Kommen Ersatzteile für E-Bikes bald aus dem 3D-Drucker?
Fraunhofer-Studie zeigt, dass sich nicht mehr verfügbare Ersatzteile für E-Bikes mit 3D-Druckern additiv fertigen lassen.
Auf der Suche nach klimafreundlichen und alltagstauglichen Alternativen zum Pkw erfreuen sich E-Bikes derzeit großer Nachfrage, doch angesichts der Teilevielfalt kann es zu Problemen bei der Ersatzteilversorgung kommen. Abhilfe könnte der 3D-Druck der Ersatzteile schaffen.
Bereits im Jahr 2021 erreichte der Absatz von Elektrofahrrädern in Deutschland die Marke von zwei Millionen verkauften Exemplaren. Experten gehen sogar davon aus, dass zukünftig jedes zweite verkaufte Fahrrad ein Elektrofahrrad sein wird. Durch die Vielzahl der Anbieter und die Weiterentwicklung der Modelle kann es jedoch passieren, dass Ersatzteile nicht verfügbar sind und das Elektrofahrrad durch den Ausfall eines Bauteils zum Totalschaden wird.
Ersatzteile für E-Bikes aus dem 3D-Drucker
Warum also nicht einfach Ersatzteile aus dem 3D-Drucker fertigen? Dieser Frage widmete sich „Addre-Mo“. Das vom BMBF geförderte Forschungsprojekt steht für einen industriellen Prozess zur Aufarbeitung von Altteilen – die Additive Refabrikation in der Elektromobilität. Während der 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.
Additive Refabrikation von Elektrofahrradkomponenten
Dazu hat das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA zusammen mit der Firma Electric Bike Solutions Komponenten von Elektrofahrradmotoren etablierter Hersteller genauer unter die Lupe genommen. Die Experten gingen die Stücklisten typischer Elektrofahrradmotoren durch und prüften die Teile auf ihre Ausfallwahrscheinlichkeit. Dann untersuchten sie, ob und unter welchen Bedingungen Ersatzteile wie beispielsweise Zahnräder und Drehmomentstützen additiv gefertigt werden können. Die notwendigen Daten für die Additive Fertigung, wie der 3D-Druck in der Fachsprache heißt, 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 Fertigung und die Ersatzteile besser eigneten. Zusammen mit dem Unternehmen Cirp fertigte das Fraunhofer IPA schließlich die Komponenten und prüfte ihre Lebensdauer, Geräuschentwicklung und Temperaturbeständigkeit in eigens entwickelten Prüfständen.
Machbarkeit und Haltbarkeit 3D-gedruckter Ersatzteile nachgewiesen
Mit der Remontage und dem Test unter realen Einsatzbedingungen konnten die technische Machbarkeit und Haltbarkeit nachgewiesen werden. Die Forschungsergebnisse zeigen, dass einzelne Bauteile additiv gefertigt und nachhaltig eingesetzt werden können. Auch die Herausforderung der hohen Variantenvielfalt und mangelnden Standardisierung von Elektrofahrradkomponenten kann mit Hilfe additiver Refabrikation bewältigt werden. Damit bietet dieses 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 gemeinsam mit den Unternehmen Cirp und Electric Bike Solutions herausgegeben wurde und die beim IPA kostenlos heruntergeladen werden kann.
Die Additive Fertigung von Ersatzteilen ist gerade Thema in vielen Unternehmen, darunter auch die Deutsche Bahn und der Omnibushersteller Evo-Bus, die bereits sehr positive Erfahrungen gesammelt haben. Einen sehr interessanten Ansatz verfolgen auch Hachtel und Cubicure, die für ihre Lösung zur schnellen Herstellung zertifizierter Kleinserien und Ersatzteilen mit 3D-Druck sogar Fördermittel der EU zur Innovationsförderung erhalten haben. gk
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