Sistema automatizzato di rimozione delle viti per il riciclaggio delle batterie dei veicoli elettrici

Il disassemblaggio delle batterie a fine vita dei veicoli elettrici si è storicamente basato su un uso intensivo della manodopera manuale. Un elettricista qualificato per l'alta tensione richiede solitamente diverse ore per smontare completamente un singolo pacco batteria per autoveicoli. Questo approccio manuale rappresenta un notevole collo di bottiglia operativo per gli impianti di riciclaggio che si trovano ad affrontare la carenza di personale qualificato e una previsione di aumento di dieci volte dei volumi di batterie usate all'interno dell'Unione Europea entro il 2030.

"In considerazione della carenza di lavoratori qualificati e dei milioni di batterie usate previste nei prossimi anni, questo è un tempo che un'azienda di riciclaggio non ha", spiega Viktor Bayrhof, Product Manager presso Liebherr-Verzahntechnik.

Oltre ai limiti legati alla manodopera, l'architettura fisica dei contenitori delle batterie complica i processi di automazione. Le viti di fissaggio sono spesso distribuite sia su piani orizzontali che verticali e presentano frequentemente una combinazione di geometrie differenti, come teste Torx ed esagonali. Inoltre, i componenti che arrivano ai centri di riciclaggio sono spesso sporchi o danneggiati, riducendo l'affidabilità dei tradizionali sistemi di visione ottica.

Implementazione di soluzioni di automazione servopneumatica
Per risolvere queste sfide operative, Liebherr ha sviluppato il sistema LHDismantle, una cella di disassemblaggio robotizzata progettata per automatizzare la rimozione delle viti del coperchio senza richiedere competenze di programmazione o robotica da parte del personale dell'impianto. "Gli operatori del sistema non hanno bisogno di possedere conoscenze di robotica o automazione, poiché il funzionamento del sistema non richiede competenze di programmazione o autoapprendimento", sottolinea Daniel Reischmann, del reparto Sales Technical Automation E-Mobility di Liebherr.

Per ottenere uno svitamento affidabile e indipendente dalla posizione, il sistema integra il controllore di posizione servopneumatico CMAD sviluppato da Festo. Questo controllore gestisce le griffe di serraggio dell'utensile di presa, conferendo al sistema le caratteristiche di controllo preciso di posizione e forza tipiche di una pinza elettrica, pur mantenendo la leggerezza e la robustezza meccanica degli azionamenti pneumatici. Questa ottimizzazione del peso è particolarmente vantaggiosa per le applicazioni sul terminale del braccio robotico (end-of-arm), dove ridurre al minimo il peso del carico utile è fondamentale.

L'architettura di controllo utilizza valvole piezoelettriche integrate per azionare piccoli cilindri pneumatici in un sistema a circuito chiuso. Questa configurazione è supportata da una valvola di regolazione proporzionale della pressione per regolazioni precise a basse portate, un terminale di valvole flessibile e cilindri pneumatici standard.

Validazione tecnica e benefici operativi
L'integrazione del controllore di posizione servopneumatico consente alle pinze del robot di esercitare una forza specifica con una precisione spaziale di 0,2 mm sia in orientamento verticale che orizzontale. Poiché il controllore dispone di un sistema integrato di rilevamento della posizione nello spazio, mantiene una forza costante anche quando l'orientamento dell'utensile cambia durante il funzionamento. Questa capacità permette al sistema di gestire in modo fluido le viti situate su lati diversi del contenitore della batteria.

Inoltre, il design meccanico utilizza una fase di accostamento tattile brevettata durante la sequenza di svitamento. Questo approccio tattile elimina la necessità di un sistema di visione ottica, rendendo l'utensile resiliente rispetto a elementi di fissaggio deformati, contaminati o disallineati.

La configurazione tecnica è stata sottoposta a un'ampia validazione prima del suo impiego. "Lo sviluppo del controllore di posizione CMAD ci ha permesso di fare a meno del sistema di visione utilizzato in precedenza", afferma Jan Pollmann, Head of Development presso Liebherr, sottolineando che la collaborazione con gli esperti tecnici del Festo Experience Centre di Esslingen ha consentito ai team di ingegneri di valutare a fondo la soluzione in condizioni operative simulate.

L'implementazione di questo sistema automatizzato consente agli impianti di riciclaggio di scalare le operazioni in modo efficiente per recuperare materie prime critiche, tra cui litio, cobalto e nichel. Automatizzando l'estrazione di questi materiali, i produttori di veicoli possono soddisfare le quote di riciclaggio richieste dalle normative dell'Unione Europea in modo economicamente vantaggioso.

A cura di Maria Brueva, redattrice di Induportals – adattato dall'IA.

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