Roboter im Einsatz für die Kreislaufwirtschaft Traktionsmotoren-Recycling mit Roboterkraft

Anbieter zum Thema

Zimmer Group GmbH

PSI Software SE | Business Unit Discrete Manufacturing

IGZ Ingenieurgesellschaft für logistische Informationssysteme mbH

becos gmbH

Unlösbare Schraubverbindungen? Kein Problem für die neue robotergestützte Lösung des KIT! Mit Hightech-Spindel und adaptiver Intelligenz startet eine neue Ära des nachhaltigen Recyclings von Traktionsmotoren durch Robotertechnik.

Die Elektromobilität in Deutschland befindet sich aktuell in einer herausfordernden Phase. Nach einem starken Wachstum in den vergangenen Jahren sind die Neuzulassungen von Elektrofahrzeugen aufgrund des Wegfalls staatlicher Kaufprämien und wirtschaftlicher Unsicherheiten rückläufig. Dennoch gibt es weiterhin Bestrebungen, die Produktion und das Recycling von Traktionsmotoren effizienter und nachhaltiger zu gestalten. Das wbk Institut für Produktionstechnik am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) geht mit dem Forschungsprojekt AgiloDrive2 neue Wege, um die Demontage von Traktionsmotoren wirtschaftlicher und ressourcenschonender zu gestalten.
 Bisher war die Demontage von Elektromotoren nämlich ein aufwändiger, oft manueller Prozess. Das KIT entwickelt im Rahmen von AgiloDrive2 eine autonome, robotergestützte Lösung, die nicht nur klassische Demontageschritte automatisiert, sondern auch zerstörende Prozesse intelligent einbindet. Durch die Kombination aus digitaler Prozessplanung, sensorischer Zustandserfassung und adaptiven Fräsprozessen wird eine robuste und flexible Demontagestrategie realisiert.
 Der Prozess beginnt mit einem 3D-Mesh-Modell des Motors, das entweder aus CAD-Daten oder gescannten Geometrien generiert wird. Zusätzlich müssen dem System Informationen über Verbindungen gegeben werden, die sich nicht allein aus der Geometrie ableiten lassen. Dies sind vor allem Klebe- oder Schweißverbindungen, aber auch Schraubverbindungen, da man Gewinde in der Regel nicht explizit modelliert. Aus diesem Modell kann das System selbstständig mögliche Demontagesequenzen für ein gegebenes Demontageziel ableiten und die entsprechenden Demontageprozesse planen. Durch eine Simulation der robotischen Demontagezelle kann man die geplanten Prozesse in den Kontext der Roboterzelle übertragen und den entsprechenden Steuerungscode generieren.

Auch bei unvorhergesehenen Hindernissen erfolgreiche Zerlegung der Traktionsmotoren möglich

Ein 3D-Kamerasystem überwacht den realen Demontageprozess und gleicht den Ist-Zustand der Baugruppe mit dem jeweils erwarteten Zustand der geplanten Sequenz ab. Dabei erkennt das Vision-System Abweichungen, beispielsweise nicht entfernte oder verschobene Bauteile aber auch Prozessfehlschläge. Falls Schraubenköpfe durch Verschleiß nicht mehr gegriffen werden können oder sich eine Verbindung nicht lösen lässt, kann das System alternative Demontagestrategien berechnen.
 In solchen Fällen übernimmt das Robotersystem mit einer luftgekühlten Frässpindel die Aufgabe, problematische Verbindungen gezielt zu entfernen. Basierend auf den erfassten Geometriedaten kann das System präzise Fräsbahnen generieren, um beispielsweise Schraubenköpfe abzutragen. Dies ermöglicht eine fortlaufende, adaptive Anpassung des Demontageprozesses, sodass auch bei unvorhergesehenen Hindernissen eine erfolgreiche Zerlegung der Traktionsmotoren gewährleistet ist.
 Fräsen ist aber nicht einfach nur ein Backup für die zerstörungsfreien Prozesse, sondern vielmehr eine gleichwertige Alternative, die ganz neue Möglichkeiten eröffnet. Welche Strategie zum Einsatz kommt, hängt dabei vom gesetztem Demontageziel und den individuellen Randbedingungen der Motoren ab. Beispielsweise kann eine autonom vom System generierte Lösung auch sein, gar nicht erst zu versuchen eine Verschraubung zu lösen, sondern stattdessen eine Öffnung in das Motorgehäuse zu fräsen, um direkt den Rotor ziehen zu können.

Nachhaltigkeitsziele erreichen

Kreislaufwirtschaft: Diese Software optimiert das Recycling

Luftgekühlt im Einsatz: Motorspindel der Zimmer Group

Eine Schlüsselrolle in diesem Konzept spielt die Motorspindel der Serie HF145-001 der Zimmer Group. Mit dieser luftgekühlten Hochpräzisionsspindel kann man zerstörende Demontagetechniken mit höchster Genauigkeit durchführen. Da durch gezielte Fräsarbeiten am Motor direkt auf kritische Komponenten zugegriffen werden kann, lassen sich Demontageprozesse beschleunigen, Materialressourcen schonen und Recyclingprozesse optimieren.
 Die Motorspindel zeichnet sich besonders durch ihre hohe Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit aus, sodass sie sich für industrielle Automatisierungslösungen anbietet. Da sie sowohl für die Kunststoff- als auch für die Metallbearbeitung geeignet ist und mit einem Elektrolüfter gekühlt wird, war sie die ideale Wahl für dieses Forschungsprojekt. Darüber hinaus zeichnet sie sich durch eine lange Lebensdauer auch unter anspruchsvollen Einsatzbedingungen aus.

Praxisrelevanz und Zukunftspotenzial

Die durch das KIT entwickelte Technologie könnte schon bald eine tragende Rolle in der industriellen Wiederverwertung von Traktionsmotoren spielen. Unternehmen in der Automobilindustrie, aber auch Recyclingfirmen, könnten von einem solchen System profitieren, indem sie teure manuelle Prozesse reduzieren und zugleich die Wiederverwertbarkeit von Elektromotoren verbessern. Neben dem klassischen Recycling bietet die Technologie zudem Potenzial im Bereich des sogenannten Refurbishing, also der Wiederaufbereitung und erneuten Nutzung von Bauteilen. Auch innerhalb der Produktion könnte das System dazu beitragen, Ausschuss zu reduzieren, indem es fehlerhafte oder beschädigte Komponenten gezielt demontiert und für eine Wiederverwendung vorbereitet. So ließe sich beispielsweise bei Fertigungsfehlern in Motorblöcken oder Rotoren eine gezielte Nachbearbeitung vornehmen, anstatt die gesamte Baugruppe zu entsorgen.

Angesichts der aktuellen Herausforderungen am Markt, aber auch der langfristigen Notwendigkeit nachhaltiger Produktions- und Recyclingverfahren, bietet die autonome Demontage einen vielversprechenden Ansatz. Die Integration zerstörender Prozesse als reguläres Werkzeug innerhalb der Demontagesequenz ist ein innovativer Schritt, der nicht nur Effizienzsteigerungen verspricht, sondern auch neue Möglichkeiten in der ressourcenschonenden Produktion und Wiederverwertung eröffnet.
 Mit Projekten wie AgiloDrive2 zeigt das KIT eindrucksvoll, wie sich durch den Einsatz modernster Robotik und intelligenter Prozessplanung die Herausforderungen der Elektromobilität meistern lassen. Eine solche Forschung könnte die Grundlage für einen langfristigen Wandel in der Automobilindustrie legen.

Johanna Pompe ist Teamlead Digital Solution bei der Zimmer Group.