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Techni sche Fachhochschule Wil cla u Wissenschaft li che Beitriige 2/ 1998 4'~f.jif _ _ _ _ ___ --:c. _______ ___ ___ :;.,t.' ! , - --------------------'IYt\li
Entwicklung eines Demontagesystems für Waschmaschinen innerhalb eines Wertstoffkreislaufes
Bemd Hentscl7el, Tl70mas Kindler
1. Einleitung
Das Insti tut fiir Unternehmenslogistik am Technologietransfer- und Weite rbildungszent rum an der Technischen Fachhochschule Wildau ist im Rahmen des Logistil<ve rbundes Berlin-Brandenburg gemeinsam mit innovativen Logistikdienstleistern sta rk in der anwendungsori entierten Proj ektarbeit integri ert. So werden gemeinsam im Fachgebiet Logistik ganzheitliche Lösungskonzepte vom Entwurfbis zur Reali sierung bea rbeitet . Das gemeinsame Aufgabenspektrum reicht dabei von produkti ons- über entsorgungs logisti sche bis hin zu ve rkehrs- und vertriebslogistische Projekte. Als kombiniertes Beispiel dieser konkreten Projektarbeit zwischen Produktions- und Entsorgungslogistik wird nachfo lgend die Entwicklung eines Demontageprozesses als Teil eines Wertstoffi<reislaufes fiir das Altprodukt Waschmaschine mit der spez ifischen Lösung des Demontageprozesses beschrieben. Zwei Unternehmen aus den neuen Bundesländern - die amerikanische Firma O. K. Bley Engineering GmbH mit Sitz in Schönebeck/Sachsen-Anhalt und das Unternehmen RASOMA Werkzeugmaschinen GmbH mit Sitz in Döbeln/Sachsen beauft ragten gemeinsam die Mi tgli eder des Logist ikve rbundes - In stitut fiir Un te rnehmenslogisti k und den Logistik- und Ingeni eurdienstle ister Projektl ogistik GmbH - mit der grundsä tzli chen Entwicklung eines logisti schen Gesamtkonzeptes fiir ein Demontagesystem und der zugehörigen Materi alflußlösung einschließli ch des entsorgungslogisti schen Wertstoffi<reislaufes. Ziel dieses Projektes war somit di e Entwicklung einer Prototyplösung fiir diese Unternehmen als innovative Demontagelösung und deren spezifi scher Vermarktung durch die betreffenden Auftraggeber als potentiell e Partner der maschinenbaulichen Komponente.
2. Lösungsansatz
Ausgehend von einer repräsentativen Anwendung dieser Demontagesysteme fiir das gesamte Spektrum der Braunen und Weißen Ware wurden unte rschiedl ichste Altprodukte nach Auftraggebervorgabe (Waschmaschinen, Kühlschränke bi s hin zu Elektrozählern) manu ell demont iert und die besonderen Schwierigkeiten und Probl eme der Ze rl egungsprozesse nach technol ogischen und ve rfahrenstechnischen Kri te ri en e rf~lßt .
Be ispi elgebend fiir di e Waschmaschinend emontage wurden z. B. fiir vier verschi edene Waschmaschinentypen (Bauknecht WA 590/Frontlader, Hanseatic 1000 B
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Frontlader, Bosch VT 585 Frontlader und FORON VA 56 1 Toplader) nach den Kriterien - der automatisierbaren Demontageve rrichtungen mit
erforderli cher Genau igkei tsanfo rderung, - der nicht oder nicht ökonomisch automatisierbaren
Demontageverrichtungen, - Ermittlung sinnvoller Frakti onierungsstu fe n im De
montageprozeß auf Basis geometrischer und verfahrenstechnischel' Kri te ri en,
- den erzielbaren manuellen Demontagezeiten, - den wahrscheinlich erzielbaren Demontageze iten im
automatisierten Betrieb, - den erford erli chen Demontagewerkzeugen mit De
finiti on von Neuentwicklungen im automati sierten und manuellen Betrieb und erfo rderli cher We rkzeugwechselzeiten,
- den Handhabemassen und geometri schen Greifbedingungen sowie
- den erforderli chen Hilfs- , Halte- und Unte rstützungsko nstruktionen mi t erforderli cher Prozeßzeitbeanspruchung fiir manuellen und automatisierten Betri eb
untersucht.
Aus ve rschiedena rtigsten Untersuchungen in der Literatur und bereits gesammelter Erfahrungen in der Entwi cklung vo n Demontagesystemen wurd e über den Baugruppengraph bereits di e Entscheidung zu automatisierbarer bzw. nur manueller Demontage abgeleitet. In den nachfolgenden Abbildungen sind dazu je ein Auszug aus dem Baugruppengraph sowie den empiri sch ermit te lten Demontagetechnologien je Demontageverri chtung dargestell t .
Mit diesen außerordentlich umfangreichen Ist-Ermittlungen der Demontagee rford erni sse wa r so mit die Möglichkeit gegeben, die notwendige Grobstruktur des zu konzipierenden Systems deutli ch zu umreißen. Es ze igte sich, daß fiir die automatisierte Demontage der Tromm elausbau, di e Gehäusedemontage , di e Kabelbaumdemontage möglich sind und fLir den manuellen Demontagebereich Bedienelemente , Abdeckplatte und Beladungs platte sowie die weitere Trommeldemontage als auch die restli che Gehäusedemontage infrage kommen. Eine andere und größere Demontage- und Fraktionierungstiefe erschien aus den Untersuchungen nicht sinnvoll. Damit ze igte sich auch hier die bereits gemachte Erfahrung, dieses System als kombiniertes System einer gemischt manuellen und automatisierten Va ri ante für den Auftraggeber zu entwickeln . Die Anfo rderungen sind derart zu beschreiben, daß das gesamte System fiir Positionierung und system internen
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Technische Fachhochschule Wi lel au .liIPQ~~ Wissenschafi:liche Beitriige 2/ 1998 ---------------------------------------------- ~1~~ ----------------------------------------~-----
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Typ Bauknecht WA 590 Baugruppengraph
1 Handarbeitsplatz I
Waschmaschine I 2 Schläuche Kabel Abdeckplatte 2 Drehknöpfe Waschmittelbox 3 Klemmen 2 KS-Schrauben BIeneIe 4 KS-Schrauben Beladungsklappe Spannbanel GUlllmidichtung
11 Demontagezelle
Bedienteil
H Waschmittelfach
H Vorderfront I
H Riickwand
Trommel-Ausbau
!3 ild 1: !3ougruppel1graph Waschmaschil1e !3oukl1echt WA 590
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6 KS-Schrauben Kabel Schlauch Kabel Beelienteil
4 KS-ScJmlllben Kabel Druckkapsel Schaltuhr Temperaturregler Blende
4 Schläuche
Schlauch Schlauch Waschmittelf~lch
2 Plastikschrauben Fußblende 5 KS-Schrauben Vorderfront
5 KS-Schrauben Halterungsblech
2 KS-Schra uben Zulauf Schraube M 13 Kondensator
12 KS-Schrauben Riickwand
Kabel Kabelbaulll KS-Schraube 2 Stoßdämpfer 2 Federn Trommel komp!.
4 Schrauben M 13 Antrieb Keilriemen 2 M 13 Schrauben Motor MI3 Schraube Antriebrad 3 M 15 Schrauben
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Transport fiir e ine maximale Masse von 60 kg auszulegen ist, die erfo rd erli che Handhabetechnik flir di e automati sie rte Demontage mit mindestens 6 Freiheitsgraden ausge legt se in mu ß, e in erhebliche r Vorrichtungsund Hal tee inri chtungsbedarf sowie Werkzeugsonderbedarf mit kürzestmöglichen Werkzeugwechselze ite n im Bereich von 20 - 30 s ges iche rt se in muß . Hinzu ko mmt eine integrierende Systemsteuerung mit Anbindung an die interne Unte rn ehmenslogistik bezogen auf die Anli eferu ng de r zu demontierenden Altgeräte sowie e iner externen Ausschleus- und Lagerstrategi e zur Deponierung nutzbarer Teile/Baugruppen bzw. Weiterleitung in den Aufbereitungs- und Regenerierungsteil des We rtstoffkreislaufes.
3. Demontagesystemlösungen
Im Rahmen eines morphologische n Vorgehens bei der Entwicklung verschiedenartigster Demontagesystemvarianten so ll en stellvertretend fiir die Vi elzahl dieser Möglichkeiten zwei Entwürfe stehen. Es bieten sich e ine rse its flir das kombinierte manuell/automati sert betreibbare Demontagesystem im auto matisiert arbeitenden Zyklus überflurgefiihrte Handhabetechnik mit kompletter Übernahme der e rford e rli che n Demontageverri chtunge n an. Andererseits ist auch die Kombination flurgebundener mit überflurgefli hrter Handhabetechnik denkbar oder der re ine Einsatz flurgebu nder Knickarmrobote rtechnik . So stehen di e Abbildungen 3 und 4 in Form der Varianten 2 und 3 flir di ese Beispiele. Allen Beispielen ist e igen, daß di e Altprodukteaufgabe über eine Einschleusstation manuell mit Säul endrehkran
und erforderliche n Werkstückträgern erfol gt. Anschli eßend e rfolgt eine manuell e Vordemontage mit fo lge nder Geräte ident ifi kationsstell e zu r ri chtige n Zuordnung de r mi tte ls Robote rtechni k benötigten automatis ierten Demontage technologi e . Diese Tecl1l1010g ie n werden über die manue ll e Demo ntage e rmittelt und als Date i im System rechner hinterl egt. Die systeminte rn e Transporttechnik wi rd über angetri ebe ne Ro ll enförderer bzw. in den nachfolgenden Transportprozessen über Bandförderer rea li siert. Die nachfolgend en Arbeitsp lätze werden durch den Portalrobote r in Linienausfiihrung (Querund Längsa nordnung) bestimmt und enden entweder in Ablagebändern flir demonti erte Te il e/Baugruppen bzw. in manue ll e n Handdemontageplätzen mit w ieder dort angebrachter Ablage oder interner Transportstrecke zum Weiterleiten de montierter Elemente. Nicht wiederverwendbare ode r wiederaufbere itbare Te il e/E lemente werden prozeßinte rn über e in integri e rtes Transportsystem zu e iner separaten Shredderanlage tra nsportiert . Mit diesen Systemlösungen wi rd gesichert, daß in relativ ko mpakter Weise Demontagesysteme mi t höchster Innovation zum Einsatz gelangen könne n.
Aus de r Variantenvielfalt wurd e letztli ch e ine Lösu ng entsp rechend Abbi ldung 5 gemeinsam mit den Auftraggebe rn fixiert. Sie wird als Reihenlösung im Materialfluß unte r Nutzung von zwe i flurgebundenen Knickarmrobote rn in Kombinati o n mit manu e ll er Demontage genutzt . Über die bekannte Ein schl eusstation erfo lgt der systeminterne Transport ohne We rkstückträge r auf spezifischen Förderbändern . Vor dem auto matisie rten De mo ntagearbeitsplatz ist e ine erste manue ll e Vorde montage erfo rd erli ch. Hier müssen bestimmte Bau-
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RASOMA Projektlogistik GmbH Wcrkzcugmaschinen G mbl-l
Automatisierte Demontage von Waschmaschinen - Variante 2
Barcodoloscgerät für die Goräteidcntifikation
Fördorband zum Shreddor Pa rkstation
Elektronikschrott
Kunst· GeräteSia lflelle agg regate
Dockpl,WO, Bedienkn6pfe, Waschmlrrolbox, Be/adungsklappe, Schläucho, Kabel, Wassenul3uf,
1_. __ ._1 Handarboitsplatz I GehtiuslI (Wltuerpumpo, An frleb) Vor-/Enddcmontagc
Rollonfördoror
SDK 2.5 ·0.5t
:~I 1 '11 1 1' 1 1 I
Einsc hlousstation mit Workstückträgor
SDK 2.5 - 0.51 Handarbcilsplatz 11 Enddomontago
.~ . . I
~ 1" ~-~ .. -I I . , ;. I
, : Jf' ElektronIk-schrott
T,"ommol (Morar, Kellrlomen, Gummidlchwngen. Kabel, Wasserpumpa, Ausglofchgewlchto)
I IUII ~ '~~HI Kunsl- Gorlilo-5101110110 agg regAle
Förderband zum HAP 11
Klelntello Förderband zum Shredder (Schrau bon,
und tur dlo Klointoilesammlung ~:g~~~~~:~, E 10 klron .k ba ulel lo))
Workzeugwochselsys tom
Bild 3: IlI1Lol11aLisier/.e Del110ntage von Wa schmaschinen in LinienportalallsjlihrLlng übelfIlII' - Variante 2
71
linionportal mit zwoi Laufwagon Ver, ' e;fungsb/eche RUcI(wQnd Vorderfront Fußblondo Kabe/baum Bedlenteif WaschmillfJ/boxgohiiusa Trommol mit Antrieb
C :\usanKlndta rIDemontagel.Zelchnunoen\Lay _v .lr2.drw
*I"c,,' f :;,,") -4'~-? Wissenschaftli che Beiträge 2/1998 ~J: () Technische Fachhochschule Wi ldau _____ ~~ ______ ____ p~; IX\ _ _ ______________ _
O.K . IILEY ENG INEE IU NG G mbll
-tf~ .Y
RASOMA WCI'kzc lI gmaschincn GmbB
Projektlogistik G mbH
Automatisierte Demontage von Waschmaschinen - Variante 3
Dcmontagcrobotor
Deckplatto. BedlonJ<n6pfo, Waschmilto/bOX, Bcllldungskfappc, Schlaue/le, K!lbof, Wa .sser,tuJauf,
Gehäuse (WQssorpumpe, An trieb)
Fördorband zum Shredder Werkzeugwechselsystem Parkstation
Elektronikschrolt
Trommel
Elektronikschrott
Handarbeitsplatz 11 Enddomontagc
Kunst· Slofftolic
Geräte,lgyrcgate
Einschlousstation mit Werkstückträger
(Motor, Keilriomen, Gllmm/dlchtungon,
~OK 2.5-1t
Kabel, Wasscrpumpo, Allsglolchgowicl!tc) Kunst· Gor:ito-
IS tolftcJ1C agglogate
Förderband zum HAP 11 und 10r die Klointoilesammlung
Demontagoknickarmroboter
I , ·1 I ' .' < I l · ::-.h:~.
Vorstoifurtgsblccho ROclfwand Vorderfront Fußbfondo Kabolbaum Bodlentell W.1Schmfnolboxgeh.'ft/se Trommel mit Antrieb
SOK 2.5 · 1t
Rollonfördoror
KlcinloHo Barcodelesegerät 10r die kSec~~~ll:~i~,n. Gcräteidontifikation Kabolbaum, Eie k tronl khllulei le))
C:\uSOrlKlntllor\Oomonlago\Zolchnungon\L3y_varl,drw
Bild 4: Automal'isierte Demontage von Waschmaschinen in Linienportalausjiihnmg übe/j1ul' und J7urgebundenem Kn ickarmroboter - Variante 3
O.K.BLEY~ ENGINEERINC; C;m""
RASOMA Werkzeu gmaschinen GmbH
Projektlogistik GmbH
Automatisierte Demontage von Waschmaschinen - Variante 4
Förderband zum Shrodder
Tromm./
E,.ktfonlk · ,e hfolt
(Mo lor, K.j/n'.m.n, Gummldlchlung.n, K.b.I,W .... rpump., Au.gl.lchg.wlcht.)
G.hlu •• (Wu.erpump., Am,/,b)
V,fI ,oif\Jng.b/oCh., RUckw.nd, I/ordorironl, Fußbfond.
I Handarboltsplatz 11
Enddemontage
I'
Kun'l' RISI. l oth.ll. Gerlt.. . toff.
'99"9'1' Workzougwechsolsystem
Domontagoknickarmroboter 11
Grelferwochsolsystom
Llchtschranko
I .. ' Schubgllodor-Fördorband
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Demontagoknickarmroboter I
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KI. lnt. n. tSllhf. ub.n, B.dl.nllll, Kab.lb. um, EI'ktlonlkb.ut.II.J
V.,,,el!unQ.bl.che, RUc"w.nd, Vord.riront, Fut!bl.nd., K.b.lb.um, B.dltnIJII, W,.chmltr.'boxg.h'u", Tromm.1 mit Ancrl.b
Handarbo ltsplatl l Vordomontago
E'.ktronik· Gerh.·
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.lIhfOIl Kun'l. '99"9'1' .tom. lI.
Te rminal zur Systomstouorung
Bild 5: Systemgesta/tung der Vorzugs/äsung Automatisierte Demontage von Waschmaschinell
SOK 2,5·0,251
EInschleusstation
D.ckpl.tt., B.dl.nkni5pfe, WtJchmln.lboK, B./Mlunglk/'p/l4l, 5th/tuch., K.~I, W .... nu/.u1
Technische Fachhochschule Wil dau ~t~(: Wissenschafrli che ße irräge 2/1 998 ------------------------------------------ " ~ . ------------------------------------=-----
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gruppen manu ell demonti ert werd en, di e anso nsten unöko nomi sch im automatisierten Zyklus abgebaut werden. Der automatisierte Demontagebereich ist se Iber als e ige n st~indige Zelle mit integri erte r We rkzeugwechsel- und Hilfse inrichtungsstation ausgerüstet . Die nachfo lgenden Arbeitsplätze sind wiederum manueller Art und beinhalten die Demontage derze it ni cht ökonomi sch handhabbarer Teil e/Baugruppen bis zu einer defi ni erten Frakt ioni erungsstu fe . Die Ausschleusung wertloser Elemente erfo lgt entweder je nach technologischer Folge über die Kni ckarm roboter oder aus den nachgelagerten Handarbeitsplätzen auf Transportbänder flir den fo lgenden Shredderarbeitsgang. Die gesa mte Lösung als räumliches Modell zeigt Abbildung 6. Selbstverständli ch sind zum Betreiben dieser Lösung weitere Entwicklungsaufwe ndungen notwendig gewesen. Allein das gesamte Spektrum der Spezialwerkzeuge einschließli ch des Werkzeugwechselsystems mit bis zu 10 integrierten Werkzeugen je Roboter und der erfo rderli chen Positionier- und Haltetechnik erfo rderten ei n gleich großen Projektaufwa nd wie die Sys temgrundlösung. Festzuhalten ist an dieser Stell e, daß diese Entwicklungen mi t größeren Innovationsbestandteilen versehen waren und der besonderen Schwierigkeiten der Demontageprozesse angepaßt werden mußten. Nicht verschwiegen werden darf in diesem Zusammenhang die ökonomische Betrachtung im Sinne der erforderli chen Entwicklungs- undinvesti t ionskosten im Verhältni s zur Erl össituation. Derzeit ist mit dieser Lösung noch kein überzeugendes ökonomisches Arbeiten gesichert und es bedarf weite rer Arbeiten in Entwicklung und Logistik um flir den potentiellen Anwender die sinnvo ll e Anwendung defini eren zu können. Andererse its ist jedoch festzuhalten, daß bei Inkraftt reten einer durchgehenden Rü cknahmeverpfli chtung je Herstell er und einer weltweit arbeitenden internetorient ierten Ve rt riebs lösung mi t ze rtifiz ierten wiederaufbereiteten Teil en und Baugruppen mi t zugeo rdneter Restlebe nsdauer di e ökonomi sch sinnvo ll e Barri ere
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Bild 6: Räumliche Darstellullg des Demoll/agemoduls Wasc/l/11aschillell
überschri tten wird. Darauf sind all e weite ren Anstrengungen ve rschiedenartigster Entwickler in Demontagebereichen und Logistik bereits heute ausgerichtet.
4. Ausblick und Zusammenfassung
Gemeinsa m mi t den auft ragge bende n Unte rnehmen und über ein e durch di e T. IN.A. Bra nd enburg GmbH eröffnete Recycl ingini tiative Brandenburg wi rd unter Führung der Technischen Fachhochschule Wildau und dem Institut flir Unte rnehmenslogisti k an einer Va riante gearbeitet, dieses System in modul arer Fo rm fli r unte rschiedli chste Altp rodukte im Europäischen Transport- und Logistikzentrum Preschen (Brandenburg) zu reali sieren. In kooperative r Zusammenarbeit haben sich derze it mehrere Unternehmen zusa mmengeschlossen und bereiten durch gezielte eigene Weite rentwicklungen in Ve rbindung mi t de r Technischen Fachhochschule Wildau diesen Anwendungsfa ll vor. Ergänzt wird diese Weiterentwicklung durch die Erarbeitung einer Redistributionslösung sowie um die weltweite Vertriebslogist ik inform der geprüfte n und mit einer Restlebensdauer versehenen wiederve rwendbaren bzw. weiterverwendbaren ElementelTe ile und Baugruppen.
Verfasser
Prof. DrAng. habil. Bernd Hentschel Dipl.-Ing. Thomas Kindler Technische Fachhochschule Wildau Fachbereich Ingenieurwesen/Wirtschaftsingenieurwesen Tel. (0 33 75) 508-927
