Zirkuläre Produktion für hochintegrierte Komponenten der Elektromobilität

Das Projekt ZIRKEL strebt die automatisierte, wirtschaftlichere und produktivere Demontage von Traktionsbatteriesystemen und Elektromotoren an. Dazu sollen produktionstechnische Strategien für die Kreislaufwirtschaft entwickelt werden. Das beinhaltet die automatisierte Zerlegung der Komponenten mittels KI-Algorithmen und Computervision.

Zur Erreichung dieser Ziele soll jede Stufe des Produktlebenszyklus berücksichtigt werden, um die Rohstoffe langfristig und ohne Qualitätseinbußen im System zu halten. Damit sind die einzelnen Baugruppen, die daraus bestehenden Einzelteile und verwendeten Ressourcen gemeint.

Um die verwendeten Ressourcen wieder in einen Kreislauf zu bringen, werden die Einzelteile recycelt. Das Recyceln von Einzelteilen aus einem einzigen Werkstoff bereitet keine Schwierigkeiten, jedoch werden häufig Einzelteile aus Verbundwerkstoffen eingesetzt. Oftmals lohnt sich der Aufwand zur Zerlegung und Trennung der unterschiedlichen Materialien nicht. Aus diesem Grund nimmt man Verunreinigungen (bspw. bei Metallen) oder gar das Entziehen der Rohstoffe aus dem Kreislauf (bspw. bei Kunststoffen) in Kauf.

Herausforderungen bei der zirkulären Produktion von hochintegrierten Komponenten aus dem Bereich der Elektromobilität bestehen in der hohen Variantenvielfalt, was der fehlenden Standardisierung zugrunde liegt, sowie unterschiedlichsten Fügeverfahren. Aufgrund dessen wird die Demontage zu großen Teilen manuell ausgeführt. An dieser Stelle setzte das EU-Förderprojekt ZIRKEL an, das die automatisierte Demontage von Traktionsbatteriesystemen und Elektromotoren anstrebt.

Abhängig vom Bauteilzustand werden unterschiedliche Verwertungsrouten vorgeschlagen:

• Verschiedene Prozesse für Demontage, materialselektive Zerteilung, Sortierung

• Rückführung von demontierten Komponenten (Wiedereinsatz, Umnutzung, Instandhaltung, Refabrikation und Wiederverwertung von Einzelteile oder Baugruppen)

• Rückführung von recycelte Materialien in den Produktionskreislauf

• Handlungsempfehlungen für die recyclinggerechte Konstruktion

Die Schwerpunkte des Projekts liegen auf der Eingangskontrolle, der Prozessentwicklung sowie der Erstellung von Richtlinien und Methoden. Dadurch werden verkürzte Produktentwicklungszyklen, innovative Produktionsprozesse und durchgängige Recyclingstrategien erreicht, mit deren Hilfe sich die Materialkreisläufe schließen lassen. Das Fraunhofer IWU ist maßgeblich an der Entwicklung und Optimierung des Demontageprozesses für Elektromotoren beteiligt. Dafür wurden bereits erste Versuche durchgeführt. Der Remanufacturingprozess soll gemeinsam mit dem Demontageprozess und der recyclinggerechten Konstruktion betrachtet werden. Dadurch können optimale Parameter z. B. hinsichtlich Demontagetiefe und -reihenfolge ermittelt werden. Durch die Betrachtung des Gesamtmotors auf Automatisierungsmöglichkeiten der Demontageprozesse wird ein Beitrag hin zur Kreislaufwirtschaft in der Elektromobilität geleistet.