NE-Metallrecycling mit 18 Stäubli-Robotern in einer High-Speed-Sortierlinie

In Reih und Glied: In der Megapicker-Linie sortieren 18 Stäubli Roboter die wertvollen Nichteisenmetalle aus dem Autorecycling.

Auf dem Gelände einer Autorecyclinganlage von Comet Traitement in Obourg bei Mons/Belgien werden in großen Mengen Autokarossen zerlegt und geschreddert, 300 Tonnen pro Stunde: Das ist „Heavy Metal“-Industrie pur. Eine andere Industrie-Welt betritt man in einem neuen Gebäude auf dem Gelände, wo der letzte Schritt des komplexen Zerlege-, Sortier- und Recyclingprozesses stattfindet. Grégory Lewis, bei Comet verantwortlich für Forschung & Entwicklung, erklärt: „Hier sortieren wir vollautomatisiert mit achtzehn Robotern in einer Linie die zuvor geschredderten Nichteisenmetall-Teile so, dass sie sortenrein wiederverwendet werden können.“

Damit hat Comet – als erstes Unternehmen überhaupt – einen großen Fortschritt in der Prozesskette des Metallrecyclings erzielt: Üblicherweise wird die Fraktion der wertvollen Nichteisenmetalle – Aluminium, Zink, Kupfer, Messing, Edelstahl – nach Asien exportiert, wo sie manuell sortiert, aufgeschmolzen und wiederverwertet wird. Besser wäre es, diese Materialien hier in Europa wieder in den Kreislauf zurückzuführen. Genau das war der Startpunkt des Projektes „Reverse Metallurgy“, das sich nun mit dem „Megapicker“ realisiert hat.

Mit dem Automatisierungs-Experten Cilyx in Liége fand Comet einen Partner, der umfangreiche Expertise in der Projektierung von hoch automatisierten Anlagen mitbrachte – aber keinerlei Erfahrung im Metallrecycling. Grégory Reichling, CEO von Cilyx: „Wir mussten erst einmal eine Technologie finden, mit der die einzelnen Metallfraktionen identifiziert werden können und die bei kleinen, unregelmäßig geformten Teilen einsetzbar ist – mit hoher Treffsicherheit und Geschwindigkeit.“

Die Linie kann im Jahr 15.000 Tonnen Metallteile aus dem Shredder sortieren – mit einer Zykluszeit von einer Sekunde pro Roboter.

Kombinierte Sensorik zur schnellen Metallerkennung

Gemeinsam mit Forschern von der Universität Liège entwickelte Cilyx ein intelligentes Sortiersystem mit schneller Detektionsfähigkeit und hoher Kapazität, das eine Kombination von verschiedenen Sensortechnologien nutzt: Röntgenstrahlung (XRT) für die Erfassung der Materialdichte, 3D-Erfassung der Form und des Schwerpunktes bei jedem geschredderten Objekt, ein LIBS-Lasersystem und hyperspektrale Farbsensoren, die das Reflexionsspektrum erfassen. All das geschieht innerhalb sehr kurzer Zeit auf den ersten Metern des zentralen Förderbandes. Mit den kombinierten Sensordaten ist der Werkstoff jedes Teils bestimmt und der Sortierweg ebenso.

Gleichzeitig gingen die Cilyx-Ingenieure eine zweite, mindestens ebenso komplexe Aufgabe an: Wie kann man 1.500 individuell und unregelmäßig geformte Metallteile pro Minute greifen und sortieren (das sind 90.000 Stück pro Stunde), die zwischen 20 g und 1 kg wiegen und zwischen 20 und 100 mm lang sind?

Die Antwort lautet: Man nehme einen 50 Meter langen zentralen Gurtförderer, treibe ihn mit einem Tempo von 1 m/s an, installiere 18 Scara-Roboter vom Typ Stäubli TS2-100 und steuere diese Roboter nach dem Prinzip der Arbeitsteilung so, dass alle im 24/7-Betriebsmodus gut beschäftigt sind – und dass am Ende der Sortierstrecke nur minimale Materialmengen unidentifiziert und unsortiert bleiben. Dabei galt es strenge Kostenkontrolle zu berücksichtigen. Grégory Lewis: „Wir müssen gegenüber der manuellen Sortierung der NE-Metalle in Asien wettbewerbsfähig sein – und die befindet sich auf Low-cost-Niveau.“

Betriebsleiter Olivier Loire überwacht den Betriebszustand der Linie.

Herausforderung: Architektur der Steuerung

Was sich in Worten einfach beschreiben lässt, dauerte Jahre, bis es in der Praxis zufriedenstellend funktionierte. Als eine von zahlreichen Herausforderungen erwies sich die Konstruktion des hochbeanspruchten Greifers: Jedes Bauteil ist anders und unregelmäßig geformt. Eine andere Herausforderung bot die Steuerung: Wie wird festgelegt, welcher der 18 Roboter welches Teil greift, bei einer Zykluszeit von einer Sekunde pro Roboter? Jede Minute müssen die Sensordaten von 1.500 Objekten konsolidiert und in Roboterbefehle umgesetzt werden. Das erfordert unter anderem eine intensive Kommunikation der Robotersteuerung mit der übergeordneten, Siemens-basierten Steuerung des Megapickers.

Um die Architektur und auch die Installation der Gesamtanlage zu vereinfachen, entschied sich Cilyx für einen modularen Aufbau der Steuerung – ein Modul für jeweils vier Roboter. Nachdem das erste Modul installiert und qualifiziert war, konnten die anderen einfach kopiert werden. Bemerkenswert ist, dass die Roboter ohne Kameras oder Sensoren arbeiten: Die Steuerung sendet ihnen die x/y/z-Daten und den Winkel, in dem sie das Teil greifen sollen.

Die einzelnen Objekte mit einem Gewicht von 20 g bis 1 kg werden in fünf Fraktionen sortiert.

Präzise und robust: die Scara-Roboter

Aufgrund ihres robusten, auf Langlebigkeit ausgerichteten Designs sind die Stäubli Scara-Roboter bestens geeignet für diesen „Heavy Duty“-Einsatz im 24/7-Betrieb mit hohem Tempo und hoher Präzision. Für Cilyx gab es aber auch noch einen anderen Grund für diese Wahl. Grégory Reichling: „In der Entwicklungsphase hatten wir umfassende Unterstützung von Stäubli und das war wichtig, weil dies für uns ein neuer Einsatzbereich mit vielen Herausforderungen war. Stäubli unterstützt uns bei solchen Projekten immer exzellent.“

Immer besser: KI steigert kontinuierlich die Detektionsrate

Weil die Detektions-Sensorik KI-unterstützt arbeitet, wird die Detektionsrate immer besser. Grégory Lewis: „Objekte, die nicht detektiert wurden, kommen ein zweites Mal in Umlauf, und wir füttern die Steuerung kontinuierlich mit neuen Daten. Aktuell sind wir bei einer Detektions- und Sortierrate von 96%, und wir werden sicherlich noch besser.“

Obwohl der Megapicker kontinuierlich weiterentwickelt wird, sind die Verantwortlichen Experten von Comet schon jetzt sehr zufrieden mit der Anlage – auf der technischen, aber auch auf der kommerziellen Ebene. Grégory Lewis: „Wir rechnen mit einem ROI von fünf Jahren. Davon abgesehen kann die Industrie wertvolles Sekundärmetall nutzen – ohne Downcycling und innerhalb Europas.“ Das ist eine echte Win-win-Situation und ein gutes Beispiel für den Nutzen von „Reverse Metallurgy”.