Der Absatz von E-Fahrrädern in Deutschland erreichte 2021 die Marke von zwei Millionen verkauften Exemplaren. Experten gehen davon aus, dass künftig jedes zweite verkaufte Fahrrad ein elektrisches sein wird. Durch die Vielzahl der Anbieter und die Weiterentwicklung der Modelle kann es jedoch passieren, dass Ersatzteile nicht oder nicht immer gleich verfügbar sind.

Ersatzteile per additiver Fertigung

Warum also Ersatzteile nicht mit dem 3D-Drucker fertigen? Dieser Frage widmete sich das Forschungsprojekt „Addre-Mo“, das für einen industriellen Prozess zur Aufarbeitung von Altteilen steht: die additive Refabrikation in der Elektromobilität. Während einer Projektlaufzeit von drei Jahren verfolgte ein Verbund aus Unternehmen und Forschungseinrichtungen das Ziel, die technische Machbarkeit der Refabrikation von Elektrofahrradkomponenten zu demonstrieren und die gesamte Prozesskette – bestehend aus Demontage, Reinigung, Prüfung, Sortierung, Aufarbeitung, Ersatz und Remontage – in einem Werterhaltungsnetzwerk umzusetzen.

Dazu nahm das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung zusammen mit der Firma Electric Bike Solutions Komponenten von Elektrofahrradmotoren etablierter Hersteller genauer unter die Lupe. Die Experten gingen die Stücklisten typischer Motoren durch und prüften die Teile auf ihre Ausfallwahrscheinlichkeit. Dann untersuchten sie, ob und unter welchen Bedingungen Ersatzteile wie etwa Zahnräder oder Drehmomentstützen additiv gefertigt werden können.

Die Daten für die additive Fertigung gewannen die Wissenschaftler 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 Ersatzteile besser eigneten. Zusammen mit dem Unternehmen Cirp fertigte das Fraunhofer IPA schließlich die Komponenten und prüfte 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. Die Forschungsergebnisse zeigen, dass sich einzelne Bauteile additiv fertigen und nachhaltig einsetzen lassen. Auch der hohen Variantenvielfalt und mangelnden Standardisierung von Elektrofahrradkomponenten kann mithilfe additiver Refabrikation begegnet werden. Insofern bietet das Verfahren das Potenzial, die Kreislauffähigkeit in der Elektrofahrradbranche zu steigern und die Verschwendung von Ressourcen zu mindern.

Ergebnisse liegen in Studienbroschüre vor

Addre-Mo endete im September 2022 nach über drei Jahren Laufzeit. Die Projektergebnisse zur additiven Ersatzteilfertigung sind in der Studienbroschüre „Additive Refabrikation in der Elektrofahrradbranche“ erschienen, die vom Fraunhofer IPA mit den Unternehmen Cirp und Electric Bike Solutions herausgegeben wurde.

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. Als Partner beteiligt waren Electric Bike Solutions, Cirp, Trägerverein Umwelttechnologie-Cluster Bayern sowie Wuppertal Institut für Klima, Umwelt, Energie.

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