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Recyclingprozesse von Fahrzeug-Kabelsträngen im Vergleich unter besonderer Berücksichtigung des Kupferanteils

Die Diplomarbeit wurde 2002 mit dem Umweltforschungspreis der voestalpine AG ausgezeichnet.
Recyclingprozesse von Fahrzeug-Kabelsträngen im Vergleich unter besonderer Berücksichtigung des Kupferanteils
Über dieses Buch
  • Art: Diplomarbeit
  • Autor: Alexander von Zitzewitz
  • Abgabedatum: November 2002
  • Umfang: 174 Seiten
  • Dateigröße: 1,8 MB
  • Note: 1,0
  • Institution / Hochschule: Montanuniversität Leoben Österreich
  • ISBN (eBook): 978-3-8324-5601-6
  • ISBN (Paperback) :
    978-3-8324-5601-6 P
  • ISBN (CD) :978-3-8324-5601-6 CD
  • Sprache: Deutsch
  • Prämierung: Die Diplomarbeit wurde 2002 mit dem Umweltforschungspreis der voestalpine AG ausgezeichnet.
  • Arbeit zitieren: von Zitzewitz, Alexander November 2002: Recyclingprozesse von Fahrzeug-Kabelsträngen im Vergleich unter besonderer Berücksichtigung des Kupferanteils, Hamburg: Diplomica Verlag
  • Schlagworte: Recycling, Verwertung, Kabelstrang, Richtlinie, Demonate

Diplomarbeit von Alexander von Zitzewitz

Hinweis:

Ein Artikel über diese Diplomarbeit erscheint in englischer Sprache in der August-Ausgabe 2004 der Fachpublikation „World of Metallurgy – Erzmetall“, herausgegeben vom Nichteisen-Metallurgie-Verband Deutschlands.

Zusammenfassung:

Mit der EU-Altauto-Richtlinie wird für die Fahrzeugindustrie festgelegt, dass ab 2006 lediglich 15 % und ab 2015 nur noch 5 % eines Fahrzeugs deponiert werden dürfen. Das Steigern der Recyclingquote von Altfahrzeugen und deren Bauteilen ist somit heute ein zentrales Thema.

Daher wurde eine Diplomarbeit erstellt, in der aktuelle und in Entwicklung befindliche industrielle Verwertungsprozesse des Leitungssatzes (Kabelstrangs) untersucht und bewertet werden: des Leitungssatzes als einem Bauteil, das bis zu 65% des in Fahrzeugen verbauten Kupfers enthält. Da Kupfer einen hohen Materialwert besitzt und schon bei kleinsten Gehalten in Stahl und Kunststoffen deren Eigenschaftsprofil stark verschlechtert, wird hierauf speziell eingegangen.

Um Praxisnähe zu gewährleisten, wurde die Arbeit in einem Automobilunternehmen erstellt. Daneben erfolgte eine enge Zusammenarbeit mit mehreren Zulieferfirmen sowie mit Betreibern der Verwertungsprozesse. Firmen wie Delphi, Lear, voestalpine, RRO, KME, NA und Cablo und ihre Ansprechpartner sind in der Arbeit genannt. Inzwischen werden in diesem Automobilunternehmen einige der erarbeiteten Vorschläge umgesetzt und die Zusammenarbeit mit einigen der o. g. Firmen wie z.B. Delphi vertieft.

Es werden konkrete Verwertungsprozesse des Leitungssatzes vom vollständigen Schreddern über die Teildemontage bis zur vollständigen Demontage auf ihre wirtschaftliche, ökologische und technische Tragfähigkeit hin untersucht und anschließend bewertet. Qualifizierte Zahlen zu relevanten Kosten, Ausbeute, Tonnagen etc. der oben genannten Firmen sind detailliert angeführt.

Eine wichtige Erkenntnis ist, dass schon heute eine Teildemontage des Leitungssatzes wirtschaftlich und ökologisch sinnvoll ist. Hierfür wurde ein beispielhafter Demontageprozess entwickelt und erprobt. Im Anschluss werden Vorschläge zur verbesserten, recyclinggerechten Konstruktion von Leitungssätzen gegeben.

Zudem werden im Zuge dieser Arbeit die folgenden Themen besprochen:

- Relevante rechtliche Rahmenbedingungen wie die EU-Altauto-Richtlinie.

- Kupfer, Kunststoffe und ihre möglichen Verwertungswege.

- Bauteile und Materialien von Leitungssätzen.

Inhaltsverzeichnis:

1. EINFÜHRUNG 1
1.1 Erläuterung der Problematik 1
1.2 Aufgabenstellung und Zielsetzung 1
2. HINTERGRUND 3
2.1 Fahrzeugbau 3
2.2 Rechtliche Rahmenbedingungen 4
2.3 Definitionen 8
2.4 Aktuelle Verwertung von Altfahrzeugen 8
2.5 Konstruktion 10
3. KUPFER 12
3.1 Verwendung, Eigenschaften und Herstellung 12
3.2 Verwendung von Kupfer in Fahrzeugen 12
3.3 Verwertung von Kupferschrotten 16
3.4 Kupfer als Verunreinigungselement 23
4. KUNSTSTOFFE 24
4.1 Leitungssatzrelevante Kunststoffe u. ihre Verwertungseignung 24
4.2 Additive 26
4.3 Separierung von Kunststoffsorten 27
4.4 Verwertungsverfahren für Kunststoffe 29
4.5 Probleme bei der Kunststoffverwertung 30
5. DER LEITUNGSSATZ 33
5.1 Einführung 33
5.2 Gewicht, Größe und Aussehen 33
5.3 Herstellung und Verteilung des Leitungssatzes im Fahrzeug 34
5.4 Bauteile und Materialien 35
5.5 Verwertung von Leitungssätzen 41
6. VERWERTUNG OHNE LEITUNGSSATZDEMONTAGE 42
6.1 Schreddern 42
6.2 Verwertung der Schredderprodukte 47
7. VERWERTUNG BEI LEITUNGSSATZDEMONTAGE 59
7.1 Demontage des Leitungssatzes 59
7.2 Verwertung des demontierten Leitungssatzes 71
8. VERWERTUNG DER KUPFERFRAKTIONEN 83
8.1 Einführung 83
8.2 Verwertung vollständiger Leitungssätze 83
8.3 Sekundärhütte (Montanwerke Brixlegg) [59] 83
8.4 Sekundärhütte (Hüttenwerke Kayser AG) 87
8.5 Legierungswerk (KME) 88
9. BEWERTUNG DER VERWERTUNGSPROZESSE 91
9.1 Einführung 91
9.2 Methodik 92
9.3 Festlegung des Ziels und des Untersuchungsrahmens 93
9.4 Sachbilanz 94
9.5 Auswertung 105
10. KONSTRUKTIVE EMPFEHLUNGEN 108
10.1 Einführung 108
10.2 Allgemein 108
10.3 Schredder: Separation und Werkstoffauswahl 109
10.4 Demontage und Verbindungstechniken 111
10.5 Sonstige konkrete Empfehlungen 115
11. ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK 116
12. ANHANG 118
12.1 Definitionen (zu Kapitel 2.3) 118
12.2 Kupfer – Eigenschaften, Herstellung, etc. (zu Kapitel 3.1) 121
12.3 Kunststoffe (zu Kapitel 4) 124
12.4 Verwertungsverfahren für Kunststoffe (zu Kapitel 4.4) 126
12.5 Demontageprozess des Prototypen 1 (zu Kapitel 7.1.4) 131
12.6 Verwertungsprozesse in Schaubildern 135
12.7 Bewertung von Szenario 3: Tabellen (zu Kapitel 9.4.2) 143
13. VERZEICHNISSE 164
13.1 Abbildungsverzeichnis 164
13.2 Tabellenverzeichnis 165
13.3 Literatur- und Quellenverzeichnis 166

Automatisiert erstellter Textauszug:

CABLO verarbeitet sämtliche vorkommenden Kabeltypen, im Jahr 2001 20.000 t. Es werden sowohl Produktionsabfälle von Kabelwerken (Leoni AG, ABB, Pirelli, ...) als auch Altkabel aufbereitet. Die Verarbeitung von Alt-Leitungssätzen aus Fahrzeugen findet heute aufgrund des geringen Anfalls noch nicht statt. Grundsätzlich ist dies aber mit den bestehenden Anlagen der CABLO problemlos möglich. Neben den klassischen Kabelabfällen zählen auch die kupferreichen Schrottfraktionen aus Schredderanlagen bzw. den sich anschließenden Schwimm-Sink-Anlagen zu den Vormaterialien der CABLO. In diesen sind neben anderen NE-Metallen unter anderem isolierte Kupferleitungen und Motorwicklungen enthalten. Ihr Anteil liegt allerdings bei nur etwa 5 % der gesamten Einsatzmenge. 7.2.2.3 Prozessablauf [...]

Heute erfolgt die Separation der Leitungssatz-Materialien vorwiegend durch Schreddern der Leitungssätze, der nachfolgenden Trennung von Kupfer und Kunststoffen sowie einer eventuellen Trennung der unterschiedlichen Kunststoffe (Kapitel 1.1). Der entscheidende Nachteil dieses konventionellen Ansatzes ist, dass dabei Metallpartikel die Kunststoffe verunreinigen, was ihre Qualität, bei Leitungen insbesondere die Isoliereigenschaften, beeinträchtigt. Der Kunststoffanteil wird üblicherweise deponiert, manchmal energetisch verwertet. Bestenfalls die Metallanteile (v.a. Kupfer) werden in der EU heutzutage werkstofflich verwertet. Aus wirtschaftlichen Gründen ist der Schiffstransport von Kabeln nach Ostasien zur dortigen fragwürdigen „Verwertung“ ebenso ein gängiger Weg. Grundlegende, mögliche Separationsverfahren sind: • Physikalische Separation Üblich ist in Anschluss an den Aufschluss durch Schreddern oder Mahlen die maschinelle Separation oder die Anwendung der Schwimm-Sink-Technik (Kapitel 6.2.6). Eine manuelle Separation der Leitungssatz-Materialien wird in einem kleinen Unternehmen in Österreich (Kärnten) angewandt. • • Chemische Separation Möglich ist die selektive Auflösung von Kunststoffsorten. Energetische Separation o o Die Verbrennung des Leitungssatzes ist ökologisch nicht vertretbar (Kapitel 8.2). Beim Abschwelen der im Leitungssatz enthaltenen Kunststoffe (unter Sauerstoffabschluss) werden diese verdampft. Ihr Energiegehalt kann teilweise genutzt werden, aus ökologischen Gründen (Abgase) ist dieses Verfahren in der EU aber nicht mehr üblich. o Die Abtrennung von Kunststoffen im flüssigen Zustand ist schwierig, da sie aus langen molekularen Ketten bestehen und somit nicht viskos sind. [...]

(www.faurecia.com) aus dem Jahr 2002 ist die Demontage der Instrumententafel allerdings bisher nicht wirtschaftlich. Zudem befinden sich im Innenraum kaum für eine Verwertung interessante, da nicht metallhaltige, Bauteile. Daher ist eine Demontage des Innenraum-Leitungssatzes auch in Zukunft unwahrscheinlich [56]. Sollte die Demontage der vorab zu demontierenden Bauteile jedoch eines Tages vollzogen werden, wäre die Demontage eines Großteils des Leitungssatzes wirtschaftlich (Kapitel 7.1.4.2). Die in den Türen verlaufenden Leitungssatzteile machen nur einen Bruchteil des gesamten Leitungssatzes aus; deren Demontage gehört aber zu den aufwändigsten. Konstruktive Änderungen zur besseren Demontage in den Türen sind daher sekundär. Die Demontage des im Motorraum befindlichen Leitungssatzteiles ist sehr aufwändig, da im Motorraum viele Aggregate auf dichtestem Raum verbaut sind. Eine sinnvolle Teildemontage von 1 - 2 kg/Altfahrzeug (Angabe gültig für Prototyp 1 und Prototyp 2) ist möglich, wenn der Motor z.B. aufgrund seines Aluminiumgehaltes oder zur Wiederverwendung vorher ausgebaut wird. Der Verwerter Environ Automotive GmbH, Wetter, z.B. baut fast alle Motoren und Getriebe aus (was nicht gängig ist), indem deren Halterungen bei hängendem Fahrzeug mit Bergungsscheren zerschnitten werden. Zuvor müssen sämtliche Züge (z.B. die Gasleitung) und Schläuche (Kühler, Bremsdruckverstärker, …) durchgeschnitten worden sein, was eine Zeit von 2 - 5 Minuten in Anspruch nimmt. Im Zuge der Demontagearbeiten am Motorraum werden bei Environ schon jetzt ca. 1 kg Motorraumleitungssatz/Altfahrzeug ausgebaut. Allerdings sind 30 % der eingesetzten Fahrzeuge neuwertig, da hier viele Vorserienfahrzeuge der Ford-Werke AG verwertet werden. [...]

Arbeit zitieren:
von Zitzewitz, Alexander November 2002: Recyclingprozesse von Fahrzeug-Kabelsträngen im Vergleich unter besonderer Berücksichtigung des Kupferanteils, Hamburg: Diplomica Verlag

Schlagworte:
Recycling, Verwertung, Kabelstrang, Richtlinie, Demonate

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