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Produktionstechnik II VL 12: Kreislaufwirtschaft, Recycling und Demontage
Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann
Technische Universität Berlin
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“
Produktionstechnik II VL 12: Kreislaufwirtschaft, Recycling und Demontage
Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann
Technische Universität Berlin
Entwicklung der Kreislaufwirtschaft aus der Durchlaufwirtschaft I
Ökonomie Quelle Input Output
Senke
Umwelt
natürliche
Ressourcen
gasförmige, flüssige,
feste Emissionen
Durchlaufwirtschaft
Quelle: D. Haasis
Produktionstechnik II VL 12: Kreislaufwirtschaft, Recycling und Demontage
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Technische Universität Berlin
Quelle Input Output
Senke
Umwelt
natürliche
Ressourcen
gasförmige, flüssige,
feste Emissionen
Altprodukte, Baugruppen,
Bauteile, Materialien etc.
Ökonomie
Entwicklung der Kreislaufwirtschaft aus der Durchlaufwirtschaft II
KrW
Kreislaufwirtschaft
Quelle: D. Haasis
Produktionstechnik II VL 12: Kreislaufwirtschaft, Recycling und Demontage
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Gesetze: Kreislauf-
wirtschaftsgesetz
Verordnungen: Altauto-
verordnung, Informations-
technikverordnung
Techn. Anleitungen: TA
Siedlungsabfall
Verfügbare Recycling-
technologien
Recycling- und De-
montageprozesskosten
Erlöse für Sekundär-
materialien und wieder-
verwendbare Bauteile
Gesetzlicher
Rahmen
Technisch-wirtchaft-
lischer Rahmen
Steigende Pro-
duktion, kürzere
Innovationszyklen
Kostensteigerung
zur umweltverträg-
lichen Beseitigung
Ökologische
Sensibilisierung
der Bevölkerung
Verknappung
von Ressourcen
Motivation und Randbedingungen
Ursachen für die zunehmende Bedeutung der Einführung der Kreislaufwirtschaft
Quelle: K. Feldmann, M. Geiger
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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
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Forschungsfelder der Kreislaufwirtschaft
Werkstoff-
herstellung
Deponierung,
thermische
Verwertung
Sekundärroh-
stoff / stoffliche
Verwertung
Rohstoff-
gewinnung
Teile- /
Baugruppen-
fertigung
Demontage,
Aufbereitung,
Wartung
Gebrauch
Montage
Organisation und
Qualitätssicherung
Quelle: R. Jünemann
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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
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Darstellung der Stoff-, Energie-, und Informationsflüsse in der KrW
Recycling
Design/
Konstruktion
Bedürfnis
Abfall
Erfassung
Abfall
Nutzung/Bedürfnis-
befriedigung
Produktion
Alt-Produkte
Recycling
Erfassung
Primär-
ressourcen
Primär-
ressourcen Abfall
Abfall
Abfall
Informationsfluss
Stoff- und Energiefluss
Sekundärstoffe
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Hersteller Handel Verbraucher Entsorger
Gesellschaftliche Rahmen, Kontrollmechanismen
Öffentlichkeit
Kontrolle
Produkt Produkt Altgerät
Kreislaufführung von Geräten, Komponenten, Materialien
Akteure der Kreislaufwirtschaft
Kontrolle Kontrolle Kontrolle
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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
8 Mio. 6 4 2
Quelle: ZVEI, prognos, Stat. BA, Sfb281 B1 Bericht
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Umsetzung der Kreislaufwirtschaft
KrW-/
AbfG EAKV
Bestü
AbfV NachwV TgV
AbfKo
BiV
Bestü
VAbfV
EfBV
(RL)
Zusammenführung der Pflichten
und der Anforderungen mit den
Lösungen des Modellbaukastens
Handlungs-
anleitungen
Auditierung
u. Beratung Referenz-
modell
KrW-
Konzept
Umsetzung
d. Probleme
Sofortmaß-
nahmen
Problem-
evaluierung
Leitfaden für
verschiedene
Branchen
Hilfsmittel Lösungen
Methodenbaukasten zur Umsetzung der Kreislaufwirtschaft
Gesetze und Verordnungen
Gesetze / Verordnungen, Konsequenzen,
Pflichten, Maßnahmen, Lösungen
Quelle: Fraunhofer IPA
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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 Kreiswirtschaftsunternehmens-
philosophien sowie externe Lösungen (Verbandslösungen) und die
Vorlagen des Umwelt- /Kreislaufmanagements
Schulung und Training der Kreislaufwirtschaftsverantwortlichen
Quelle: D. Haasis
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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
Produktionstechnik II VL 12: Kreislaufwirtschaft, Recycling und Demontage
Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann
Technische Universität Berlin
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“
Produktionstechnik II VL 12: Kreislaufwirtschaft, Recycling und Demontage
Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann
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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
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Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann
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Recyclingprozess
Vorbereitungs-
prozess
- Erfassung
- Sammlung
- Transport
- Vorsortierung
- Kompaktierung
Behandlung-
prozess
Rückgewinnungs-
prozess
Aufarbei-
tungs-
prozess
- Zerstörungsfreie
Demontage
- Sortierung
- Demontage
- Zerkleinerung
- Sortierung
Aufberei-
tungs-
prozess
Quelle: IWF, Montagetechnik
- Reinigung
- Prüfung und
Sortierung
- Nacharbeitung
- Remontage
- Werkstofflich
- Rohstofflich
- Energetisch
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Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann
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Recyclingarten
Ressource
Produktge-
brauch u./o.
-verbrauch Produktion
Rohstoffge-
winnung und
-aufbereitung
Überholung
bzw.
Aufbereitung
Produktions-
abfall-
aufbereitung
Deponie u.
Biosphäre
Altstoff-
aufbereitung
Produktionsabfall-
recycling
Recycling während
des Produktgebrauchs
Altstoffrecycling
Produktionstechnik II VL 12: Kreislaufwirtschaft, Recycling und Demontage
Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann
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Recyclingformen
Recyclingformen
Materialorientiert
Verwertung
gleicher
Materialeinsatz
geänderter
Materialeinsatz
Wiederverwertung Weiterverwertung
Quelle: G. Kiesgen
Bauteilorientiert
Verwendung
gleicher
Verwendungszweck
geänderter
Verwendungszweck
Wiederverwendung Weiterverwendung
Produktionstechnik II VL 12: Kreislaufwirtschaft, Recycling und Demontage
Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann
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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
Produktionstechnik II VL 12: Kreislaufwirtschaft, Recycling und Demontage
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Technische Universität Berlin
Recycling während des Produktgebrauchs
Produktrecycling (Gestalt bleibt)
Beispiele zum Recycling nach VDI 2243
gleiche
Anwendung
Mehrwegverpackung
Wartung
Kfz-Austauschmotoren
Reifenrundneuerung
Instandsetzung
Aufarbeitung
Müllbeutel
Trinkglas
Tiefkühlbox
Zaunpfahl
Kinderschaukel
Einkaufstüte
Senfglas
Joghurtbecher
Eisenbahnschwelle
Altreifen
Weiterver-
wendung
gleiche
Anwendung
Nachfühlverpackung
Schulbuchtausch
Wiederver-
wendung
Sekundär-
anwendung
Beispiel Behandlungs-
prozess
Recycling-
form
Quelle: VDI 2243
Produktionstechnik II VL 12: Kreislaufwirtschaft, Recycling und Demontage
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Technische Universität Berlin
Produktionsabfallrecycling
Altstoffrecycling
Materialrecycling (Gestalt wird aufgelöst)
neue Poly-
merisation
Altkunststoffe und
Altöl aufspalten
Chemisches
Recycling
Balastgewicht
Asphalt
Kleinteile
Baustahl
Schallschutz
Innenkotflügel
Sportplatzbelag
Stanzabfälle
Teer aus Kokerei
Stanzabfälle
Automobilschrott
gemischte Kunststoffe
Kunststoffgehäuse
Elastomere
Aufbereitung Weiterver-
wertung
gleiche
Anwendung
gleiche
Anwendung
Umschmelzen von
Angüssen
Aufbereitung
Thermoplaste
Glas
Aufbereitung
Wiederver-
wertung
Sekundär-
anwendung
Beispiel Behandlungs-
prozess
Recycling-
form
Beispiele zum Recycling nach VDI 2243
Quelle: VDI 2243
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Recyclingkreisprozesse und Recyclingformen in der
Wertschöpfungskette
Ressource Grundstoff Werkstoff Bauteil Produkt Altprodukt Altbauteil Rohstoff Deponie
Entsorgung
Eventuelle zukünftige Nutzung
Nutzung
Wieder-/ Weiterverwendung
von Produkten Koppel-
produkte
Form-
gebung
Endlagerung Demontage Montage Verarbeitung Erzeugung Gewinnung
Wieder-/ Weiterverwendung
von Bauteilen
Produktions
abfall-
recycling
Produktabfallrecycling
Recycling während des
Produktgebrauchs
Sekundär-
rohstoffe
Weiterverwertung von Stoffen
Wiederverwertung von Stoffen
Altstoffrecycling
Sekundär-
grundstoffe
Quelle: G. Kiesgen
Produktionstechnik II VL 12: Kreislaufwirtschaft, Recycling und Demontage
Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann
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Recyclingverfahren
Verfahren der
Klassierung
Siebklassierung
Stromklassierung
Thermische
Verfahren
Metallurgische
Verfahren
Pyrolyse
Hydrierung
Zerkleinerungs-
verfahren
(Schreddern)
Schneidmühlen und
Rotorscheren
Hammermühlen
Prallmühlen
Kugel- und
Kaskadenmühlen
Verfahren der
Sortierung
Magnetscheidung
Dichtesortierung
Sortierung der
Schredderrückstände
Elektrosortierung
Vibrosortierung
Klauben
Flotation
Kunststoffidentif.
und -sortierung
Laserpyrolyse
mit Spektroskopie
Gas-
chromatographie
Röntgenfluoere-
szenanalyse
Massenent-
spetroskopie
Reflexions-
spektroskopie
Röntgen-
beugung
Quelle: IWF, Montagetechnik
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Thermisches Recycling: Pyrolyse
Pyrolysereaktor
Pyrolysekorb mit
Wägezelle
Pyrolysegut mit
Thermoelementbaum
Heißgasstrom
Pyrolysegas
Definition
Als Pyrolyse wird die Zersetzung von festen
oder flüssigen Stoffen bei hohen Temperaturen
(400 - 700°C) unter Sauerstoffausschluss
bezeichnet.
Einsatzgebiete
Cracking von Benzin
Behandlung von Klärschlamm
Energetische Behandlung von Biomasse
Quelle: IKET, Institut für Kern- und Energietechnik
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Schreddern: Hammermühle
Roststab Rotor
Schlag-
hammer
Messer-
brücke
Schwingklappe
Schrottauslauf
Quelle: Thomé, 1992
Schnell umlaufende Rotoren, auf denen
bewegliche Hämmer befestigt sind
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
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Schreddern: Schneidmühlen
Schneidmesser
Siebrost
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
Quelle: Thomé, 1992
Produktionstechnik II VL 12: Kreislaufwirtschaft, Recycling und Demontage
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Technische Universität Berlin
Schreddern: Prallmühlen
Prallwerke
Schlagleisten
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
Quelle: Thomé, 1992
Produktionstechnik II VL 12: Kreislaufwirtschaft, Recycling und Demontage
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Technische Universität Berlin
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 Walz-
vorgänge infolge der Relativbewegung zwischen
Kugeln und Abfallbestandteilen
Hoher Energiebedarf, Verschleiß der Mahlkugeln
Starke Homogenisierung der Materialien
Einsatzgebiet
Hausmüll
Quelle: Thomé, 1992
Produktionstechnik II VL 12: Kreislaufwirtschaft, Recycling und Demontage
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Technische Universität Berlin
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
Klassierungsverfahren: Siebklassierung
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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
Ws: Sinkgeschwindigkeit eines
kugelförmigen Partikels
V
Grobgut
Ws
Feingut
Gegenstromtrennung
Querstromtrennung
V
G
Quelle: Thomé, 1992
Produktionstechnik II VL 12: Kreislaufwirtschaft, Recycling und Demontage
Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann
Technische Universität Berlin
Sortierverfahren: Magnetscheidung
Trommelscheider
Magnet
Überbandscheider
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
FM
Quelle: Thomé, 1992
Produktionstechnik II VL 12: Kreislaufwirtschaft, Recycling und Demontage
Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann
Technische Universität Berlin
Sortierverfahren: Elektrosortierung durch Wirbelstromscheidung
Nicht-Metalle
Metalle
S SN
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.
Wirbelstromscheider
Polrad mit Abdeckung
Quelle: Thomé, 1992
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Technische Universität Berlin
Sortierverfahren: Flotation
Schlamm aus
benetzbaren
Teilchen
Schaum mit
nichtbenetz-
baren Teilchen
Schaum-
Schöpfrad
Propellerrührer
mit Hohlwelle
Luft
Misch-
laufwerk
Luftblasen
Schaum
Benezbare
Teilchen
Nicht-
benetzbare
Teilchen
Flotations-
flüssigkeit
Zerkleinerung des Festgemisches
Korngröße < 1 mm
Das Festgemisch wird in Wasser, bei
löslichen Substanzen in gesättigter
Mutterlauge eingetragen
Der Aufschwemmung wird Flotationsmittel
zugesetzt und ein Luftstrom durchgeleitet
Der sich bildende Schaum enthält die
abzutrennende Substanz
(Nachbehandlung)
Einsatzgebiet
Papierrecycling
Rührwerksflotationszelle
Quelle: Thomé, 1992
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Technische Universität Berlin
Sortierverfahren: Klauben
Ausnutzung stoffspezifischer
physikalischer Eigenschaften (Glanz,
Dielektrizitätskonstante, elektr.
Widerstand, Strahlungsemission,
-reflexion, -absorption)
Messung der phys. Eigenschaften
anhand eines Multisensorensystems oder
mehrerer Sensorensysteme
Klassifizieren
Abtrennen
Einsatzgebiete
Glas und Keramik
Auswerteeinheit
(Rechner)
Trennvorrichtung Detektor
Automatisches Klauben
Quelle: Thomé, 1992
Produktionstechnik II VL 12: Kreislaufwirtschaft, Recycling und Demontage
Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann
Technische Universität Berlin
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“
Produktionstechnik II VL 12: Kreislaufwirtschaft, Recycling und Demontage
Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann
Technische Universität Berlin
Demontage
Definition
Demontage ist die Gesamtheit aller geplanten Vorgänge, die der Vereinzelung
von Mehrkörpersystemen zu Baugruppen, Bauteilen und/oder formlosen Stoff
durch Trennen dienen.
Quellen: Sfb 281, DIN 8580
Auf-
bereitung
Beseiti-
gung
Distribution Rück-
führung
Nutzung
Demontage Remontage Reinigen,
Prüfen,
Bearbeiten,..
Produktion Produktent-
wicklung
Materialfluss
Produktionstechnik II VL 12: Kreislaufwirtschaft, Recycling und Demontage
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Fertigungsverfahren
Urformen
Umformen
Trennen
Fügen
Beschichten
Stoffeigen-
schaftsändern
Zerteilen
Spanen mit
geometrisch
bestimmten
Schneiden
Spanen mit
geometrisch
unbestimmten
Schneiden
Abtragen
Zerlegen
Reinigen
zerstörungsfrei zerstörend teilzerstörend
Quelle: DIN 8580
Fertigungsverfahren der Demontage
Produktionstechnik II VL 12: Kreislaufwirtschaft, Recycling und Demontage
Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann
Technische Universität Berlin
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
zerstörende
Demontage
schädigungsfreie
Demontage
schädigende
Demontage
teilzerstörende
Demontage
alle Bauteile
zerstörende
Demontage
Verbindungselemente
zerstörende
Demontage
nicht alle Bauteile
zerstörende
Demontage
Zie
le
Quelle: Spur
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Technische Universität Berlin
Zerstörungsgrad in der Demontage
Verbindungs- element
Fügepartner unzerstört
unzerstört
zerstört
zerstört
zerstörungsfreie Demontage
zerstörende Demont. mit Zerstörung des Verb.-elem.
teilzerstörende Demont. mit Erhalt des Verb.-elementes
teilzerstörende Demontage
Quelle: Hentschel
Produktionstechnik II VL 12: Kreislaufwirtschaft, Recycling und Demontage
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Technische Universität Berlin
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
Produktionstechnik II VL 12: Kreislaufwirtschaft, Recycling und Demontage
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Technische Universität Berlin
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.
Produktionstechnik II VL 12: Kreislaufwirtschaft, Recycling und Demontage
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Technische Universität Berlin
manuell,ohne Werkzeug
manuell geführtesHandwerkzeug
manuell geführtes,mechanisiertes
Werkzeug
stationäres,mechanisiertes
Werkzeug
robotergeführtes,mechanisiertes
Werkzeug
Gegen-wart
Zukunft
selten
selten gelegentlich gelegentlich
selten selten
gelegentlich
gelegentlichhäufig
häufig
Automatisierungsgrad
Quelle: Härtwig
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Technische Universität Berlin
Demontagesysteme in Abhängigkeit des Auftragsspektrums
Ja
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rod
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Anzahl verschiedener Demontageprodukte
Demontagenetz
Demontageinsel
Demontagezelle
Demontagezentrum
programmierbare
Demontagemaschine
bedienbare
Demontagemaschine
manueller
Demontagearbeitsplatz
Demontage-
Transferstrasse
Quelle: Spur
Produktionstechnik II VL 12: Kreislaufwirtschaft, Recycling und Demontage
Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann
Technische Universität Berlin
Demontagesystem
Komponenten eines flexiblen Demontagesystems
Demontage-
roboter
System-
steuerung Werkzeug-
wechsler
Spannsystem
Werkzeuge
Kleinteile-
abführung
Erkennungs-
system Teileabfuhr
Quelle: Spur
Produktionstechnik II VL 12: Kreislaufwirtschaft, Recycling und Demontage
Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann
Technische Universität Berlin
Einflüsse auf ein Demontagesystem
Demontageobjekt
Produkt, Baugruppe, Teil mit
implizierter Aufgabenstellung
Demontageplanung
Schaffung eines Systems mit dem
erforderlichen Arbeitspotenzial
Demontagemittel
Komponenten mit Arbeitsvermögen
zur Ausführung eines Demontagevorganges
Demontagepersonal
Gruppe von Arbeitspersonen zur Ausführung
manueller Demontagevorgänge
Demontageprozess
gegliederte Abfolge von Teiloperationen zur
Verrichtung der Demontageaufgabe
Demontagesteuerung
Koordinierung und Reglung des
Ablaufs im Demontagesystem
Demontage-
system
materieller Einfluss
dispositiver Einfluss
operativer Einfluss Quelle: Spur
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Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann
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Zeitliche und örtliche Verkettung von Demontagesystemen
Verkettung
örtlich zeitlich
Einzelsysteme Mehrzellensysteme
Handar-
beitsplatz
zentriert,
personell
Demontage-
maschine
zentriert,
operativ
Zelle
zerntriert,
operativ
Fläche
vernetzt,
ganzheitlich
Linie
verkettet,
sukzessiv
Karree
(Ring)
verkettet,
sukzessiv
- geringe
Produktivität
- Komplexität der Demon-
tageaufgabe begrenzt
- hoher Nebenzeitenanteil
schränkt Produktivität ein
- Stations-
reihenfolge
frei wählbar
- hoher
Stuerungs-
aufwand
- feste Stations-
reihenfolge
- Werkstückträger-
rücktransport
- Gliederung Vor-/Haupt-
demontage
- gute Zugänglichkeit
stationär
synchron asynchron
kontinuier-
lich
intermittierend
Transferprinzip automatisierte Systeme
Quelle: Eversheim
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Organisationsformen
unbewegt an
einer Station
bewegt zwischen
den Stationen
am ortsfesten
Demontageobjekt am ortsfesten
Arbeitsplatz
ohne zeitliche
Bindung
mit zeitlicher
Bindung
getaktet kontinuierlich
stationär stetig
Baustellen-
demotage Einzelplatz-
demontage
Reihen-
demontage
stationäre
Fließdemontage
kontinuierliche
Fließdemontage
Taktstraßen-
demontage
Organisationsformen der Demontage
Bewegung des
Demontageobjekts
zeitliche
Bindung des
Materialflusses
Ort der
Demontage
Bewegungsart
des Fördermittels
Bewegungszustand
des Objekts während
der Demontage
Quelle: Hellwig, Spur
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Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann
Technische Universität Berlin
Sonderforschungsbereich 281
Demontagefabriken zur Rückgewinnung von Ressourcen in Produkt-
und Materialkreisläufen
A
B
D
C
A Verfahren und Werkzeuge
- Technologieuntersuchungen, Analysen, Systematiken
- Schnittstellendefinition, Verfahrensintegration
- Entwicklung von Demontagewerkzeugen
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
D Demontagegerechte Produktgestaltung
- Demontagregerechte Produktgestaltung
- Entwicklung einer informationstechnischen Infrastruktur
- Entwicklung von Verbindungen und Aufstellen von Gestaltungsregeln Quelle: Sfb 281
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Layoutplanung
Simulation
Realisation
Aufbau eines Pilot-Demontagsystems
Quelle: Sfb 281
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Absaugeinrichtung
Trennzerschleifen
Spann-Igel-Greifer Nadelgreifer Schraubgreifer
Trockeneisstrahlen Scherzerschneiden Plasmaschmelz-
zerschneiden
Spann-Manipulator
Laserreinigen
Integration von Verfahren und Werkzeugen
Quelle: Sfb 281