Firmen im Artikel
Die Zukunft der Automobilbranche liegt in der E-Mobilität. Nur: Mit immer mehr E-Fahrzeugen wächst auch der Berg an ausgedienten Batterien. Denn diese haben aktuell nur eine durchschnittliche Lebensdauer von etwa zehn Jahren. Gleichzeitig werden die Rohstoffe für ihre Produktion zunehmend knapper und teurer. Eine Lösung: Batterierecycling.
Hier kommen Industrieroboter von Kuka ins Spiel: Mithilfe eines KR Quantec Roboters hat das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA in Stuttgart im Forschungsprojekt DeMoBat – Industrielle Demontage von Batterien und E-Motoren untersucht, wie Batteriesysteme von E-Autos sowohl nachhaltig als auch wirtschaftlich sinnvoll wiederaufbereitet werden können.
Europas größte Versuchsanlage
„Wir haben hier Europas größte Versuchsanlage für die Demontage von Batterien aufgebaut“, sagt Anwar Al Assadi, Gruppenleiter am Fraunhofer IPA, nicht ohne Stolz. „Und wir haben damit gezeigt, wie Automatisierungslösungen eine entscheidende Rolle dabei spielen können, um E-Mobilität noch nachhaltiger zu machen.“
Insgesamt wurden in dem Projekt acht Technologien als Demonstrations- und Erprobungswerkzeuge aufgebaut, die für den industriellen Dauerbetrieb einsetzbar wären. 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.
Drei große Herausforderungen
- 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.
- Und drittens dauert die Zerlegung per Hand sehr lange und ist entsprechend kostenintensiv. Das lässt das Recycling aktuell oft noch unrentabel erscheinen.
Daher kommt dabei ein Kuka-Roboter zum Einsatz. Der KR Quantec mit einer Traglast von 270 Kilogramm wird 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.“
Im Demobat-Projekt des Fraunhofer IPA führte der KR Quantec bei der Demontage unterschiedlichste Arbeitsschritte durch: über das Lösen von Schrauben bis zum Öffnen von Dichtungsfugen oder das Trennen von Kabeln.
Viele unterschiedliche Batterien
„Das Komplexe ist, dass unglaublich viele unterschiedliche Batteriesysteme auf dem Markt sind“, erzählt 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 kann sich der KR Quantec auf die unterschiedlichen Maße und Geometrien des Batteriesystems einstellen und wird durch seine Traglast auch der hohen Drehmomente Herr.
Allerdings braucht es eine Software wie Pitasc vom Fraunhofer IPA, die im Zusammenspiel mit den Roboter-Komponenten unabhängig vom jeweiligen Batteriemodell erkennt, was zu tun ist. Unterstützende Bildverarbeitungssysteme (etwa zum automatischen Erkennen von Schrauben) machten das Anlernen des Roboters für jeden einzelnen Prozessschritt überflüssig. Um Kollisionen mit Bauteilen zu verhindern, erfolgte nach jedem Demontageschritt eine Erfolgskontrolle über Sensoren und 3D-Kameras.
Kompliziert sei, sagt Al Assadi, dass die Autobauer in den Batterien so viele Komponenten wie möglich auf engstem Raum unterbringen müssen. Das schränke den Bewegungsspielraum bei der Demontage extrem ein. Weitere Herausforderungen seien die variierende Lage von Kabeln oder die vielen Verklebungen einer Batterie, die sich viel schwerer automatisiert lösen lassen als Schrauben. „Aber auch hierfür haben wir Lösungen gefunden, die wir jetzt für den industriellen Einsatz weiterentwickeln möchten.“ Entscheidend sei es, flexible Anlagen zu bauen – nicht zuletzt, weil sich die Bauweise der Batterien etwa im Halbjahrestakt grundlegend ändere.
KR Quantec: attraktiv für verschiedenste Einsatzgebiete
Aufgrund seiner Vielseitigkeit sei der KR Quantec dafür wie geschaffen, betont Thomas Schmidberger, Global Business Development Manager Electronics bei Kuka: „Aufgrund seiner schlanken Geometrie und seines kleinen Footprints kann mit dem Quantec eine flexible und zukunftsorientierte Anlage gebaut werden. Außerdem ist er wie alle Kuka Roboter standardmäßig ESD-zertifiziert, um einen sicheren Umgang mit elektrostatisch sensitiven Bauteilen zu gewährleisten.“
Zudem überzeugt die neue Generation des KR Quantec dank standardmäßiger DC-Controller durch besondere Energieeffizienz: Sowohl in der Bewegung als auch im Standby-Betrieb konnte die Energieaufnahme signifikant reduziert werden. In der Produktionsbewegung verbrauchen die Sechsachser – unter anderem durch das Zurückgewinnen von Bremsenergie – rund 30 Prozent weniger Energie als das Vorgängermodell, beim Betriebszustand „Warten in der Regelung“ sind es gar 60 Prozent weniger.
Damit ist der KR Quantec nicht nur für die Demontage von Batterien, sondern für völlig unterschiedliche Einsatzgebiete attraktiv. Mit 120 bis 300 Kilogramm zählen die Roboter der KR Quantec Serie zudem zur hohen Traglastklasse und verfügen in diesem Bereich über das größte Traglast- und Reichweiten-Portfolio auf dem Markt. Die Möglichkeit, die Traglast im Feld hochzurüsten, und die Motion Modes für hohe Prozessqualität machen sie zu einer ebenso sinnvollen wie sicheren Investition in die Zukunft jeder Produktion.
Kuka Deutschland GmbH
Mehr zum Thema Robotik
