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MY FACTORY 10/2024

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MY FACTORY 10/2024

BATTERIERECYCLING MACHT

BATTERIERECYCLING MACHT E-MOBILITÄT NOCH NACHHALTIGER ROBOTERBASIERTE DEMONTAGE VON E-FAHRZEUG-BATTERIEN UMWELTTECHNIK E-Mobilität boomt – doch was passiert eigentlich mit den Unmengen ausgedienter Batterien? Das Fraunhofer IPA testete im Rahmen des Forschungsprojekts „DeMoBat“ erfolgreich, wie Batteriesysteme mithilfe eines Roboters von Kuka demontiert und damit wertvolle Komponenten recycelt werden können. Mit immer mehr batterieelektrischen Fahrzeugen wächst auch der Berg an ausgedienten Batterien. Gleichzeitig werden die Rohstoffe für ihre Produktion zunehmend knapper und teurer. Eine Lösung: Batterierecycling. Und hier kommen Industrieroboter von Kuka ins Spiel, genauer: der KR Quantec. Mit dessen Hilfe hat das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung Jonas Micheler, Content Marketing Manager, Kuka Deutschland, Division Robotics, Augsburg IPA in Stuttgart vorgemacht, wie es gehen kann: Im Forschungsprojekt „DeMoBat – Industrielle Demontage von Batterien und E-Motoren“ untersuchten Experten von zwölf Verbundpartnern über mehrere Jahre, wie Batteriesysteme von E-Autos sowohl nachhaltig als auch wirtschaftlich sinnvoll wiederaufbereitet werden können. Insgesamt wurden in dem Projekt acht Technologien vollumfänglich als Demonstrations- und Erprobungswerkzeuge aufgebaut, die für den industriellen Dauerbetrieb einsetzbar wären. BATTERIE-DEMONTAGE: KOMPLEX UND GEFÄHRLICH Im Fokus stand dabei die Demontage der Batterien. Denn die Voraussetzung, um deren Komponenten wiederverwerten zu können, ist eine sortenreine Zerlegung in ihre Bestandteile – und die ist gar nicht so einfach. „Die Demontage von Batterien bringt drei große Herausforderungen mit sich“, erklärt Anwar Al Assadi, Gruppenleiter am Fraunhofer IPA. „Erstens braucht man dafür speziell qualifizierte Fachkräfte, denn die Arbeit mit Hochvolttechnologien bedarf einer besonderen und oft zeitintensiven Ausbildung. Zweitens ist die manuelle Demontage wegen der hohen Spannung und gefährlicher Gase mit einem Gesundheitsrisiko verbunden, im schlimmsten Fall kann es zu Selbstzündungen kommen. Und drittens dauert die Zerlegung per Hand sehr S12 SUPPLEMENT 2024

t AUTOMATISIERUNGSLÖSUNGEN FÜR MEHR NACHHALTIGKEIT Wir haben Europas größte Versuchsanlage für die Demontage von Batterien aufgebaut und damit gezeigt, wie Automatisierungslösungen eine entscheidende Rolle dabei spielen können, E-Mobilität noch nachhaltiger zu machen. Anwar Al Assadi, Gruppenleiter am Fraunhofer IPA 01 01 Eine von Hand durchgeführte Demontage von Batterien ist kostspielig und für Menschen lebensgefährlich – eine roboterbasierte Anwendung löst diese Probleme 02 Der Roboter führt unterschiedlichste Arbeitsschritte durch: über das Lösen von Schrauben bis zum Öffnen von Dichtungsfugen oder Trennen von Kabeln 02 lange und ist entsprechend kostenintensiv. Das lässt das Recycling aktuell oft noch unrentabel erscheinen.“ Alles Herausforderungen, die wie geschaffen sind für eine roboterbasierte Lösung. So wurde ein KR Quantec mit einer Traglast von 270 Kilogramm komplett durch die am Fraunhofer IPA entwickelte Software „pitasc” betrieben sowie mittels KUKA.RobotSensorInterface gesteuert, was die Anbindung externer Sensoren erleichterte. „Auf diese Weise konnten wir wichtige Demontageschritte in Echtzeit regeln und damit diverse Vorgänge automatisieren, die bislang per Hand gemacht werden mussten“, erläutert Anwar Al Assadi. ROBOTER SCHLÄGT DREI FLIEGEN MIT EINER KLAPPE Damit hilft die Technologie von Kuka bei der Batteriedemontage dabei, drei Probleme auf einmal zu lösen: Die Anwendung von Robotern mindert den Fachkräftemangel, minimiert das Sicherheitsrisiko für die Mitarbeitenden und sorgt durch Effizienz dafür, dass sich das Batterierecycling auch wirtschaftlich lohnt. Bewegen müssen sich die Hersteller bei diesem Thema ohnehin: Eine deutlich strengere EU-Batterieverordnung verpflichtet seit 2023 unter anderem dazu, dass neue Batterien einen erhöhten Anteil recycelter Materialien beinhalten – selbst, wenn diese nach Europa importiert wurden. Wie wertvoll dabei Roboter sein können, zeigt eindrucksvoll das erfolgreiche Fraunhofer-Forschungs-Projekt. Hier führte der KR Quantec bei der Demontage unterschiedlichste Arbeitsschritte durch: über das Lösen von Schrauben bis zum Öffnen von Dichtungsfugen oder Trennen von Kabeln. „Das Komplexe ist, dass unglaublich viele unterschiedliche Batteriesysteme auf dem Markt sind“, so Anwar Al Assadi. „Und jedes sieht innen anders aus.“ Teilweise würden die Hersteller den Aufbau der Batteriesysteme selbst innerhalb derselben Fahrzeugserie verändern. Als Sechs-Achs-Knickarmroboter ist der KR Quantec hier genau richtig: Mit seinen sechs Freiheitsgraden kann er sich optimal auf die unterschiedlichen Maße und Geometrien des Batteriesystems einstellen und wird durch seine Traglast auch der hohen Drehmomente Herr. Entsprechend braucht es eine Software wie die genannte „pitasc”-Lösung des Fraunhofer IPA, die im Zusammenspiel mit den Roboter-Komponenten unabhängig vom jeweiligen Batteriemodell erkennt, was zu tun ist. Unterstützende Bildverarbeitungssysteme zum automatischen Erkennen von Schrauben und anderen Komponenten machten das manuelle Anlernen des Roboters für jeden einzelnen Prozessschritt überflüssig. Um Kollisionen mit Bauteilen zu verhindern, erfolgte nach jedem Demontageschritt eine Erfolgskontrolle über Sensoren und 3D-Kamerasysteme. Anschließend wurden die Signale an die zentrale Prozesssteuerung übertragen und damit ein SUPPLEMENT 2024 S13

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