Elektromobilität Projekt Zirkel verbessert Wiederverwertung von Elektromotoren und Batterien

Anbieter zum Thema

Metrofunk Kabel-Union GmbH

In Hinsicht auf Ressourcenknappheit und geopolitischer Abhängigkeiten spielt es eine wichtige Rolle, wertvolle Materialien aus Elektromotoren und Batterien wiederzugewinnen. Oftmals sind diese Verfahren kostenintensiv, zum Beispiel wenn die Rückgewinnung mit hohem Aufwand verbunden ist. Im Projekt Zirkel arbeitet man an einem Produktdesign, in dem eine spätere Zerlegung bereits mitgedacht wird, und nutzt automatisierte Demontageprozessen.

Elektromotoren haben einen hohen Anteil an Kupfer und Aluminium sowie seltenen Erden wie Neodym. Materialien, deren Rückgewinnung angesichts wachsender Ressourcenknappheit und geopolitischer Abhängigkeiten eine immer wichtigere Rolle spielt. Das Projekt Zirkel hat in den letzten dreieinhalb Jahren an Lösungen für eine automatisierte Demontage und eine effiziente stoffliche Verwertung hochintegrierter Komponenten aus Elektrofahrzeugen gearbeitet. An Zirkel beteiligten sich Volkswagen, Liebherr-Verzahntechnik GmbH Automationssysteme, Deckel Maho Pfronten, Ascon Systems, Arxum GmbH, Synergeticon, Fraunhofer IST sowie federführend die TU Braunschweig.

Automatisierte Prozesse definieren

Während ein Teil des Konsortiums sich auf Hochvoltbatteriespeichersysteme konzentrierte, stand für das Fraunhofer IWU der Elektromotor und seine stoffliche Wiederverwertung im Fokus. Das Forschungsinstitut entwickelte im Rahmen dessen einen adaptiven, robotergestützten Demonstrator für das automatisierte Lösen von Schraubverbindungen. Statt eines klassischen Industrieroboters kommt ein Portalroboter zum Einsatz. Mit maschineller Bildverarbeitung und KI-Algorithmen gelingt es dem System, Position und Zustand von Schraubverbindungen zu erkennen und gezielt zu lösen, was auch bei stark verschmutzten oder abgenutzten Komponenten funktioniert.

Ausgangspunkt war ein mehrstufiger Demontageworkshop an der Forschungseinrichtung, bei dem Hinterachs- und Vorderachsmotoren aus dem Volkswagen-Konzern demontiert, analysiert und die Prozessschritte dokumentiert wurden. Dabei entstand eine detaillierte Demontageanleitung, die als Grundlage für die Definition automatisierter Prozesse diente. Die gewonnenen Erkenntnisse flossen direkt in konkrete Designempfehlungen für kreislaufgerechte Konstruktionen ein – etwa zur Vereinheitlichung von Schraubverbindungen oder zur verbesserten Zugänglichkeit von Verbindungselementen im Demontagefall.

Fokus auf Neodym-Magneten

Die Forscher konzentrierten sich vor allem auf den im Rotor verbauten Neodym-Magneten. Im Projekt wurden verschiedene Remanufacturing-Verfahren erprobt, etwa die mechanische Entnahme nach vorheriger Trennung des Blechpakets oder der gezielte Ausbau mittels hydraulischer Pressen. Das Ergebnis ist eine praxistaugliche Methodik, um die Magnete möglichst ohne Beschädigungen zurückzugewinnen und weiterverarbeiten zu können.

Demontage- und Remanufacturing-Prozesse weiterentwickeln

Ziel des Vorhabens war es, Demontage- und Remanufacturingprozesse technologisch so weiterzuentwickeln, dass selbst komplex aufgebaute Batteriespeichersysteme und Elektromotoren weitgehend automatisiert und damit wirtschaftlich rückgebaut werden können. Diverse Prozesse und Arbeitsschritte beschreiben nun den Weg von der CAD-gestützten Demontageplanung über eine automatisierte Schraubenerkennung bis hin zur experimentellen Wiederaufbereitung von Magnetmaterialien.

Die entwickelte Lösung ist adaptiv, so dass sich Rüstzeiten deutlich reduzieren lassen. Zunächst wird in einer Grobausrichtung erkannt, dass sich ein Bauteil in der Demontage-Zelle befindet. Im Anschluss wird nach bereits eingelernten Fügeverbindungen gesucht. Nun kann bauteilunabhängig demontiert werden. Einzige Voraussetzung ist, dass der Schraubenkopf einmalig trainiert wurde. Es können beliebig viele Schraubenköpfe eingelernt werden. Für die entwickelte kostengünstige Hardware-Lösung genügen Standard-Stereokameras.

Fazit: Zentrale Erkenntnis: Das Design for Recycling muss ein integraler Bestandteil der Produktentwicklung sein, um Kreisläufe technologisch und wirtschaftlich schließen zu können.  (se)

Elektromobilität

Rohstoffe aus HV-Batterien: Porsche startet Pilotprojekt für neue Recyclingverfahren

Kreislaufwirtschaft

Stellantis und Valeo führen aufbereitete LED-Scheinwerfer in Europa ein

(ID:50517427)