Automatisiertes Schraubenausdrehsystem für das Recycling von Elektrofahrzeugbatterien

Die Demontage von Altbatterien aus Elektrofahrzeugen basierte in der Vergangenheit auf intensiver manueller Arbeit. Ein qualifizierter Hochvoltelektriker benötigt in der Regel mehrere Stunden, um ein einzelnes Fahrzeugbatteriepack vollständig zu zerlegen. Dieser manuelle Ansatz stellt einen erheblichen betrieblichen Engpass für Recyclingunternehmen dar, die mit einem Mangel an Fachkräften und einem prognostizierten zehnfachen Anstieg des Altbatterievolumens in der Europäischen Union bis 2030 konfrontiert sind.

"In Anbetracht des Fachkräftemangels und der Millionen von Altbatterien, die in den kommenden Jahren erwartet werden, ist dies Zeit, die ein Recyclingunternehmen nicht hat", erklärt Viktor Bayrhof, Produktmanager bei der Liebherr-Verzahntechnik.

Neben den personellen Einschränkungen erschwert die physische Architektur der Batteriegehäuse die automatisierte Bearbeitung. Befestigungsschrauben sind oft sowohl in horizontalen als auch in vertikalen Ebenen verteilt und weisen häufig eine Mischung aus Geometrien wie Torx- und Sechskantköpfen auf. Zudem sind die in den Recyclingzentren ankommenden Komponenten häufig verschmutzt oder beschädigt, was die Zuverlässigkeit herkömmlicher optischer Erkennungssysteme verringert.

Implementierung servopneumatischer Automatisierungslösungen
Um diese betrieblichen Herausforderungen zu bewältigen, entwickelte das Unternehmen das System LHDismantle, eine robotergestützte Demontagezelle, die das Entfernen von Gehäuseschrauben automatisiert, ohne dass das Anlagenpersonal komplexe Programmier- oder Robotikkenntnisse benötigt. "Die Anlagenbediener müssen keine Kenntnisse in Robotik oder Automatisierung haben, da die Bedienung des Systems kein Programmier- oder Teachtechnikwissen erfordert", notiert Daniel Reischmann aus dem technischen Vertrieb Automatisierung E-Mobilität bei Liebherr.

Um ein zuverlässiges, lageunabhängiges Losschrauben zu erreichen, integriert das System den von Festo entwickelten servopneumatischen Positionsregler CMAD. Dieser Regler steuert die Spannbacken des Greifwerkzeugs und verleiht dem System die präzisen Positions- und Kraftregelungseigenschaften eines elektrischen Greifers, während das geringe Gewicht und die mechanische Robustheit pneumatischer Antriebe erhalten bleiben. Diese Gewichtsoptimierung ist bei End-of-Arm-Anwendungen an Robotermanipulatoren von großem Vorteil, da die Minimierung des Nutzlastgewichts entscheidend ist.

Die Steuerungsarchitektur nutzt integrierte Piezoventile, um kleine Pneumatikzylinder in einem geschlossenen Regelkreis zu betreiben. Dieser Aufbau wird durch ein Proportional-Druckregelventil für präzise Einstellungen bei geringen Durchflussraten, eine flexible Ventilinsel und Standard-Pneumatikzylinder unterstützt.

Technische Validierung und betrieblicher Nutzen
Die Integration des servopneumatischen Positionsreglers ermöglicht es den Robotergreifern, eine vorgegebene Kraft mit einer räumlichen Genauigkeit von 0,2 mm sowohl in vertikaler als auch in horizontaler Ausrichtung auszuüben. Da der Regler über eine integrierte räumliche Positionserkennung verfügt, behält er eine konstante Kraft bei, selbst wenn sich die Werkzeugorientierung während des Betriebs ändert. Diese Fähigkeit ermöglicht es dem System, Schrauben an verschiedenen Seiten des Batteriegehäuses nahtlos zu bearbeiten.

Darüber hinaus nutzt die mechanische Konstruktion beim Ausschraubvorgang eine patentierte taktile Ansetzstufe. Dieser taktile Ansatz erübrigt ein optisches Bildverarbeitungssystem, wodurch das Werkzeug unempfindlich gegenüber verformten, verschmutzten oder fehlausgerichteten Befestigungselementen wird.

Die technische Konfiguration wurde vor dem Einsatz umfassend validiert. "Die Entwicklung des CMAD-Positionsreglers ermöglichte es uns, bei der Weiterentwicklung des Systems auf das bisher genutzte Bildverarbeitungssystem zu verzichten", stellt Jan Pollmann, Entwicklungsleiter bei Liebherr, fest. Er fügt hinzu, dass die Zusammenarbeit mit technischen Experten im Festo Experience Centre in Esslingen es den Engineering-Teams ermöglichte, die Lösung unter simulierten Betriebsbedingungen gründlich zu prüfen.

Die Implementierung dieses automatisierten Systems ermöglicht es Recyclinganlagen, ihre Betriebsabläufe effizient zu skalieren, um kritische Rohstoffe wie Lithium, Kobalt und Nickel zurückzugewinnen. Durch die automatisierte Rückgewinnung dieser Materialien können Fahrzeughersteller die gesetzlich geforderten Recyclingquoten kosteneffizient erfüllen.

Redigiert von Maria Brueva, Induportals-Redakteurin – angepasst durch KI.

www.festo.com