KUKA Systems Lösungen sortieren und zerlegen Atommüll bei der Stilllegung von Nuklearanlagen

Automatisierte Robotersysteme können Autos bauen – oder Nuklearanlagen stilllegen: In gefährlichen Umgebungen könnten Roboter von KUKA dafür sorgen, dass die menschlichen Arbeitskräfte sicher sind. Und das entlang des gesamten nuklearen Kreislaufs, vom Abbau und Anreichern des Kernbrennstoffs bis hin zu seiner Weiterverarbeitung (Konversion). In einer Nuklearanlage im Vereinigten Königreich, die stillgelegt werden soll, sortieren die Roboter radioaktive Abfälle und zerkleinern sie, übernehmen Abtupfroutinen und allgemeine Aufräumarbeiten. Im zweiten Schritt wird ein zusätzliches System installiert, das die Deckel der Abfallkisten ersetzt und verschraubt.

Ausgangssituation

Eine Nuklearanlage unternimmt derzeit eine großangelegte Aufräumaktion, die deren Dekontaminierung und Stilllegung umfasst. Als Teil dieses Vorhabens soll 2018 in einer der wichtigsten Altanlagen des Komplexes eine neue Anlage in Betrieb genommen werden. Der Atommüll, der aus dem Lagersiloprogramm verwertet wurde, wird dort behandelt, immobilisiert und für Langzeitlagerung vorbereitet. Um die menschlichen Arbeitskräfte vor der schädlichen Strahlung zu schützen, wird der kontaminierte Atommüll von Robotern gehandhabt – entweder automatisiert oder ferngesteuert durch einen Bediener. Dass sie für die neue Anlage geeignet sind, bewiesen die KUKA Roboter bereits in einem Test-Aufbau. Dessen Ziel war, festzustellen, ob die Roboter simulierten Atommüll in einer Testumgebung sicher aufnehmen, bewegen und ablegen können.

Aufgabe

Sobald die Anlage den Betrieb aufnimmt, müssen die Roboter in der Lage sein, Atommüll, der aus Abklingbecken und Silos der Anlage verwertet wird, zu verarbeiten und für die Langzeitlagerung vorzubereiten. Dies umfasst verschieden große Metallfässer und Behälter sowie Anlagenausrüstung, Graphitblöcke, Restschlamm oder spezielle Abfälle wie Zeolith-Behälter, Tragkörbe mit Abläufen (Wet Way Baskets) usw.
Die Roboter werden eingesetzt, um den Inhalt der großen Metallbehälter zu entleeren, die für mehrere Jahre am Standort gelagert wurden. Der Abfall wird aus einem Behälter aufgenommen und auf einem Sortiertisch platziert. Je nach Gegenstand wir dieser aufgebohrt, um die darin befindlichen Flüssigkeiten freizugeben, oder aufgeschnitten, um ihn zu zerkleinern und es einfacher zu machen, ihn neu zu verpacken. Der Abfall wird dann in einem neuen Metallbehälter verkapselt und kann zu einer neuen Lagerstätte gebracht werden.

Deckel effizient entfernen: KUKA bietet verschiedene, auf spezielle Deckelarten abgestimmte Werkzeuge zur Deckelabhebung.

Die größte Herausforderung: Schnelligkeit und Effizienz, kombiniert mit der Möglichkeit, die Arbeiten aus der Ferne durchzuführen, damit die Arbeitskräfte zu keiner Zeit der Strahlung ausgesetzt werden. KUKA Systems UK Ltd hat – im Gegensatz zu anderen Roboterherstellern – manuelle Steuerungen entwickelt, mit denen Bediener spezielle, nicht automatisierte Aufgaben ausführen können (z. B. Müll von einem Tisch aufnehmen). Die Roboter werden dabei mit einem Joystick ferngesteuert. Dieser ermöglicht es dem Bediener, Abfälle zu handhaben (darunter auch schwere und sperrige Gegenstände bis zu einem Gewicht von 350 kg), sie zu zerkleinern und allgemeine Aufräumarbeiten durchzuführen. Die Roboter, die sich in der Automobilindustrie seit vielen Jahren bewährt haben, stellen eine verlässliche und effiziente Lösung für diese spezielle Anwendung dar.

Lösung

Die Roboter sind bereits auf dem Markt verfügbar und werden mehrheitlich in Gießereien und in den Fertigungslinien für Automobile eingesetzt. Die entwickelte Lösung besteht aus der linear angeordneten Bearbeitungsausrüstung und mehreren industriellen Schwerlastrobotern. Diese sind um einen Arbeitstisch aus Stahl positioniert, auf dem sie den Abfall sortieren. Die Tests begannen 2014 mit einem System auf Grundlage von drei KUKA KR 500 Robotern. Für die Stilllegung der Nuklearanlage wurden sie aufgrund ihrer hohen Traglast (bis zu 500 kg) bei gleichzeitig geringem Gewicht (unter drei Tonnen) ausgewählt. Zudem können sie per Teleoperation und im Programm-Modus betrieben werden. Darüber hinaus gab es noch weitere wichtige Gründe: Die Robotertechnologie ist bewährt, verschiedene Werkzeuge und Dienstleistungen sind verfügbar, die Roboter gewährleisten eine hohe Genauigkeit sowie eine Wiederholbarkeit von 0,08 mm.

Die Steuerung der Roboter ist mithilfe der einzigartigen KUKA-Joysticks einfach zu automatisieren und zu integrieren

Als Hauptwerkzeug zum Zerkleinern der meisten verschiedenen Abfallarten wird künftig eine hydraulische Schere verwendet. KUKA hat allerdings zusätzlich eine Reihe von Werkzeugen entworfen und gebaut, die auf handelsüblicher Ausrüstung basieren und speziell zur Verwendung mit den Robotern angepasst wurden. Diese umfassen hydraulische Greifer und Universalgreiferbacken sowie Werkzeuge zum Bohren, Entfernen von Schrauben, Pumpen, Sprühen und sonstige für die allgemeine Abfallverwertung und -handhabung. KUKA stellte auch eine Joystick-Steuerung bereit, die auf diesem Markt einzigartig und nicht bei anderen Anbietern erhältlich ist. Mit dieser kann der Bediener den KUKA Roboter manuell steuern. Versuche haben gezeigt, dass die Roboter sowohl im Teleoperationsbetrieb als auch im automatischen Betrieb ein hohes Maß an Geschicklichkeit und Kontrolle besitzen. Die programmierten Abläufe reduzierten dabei deutlich die Arbeitsbelastung des Bedieners.
Die Tests zeigten, dass die Roboter ihre operative Funktionalität erfüllen und für ihre zukünftige Arbeitsumgebung geeignet sind. Nach den erfolgreichen Versuchen am Test-Aufbau entschied Sellafield, eine zweite KUKA Lösung in der Verkapselungsanlage installieren zu lassen, sobald diese 2018 ihren Betrieb aufnimmt. Die automatisierte Robotiklösung wird genutzt, um die Behälter wieder zu verschließen und die Deckel auf ihnen festzuschrauben.

KUKA Lösungen mit ihrer bewährten hohen Zuverlässigkeit eignen sich perfekt dazu, eine sicherere, schnellere und kostengünstigere Stilllegung zu ermöglichen. Zusammen mit der herausragenden technischen Unterstützung, die vor Ort von einem Mitarbeiter von KUKA geleistet wird, bieten die automatisierten Robotiksysteme die hochwertigen Ergebnisse, die für unsere kerntechnischen Anwendungen nötig sind

John Dilworth, Manager für Kernenergieprojekte und Vertrieb bei KUKA Systems UK

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