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Roboter hilft beim Batterie-Recycling

Forscher entwickeln automatisches Demontagesystem für Elektroauto-Akkus

Roboter
Um an den Akku heranzukommen, muss der Demontage-Roboter zunächst das Gehäuse aufschrauben. © Fraunhofer IPA/ Rainer Bez

Robotischer Recyclinghelfer: Ein deutsches Forschungsteam hat ein Robotersystem konstruiert, das künftig Akkus selbstständig auseinanderbauen und nach seinen Einzelteilen sortieren soll. Erst dadurch ist ein Recycling der Komponenten möglich. Der Industrieroboter muss dafür lernen, verschiedenste Batterietypen zu erkennen und sie fachgerecht zu demontieren. Ein erster Demonstrator soll demnächst fertiggestellt sein, wie das Team berichtet.

Der Elektroantrieb gewinnt bei Autos immer mehr an Bedeutung, im Jahr 2020 waren in Deutschland schon rund 13 Prozent der Neufahrzeuge Elektroautos oder Hybride. Entsprechend wächst auch die Menge an Akkus, die nach Ende ihrer rund zehnjährigen Nutzungsdauer zum Elektroschrott werden. Diese Batterien enthalten wertvolle Rohstoffe wie Nickel, Kobalt, Mangan oder Lithium. Bisher jedoch werden sie wie der meiste andere Elektroschrott nur in Teilen recycelt.

Akku-Demontage: Die Tücke steckt im Detail

Abhilfe schaffen könnte das Projekt eines Forschungsteams vom Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA. Sie arbeiten an einem Robotersystem, das Akkus verschiedenster Bauart automatisiert auseinandernehmen und die Komponenten sortenrein sortieren soll. Aus diesen könnten dann Second-Life-Batterien aus genutzten Komponenten entstehen. Wenn sich die gebrauchten Komponenten dafür nicht mehr eignen, sollen wenigstens ihre chemischen Bestandteile aufbereitet werden.

Doch das ist nicht so einfach: Um an die Rohstoffe und Komponenten heranzukommen, muss die Batterie zunächst auseinandergenommen werden. Leitungen, Kabel, Stecker, Dichtungen, Schrauben, Batteriezellen, elektronische Komponenten, Halterungen – das alles muss demontiert werden. Erschwerend kommt hinzu, dass Autobatterien nicht genormt sind. In verschiedenen Automarken, sogar in verschiedenen Modellen, stecken jeweils andere Stromspeicher. Deshalb muss das Demontagesystem sehr flexibel sein.

Schrauben und Fräsen mit KI-Unterstützung

Das von Lorenz Halt und seinem Team entwickelte Robotersystem muss daher einige Herausforderungen meistern. Als Arbeitsplatte dient ein zwei mal drei Meter großer Tisch mit einem flexiblen Spannsystem, das jeden Akku fest greifen kann. Dort öffnet der Roboter zunächst den Deckel, indem er die Schrauben aufdreht. Eine intelligente Bildverarbeitung weist ihm den Weg. Doch das klappt nicht immer, denn nach zehn Jahren bei Wind und Wetter ist manche Schraube korrodiert und lässt sich mit mehr lösen.

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Dank maschinellem Lernen erkennt der Roboter frühzeitig, ob er mit dem Schraubendreher ans Ziel kommt oder zur Fräse greifen muss. „Er könnte natürlich auch sofort fräsen. Aber das ist nicht die optimale Strategie, weil dabei Metallspäne anfallen, die zu einem Kurzschluss und letztlich zu einem Brand führen könnten“, erklärt Halt. Aber auch für solche Fälle ist die Anlage gerüstet: Bricht ein Feuer aus, räumt ein Schieber kurzerhand sämtliche Teile, die auf dem Arbeitstisch liegen, in ein Löschbad.

Zwischenbilanz vielversprechend

Wie bei den Schrauben steckt auch anderswo der Teufel im Detail. Halt und sein Team mussten zahlreiche Probleme lösen und neue Werkzeuge entwickeln. So dient eine Art Dosenöffner dazu, Dichtungen zu lösen. Und für das Herausheben der einzelnen Batteriezellen, die verklebt sind, haben die beteiligten Fachleute eine Art Mini-Wagenheber entwickelt. Einfallsreichtum erfordert auch das Hantieren mit Kabeln und Steckern, die sich nur schwer greifen lassen.

In der Halbzeit des drei Jahre laufenden Projekts ist die Zwischenbilanz vielversprechend: Schon diesen Herbst soll ein erster Demonstrator zu sehen sein. „Künftig möchten wir auch Lösungen entwickeln, die es ermöglichen die zurückgewonnen und noch intakten Bestandteile einer Batterie für einen weiteren Lebenszyklus aufzubereiten und wieder zu einem neuen System zusammenzuführen“, kündigt Projektleiter Max Weeber an.

Quelle: Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA

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