E-Bike-Motoren: Der Trend zu elektrischen Fahrrädern setzt sich fort. Laut dem Zweirad-Industrie-Verband (ZIV) machten E-Bikes im Jahr 2022 bereits 48 Prozent aller Fahrradverkäufe aus und diese Zahl steigt weiter. Es gibt eine zunehmende Vielfalt an Modellen, sowohl von bekannten Marken als auch von kleinen Herstellern, die neue Innovationen auf den Markt bringen. Allerdings sind Reparaturen in Werkstätten, insbesondere für Akkus und Motoren, oft technisch und wirtschaftlich nicht umsetzbar. Dies kann dazu führen, dass der Ausfall einer Komponente eines Elektrofahrrads zu einem Totalschaden führt.
Forscher des Fraunhofer IPA stellten sich die Frage, warum gebrauchte E-Bike-Motoren nicht industriell aufgearbeitet werden können. In einem Projekt namens »AddRE-Mo«, das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert wurde, untersuchten sie gemeinsam mit Partnern die technische Machbarkeit der Wiederaufbereitung von Elektrofahrradmotoren. Dabei wurde die gesamte Prozesskette der Wiederaufbereitung – von der zerstörungsfreien Demontage über Reinigung, Prüfung, Aufarbeitung oder Ersatz durch Neuteile bis hin zur Montage – untersucht und ihr ökologisches und ökonomisches Potenzial analysiert. Die Forscher untersuchten auch den Einsatz von additiven Fertigungsverfahren und geeigneten Kombinationen von Verfahren und Materialien zur Herstellung langlebiger und belastbarer Ersatzteile.
E-Bike-Motoren: Von der Demontage zur Remontage
Im ersten Schritt untersuchte das Team die Ausfallwahrscheinlichkeit von E-Bike-Motoren etablierter Hersteller. Anschließend prüften sie, ob und unter welchen Bedingungen sich verschleißanfällige Ersatzteile wie Zahnräder und Drehmomentstützen additiv fertigen lassen. Die benötigten Daten für den 3D-Druck wurden entweder durch 3D-Modellierung oder 3D-Digitalisierung gewonnen, abhängig von der Geometrie der Komponenten. Dann wählten sie geeignete Materialien und additive Verfahren aus. Gemeinsam mit den Unternehmen cirp und Electric Bike Solutions fertigte das Fraunhofer IPA schließlich die Komponenten und testete ihre Lebensdauer, Geräuschentwicklung und Temperaturbeständigkeit in eigens entwickelten Prüfständen und unter realen Belastungen. Insgesamt wurden mehr als 120 Teile aus 20 verschiedenen Werkstoffen mit einem 3D-Drucker hergestellt. Besonders vielversprechend erwies sich dabei das Highspeed-Sintering, ein spezielles Verfahren zur Herstellung oder Veränderung von Werkstoffen, in Kombination mit dem Kunststoff Polyamid 12 (PA12). Die Ergebnisse des Projekts wurden in der Studie »Additive Refabrikation in der Elektrofahrradbranche« zusammengefasst, die hier kostenlos heruntergeladen werden kann.
E-Bike-Motoren: Nachhaltigkeit und Ressourceneffizienz
Durch die Remontage und den Test unter realen Bedingungen konnten die Projektpartner die technische Machbarkeit und Haltbarkeit nachweisen. Die Forschungsergebnisse zeigten, dass einzelne Bauteile wie Getriebezahnräder additiv gefertigt und nachhaltig eingesetzt werden können. Der durch das Remanifacturing gefertigte Fahrradmotor entspricht in puncto Qualität einem neu gefertigten Motor und umfasst auch dieselbe Garantie. Ein wichtiger Aspekt war auch die ökologische Bewertung des Refabrikationsprozesses im Vergleich zur Neufertigung. Durch den Einsatz der additiven Fertigung lässt sich der Ressourcenverbrauch in der Elektrofahrradbranche um bis zu 90 Prozent reduzieren, gemessen an den Auswirkungen auf das Klima in Kilogramm-CO2-Äquivalenten. Das wirtschaftliche Einsparpotenzial liegt bei vergleichbaren Komponenten in der Regel bei etwa 30 bis 40 Prozent im Vergleich zum Neukauf des Elektromotors. Dies bietet auch den Herstellern von Elektromotoren großes Potenzial.
[blog specific=“160878″ posts_per_page=“30″ taxonomy=“post_tag“ order=“desc“]Lernfabrik RemanLab in Bayreuth neu eröffnet
Um die erzielten Ergebnisse des Projekts langfristig zu nutzen, wird die Prozesskette der Wiederaufbereitung von Elektrofahrradmotoren im neuen Lernzentrum für Remanufacturing, dem RemanLab am Fraunhofer IPA in Bayreuth, umgesetzt und erlebbar gemacht. Das RemanLab wird am 23. Mai 2023 eröffnet. Unternehmen erhalten in dieser realitätsnahen Lernumgebung, die alle erforderlichen Prüfstände umfasst, einen Einblick in die Zukunft nachhaltiger Produktion. Das Wissen über die Komplexität des Wiederaufbereitungsprozesses wird am konkreten Beispiel vermittelt, angefangen bei der Eingangskontrolle über die Demontage, Reinigung, Prüfung, Aufarbeitung, Remontage bis hin zur Endkontrolle. Das RemanLab zeigt, wie digitale Technologien und Automatisierung die Wiederaufbereitung nicht nur von Elektromotoren, sondern auch von Elektrokleingeräten und anderen Produkten revolutionieren können. Das RemanLab wird vom 27. bis 29. Juni 2023 auf der Messe ReMaTec in Amsterdam in der Innovationszone präsentiert.