Datenlogger erfassen mechanische Belastungen und helfen, Umweltschäden zu verhindern

Logistikvorgänge bei Elektro(nik)altgeräten

Umweltaspekte gewinnen in allen Bereichen der Güterverarbeitung, Logistik und auch der Entsorgung und des Recycling immer grösseres Gewicht. Mechanische Schäden müssen dabei erkannt, registriert und analysiert werden. Im Folgenden ein Beispiel aus dem Recycling-Sektor.

Forschungsprojekt Dr. Brüning Engineering UG, Autoren: Dr. Ralf Brüning (Geschäftsführer Dr. Brüning Engineering UG und Stellv. Leiter Institut für Kreislaufwirtschaft und Umwelttechnik), Julia Wolf (wissenschaftliche Mitarbeiterin Dr. Brüning Engineering UG)

In Elektro(nik)altgeräten (EAG) können vielfältige gefährliche Stoffe enthalten sein, wie z.B. Quecksilber, Schwermetalle, Tonerstaub, Batterien etc. Gleichzeitig sind die Logistikvorgänge im Recyclingbereich nicht mit denen bei Neuware zu vergleichen. D.h. guter Witterungsschutz, Verpackungen der Güter, vorsichtige Umschlagvorgänge sind im Recyclingbereich nicht die Regel. Beispielsweise ist das Abkippen von Geräten aus einem Container auf Betonboden aus 1 bis 2 m Höhe alltägliche Praxis (freier Fall, Bild 1). Dabei sind die Geräte nicht verpackt. Ein Witterungsschutz wäre zwar gesetzlich vorgeschrieben, in der Praxis allerdings selten angewendet.

Wenn bei solchen Abkippvorgängen die Altgeräte beschädigt werden, können Schadstoffe, wie z.B. Quecksilber aus Flachbildschirmen freigesetzt werden. Ein Beispiel sind die empfindlichen, quecksilberhaltigen Röhrchen der Hintergrundbeleuchtung eines Flachbildschirms, wie in Bild 2 zu sehen. Diese befinden sich hinter dem Display und dürfen bei Logistikvorgängen nicht beschädigt werden.

Durch den Austritt von Schadstoffen wie Quecksilber oder von Schwermetallen in der Leuchtschicht etc. würden nicht nur die Umwelt in grossem Masse geschädigt sondern eventuell auch Mitarbeiter gefährdet. Obwohl dies alles natürlich vermieden werden muss, werden EAG in der Praxis immer wieder durch Logistikvorgänge zerstört (s. Bild 3).

Abkipp-Versuche zur Ermittlung mechanischer Belastungen

Da in der Praxis immer wieder Schadstoffe aus EAG durch die sehr hohen mechanischen Belastungen freigesetzt werden, sollte in einem Forschungsprojekt durch den Einsatz von Miniatur-Datenloggern des Typs MSR165 des Schweizer Technologieunternehmens MSR Electronics GmbH festgestellt werden, welche Belastungen an diesen Altgeräten bei häufig auftretenden Logistikvorgängen normalerweise auftreten.

Die Versuche wurden durchgeführt von der Firma Dr. Brüning Engineering UG (DrBE), einem unabhängig beratenden Dienstleistungsunternehmen mit Sitz in Brake, Niedersachsen (Deutschland). Der Schwerpunkt der Tätigkeit liegt in der Initiierung, Planung und Durchführung nationaler und internationaler Industrie- und Forschungsprojekte im umwelt- und informationstechnischen Bereich. Auftraggeber sind Industrie- und Wirtschaftsunternehmen im regionalen, nationalen und internationalen Massstab sowie die öffentliche Hand. Der Fokus der Tätigkeiten liegt im Bereich Wiederverwendung und Recycling mit Schwerpunkten bei Elektro(nik)(alt)geräten, Altbatterien und (Alt)fahrzeugen.

Anforderungen an Datenlogger

Für das Forschungsprojekt war es wichtig, Datenlogger einzusetzen, die hohe Beschleunigungen (bis zu 200 g) aufnehmen können, da u.a. auch der freie Fall von EAG beim Abkippvorgang abgebildet werden musste. Zusätzlich sollte der Datenlogger Beschleunigungen in allen drei Achsen aufzeichnen können, da es sich bei den Beladungs- und Abkippvorgängen nicht um gerichtete Bewegungen handelt. Darüber hinaus mussten die Datenlogger auch für die rauhe Umgebung in der Recyclingbranche einsetzbar sein und die Aufzeichnung von Messwerten über ca. 24 Stunden sollte möglich sein, um Transportprozesse in der Praxis abzubilden. Nach einer Internetrecherche wurden die genannten Datenlogger MSR165 ausgewählt, da sie die geforderten Bedingungen erfüllen.

Die mit hochauflösenden 3-Achsen-Beschleunigungssensoren (± 15 g bzw. ± 200 g) ausgestatteten Datenlogger (Bild 4) liefern Messdaten über Schocks, Stösse und Vibrationen. Mit einer Messrate von 1600/s, der hohen Speicherkapazität und dem geringen Stromverbrauch eignen sich diese daumengrossen Logger allgemein sehr gut für Anwendungen in den Bereichen Transportüberwachung, Fehlerdiagnosen und Belastungstests, zumal sie sich auch mit Temperatur-, Feuchte-, Druck- und Lichtsensoren oder mit vier analogen Eingängen ausstatten lassen, um beispielsweise die Signale beliebiger anderer physikalischer Sensoren erfassen zu können.

Die Speicherkapazität von 2 Mio. Messwerten reicht zur Aufzeichnung von über 10'000 Stössen aus; mittels microSD-Karte lässt sich die Kapazität auf über 1 Mrd. Messwerte erhöhen. Via USB-Schnittstelle oder microSD-Karte können die Messdaten schnell auf einen Rechner übertragen werden. Die ebenfalls verfügbare MSR-PC-Software erleichtert die effiziente Messdatenerfassung und -bearbeitung. Für die erweiterte Analyse und die grafische Darstellung der im Schock-Modus erfassten Daten sowie zur automatischen Report-Erstellung steht die speziell auf die Bedürfnisse der Schock- und Stoss-Erfassung zugeschnittene neue MSR ShockViewer-Auswertesoftware zur Verfügung – sie wird vielfach erfolgreich eingesetzt zur Analyse ungewöhnlicher Ereignisse während des Betriebes oder beim Transport von Geräten.

Praktische Durchführung

Vor dem Einsatz im Feld wurde die Softwareinstallation auf Notebook und PCs durchgeführt. Diese verlief schnell und problemlos; auch ein Softwareupdate für die Datenlogger verlief schnell und unkompliziert.

Für die praktischen Versuche wurden die Datenlogger in Computernetzteile eingebaut, um einen zusätzlichen mechanischen Schutz gewährleisten zu können. In den Netzteilen wurden diese direkt auf die Kühlkörper geschraubt (Bild 5). Zum Witterungsschutz wurden die Netzteile zusätzlich in Plastikbeutel verpackt. Um das Wiederfinden in dem 38 Kubikmeter grossen Container zu erleichtern, wurden sie jeweils mit ca. 2 m langem Absperrband markiert.

Messungen in der Praxis

Folgende Belastungen während der nachfolgenden Logistikvorgänge wurden mit Hilfe der MSR165 Datenlogger gemessen:

• Beladung der Container von Hand.

• Beladung der Container mechanisiert (z.B. Radlader).

• Aufziehen der Container auf das Transportfahrzeug.

• Transport über längere Strecke auf der Strasse (ca. 100 – 300 km).

• Umladung von EAG.

• Abkippen der zuvor transportierten Geräte auf z.B. Betonboden.

Dazu wurden mehrere Datenlogger an verschiedenen Stellen in die Container eingebracht. Anschliessend wurden sowohl Transportvorgänge aufgezeichnet, als auch Ereignisse, wie das Abkippen, bei dem Belastungsspitzen erwartet wurden.

Mit Hilfe der Datenlogger konnten erstmals die Belastungen bestimmt werden, denen EAG bei Logistikvorgängen ausgesetzt sind. Die durchgeführten Versuche zielten auf die Bestimmung der Beschleunigung in allen drei Ebenen und die jeweilige Einwirkzeit ab.

Umfassende Auswertungen per Software

Die MSR-ShockViewer-Software zur Auswertung der Messdaten ist gut strukturiert und fast intuitiv zu bedienen. Auch die automatische Report-Erstellung, die detaillierte Analyse der Schock-Ereignisse und die gleichzeitige Aufzeichnung weiterer physikalischer Umgebungs-Parameter wie z.B. der Temperatur oder der Luftfeuchtigkeit sind wertvolle Resultate der Aufzeichnungsmöglichkeiten mit den MSR165-Loggern und der Datenauswertung mit der ShockViewer-Software. Eventuell nötige Hilfestellungen geben gute Anleitungsvideos; weitere Unterstützung findet man im Handbuch.

Erwartungsgemäss zeigen die Messungen zum Teil sehr hohe Beschleunigungswerte, die mit den MSR165-Loggern aufgezeichnet werden konnten. Die registrierten Daten lassen sich auch schnell und unkompliziert in verschiedenen Formaten (z.B. csv) exportieren, so dass sich auch in anderen Softwarepaketen (z.B. Excel) zusätzliche detaillierte Auswerte-Analysen durchführen lassen.

In weiteren Versuchen soll jetzt ermittelt werden, ab welchen Belastungen welche Geräte wie beschädigt werden und ab wann Schadstoffe austreten. Die Ergebnisse können u.a. in der Entwicklung und Verbesserung von Sammel- und Transportbehältern genutzt werden.

Letztlich haben sich die Datenlogger der Serie MSR165 bei den hier geforderten Umgebungsbedingungen im Feldversuch sehr gut bewährt. Die Messungen haben die Grundlage dafür gelegt, dass bezüglich der beschriebenen und sehr wichtigen Umweltproblematik weiter geforscht werden kann. Langfristiges Ziel soll es sein, zukünftig die Umwelt und die Mitarbeiter besser vor dem Austritt von Schadstoffen zu schützen.

Dürfen wir auch Ihnen bei Ihren Messaufgaben behilflich sein? Wir beraten Sie gerne!

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