Zirkel-Konsortium entwickelt Demontageprozesse

Zirkel 1
Bild: Fraunhofer-Institut IWU

Reparieren (repair), überholen (refurbish), wiederaufbereiten (remanufacture) und recyclen sind Kernprinzipien der Kreislaufwirtschaft. Wie das funktionieren kann, zeigt das Zirkel-Konsortium am Beispiel von Elektromotoren und Hochvoltspeichern in Automobilen: mit einem Produktdesign, bei dem eine spätere Zerlegung bereits mitgedacht wird, sowie mit automatisierten, hocheffizienten Demontageprozessen zur Rückgewinnung wertvoller Rohstoffe wie Kupfer, Aluminium oder Seltenen Erden.

Während ein Teil des Konsortiums sich dabei auf Hochvoltbatteriespeichersysteme konzentrierte, stand für das Fraunhofer IWU der Elektromotor und seine stoffliche Wiederverwertung im Fokus.

Um dessen Schraubverbindungen schnell und effizient lösen zu können, auch wenn Komponenten verschmutzt oder abgenutzt sind, entwickelte das Fraunhofer IWU einen adaptiven, robotergestützten Demonstrator. Statt eines klassischen Industrieroboters kommt ein Portalroboter zum Einsatz. Mithilfe maschineller Bildverarbeitung und KI-Algorithmen erkennt das System Position und Zustand von Schraubverbindungen und kann diese gezielt lösen.

Ergebnis: detaillierte Demontageanleitungen

Den Ausgangspunkt bildete ein mehrstufiger Demontageworkshop am Fraunhofer IWU, bei dem Hinterachs- und Vorderachsmotoren aus dem Volkswagen-Konzern demontiert, analysiert und die Prozessschritte dokumentiert wurden. Es 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.

Besonderes Augenmerk legten die Beteiligten auf die im Rotor verbauten Neodym-Magneten, die mit dem Element Neodym einen der wertvollsten Rohstoffe für die Elektromobilität enthalten. 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 zur möglichst beschädigungsfreien Rückgewinnung und Wiederverwendung der Magnete.

Wirtschaftlich mit Design for Recycling

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

Das entwickelte System ist adaptiv, wodurch sich die Rüstzeiten deutlich reduzieren. Zunächst wird in einer Grobausrichtung erkannt, dass sich ein Bauteil in der Demontage-Zelle befindet. Anschließend (Feinausrichtung) wird nach bereits eingelernten Fügeverbindungen gesucht. Nun kann bauteilunabhängig demontiert werden; einzige Voraussetzung ist laut der Forschenden, dass der Schraubenkopf einmalig trainiert wurde. Es können beliebig viele Schraubenköpfe eingelernt werden. Für die entwickelte kostengünstige Hardware-Lösung genügen Standard-Stereokameras.

Die Projektbeteiligten sind sich einig, dass Design for Recycling ein integraler Bestandteil der Produktentwicklung sein muss, um Kreisläufe technologisch und wirtschaftlich schließen zu können.

Das Zirkel-Konsortium

Hinter Zirkel steht ein Konsortium aus Industrie und Forschung. Zu den Partnern zählen: Volkswagen AG, Liebherr-Verzahntechnik GmbH Automationssysteme, Deckel Maho Pfronten GmbH, Ascon Systems GmbH, Arxum GmbH, Synergeticon GmbH, Fraunhofer IST sowie federführend die TU Braunschweig.



  • Emissionen von künstlicher Intelligenz beziffern

    Emissionen von künstlicher Intelligenz beziffern

    Auch künstliche Intelligenz verbraucht Ressourcen. Forschende des Instituts für ökologische Wirtschaftsforschung, AlgorithmWatch und des DAI-Labors der TU Berlin fordern daher, die Nachhaltigkeitsauswirkungen von KI über den gesamten Lebenszyklus hinweg stärker…

    mehr lesen: Emissionen von künstlicher Intelligenz beziffern

  • Was Anwender von KI-Anbietern erwarten

    Was Anwender von KI-Anbietern erwarten

    Welche Voraussetzungen müssen erfüllt sein, damit Anwender KI-Anbietern vertrauen können und deren KI-Lösung nutzen? Diese Frage steht im Mittelpunkt des Forschungsprojektes ‘TrustKI’, das Anfang 2023 am Institut für Internet-Sicherheit –…

    mehr lesen: Was Anwender von KI-Anbietern erwarten

  • Materialengpässe in der Industrie weiter rückläufig

    Materialengpässe in der Industrie weiter rückläufig

    12,5 Prozent der Industrieunternehmen klagen nach wie vor über Materialengpässe. Nach Angaben des Ifo Instituts ging der Wert im Vergleich zum Vormonat jedoch erneut zurück.

    mehr lesen: Materialengpässe in der Industrie weiter rückläufig

  • DMG Mori baut Standort München zur Europazentrale aus

    DMG Mori baut Standort München zur Europazentrale aus

    München wird zur Europazentrale von DMG Mori. Der Werkzeugmaschinenhersteller errichtet dort das Business-Quartier ‚Go Four It‘ und mietet zusätzlich Gebäudeflächen.

    mehr lesen: DMG Mori baut Standort München zur Europazentrale aus

  • Xplanis gründet deutsche Tochtergesellschaft

    Xplanis gründet deutsche Tochtergesellschaft

    Xplanis, ein Spezialist für Transport Management Software, steigt in den deutschen Markt ein. Die Geschäftsführung der Xplanis Deutschland GmbH übernimmt Volker Möller.

    mehr lesen: Xplanis gründet deutsche Tochtergesellschaft

  • Mesago zieht positive SPS-Bilanz

    Mesago zieht positive SPS-Bilanz

    In ihrer Messeanalyse zieht die Mesago Messe Frankfurt ein positives Fazit der SPS in Nürnberg. Demnach erfuhr die Veranstaltung großen Zuspruch seitens Ausstellern und Fachbesuchern.

    mehr lesen: Mesago zieht positive SPS-Bilanz

  • WIIT übernimmt Teil von German Edge Cloud

    WIIT übernimmt Teil von German Edge Cloud

    Die WIIT, ein Cloud Computing-Anbieter aus Italien, hat über die deutsche Tochtergesellschaft WIIT AG einen Vertrag zum Erwerb des Geschäftsbereichs Edge & Cloud der zur Friedhelm Loh Group gehörenden German…

    mehr lesen: WIIT übernimmt Teil von German Edge Cloud

  • Aufatmen in der deutschen Automobilindustrie

    Aufatmen in der deutschen Automobilindustrie

    Im Januar hat sich die Stimmung der deutschen Autobauer verbessert. Trotz einiger positiver Signale, gibt das Ifo Institut jedoch noch keine Entwarnung. Unter anderem bereiten Auftragslage und der Fachkräftemangel sorgen.

    mehr lesen: Aufatmen in der deutschen Automobilindustrie

  • Industrielle Instandhaltung, Pumpen, Armaturen und Ventile im Fokus

    Industrielle Instandhaltung, Pumpen, Armaturen und Ventile im Fokus

    Am 21. Februar 2024 starten die Maintenance als Messe für die industrielle Instandhaltung und die Pumps&Valves als Fachmesse für industrielle Pumpen, Armaturen und Ventile. Auf die Fachbesucher warten rund 240…

    mehr lesen: Industrielle Instandhaltung, Pumpen, Armaturen und Ventile im Fokus

  • Führungswechsel bei Schneider Electric DACH

    Führungswechsel bei Schneider Electric DACH

    Stefan Gierse wird mit Wirkung zum April neuer Zone President der DACH-Organisation von Schneider Electric. Der 45-Jährige war zuvor für Siemens tätig.

    mehr lesen: Führungswechsel bei Schneider Electric DACH

  • Rückgang schwächt sich leicht ab

    Rückgang schwächt sich leicht ab

    Der Orderrückgang des Maschinen- und Anlagenbaus hat sich im Dezember 2023 etwas abgeschwächt – unter dem Strich vermeldet der VDMA für das gesamte Jahr aber dennoch ein zweistelliges Minus der…

    mehr lesen: Rückgang schwächt sich leicht ab

  • Jörg von Ploetz zum CEO ernannt

    Jörg von Ploetz zum CEO ernannt

    Jörg von Ploetz löst Rüdiger Weihs an der Spitze des Softwareunternehmens Böhme & Weihs ab. Von Ploetz war zuvor COO des Qualitätsmanagement-Spezialisten.

    mehr lesen: Jörg von Ploetz zum CEO ernannt