Elektromotoren und Batteriespeicher enthalten wertvolle Rohstoffe. Ein Fraunhofer Forschungsteam zeigt, wie automatisierte Demontage den Recyclingprozess wirtschaftlicher machen könnte.

 

Ein neues Verfahren für eine ressourcenschonende Kreislaufwirtschaft hat das Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik (Fraunhofer IWU) in Chemnitz entwickelt. Das Forschungsprojekt lief unter dem Namen „ZIRKEL“. Dies steht für „Zirkuläre Wertschöpfung für Elektromotoren und Batteriespeicher“. Projektziel war es, Elektromotoren und Hochvoltbatterien aus Elektrofahrzeugen so zu gestalten und zu zerlegen, dass wertvolle Rohstoffe effizient zurückgewonnen werden können. Das Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt förderte das auf dreieinhalb Jahre angesetzte Projekt.

Zum Hintergrund: Elektromotoren bestehen zu großen Teilen aus Kupfer, Aluminium und seltenen Erden wie Neodym, deren Rückgewinnung angesichts knapper Ressourcen zunehmend an Bedeutung gewinnt. Das Fraunhofer IWU konzentrierte seine Arbeit auf die automatisierte Demontage dieser Motoren. Dafür entwickelten die Forscher einen adaptiven Portalroboter, der mithilfe von Bildverarbeitung und KI-Algorithmen Schraubverbindungen erkennt und löst − auch bei stark verschmutzten oder verschlissenen Komponenten.

Ausgangspunkt war ein mehrstufiger Workshop, in dem Elektromotoren aus dem Volkswagen-Konzern zerlegt und die Arbeitsschritte dokumentiert wurden. Daraus entstand eine detaillierte Demontageanleitung, aus der die Wissenschaftler Designempfehlungen für die Motoren entwickelten. Die Empfehlungen waren beispielsweise, Schraubverbindungen zu vereinheitlichen und Bauteile so zu gestalten, dass Monteure und Roboter leichter an sie herankommen. Ein Schwerpunkt lag auf der möglichst unbeschädigten Rückgewinnung der im Rotor verbauten Neodym-Magnete. Zu diesem Zweck testeten die Partner mechanische und hydraulische Verfahren, um die Magnete für eine Wiederverwendung zu gewinnen.

Optimiertes Design für späteres Recycling

Die erarbeitete Methodik zeigt laut Fraunhofer, dass sich mit einem „Design for Recycling“ − also einer produktionsseitigen Vorbereitung auf den späteren Rückbau − die Wirtschaftlichkeit von Recyclingprozessen deutlich steigern lässt. Das von den Forschern entwickelte Robotersystem arbeitet adaptiv. Dies verkürzt Rüstzeiten, da das System einmal eingestellte Schraubentypen für unterschiedliche Bauteile wiedererkennen kann. Zudem kommt es mit kostengünstiger Standard-Hardware wie Stereokameras aus.

Neben dem Fraunhofer IWU waren an „ZIRKEL“ weitere Partner aus Industrie und Forschung beteiligt, darunter Volkswagen, Liebherr-Verzahntechnik, Deckel Maho Pfronten, Ascon Systems, Arxum, Synergeticon, Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik und federführend die Technische Universität Braunschweig. Gemeinsam wollen sie die entwickelten Prozesse in die industrielle Anwendung überführen und so einen Beitrag leisten, um Kreisläufe bei kritischen Rohstoffen zu schließen.