Die Kreislaufwirtschaft gewinnt zunehmend an Bedeutung, insbesondere im Kontext der Elektromobilität, wo Elektromotoren und Batterien eine zentrale Rolle spielen. Um die Ressourcen effizient zu nutzen und die Umweltbelastungen zu minimieren, ist es wichtig, dass Materialien und Komponenten in Produkten so oft wie möglich wiederverwendet oder recycelt werden. Trotz der guten Absichten scheitern jedoch viele Ansätze in der Praxis oftmals an hohen Kosten und der Komplexität der Rückgewinnung von Rohstoffen. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn eine aufwendige manuelle Arbeit erforderlich ist oder die Produktstruktur die Rückgewinnung erschwert.
Das ZIRKEL-Konsortium demonstriert, wie ein effektiverer Ansatz aussehen kann. Es konzentriert sich auf Elektromotoren und Hochvoltspeicher aus Automobilen und verfolgt einen innovativen Ansatz, bei dem das Design der Produkte die spätere Demontage bereits berücksichtigt. Automatisierte Demontageprozesse sollen helfen, den Materialkreislauf zu schließen und die Rohstoffrückgewinnung zu optimieren. Elektromotoren sind für die Elektromobilität von entscheidender Bedeutung, da sie viele wertvolle Materialien enthalten, darunter Kupfer, Aluminium und Seltene Erden wie Neodym. Angesichts der wachsenden Ressourcenknappheit und geopolitischer Herausforderungen ist die Rückgewinnung dieser Materialien von großer Bedeutung.
Das Projekt ZIRKEL, das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung unterstützt wird, hat in den letzten dreieinhalb Jahren praxisnahe Lösungen für die automatisierte Demontage und die stoffliche Verwertung hochintegrierter Komponenten aus batterieelektrischen Fahrzeugen entwickelt. Während sich ein Teil des Konsortiums auf Hochvoltbatteriespeichersysteme konzentrierte, lag der Fokus des Fraunhofer IWU auf dem Elektromotor und der Wiederverwertung seiner Materialien.
Eine zentrale Herausforderung war das schnelle und effiziente Lösen von Schraubverbindungen, selbst wenn die Komponenten verschmutzt oder abgenutzt sind. Um diese Herausforderung zu meistern, wurde ein adaptiver, robotergestützter Demonstrator entwickelt, der in der Lage ist, Schraubverbindungen automatisiert zu lösen. Anstelle eines herkömmlichen Industrieroboters kommt ein Portalroboter zum Einsatz. Mithilfe von maschineller Bildverarbeitung und KI-Algorithmen kann das System sowohl die Position als auch den Zustand der Schraubverbindungen erkennen und gezielt darauf reagieren.
Der Prozess begann mit einem mehrstufigen Demontageworkshop am Fraunhofer IWU, bei dem Motoren aus dem Volkswagen-Konzern zerlegt und analysiert wurden. Dabei entstanden detaillierte Demontageanleitungen, die als Grundlage für die Definition automatisierter Prozesse dienten. Die gewonnenen Erkenntnisse flossen direkt in Designempfehlungen für eine kreislaufgerechte Konstruktion ein, etwa durch Vereinheitlichung von Schraubverbindungen und verbesserte Zugänglichkeit der Verbindungselemente.
Ein besonderes Augenmerk galt den Neodym-Magneten im Rotor, die als wertvolle Rohstoffe für die Elektromobilität gelten. Im Rahmen des Projekts wurden verschiedene Verfahren zur Wiederaufbereitung getestet, darunter die mechanische Entnahme nach vorheriger Trennung des Blechpakets. Ziel war es, eine praxistaugliche Methodik zur möglichst beschädigungsfreien Rückgewinnung und Wiederverwendung der Magnete zu entwickeln.
Fazit: Eine nachhaltige Kreislaufwirtschaft erfordert ein Umdenken in der Produktentwicklung. Das ZIRKEL-Projekt zeigt, dass eine technologische Weiterentwicklung von Demontage- und Wiederaufbereitungsprozessen notwendig ist, um auch komplexe Systeme wie Batteriespeichersysteme und Elektromotoren effizient zu recyclen. Die entwickelten Lösungen ermöglichen eine adaptive und automatisierte Demontage, die die Rüstzeiten signifikant reduziert.
Das ZIRKEL-Konsortium setzt sich aus verschiedenen Partnern aus Industrie und Forschung zusammen, darunter Volkswagen AG, Liebherr-Verzahntechnik GmbH und die TU Braunschweig. Durch die Förderung des Projekts wird deutlich, dass der Gedanke der Kreislaufwirtschaft nicht nur ökologisch, sondern auch ökonomisch von großer Bedeutung ist. Nur durch ein durchdachtes Design, das Recycling von Anfang an berücksichtigt, können wir die Herausforderungen der Ressourcenknappheit bewältigen und eine nachhaltige Zukunft gestalten.
