DE69809111T2

DE69809111T2 - Verfahren zum Verarbeiten von abgelegten Elektromotoren

Info

Publication number: DE69809111T2
Application number: DE69809111T
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Kozuka; Toshihumi Miyasaka; Takeyuki Naitou; Ryouji Nakano; Ichiro Nakatani
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1997-04-16
Filing date: 1998-04-15
Publication date: 2003-07-17
Anticipated expiration: 2018-04-16
Also published as: DE69809111D1; EP0872321A2; EP0872321B1; EP0872321A3

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verarbeitungsverfahren für weggeworfene Elektromotoren und bezieht sich insbesondere auf ein Verfahren zur Verarbeitung weggeworfener Elektromotoren um hochreines Kupfer und hochreines nicht mit Kupfer verunreinigtes Eisen zurück zu gewinnen, und zwar durch Entfernen der Kupferwicklungen separat von den Eisenkernen.

Stand der Technik

Weggeworfene Motoren wurden über lange Zeit hinweg in Müllablagerungen entsorgt, wobei es nunmehr den starken Wunsch gibt solche weggeworfenen Motoren wiederzuverwenden, und zwar im Hinblick auf die Bewahrung der Ressourcen und auch im Hinblick auf Bedenken hinsichtlich der Schäden für die Umwelt und auch wegen der Knappheit von Mülllagerplätzen.
In einigen Fällen werden weggeworfene Motoren ähnlich wie Alteisen verarbeite, so dass diese Motoren in Eisenschmelzöfen verarbeitet werden, wobei aber wegen der Verunreinigung des Eisens durch Kupfer infolge der Kupferwicklungen eine solche Lösungsmöglichkeit Eisen schlechter Qualität mit einem hohem Maß an Kupferverunreinigung liefert.
Um die Kupferverunreinigung zu verhindern, kann es gemäß einer Möglichkeit vorgesehen sein, die weggeworfenen Motoren in die Kupferkomponenten und Eisenkomponenten aufzutrennen, um so jede Substanz gesondert wiederzugewinnen. Dieses Verfahren ist jedoch derzeit im allgemeinen nicht praktiziert, da es hohe Kosten verursachende arbeitsintensive Auseinderbauvorgänge benötigt.
Eine andere Möglichkeit die gelegentlich für die Wiederverwendung von Motoren von weggeworfenen Hausgeräten (beispielsweise Kühlschränken) vorgesehen ist, sieht vor, dass die Motoren aus den weggeworfenen Hausgeräten herausgenommen werden, wobei der aufgearbeitete Motor in anderen elektrischen Gütern und dergleichen verwendet wird. Dieser Ansatz hat jedoch nur eine begrenzte Anwendbarkeit, da die so erzeugten Güter als gebrauchte Güter angesehen würden.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, eine kryogene Sprödigkeitsbruchverarbeitung vorzusehen, und wobei bei diesem Verfahren die weggeworfenen Motoren als erstes extrem niedrigen Temperaturen ausgesetzt werden bevor sie pulverisiert werden.
Bei dem konventionellen Verfahren der kryogenen Sprödigkeitsbruchverarbeitung werden jedoch die Eisen und Kupferteile in dem ersten Prozess der Sprödigkeitsbruchbearbeitung der gesamten Anordnung vermischt, und die Mischung wird später verarbeitet, um die Eisenteile und die Kupferteile aus der Mischung herauszutrennen. Es ist klar, dass dieses Verfahren nicht nur kostspielige Anlagen benötigt im Zusammenhang mit der kryogenen und Schleifbearbeitung, sondern das Verfahren erfordert auch die Trennung von Eisen und Kupfer durch Mittel wie beispielsweise die magnetische Trennung oder die Luftklassifikation. Insgesamt ist der Prozess kompliziert und es ist zu erwarten, dass das Verfahren nicht nur energieintensiv ist sondern auch problematisch, so dass bei der Verarbeitung die Kosten sehr hoch sein würden. Ein weiteres Problem bei diesem Verfahren besteht darin, dass wegen der Vermischung der Eisen- und Kupferteile in der Anfangsstufe es sehr schwer ist, ein Produkt mit akzeptabler chemischer Reinheit zu erzeugen, obwohl große Mühen darauf verwendet werden die beiden Materialien zu trennen.
DE-C-39 11 490 offenbart ein Verfahren zur Verarbeitung von weggeworfenen Elektromotoren durch "Recycling", wobei die folgenden Schritte vorgesehen sind: querverlaufende Trennung der Kupferwicklungen auf dem Statorkern an einem vorderen oder Kopfende davon, und zwar in einer Ebene im wesentlichen unter rechten Winkeln gegenüber einer sich in Längsrichtung erstreckenden Drehwelle des Elektromotors, wobei eine Ziehvorrichtung vorgesehen wird, um die Kupferwicklungen aus einem Einsatz des Elektromotors herauszuziehen.
Die DE-A-22 23 38 offenbart ferner ein Verfahren zur Wiedergewinnung von Nicht-Eisenmetallen aus elektrischen Maschinen, und zwar durch Entfernung der Wicklungen von einem Rotor oder Stator. Eine thermische Zerlegung der Isolationsschicht wird vorgesehen und ein Herausziehprozess kann direkt mit dem Heizprozess gekoppelt sein.
Gemäss der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren gemäss Anspruch 1 vorgesehen. Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen offenbart.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Verarbeitung von weggeworfenen Elektromotoren vorzusehen, um hochreines Eisen und Kupfer schnell und mit einer geringen kostenverursachenden Trennanlage der Kupferteile und Eisenteile in den weggeworfenen Motoren zu erreichen.
Das Ziel wird in einem Verfahren zur Verarbeitung weggeworfener Elektromotoren zum Zwecke des Recycelns erreicht, wobei dieses Verfahren folgende Schritte aufweist: Anlegen oder Anwendung einer Wärmebehandlung an einen weggworfenen Motor, um einen Harzüberzug bzw. eine Harzbeschichtung der Kupferwicklungen installiert an einem Statorkern des Motors vorzunehmen, um diese Harzbeschichtung zu erweichen oder abzubrennen; Durchtrennen des Statorkerns quer durch die Kupferwicklungen in einer Ebene im wesentlichen rechtwinklig zu einer sich in Längsrichtung erstreckenden Drehwelle (Längsdrehwelle) des Motors; und Trennen der Kupferwicklungen von dem Statorkern.
Die Kupferwicklungen können demgemäss leicht von dem Statorkern entfernt werden, und zwar durch Wärmebehandlung um als erstes den Überzug oder die Beschichtung des Statorkerns zu erweichen oder wegzubrennen und um so dann die auf den Statorkern gewickelten Wicklungen aus einer kontinuierlich geschlossenen Schleife in U-förmige Fragmente zu zertrennen. Die U- förmigen Fragmente sind besonders vorteilhaft bei der Trennung die dann ohne Verwicklung mit den Statorkernnuten erfolgt.
Es ist bevorzugt, dass der Schritt der Wärmebehandlung zur Erweichung und zur Abbrennung des Harzüberzuges vor dem Schritt der Trennung des Statorkerns ausgeführt wird, wodurch es ermöglicht wird, dass die Wicklungen dadurch getrennt oder abgelöst werden, dass man den Statorkern unmittelbar nach der Trennung des Statorkerns aufschlägt um den Betrieb auf diese Weise zu vereinfachen. Es ist auch möglich den Schritt des Trennens eines Statorkerns nach dem Erweichen oder Abbrennen des Harzüberzuges auszuführen.
Vorzugsweise wird die Wärmebehandlung in einer keinen Sauerstoff oder im wesentlichen keinen Sauerstoff enthaltenden Atmosphäre durchgeführt, um so das Oxidieren des Kupfers zu verhindern.
Es ist vorzuziehen, dass der Schritt der Trennung der Kupferwicklungen durch Vibration oder Aufschlagen auf den Statorkern erfolgt, und zwar orientiert derart, dass die Abtrennoberfläche des getrennten oder abgetrennten Statorkerns nach oben weist, wie beispielsweise durch eine magnetische Haltevorrichtung, wodurch es ermöglicht wird, dass die Wicklungen vom Statorkern durch Schwerkraftfall getrennt werden.
Es ist klar, dass das erfindungsgemäße Verfahren zur Verarbeitung weggeworfener Motoren aus Gründen des Recyclings gestattet nur Kupferdrähte von einem weggeworfenen Motor durch die oben erwähnten Schritte, die relativ einfach sind, zu trennen. Es ist daher möglich in einfacher und wirtschaftlicher Weise Kupfer und Eisen zu trennen, ohne arbeitsintensive Prozesse oder kostspieliges Gerät einzusetzen, um hochreines Kupfer und hochreines Eisen aus den weggeworfenen Motoren wiederzugewinnen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein Querschnitt eines weggeworfenen Motors, der in Haltevorrichtungen gehalten ist, und zwar gemäss einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens der vorliegenden Erfindung
Fig. 2 ist ein Querschnitt eines halben Abschnitts des auseinandergebauten Motors erzeugt in Fig. 1 mit einer Magnethaltevorrichtung;
Fig. 3 ist ein Querschnitt der das Verfahren der Entfernung des Gehäuses vom halben Motor zeigt;
Fig. 4 ist ein Querschnitt der Sammlung der Kupferspulen durch Schwerkraftfall;
Fig. 5 ist ein Querschnitt des Haltens von Halbabschnitten in magnetischen Haltevorrichtungen.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Die Verfahren der vorliegenden Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert.
In einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens weist ein weggeworfener Motor 1 folgendes auf: ein Gehäuse 2, ein Statorkern (stationäres Element) 3, und einen Rotor (Drehelement) 4 wie dies in normalen Motoren der Fall ist. Der Statorkern 3 ist in dem Gehäuse 2 untergebracht und der Rotor 4 besitzt eine Rotorwelle 5, die durch die Mitte hindurch verlaufend eingesetzt ist.
Der Statorkern 3 wird hergestellt durch Wicklung einer Vielzahl von Kupferdrähten (um Spulen zu erzeugen) 6 auf dem Statorkern 3 in eine Richtung parallel zur Motorwelle 5 hergestellt, und obwohl das Wicklungsmuster von einer Bauart zu einer anderen sich ändern kann, wie beispielsweise Überlappungs- oder Wellenwicklungen, sind die Wicklungen im allgemeinen am Statorkern 3 durch Gießen eines Polymerharzes befestigt.
Ein erster Schritt bei der Verarbeitung des Motors 1 ist der Wärmebehandlungsschritt des Motors 1, um so den Überzug oder die Beschichtung zu verkohlen oder wegzubrennen, wobei dieser Überzug, wie beispielsweise Harze oder Lacke derart in Spulen 6 anhaften zerkrümelt werden.
Wenn der Motor 1 Aluminiumteile wie beispielsweise Schlitzstangenendringe oder Kühlschaufeln aufweist, so ist der Motor 1 auf einer Temperatur von beispielsweise 700ºC erhitzt, d. h. eine Temperatur die höher ist als der Schmelzpunkt des Aluminiums nämlich 600ºC. Dieser Wärmebehandlungsschritt verkohlt die Beschichtung in Fragmente oder verdampft die an den Spulen 6 anhaftende Beschichtung und gleichzeitig werden die Aluminiumteile derart geschmolzen, dass das geschmolzene Aluminium in den Raum fließen kann der zwischen dem Statorkern und dem Rotor 4 vorhanden ist, um die zwei Komponenten 3, 4 zu verbinden. Für diejenigen Motoren, die keine Aluminiumteile aufweisen reicht es aus den Motor 1 auf beispielsweise 300ºC zu erhitzen, um die Harzbeschichtung oder den Harzüberzug zu verkohlen oder abzubrennen.
Um die Oxidation der Spulen 6 zu verhindern ist es bevorzugt eine Atmosphäre mit geringem Sauerstoffgehalt zu verwenden, beispielsweise mit ungefähr 0 bis 5% Sauerstoff. Sodann wird es ermöglicht, dass der Motor 1 auf 54ºC oder höher erhitzt wird, um so den Harzüberzug ohne Oxidation der Spule 6 zu verkohlen oder zu verdampfen.
Eine derartige heiße Gasatmosphäre mit niedrigem Sauerstoffgehalt kann dadurch erzeugt werden, dass man Abfallmaterialien in einem Vergasungsofen verbrennt, der an Luft weniger als 1,0 Luftverhältnis aufweist und wobei die Verbrennung des Abgases von dem Vergasungsofen in einem Hochtermperaturschmelzofen bei einer Temperatur von 1300ºC oder höher in einem niedrigen Sauerstoffluftverhältnis geschieht. Anders ausgedrückt enthält das Abgas von der Abfallverbrennung eine vernachlässigbare Menge an Sauerstoff und das Abgas oder austretende Gas aus dem Schmelzofen enthält ungefähr 5 Vol-% oder dergleichen Sauerstoff. Daher sind diese Abfall oder Abgase in idealer Weise als eine Wärmebehandlungsatmosphäre für die Verarbeitung von weggeworfenen Motoren geeignet.
Als nächstes werden wie in Fig. 1 gezeigt die Enden des wärmebehandelten Motors 1 in einem Paar von Befestigungsvorrichtungen oder Klemmvorrichtungen 10 um ihr Gehäuse 2 herum gehalten, um den Motor 1 zu immobilisieren. Die Befestigungsdurchmesser sind entsprechend dem Durchmesser D des Gehäuses 2 vorgewählt.
Als nächstes wird der festgehaltene Motor 1 in zweihälftige Abschnitte 1a und 1b durchtrennt, und zwar durch querverlaufendes Schneiden unter rechten Winkeln gegenüber der Motorwelle 5 durch eine Schneidebene 12, und zwar an einer Stelle ungefähr halbwegs entlang der Längsrichtung der Motorwelle 5. Dies geschieht unter Verwendung irgendeiner Schneidvorrichtung 1 wie beispielsweise einer Scheibenschneidvorrichtung, einer Schleifschneidvorrichtung oder eines Schneidwerkzeugs. Ein Verdrehen des Rotors 4 kann beim Durchtrennen verhindert werden, wenn das verfestigte Aluminium den Statorkern 3 und den Rotor 4 verbindet.
Während, wie in Fig. 2 gezeigt, die hälftigen oder in die Hälfte geschnittenen Motoren 1a, 1b weiterhin in den Haltevorrichtungen 10 gehalten werden, nunmehr die Abtrennoberflächen anstoßend gegen eine magnetische Haltevorrichtung 13, so dass die Abtrennoberfläche des Statorkerns 3 und des Rotors 4 magnetisch an der Oberfläche der magnetischen Haltevorrichtung 13 befestigt sind. In diesem Zustand wird die Haltevorrichtung 10 in einer Richtung weg von der magnetischen Haltevorrichtung 13 bewegt, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist, um das Gehäuse 2 vom Statorkern 3 und dem Rotor 4 zu trennen.
Als nächstes wird wie in Fig. 4 gezeigt, die Magnethalterung 3 umgekehrt, so dass die abgeschnittenen Oberflächen des Statorkerns 3 und des Rotors 4 nach oben weisen und Transport erfolgt nunmehr zu einer Stelle oberhalb eines Kupferaufnahmegefässes 14, und der Statorkern 3 wird durch Schütteln der magnetischen Haltevorrichtung 3 in Schwingungen versetzt oder aber durch Schlag auf den Statorkern 3. Da die Spulen 3 in Hälften getrennt sind, mit ihren Schleifenenden nach unten weisend, können sodann die U-Förmigen Hälftenschleifen ohne weiteres nach unten aufeinanderfolgend in das Gefäss 14 fallen, ohne sich in den Nuten des Statorkerns 3 zu verhängen. Bei der Bestimmung der Schneidebene 12 ist es nicht notwendig, dass die Ebene 12 rechtwinklig gegenüber der Motorwelle 5 verläuft, auch andere geeignete Winkel können gewählt werden solange nur die Spulen selbst in zwei U- förmige Teile unterteilt werden. Die Trennung muss auch nicht in der Mitte des Statorkerns 3 erfolgen, solange nur die Trennung der Spulen 6 erfolgen kann um geeignete U-förmig geteilte Teile von Drähten zu erhalten.
Die Spulen 6 werden somit in das Gefäß 14 fallen gelassen und getrennt von den Eisenteilen, wie beispielsweise dem Gehäuse 2, dem Statorkern und dem Rotor 4, so dass Kupfer und Eisen gesondert verarbeitet werden kann, um ein reines Material von jeder Substanz zu erhalten.
Dieses Ausführungsbeispiel ist im Falle der Entfernung des Gehäuses 2 von kleinen Motoren 1 dargestellt, wenn aber der Motor 1 ein eine große Größe besitzender Motor ist, so kann es schwer sein das Gehäuse 2 zu entfernen. In einem solchen Fall werden die Enden des Gehäuses 2 abgeschnitten, um als erstes die Spulen 6 freizulegen und durch Erfassen der Enden der Spulen 6 können Gehäuse 2 und Statorkern 3 entlang einer Mittelebene in Längsrichtung getrennt werden.
Der Prozeß des Trennens des Statorkerns wird vorzugsweise dadurch ausgeführt, dass man das Gehäuse zerschneidet, während der Motor noch immer im Gehäuse sitzt, oder aber dadurch, dass man den Statorkern aus dem Gehäuse entfernt oder die Spulen durch Entfernen von Teilen des Gehäuses freilegt. Durch Verwendung eines solchen Verfahrens ist es möglich einen Scheibenschneider oder einen Schleifschneider zu verwenden, um den Motor in einfacher und effizienter Weise zu trennen.
Das Verfahren der Trennung des Statorkerns wird vorzugsweise dadurch ausgeführt, dass man die Enden des Gehäuses oder des Statorkerns festlegt oder festklemmt, um so den Motor oder den Statorkern in der Festleg- oder Klemmvorrichtung zu immobilisieren. Es ist auch möglich eine Reihe von Trennschritten auszuführen, die automatisch mittels einer Robotvorrichtung vorgenommen werden.
Durch Schmelzen der Aluminiumteile in dem Verfahren der Verkohlung oder Abbrennung des Harzüberzuges, kann das geschmolzene Aluminium in die Räume zwischen dem Statorkern und dem Rotor fließen, um den Rotor zu immobilisieren, wobei es dann möglich ist den Motor beispielsweise mit einem Scheibenschneider zu durchtrennen. Das Verfahren der Verkohlung oder Verbrennung des Harzüberzugs kann dadurch ausgeführt werden, dass man zuerst die Spulen freilegt und sodann die freigelegten Spulen in Luft erhitzt. Ein solches Verfahren ist einfach und kann selbst bei einer relativ niedrigen Temperatur ausgeführt werden, die ausreicht, um den Harzüberzug zu erweichen.
Fig. 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des vorliegenden Verfahrens. Nach dem Trennen oder Durchschneiden des Motors 1 in Halbabschnitte 1a, 1b wie oben beschrieben wird jeder Halbabschnitt 1a oder 1b magnetisch an einem hohlen Magnethalter oder einer hohlen Magnetklemmvorrichtung 5 befestigt, und zwar mit einer Form entsprechend der Querschnittsform der abgetrennten Halbabschnitte des Statorkerns, die nach unten orientiert sind. In diesem Zustand wird eine Kolbenstange 16 angeordnet in der Mitte des Lochs der hohlen Magnethaltevorrichtung 15 in das Loch derart abgesenkt, dass das Gehäuse 2 und der Rotor 4 beide aus dem Statorkern 3 herausgestoßen werden können. Nach diesem Schritt wird der Statorkern 3 in Vibration oder Schwingung versetzt, um die Spulen 6 herausfallen zu lassen, die dann wie oben erwähnt gesammelt werden.
Der Durchmesser der hohlen magnetischen Haltevorrichtung 15 ist entsprechend dem Außendurchmesser D des Gehäuses 2 vorausgewählt.
Es sei bemerkt, dass obwohl die vorhergehenden Ausführungsbeispiele zeigten, dass der Motor eine Wärmebehandlung vor der Trennung des Statorkerns ausgesetzt wird, es auch zulässig ist den Statorkern erst zu trennen und sodann die getrennten Hälften der Wärmebehandlung auszusetzen, und zwar bei einer Temperatur ausreichend um den Harzüberzug zu erweichen oder wegzubrennen.
Anders ausgedrückt gilt folgendes: was für ein Verfahren auch immer gewählt wird, um die gehälfteten oder halbierten Abschnitte zu erzeugen, d. h., durch Aussetzen der Spulen durch Trennen des Gehäuses und des Statorkerns zusammen als erstes und sodann Entfernen des Gehäuses wie oben beschrieben oder aber durch Entfernen des Statorkerns aus dem Gehäuse und durch Trennen des Statorkerns, können in jedem Falle die halben Abschnitte einer Wärmebehandlung in Luft bei einer relativ niedrigen Temperatur nachher ausgesetzt werden, um den Harzüberzug zu erweichen, beispielsweise bei 300 bis 500ºC. Nach diesem Schritt werden die Spulen von dem Statorkern durch irgendwelche geeignete mechanischen Mittel entfernt.

Claims

1. Verfahren zum Verarbeiten von weggeworfenen Elektromotoren (1) zum Recycling bzw. zur Wiederaufbereitung, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

Anlegen einer Wärmebehandlung an einen weggeworfenen Motor 1 zum Erweichen oder Abbrennen eines Harzüberzugs, der befestigt ist, an Kupferwicklungen (6), die auf einen Statorkern (3) des Motors gewickelt sind, wobei die Wärmebehandlung in einer Atmosphäre durchgeführt wird, die keinen oder im Wesentlichen keinen Sauerstoff enthält;

Durchtrennen des Statorkerns (3) quer durch die Kupferwicklungen in einer Ebene (12) mit im Wesentlichen rechtem Winkel zu einer Längsdrehwelle (5) des Motors (1); und

Trennen der Kupferwicklungen (6) von dem Statorkern (3).

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Wärmebehandlung bei einer Temperatur von ungefähr 300ºC bis 700ºC durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Wärmebehandlung in einer Atmosphäre durchgeführt wird, die weniger als ungefähr 5% Sauerstoff enthält.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Schritt der Wärmebehandlung zum Erweichen oder Abbrennen eines Harzüberzugs nach dem Schritt des Durchtrennens eines Statorkerns (3) durchgeführt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Schritt des Trennens der Kupferwicklungen (6) durchgeführt wird durch Vibrieren oder Drücken des Statorkerns (5), der derart angeordnet ist, dass eine Schnittfläche eines durchtrennten Statorkerns (5) nach oben weist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Schritt des Trennens der Kupferwicklungen (6) von einem Statorkern (5) durchgeführt wird durch Greifen und Ziehen der Kupferwicklungen (6) aus dem Statorkern (5) heraus.