Demontage von Magneten aus permanentmagneterregten Synchronmaschinen : Ressourceneffizienz durch Werterhaltung

Die Elektrifizierung des Mobilitätssektors ermöglicht eine Reduktion der globalen CO2-Emissionen, erfordert allerdings wertvolle Ressourcen. Insbesondere Seltene Erden werden in Form von Hochleistungsmagneten in elektrischen Traktionsantrieben eingesetzt. Die Gewinnung dieser Ressourcen geht mit hohen Kosten, Umweltschäden sowie politischen Abhängigkeiten einher. Vor diesem Hintergrund bietet die Zirkulärwirtschaft ein enormes Potenzial durch die Demontage und Wiederaufbereitung von Altteilen, insbesondere zur Bereitstellung von neuem Magnetmaterial. Die effektive Umsetzung von hochwertigen Werterhaltungsstrategien erfordert hierfür den bestmöglichen Demontagezustand. ... mehrAufgrund der hohen Anforderungen an elektrische Traktionsmotoren kommen leistungsfähige, nicht lösbare, Fügeverbindungen zum Einsatz. Daher wird untersucht, wie der Prozess der Magnetdemontage erfolgreich umgesetzt werden kann, zur zerstörungsfreien und automatisierten Rückgewinnung der wertvollen Magnete.
Es werden zu untersuchende produkt- und prozessseitige Einflussparameter der Magnetdemontage von stoff- und kraftschlüssigen Magnetfixierungen identifiziert und klassifiziert. Anschließend werden analytische und numerische Modelle für den Demontageprozess zur Berechnung von Demontagekräften und Bauteilspannungen erarbeitet. Für die experimentelle Untersuchung des Demontageprozesses sowie als Prototyp für eine zukünftige Industrialisierung des Prozesses wird eine Demontagezelle systematisch entwickelt und implementiert. Es erfolgt eine Validierung des entwickelten Demontageprozesses anhand eines repräsentativen Serien-Elektromotors. Zuletzt werden Empfehlungen für einen erfolgreichen Demontageprozess bezüglich des Produktdesigns von Elektromotoren sowie der Gestaltung des Demontageprozesses erstellt. Es zeigt sich, dass die Demontage von kraftschlüssigen Magnetfixierungen in der Regel einfach zu realisieren ist. Obwohl stoffschlüssige Verbindungen eine größere Herausforderung darstellen, können diese mithilfe der entwickelten Modelle und empirischer Erkenntnisse durch geeignete Prozessparameter erfolgreich demontiert werden.

The electrification of the mobility sector reduces global CO2-emissions, but requires valuable resources. Especially Rare Earth Materials are used in form of high-performance magnets in electric traction motors. The mining of these resources is associated with high material costs, environmental damage as well as political dependencies. Against this background, the circular economy offers great potential in form of the disassembly and recycling of end-of-life products to provide new magnet material. The effective implementation of high-grade recycling strategies requires the best possible disassembly conditions. ... mehrHigh requirements of electric traction motors require high-performance, partially non-detachable, joints. Therefore, the process for a successful magnet disassembly is investigated to enable non-destructive and automated recovery of valuable magnets.
The product- and process-related magnet disassembly parameters for material-locking and force-fit magnet fixations are identified and classified. Subsequently, numerical and analytical models for the disassembly process are developed to calculate disassembly forces and component stress. A disassembly cell is developed and implemented for further experimental investigations of the disassembly process and as a prototype for the future industrialisation of the process. The developed disassembly process is validated using a representative series-production electric traction motor. Finally, recommendations for a successful disassembly process are made regarding the product design of electric motors as well as the parameterization of the disassembly process. The findings show that the disassembly of force-fitted magnet fixations is easier to achieve. Although material-locking magnet fixations are more challenging, they can be successfully disassembled using the developed models and empirical data for the parametrization of the disassembly process.