Projektteam entwickelt Ansätze für längere Nutzungsdauer von E-Motoren
Im Projekt REASSERT entwickelt ein Team unter Führung von Schaeffler deshalb Methoden, um Elektromotoren aufzuarbeiten und in Fahrzeugen wiederverwenden zu können. Beteiligt sind das Fraunhofer-Institut IPA, das Karlsruher Institut für Technologie KIT, die BRIGHT Testing GmbH, die iFAKT GmbH und die Riebesam GmbH & Co. KG. Das Vorhaben wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz gefördert.
„Bislang fehlen nachhaltige Werterhaltungsstrategien, um Motoren aus Elektroautos im Sinne einer modernen Kreislaufwirtschaft aufzuarbeiten und wiederzuverwerten“, skizziert das Fraunhofer-Institut IPA in einer Mitteilung den Ist-Zustand. Die Elektrifizierung des Antriebsstrangs schreite jedoch kontinuierlich voran. „Die verbauten Elektromotoren enthalten wertvolle Rohstoffe wie Kupfer, aber auch Seltene Erden-Metalle wie Neodym, auf die China ein Quasi-Monopol hat, und die sich mit aktuellen Recyclingmethoden nicht zurückgewinnen lassen. Hinzu kommt, dass im Vergleich zum Verbrennerantrieb die eingesetzten Rohstoffe mit einer schlechten CO2-Bilanz verbunden sind. Umso wichtiger ist die Verlängerung der Nutzungsphase der Motoren.“
Im Projekt REASSERT setzen die Beteiligten deshalb auf die Werterhaltungsstrategien „Reuse, Repair, Remanufacturing und werkstoffliches Recycling“. Diese seien Schlüsselelemente für eine Kreislaufwirtschaft, die es ermöglicht, den Verbrauch natürlicher Ressourcen zu reduzieren und die Abfallmenge zu minimieren, heißt es.
Zurzeit kann das geschredderte und mit Verschmutzungen behaftete Material aus E-Motoren zwar recycelt, aber nicht mehr für den Einsatz in Motoren genutzt werden. Zudem werden einzelne Komponenten und Baugruppen zerstört. Daher solle Rohstoff-Recycling nur als letzte Möglichkeit des Recyclings gewählt und durch die hochwertigen Werterhaltungsstrategien Reuse, Repair, Remanufacturing und werkstoffliches Recycling ersetzt werden, so das Credo der Projektbeteiligten.
„Wir wollen ein Closed-Loop-System gestalten, in dem wertvolle Ressourcen wiederverwendet werden, um unabhängiger von Rohstoffimporten zu werden und die Rohstoffgewinnung zu minimieren“, sagt Julian Große Erdmann, Wissenschaftler am Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA in Bayreuth. Unter Reuse verstehen die Projektpartner die Wiederverwendung des kompletten Motors in der Zweitnutzung, unter Repair den Austausch von defekten Komponenten und Baugruppen. Beim Remanufacturing werden alle Bauteile ausgebaut, gereinigt, aufgearbeitet und erneut eingesetzt.
„Mit diesen Strategien benötigt man weniger Rohstoffe wie Seltene Erden, Kupfer und Co. Allenfalls benötigt man diese noch für Ersatzteile“, erläutert Große Erdmann. Mit dem werkstofflichen Recycling planen die Projektpartner das sortenreine Demontieren des Motors vor dem Schreddern. Welche Werterhaltungsstrategien jeweils angewendet werden sollen, analysieren die Beteiligten anhand von Referenzmotoren für den Pkw-Bereich.
Im Rahmen des Projekts soll eine komplette Prozesskette entstehen, wobei jede Station einen eigenen Demonstrator bzw. Versuchsstand erhält – von der Eingangsprüfung für die Klassifikation des Motors über die Demontage, Entmagnetisierung, Reinigung, Befundung der Komponenten, Aufarbeitung bis hin zur Remontage und End-of-Line-Prüfung, wo die Funktionsfähigkeit des Motors untersucht wird. „Beispielsweise würde man während dieses Prozesses ein Motorgehäuse mit geringfügigen Verschleißspuren für den erneuten Gebrauch einstufen und gegebenenfalls mit zerspanenden Prozessen aufarbeiten, um die Funktionsfähigkeit zu gewährleisten. Abhängig von der gewählten Werterhaltungsstrategie fallen unterschiedliche Prozessschritte und Prozessketten an, der Aufarbeitungsaufwand kann also variieren“, erklärt der Ingenieur.
Als eine Herausforderung bezeichnen die Teilnehmer unter anderem die Demontage und Wiederverwendung der in den Motoren verbauten Magnetwerkstoffe: „Ein Rotor mit Permanentmagneten lässt sich aufgrund der Beschichtung der Magnete als auch deren Verklebung selbst im manuellen Demontageprozess nur schwer mittels mechanischer Verfahren in seine Bestandteile zerlegen. Hier gilt es, zerstörungsarme Demontageverfahren zu etablieren.“
Bei der Wahl der jeweils besten Werterhaltungsstrategie will das Team ein im Projekt zu entwickelndes KI-Entscheidungstool heranziehen. Das im Projekt gesammelte Wissen soll schließlich für das Design neuer elektrischer Motoren genutzt werden. Ziel sei es, den Prototyp eines Motors für die Kreislaufwirtschaft zu entwickeln, der leicht demontiert werden kann und auf den sich die vier genannten Werterhaltungsstrategien problemlos anwenden lassen, so das Fraunhofer-Institut.
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