Demontage elektrischer Fahrradantriebe

E-Bike-Antriebe weisen einen grundsätzlich ähnlichen Aufbau wie die Fahrradnabendynamos und Industrie-Elektromotoren auf. Für eine speziell ausgerichtete Demontagestecke im Rahmen einer Demontagefabrik stellen sie daher eine potenzielle Ergänzung des Input-Stoffstroms dar.

Das Wirkprinzip der Antriebsmotoren entspricht dem eines Gleichstrom-Elektromotors, dessen Rotor-Magnetfeld durch einen Permanentmagneten aufgebaut wird. Dies hat den Vorteil, dass auf Verschleißteile, wie beispielsweise Bürsten, verzichtet werden kann. Außerdem wird so eine leichtere Bauweise erreicht, was dem im Fahrradbereich angestrebten Leichtbau zu Gute kommt.

Analog den Demontageversuchen der anderen beiden Stoffströme lag auch hier die Zielsetzung im Schaffen einer Datengrundlage über die mittels Demontage zu gewinnenden Werkstoffmassen sowie die dafür notwendigen Demontagezeiten. Der Fokus liegt dabei auf den seltenerdmetallhaltigen Permanentmagneten, jedoch wurden wiederum sämtliche weiteren Werkstoffe in die Betrachtung einbezogen, da diese zusätzliche Wertstofffraktionen darstellen, die dem ökonomischen Erfolg einer Demontagefabrik dienen.

Für die Demontageversuche wurde eine Auswahl von sechs verschiedenen Antriebsmodellen demontiert. Diese teilten sich in fünf Modelle mit integriertem Getriebe sowie ein getriebeloses Modell eines Vorderrad-Nabenantriebs auf. Von den Antriebsmotoren mit integriertem Getriebe gibt es einerseits Modelle, die am Tretlager der Fahrräder verbaut werden (Mittelmotor), andererseits solche, die wie die getriebelosen Modelle in die Naben integriert sind (Nabenmotor). Es wurden zwei Mittelmotor-Modelle sowie drei Nabenmotoren mit Getriebe demontiert. Somit konnte das gesamte Spektrum der auf dem Markt erhältlichen Geräte abgedeckt werden.

Da das getriebelose Modell in siebenfacher Wiederholung demontiert wurde, konnte zusätzlich eine genauere Zeitbilanz bei mehrfacher Zerlegung identischer Geräte erstellt werden. Deren Ergebnis kann im Hinblick auf die ökonomische Gesamtrechnung einer Demontagefabrik von Bedeutung sein.

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Es ist zu beachten, dass die Definition von Stator und Rotor zwischen den unterschiedlichen Bauarten variiert, da in einigen Fällen das Gehäuse das rotierende Bauteil ist, während bei anderen Konstruktionen die Achse innerhalb des Gehäuses rotiert.

Nabenantriebe

Abbildung 5-4: Separierte Bauteile eines Nabenantriebes

Wie in Abbildung 5-4 zu erkennen ist, gleicht die Konstruktionsweise der Nabenantriebe stark derjenigen der Fahrradnabendynamos. Ihre Demontage gestaltet sich dementsprechend. Im ersten Arbeitsschritt der Demontage müssen sämtliche von außen erreichbare Schraubverbindungen gelöst werden. Anschließend kann eine Seitenklappe, in einigen Fällen sogar beide Seitenklappen, vom Gehäuse getrennt werden. Dadurch sind Stator und Rotor freigelegt. Das jeweils auf der Achse befindliche Bauteil kann einfach herausgenommen werden. Das Gegenstück befindet sich ringförmig fest in das Gehäuse gepresst und ist häufig zusätzlich geklebt. Unabhängig davon, ob sich die Magnete im Innenring des Gehäuses oder auf dem Achsenbauteil befinden, können diese nun vorsichtig abgeschlagen werden. Das Gegenstück wird aus Kupferspulen in einem Eisenkern gebildet. Um diese Werkstoffe voneinander zu trennen, kann anschließend analog dem Verfahren, welches bei den Elektromotor-Statoren angewendet wird (Laugung/thermische Behandlung), vorgegangen werden. Für sehr kleine Aggregate muss abgeschätzt werden, ob eine automatisierte Zerkleinerung und Sortierung effizienter ist.

Mittelmotoren

Gegenüber den Nabenantrieben sind die Mittelmotoren deutlich komplexer aufgebaut. Auch bei den Mittelmotoren ist das Lösen der Schraubverbindungen der erste Arbeitsschritt.

Demontagefabrik im urbanen Raum – Konzeption und Planung

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Anschließend kann das Gehäuse auf einer oder beiden Seiten aufgeklappt werden. Die Außenklappen sind häufig geklebt, was einen gewissen Kraftaufwand erfordert.

Die für den Fahrbetrieb notwendige Steuerelektronik ist bei E-Fahrrädern mit Mittelmotor im Motorengehäuse untergebracht. Die funktionellen Bauteile sind (wie in Abbildung 5-5 dargestellt) im Innern so angeordnet, dass die Getrieberäder außen liegen, während die Steuerelektronik dazwischen im Zentralen Bereich liegt. Diese ist in Form einer einzelnen Platine verbaut, welche mittels Schraubverbindung befestigt ist und daher relativ problemlos entnommen werden kann.

Abbildung 5-5: Innenansicht eines Mittelmotors

Des Weiteren können die Getriebeteile entnommen werden. Bei den untersuchten Geräten mussten hierfür zunächst Sprengringe mit Hilfe einer Sprengringzange entfernt werden. Auf den Getriebeachsen befanden sich kleine Steuermotoren mit sehr schwachen Magneten, sowie einer kleinen Kupferspule. Diese können erst separiert werden, nachdem die auf der Welle befindlichen Lager mit Hilfe eines Abziehers entfernt wurden.

Als letztes muss der eigentliche Antriebsmotor aus dem Gehäuse demontiert werden. Der Rotor war bei beiden Modellen über eine Runde Scheibe, welche auf der Welle gelagert ist, zusätzlich am Gehäuse angeschraubt. Nachdem die Schraubverbindungen gelöst wurden,

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kann dieser einfach herausgenommen werden. Hierfür muss lediglich die Magnetkraft zwischen den Permanentmagneten und dem Eisenkern des Stators überwunden werden.

Die untersuchten Modelle besaßen Taschen im Blechpaket des Rotors, in die die Magnete eingelassen waren. Die Magnete waren nicht festgeklebt und ließen sich im Vergleich zu den geklebten Ringmagneten der Fahrradnabendynamos und Nabenantriebe leicht aus den Taschen drücken.

Im Hinblick auf ein recyclinggerechtes Design sind die Statoren der Mittelmotoren hingegen unvorteilhaft konstruiert. Diese waren bei einem Modell segmentiert und in das Gehäuse geklebt (siehe Abbildung 5-6), sodass auch nach dem Aufschneiden des Gehäuses keine erfolgreiche Separation möglich war. Bei dem zweiten Modell war der komplette Stator mit Kunststoff vergossen, was eine weitere Demontage unmöglich machte. Dadurch konnten die Wertstoffe Kupfer und Elektroblech nicht voneinander getrennt werden und der Stator muss als gesamtes Bauteil der Elektroschrott-Fraktion zugeordnet werden.

Abbildung 5-6: Im Gehäuse eines Mittelmotors integrierter Stator des Antriebsmotors

Die notwendigen Werkzeuge beschränkten sich bei den Nabenmotoren auf Schraubenzieher, Mutternschlüssel, eine Rohrzange und einen Abzieher. Für die Mittelmotoren wurden zusätzlich ein Hammer und ein Stößel verwendet, um die geklebten Gehäuseschalen voneinander zu trennen.

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