Bereits im Jahr 2021 erreichte der Absatz von Elektrofahrrädern in Deutschland die Marke von zwei Millionen verkauften Exemplaren. Doch was am Ende des Produktlebens mit den E-Bikes geschieht, ist derzeit häufig ungeklärt. Daher hat sich das Projekt „AddRE-Mo“, ein Verbund aus Unternehmen und Forschungseinrichtungen zum Ziel gesetzt, Werterhaltungsnetzwerke für die urbane Elektromobilität zu entwickeln, um eine Kreislaufführung von E-Bikes zu ermöglichen. Ein Beispiel ist die additive Fertigung ihrer Ersatzteile.
Das vom BMBF geförderte Forschungsprojekt „AddRE-Mo“ steht für einen industriellen Prozess zur Aufarbeitung von Altteilen – die additive Refabrikation in der Elektromobilität. Dazu hat das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA zusammen mit der dem Unternehmen Electric Bike Solutions Komponenten von Elektrofahrradmotoren etablierter Hersteller genauer untersucht.
Lohnt sich additive Refabrikation?
Wie können dreidimensionalen Datenmodelle, die für die additive Fertigung benötigt werden, generiert werden? Welche additiven Fertigungsverfahren sowie Werkstoffe sind geeignet? Wie kann sichergestellt werden, dass die Qualität von additiv gefertigten Ersatzteilen mindestens denen eines Originalteils entspricht? Um letztendlich diese Fragen beantworten und grundlegende Handlungsempfehlungen für einen Produktentwicklungsprozess geben zu können, der eine Kreislaufschließung durch Refabrikation und additive Fertigung ermöglicht, setzte sich das Team in fünf Schritten mit den Elektrofahrradmotoren auseinander:
- Das Team gingen die Stücklisten typischer Elektrofahrradmotoren durch und prüfte die Teile auf ihre Ausfallwahrscheinlichkeit.
- Dann untersuchte es, ob und unter welchen Bedingungen Ersatzteile wie beispielsweise Zahnräder und Drehmomentstützen additiv gefertigt werden können. Die notwendigen Daten für die additive Fertigung gewannen die Forschenden abhängig von der Geometrie der Komponenten entweder durch 3D-Modellierung oder 3D-Digitalisierung.
- Im nächsten Schritt wählten sie Werkstoffe und additive Verfahren aus – je nachdem, ob sich Metalle oder Kunststoffe für die Fertigung und die Ersatzteile besser eigneten.
- Zusammen mit dem Unternehmen cirp fertigte das Fraunhofer IPA schließlich die Komponenten und prüfte ihre Lebensdauer, Geräuschentwicklung und Temperaturbeständigkeit in eigens entwickelten Prüfständen.
- Mit der Remontage und dem Test unter realen Einsatzbedingungen konnten die technische Machbarkeit und Haltbarkeit nachgewiesen werden.
Additive Refabrikation steigert künftig Kreislauffähigkeit von E-Bikes
Die Forschungsergebnisse zeigen, dass einzelne Bauteile additiv gefertigt und nachhaltig eingesetzt werden können. Auch die Herausforderung der hohen Variantenvielfalt und der mangelnden Standardisierung von Elektrofahrradkomponenten kann mit Hilfe additiver Refabrikation bewältigt werden. Damit bietet dieses Verfahren das Potenzial, die Kreislauffähigkeit in der Elektrofahrradbranche zu steigern und die Verschwendung von Ressourcen zu mindern.
Teilnehmende und Fördernde von „AddRE-Mo“
„AddRE-Mo“ endete im September 2022 nach über drei Jahren Laufzeit. Das Projekt wurde vom Bundesministerium für Bildung und Forschung im Rahmen der Maßnahme „Ressourceneffiziente Kreislaufwirtschaft – Innovative Produktkreisläufe (ReziProK)“ im Rahmenprogramm „Forschung für Nachhaltige Entwicklung – FONA3“ gefördert. Die Projektgruppe Prozessinnovation am Fraunhofer IPA leitete das Projektkonsortium. Electric Bike Solutions GmbH, cirp GmbH, Trägerverein Umwelttechnologie-Cluster Bayern e. V. und Wuppertal Institut für Klima, Umwelt, Energie gGmbH waren als Partner beteiligt. Die Projektergebnisse zur additiven Ersatzteilfertigung sind in der Studienbroschüre »Additive Refabrikation in der Elektrofahrradbranche« erschienen, die vom Fraunhofer IPA gemeinsam mit den Unternehmen cirp und Electric Bike Solutions herausgegeben wurde. (eve)
