Automatisierte Demontage von Antriebskomponenten der Elektromobilität

Die effiziente Rückgewinnung einzelner Komponenten, komplexer Baugruppen und Materialien im Bereich der Elektromobilität ist für die Realisierung der Klimaneutralität von großer Bedeutung. Durch den Einsatz automatisierter Demontageprozesse mit anwendungsspezifisch angepassten Werkzeugkonzepten steht jetzt eine neue Prozesstechnologie für verschiedene Recyclingherausforderungen zur Verfügung.

Herausforderung

Die Rückgewinnung von Wertstoffen aus verschiedenen Bauteilen eines Automobils wird in Zukunft eine immer wichtigere Rolle spielen. Neben wirtschaftlichen Aspekten sind regulatorische Vorgaben wie das Kreislaufwirtschaftsgesetz und die EU-Altautoverordnung zu beachten. Gleichzeitig ist die Beschaffung von Neumaterialien sehr kostenintensiv und unter ökologischen Gesichtspunkten nur bedingt sinnvoll. Wirtschaftsstrategisch können zudem Länderkonzentrationen und Abhängigkeiten von Lieferketten reduziert werden.

Durch die Transformation hin zur Elektromobilität entstehen zukünftig Baugruppen, die einen hohen Gehalt an recyclingfähigen Materialien enthalten. Bislang gab es jedoch für die Rückgewinnung nur die zeit- und kostenintensive manuelle Demontage oder das mit Downcycling verbundene mechanische Zerkleinern mit anschließender Materialtrennung. Daraus ergab sich die Notwendigkeit, Verfahren für die zerstörungsfreie Demontage zu entwickeln, die eine Wiederverwendung einzelner Bauteile und recyclingfähiger Materialen ermöglichen. Die Anwendung aktueller Technologien im Bereich der Prozessautomatisierung und -steuerung sowie der Bilderkennung besitzen ein sehr hohes Potenzial, diese Herausforderungen zu lösen. Damit eine effiziente Anwendung gelingen kann, sind neue Werkzeugkonzepte in der Automatisierungstechnologie für die Demontage nötig, sowie die Integration von datenbankbasierten Softwarelösungen, in denen die Spezifikationen über einzelne Bauteile enthalten sind.

Lösung und Umsetzung

Die entwickelte Demontagezelle besteht aus mehreren vollautomatisierten Roboterarmen unterschiedlicher Größe, die entsprechend der Demontageaufgabe flexibel eingesetzt werden können. Durch ein Robot-Vision-System wird zunächst die zu demontierende Baugruppe gescannt, um die Position einzelner Komponenten zu bestimmen. Die ermittelten Informationen werden mit den in einer Datenbank dokumentierten Daten verglichen. Anhand manueller Demontageversuche werden Prozessreihenfolgen festgelegt und benötigte spezifische Werkzeuge entwickelt und prototypisch hergestellt. Die Fertigung erfolgt auf Basis von 3D-Druckverfahren sowie zerspanend in der hauseigenen Metallwerkstatt.

Mittels 3D-Kameras wird sichergestellt, dass die Entnahme der demontierten Komponenten erfolgreich durchgeführt wird und die demontierten Komponenten kontrolliert sortiert abgelegt werden. Auch die Maßhaltigkeit von Komponenten als Voraussetzung für den Wiedereinsatz wird mittels 3D-Kameratechnik überprüft.

Anhand der weitreichenden Erfahrungen bezüglich der Demontage verschiedener Baugruppen können neue Problemstellungen bei der automatisierten Demontage identifiziert werden. Aus diesen Erkenntnissen können optimierte Design-for-Recycling-Konzepte abgeleitet werden, welche in die zukünftige Konstruktion neuer Baugruppen einfließen. Somit ist bereits während der Produktentwicklung die Demontage zum Ende des Produktlebenszyklus berücksichtigt.

Abb. 1: Roboterzelle zur Demontage von E-Antriebsaggregaten (© TU Clausthal)

Vorteile

Vollautomatisierte Demontage komplexer Baugruppen
Kopplung mit Datenbank zur optimalen Ermittlung der Baugruppen-spezifischen Demontagestrategie
Prozessüberwachung mittels 3D-Kameratechnik zur sicheren Prozessführung
Prozessoptimierungsmöglichkeit durch Design-for-Recycling-Konzept
Skalierbarkeit auf industrielle Anwendung durch Nutzung industrieüblicher Technik

Anwendungsmöglichkeiten

Vollautomatisierte Demontage komplexer Baugruppen
Kopplung mit Datenbank zur optimalen Ermittlung der Baugruppen-spezifischen Demontagestrategie
Prozessüberwachung mittels 3D-Kameratechnik zur sicheren Prozessführung
Prozessoptimierungsmöglichkeit durch Design-for-Recycling-Konzept
Skalierbarkeit auf industrielle Anwendung durch Nutzung industrieüblicher Technik