Projekt 01540/01

Untersuchungen zur automatisierten Demontage von elektronischen Altgeräten und Bestimmung der Recyclingmöglichkeiten

Projektdurchführung

Technische Universität BraunschweigInstitut für Werkzeugmaschinenund Fertigungstechnik
Langer Kamp 19 B
38106 Braunschweig

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Entwicklung von Verfahren
a) zur Prüfung wiederverwendbarer Bauteile und -gruppen (Teilvorhaben 1)
b) zur automatisierten Demontage von Gehäusen elektronischer Altgeräte (Teilvorhaben 2)
c) zur automatisierten Demontage von Leiterplatten (Teilvorhaben 3)
aus dem EDV-Bereich und deren Umsetzung in gerätetechnische Einzelmodule. Hierdurch sollte Aufschluß gegeben werden über die technische und wirtschaftliche Machbarkeit der automatisierten Aufarbeitung von Elektronikschrott.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDurch die angestrebte weitestgehende Fraktionierung bei der Demontage von Gehäusen und Leiterplatten sollte ein Recycling auf hohem Niveau realisiert werden, insbesondere war ein hoher Grad der Wiederverwendung angestrebt. Der nicht verwend- bzw. verwertbare Anteil sollte minimiert werden.
Teilvorhaben 1: Methodik zur Bestimmung der Wiederverwendbarkeit von Bauteilen und Baugruppen (IFH, CSS). Nach einer Bestandsaufnahme und Klassifizierung der in Frage kommenden Bauteile und Baugruppen wurden Konzepte zur Gestaltung der Aufarbeitungsabläufe erarbeitet und die erforderlichen Prüfeinrichtungen entwickelt.
Teilvorhaben 2: automatisierte Demontage von Gehäusen (IFH). Hierbei wurden nach einer Klassifizierung der Geräte Methoden zur automatisierten Gehäusedemontage untersucht. Insbesondere wurden hier zerstörende Trennverfahren behandelt.
Teilvorhaben 3: Demontage der Leiterplatten und Sortierung bzw. Magazinierung von Bauteilen (IFH, ELPRO). Bei der Trennung der Bauelemente von der Leiterplatte wurden alternativ die zerstörende Komplettdemontage aller Bauelemente und die gezielte Demontage einzelner Bauelemente untersucht. In dem Projekt wurden für die jeweiligen Problemstellungen Verfahren erprobt und die zugehörigen Einrichtungen entwickelt. Für die Bauteilsortierung wurden zwei Ansätze verfolgt. Die Firma ELPRO verfolgte den Weg der verfahrenstechnischen Sortierung und das IFH einen sensorgestützten Ansatz. Für beide Konzepte wurden Versuchsanlagen aufgebaut.


Ergebnisse und Diskussion

Teilvorhaben 1: Von der Firma CSS wurden Untersuchungen hinsichtlich der Wiederverwendbarkeit von Computer-Komponenten angestellt. Für die Komponenten, wie z. B. PC-Gehäuse, Netzteile, Motherboards oder Speicherbausteine, wurde grundsätzlich geprüft, ob eine Wiederverwendung technisch möglich und wirtschaftlich sinnvoll ist. Für einige Komponenten wie Motherboards wurden Prüfeinrichtungen entwickelt. Bei den Untersuchungen wurde festgestellt, daß die Bauteile und Komponenten nach einer Prüfphase für die Wiederverwendung geeignet sind. Ein weiterer Einsatz ist somit durchaus denkbar, allerdings aufgrund der Belastung bei der Demontage nicht in Geräten, die einen hohen Sicherheitsstandard erfordern. Nach Ansicht der Firma CSS ist eine Wiederverwendung von Komponenten aus wirtschaftlicher Sicht aber in zunehmendem Maße nicht sinnvoll. Instandgesetzte, funktionstüchtige Altgeräte stoßen bei einem überwiegenden Teil der Käuferschicht auf eine geringe Akzeptanz, gleiches gilt für Bauteile oder Komponenten. Gründe hierfür sind der extrem schnell voranschreitende Innovationszyklus in der EDV sowie der in Anbetracht eines rapiden Preisverfalls hohe Prüfaufwand, der die möglichen Erlöse übersteigt. Zusätzliche kostenintensive Hemmnisse stellen gesetzliche Vorschriften wie TÜV, GS, FTZ oder die neue CE-Norm dar.
Teilvorhaben 2: Hier wurden zunächst Gehäuse klassifiziert und exemplarisch für PC-Desktopgehäuse ein Gehäusedemontagemodul konzipiert und konstruiert. Auf die Realisierung einer vollständigen Anlage wurde aber in Absprache mit dem projektbegleitenden Ausschuß verzichtet, da die große Vielfalt unterschiedlichster Gehäuseformen und der damit verbundene beträchtliche Sensoraufwand zu sehr hohen Anlagenkosten führen würde und somit unwirtschaftlich wäre.
Teilvorhaben 3: Es wurden verschiedene Ansätze zur automatisierten Demontage von Leiterplatten verfolgt. Ein Ansatz war die gezielte Demontage von Bauteilen. Hierbei wurde eine Anlage entwickelt, die aus einem Modul zur Bauteilidentifizierung sowie einem weiteren zur gezielten Entlötung der wiederverwendbaren Bauteile besteht. Die Identifizierung erfolgte mit einer Sicherheit von 80-90% und konnte somit erfolgreich umgesetzt werden. Bei der Entlötung wurde das Funktionsprinzip der lokalen Lötwelle angewandt. Die Entlötung war hierbei teilweise unvollständig, die Funktionssicherheit dieses Prozesses konnte nicht mit vertretbarem Aufwand erhöht werden.
Der zweite Ansatz ging von einer Komplettdemontage der Leiterplatten aus. Hier wurde eine Anlage entwickelt, die nach dem Konzept eines feststehenden Messers und einer auf einen bewegten Schlitten gespannten Leiterplatte arbeitet. Versuchsergebnisse zeigten, daß mit der prototypisch realisierten Messerschneidanlage der überwiegende Teil der bei Recyclingbetrieben anfallenden Leiterplatten kostengünstig entstückt werden kann. Die Anlage wird inzwischen von einem Braunschweiger Unternehmen vermarktet. Durch die somit ermöglichte Trennung in verschiedene Fraktionen sinken die Kosten für die Edelmetallrückgewinnung und die Schadstoffentfrachtung erheblich.
Für die Bauteilsortierung konnte eine prinzipielle Funktionsfähigkeit verschiedener Ansätze nachgewiesen werden. Hier wurde jeweils eine Anlage für die verfahrenstechnische Bauteilsortierung sowie für die sensorgestützte Sortierung entwickelt. Für eine industrielle Umsetzung sind jedoch weitere Arbeiten für die Verminderung von Fehlsortierungen und für die Erhöhung der Zuverlässigkeit erforderlich. Dies erscheint vor dem Hintergrund neuer Erkenntnisse bezüglich der Schadstoffproblematik erforderlich.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Während der Projektlaufzeit wurden folgende Veröffentlichungen verfaßt:
Hesselbach et al.: Abfallverwertung - Kunststoffrecycl. und Elektronikschrott. Tagungsbd., Aachen 1994
Hesselbach et al.: Automatization in Dismantling of Printed Circuit Boards. Tagungsband, Erlangen 1994
Hesselbach, v. Werder: Abfallwirtschaft im Lichte neuer Vorschriften. Fachseminar, Braunschweig 1994
Hesselbach, v. Werder: Elektronikschrott-Recycling. MikroElektronik, Heft 1/95
Friedrich: Identifizierung elektron. Bauelemente und deren Demontage. VDI-Reihe 8, Nr. 586, 1996
Schütte: Leiterplattendemontage für verwertungsorientierte Recyclingkreisläufe. (in Bearbeitung)


Fazit

Die in dem Projekt erzielten Ergebnisse zeigen, daß eine Automatisierung von einzelnen Verfahrensschritten bei der Aufarbeitung von Elektronikschrott realisierbar und wirtschaftlich sinnvoll ist. Insbesondere die Aufarbeitung von Leiterplatten kann durch das hier aufgezeigte Verfahren wesentlich effizienter erfolgen. Weiterhin konnte nachgewiesen werden, daß eine automatisierte Sortierung von Bauteilen möglich ist. Eine automatisierte Gehäusedemontage ist aufgrund der großen Vielfalt an Geräten zur Zeit nicht wirtschaftlich.