontage Demontagesysteme in Abhängigkeit des Auftragsspektrums Jahresstückzahl pro Demontageprodukt DemontageTransferstrasse Demontagenetz Demontageinsel Demontagezelle Demontagezentrum programmierbare Demontagemaschine bedienbare Demontagemaschine manueller Demontagearbeitsplatz Anzahl verschiedener Demontageprodukte Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann Quelle: Spur Technische Universität Berlin Produktionstechnik II VL 12: Kreislaufwirtschaft, Recycling und Demontage Komponenten eines flexiblen Demontagesystems Demontageroboter Erkennungssystem Systemsteuerung Demontagesystem Kleinteileabführung Werkzeugwechsler Teileabfuhr Spannsystem Werkzeuge Quelle: Spur Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann Technische Universität Berlin Produktionstechnik II VL 12: Kreislaufwirtschaft, Recycling und Demontage Einflüsse auf ein Demontagesystem Demontageobjekt Demontageplanung Produkt, Baugruppe, Teil mit implizierter Aufgabenstellung Schaffung eines Systems mit dem erforderlichen Arbeitspotenzial Demontagemittel Komponenten mit Arbeitsvermögen zur Ausführung eines Demontagevorganges Demontagesystem Demontagesteuerung Koordinierung und Reglung des Ablaufs im Demontagesystem Demontagepersonal Demontageprozess Gruppe von Arbeitspersonen zur Ausführung manueller Demontagevorgänge gegliederte Abfolge von Teiloperationen zur Verrichtung der Demontageaufgabe materieller Einfluss dispositiver Einfluss operativer Einfluss Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann Quelle: Spur Technische Universität Berlin Produktionstechnik II VL 12: Kreislaufwirtschaft, Recycling und Demontage Zeitliche und örtliche Verkettung von Demontagesystemen Verkettung örtlich zeitlich automatisierte Systeme Einzelsysteme Handarbeitsplatz zentriert, personell - geringe Produktivität Demontage- Zelle maschine zentriert, zerntriert, operativ operativ - Komplexität der Demontageaufgabe begrenzt - hoher Nebenzeitenanteil schränkt Produktivität ein Transferprinzip Mehrzellensysteme Linie verkettet, sukzessiv Karree (Ring) verkettet, sukzessiv - feste Stationsreihenfolge - Werkstückträgerrücktransport - Gliederung Vor-/Hauptdemontage - gute Zugänglichkeit Fläche intermittierend stationär synchron kontinuierlich asynchron vernetzt, ganzheitlich - Stationsreihenfolge frei wählbar - hoher Stuerungsaufwand Quelle: Eversheim Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann Technische Universität Berlin Produktionstechnik II VL 12: Kreislaufwirtschaft, Recycling und Demontage Organisationsformen der Demontage Organisationsformen unbewegt an einer Station Ort der Demontage am ortsfesten Demontageobjekt Baustellendemotage Bewegung des Demontageobjekts ohne zeitliche Bindung zeitliche Bindung des Materialflusses mit zeitlicher Bindung Bewegungsart des Fördermittels kontinuierlich am ortsfesten Arbeitsplatz Einzelplatzdemontage bewegt zwischen den Stationen getaktet Bewegungszustand des Objekts während der Demontage Reihendemontage stationär stetig stationäre Fließdemontage kontinuierliche Fließdemontage Taktstraßendemontage Quelle: Hellwig, Spur Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann Technische Universität Berlin Produktionstechnik II VL 12: Kreislaufwirtschaft, Recycling und Demontage Sonderforschungsbereich 281 Demontagefabriken zur Rückgewinnung von Ressourcen in Produktund Materialkreisläufen A Verfahren und Werkzeuge - Technologieuntersuchungen, Analysen, Systematiken - Schnittstellendefinition, Verfahrensintegration - Entwicklung von Demontagewerkzeugen D B Logistik und Stadtentwicklung - Wechselwirkungen zwischen Demontagefabrik und Stadt - Netzwerkkonzepte für Demontagefabriken - Auslegung logistischer Systeme C Produktbewertung und Demontageplanung - Ökologisch-ökonomische Bewertung - Demontageplanung und -steuerung - Bewertung der Recyclinggerechtheit B A D Demontagegerechte Produktgestaltung - Demontagregerechte Produktgestaltung - Entwicklung einer informationstechnischen Infrastruktur - Entwicklung von Verbindungen und Aufstellen von Gestaltungsregeln C Quelle: Sfb 281 Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann Technische Universität Berlin Produktionstechnik II VL 12: Kreislaufwirtschaft, Recycling und Demontage Aufbau eines Pilot-Demontagsystems Layoutplanung Simulation Realisation Quelle: Sfb 281 Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann Technische Universität Berlin Produktionstechnik II VL 12: Kreislaufwirtschaft, Recycling und Demontage Integration von Verfahren und Werkzeugen Plasmaschmelzzerschneiden Trennzerschleifen Scherzerschneiden Trockeneisstrahlen Laserreinigen Schraubgreifer Nadelgreifer Spann-Igel-Greifer Spann-Manipulator Absaugeinrichtung Quelle: Sfb 281 Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann Technische Universität Berlin
