Ga naar hoofdinhoud

Nieuw leven voor gebruikte e-bike motoren dankzij 3D-printing

Het falen van een onderdeel van een elektrische fiets leidt al snel tot een totaal verlies. Het Fraunhofer IPA heeft in een studie kunnen aantonen dat het de moeite waard is om reserveonderdelen met behulp van additive manufacturing te maken (foto: Fraunhofer IPA)

Steeds meer mensen rijden op elektrische fietsen. Het nadeel is dat er vaak geen reserveonderdelen zijn voor defecte onderdelen zoals motoren of accu’s, waardoor ze volledig vervangen moeten worden door dure nieuwe onderdelen. Een team onderzoekers van het Fraunhofer Institute for Manufacturing Engineering and Automation IPA heeft in een studie met zijn partners aangetoond dat elektrische fietsmotoren opnieuw kunnen worden gemaakt, in overeenstemming met het concept van een moderne circulaire economie. De onderzoekers van Fraunhofer IPA zullen in het RemanLab, een nieuwe leeromgeving voor remanufacturing, inzicht geven in de remanufacturing van elektrische fietsonderdelen.

De populariteit van elektrische fietsen blijft groeien – volgens de Duitse fietsindustrievereniging (Zweirad-Industrie-Verbands, ZIV) waren elektrische fietsen in 2022 goed voor 48 procent van de verkoop op de gehele fietsmarkt – en dit cijfer zal in de toekomst alleen maar toenemen. De keuze aan modellen wordt ook steeds diverser. Naast bekende merken brengen ook kleine fabrikanten nieuwe producten op de markt.

Accu’s en e-bike motoren

Vooral bij accu’s en motoren is het echter vaak technisch en economisch niet haalbaar om deze in de werkplaats te repareren. Zo kan het falen van een onderdeel van een elektrische fiets leiden tot een totaal verlies. Waarom worden de gebruikte motoren van elektrische fietsen niet industrieel gereviseerd? Onderzoekers van Fraunhofer IPA stelden zich die vraag in het kader van het AddRE-Mo project, dat gefinancierd wordt door het Duitse federale ministerie van Onderwijs en Onderzoek (BMBF).

Technische haalbaarheid getest

Samen met partners van cirp GmbH, Electric Bike Solutions GmbH, de sponsororganisatie Cluster of Environmental Technologies Bavaria e. V. en het Wuppertal Institute for Climate, Environment and Energy onderzochten zij de technische haalbaarheid van het herproduceren van elektrische fietsmotoren. Daarbij werd de hele keten van het revisieproces onder de loep genomen – van niet-destructieve demontage tot reiniging, testen, revisie en ten slotte het opnieuw monteren. Het ecologische en economische potentieel ervan werd geanalyseerd. Bovendien wilden de onderzoekers het gebruik van additieve productieprocessen en geschikte combinaties van processen en materialen testen om duurzame en betrouwbare reserveonderdelen te produceren.

Waardebehoud

“Als de motor of accu het begeeft, wordt meestal het hele onderdeel vervangen, ook al is er misschien maar één versnelling defect. Voor werkplaatsen van elektrische fietsen is het zelden de moeite waard om een motor of accu te repareren, en fabrikanten hebben er ook belang bij om oude motoren, die de grootste kostenpost zijn bij elektrische fietsen, te vervangen door nieuwe”, beschrijft Jan Koller, projectleider en groepsleider bij Fraunhofer IPA, het dilemma. “Ons doel was een netwerk voor waardebehoud te implementeren door een industrieel remanufacturing-proces op te zetten waarbij een groot aantal motoren (tussen 50 en 100) het proces doorlopen.”

Additive manufacturing

De eerste stap voor Koller en zijn team was het onderzoeken van elektrische fietsmotoren van gevestigde fabrikanten om hun faalkans te bepalen. Vervolgens onderzochten zij of en onder welke voorwaarden reserveonderdelen met een hoge slijtage, zoals tandwielen en koppelsteunen, door middel van additive manufacturing konden worden vervaardigd.

Testen van onderdelen

De wetenschappers verzamelden de nodige gegevens voor additive manufacturing door middel van 3D-modellering of 3D-digitalisering, afhankelijk van de geometrie van de onderdelen. Vervolgens selecteerden zij materialen en printprocessen. Samen met de bedrijven cirp en Electric Bike Solutions vervaardigde Fraunhofer IPA tenslotte de onderdelen en testte hun levensduur, geluidsemissie en temperatuurbestendigheid op speciaal ontwikkelde testbanken en onder reële belasting.

In totaal werden meer dan 120 onderdelen uit 20 verschillende materialen geproduceerd met behulp van 3D-printers. High speed sintering, een speciaal proces voor de vervaardiging of wijziging van materialen, bleek bijzonder veelbelovend in combinatie met de kunststof polyamide 12 (PA12). De projectresultaten zijn samengevat in de studie “Additive Refabrikation in der Elektrofahrradbranche”, die gratis kan worden gedownload.

Remanufacturing

De projectpartners konden de technische haalbaarheid en duurzaamheid aantonen door de geprinte onderdelen opnieuw te monteren en tests uit te voeren onder reële omstandigheden. De onderzoeksresultaten toonden aan dat individuele onderdelen zoals tandwielen met additive manufacturing kunnen worden geproduceerd en duurzaam kunnen worden gebruikt. “Aan het einde van de keten levert remanufacturing een fietsmotor op die qua kwaliteit gelijk is aan een nieuw geproduceerde motor en ook dezelfde garantie heeft”, legt Koller uit.

Resource efficiëntie en duurzaamheid

Een andere belangrijke factor was de ecologische evaluatie van het revisieproces ten opzichte van gloednieuwe productie. “Additive manufacturing heeft het potentieel om de circulariteit in de elektrische fietsindustrie te verbeteren en de verspilling van resources te verminderen. In vergelijking met een gloednieuwe productie kan een besparing van 90 procent in kilogram CO2-equivalent worden bereikt”, aldus de industrieel ingenieur.

“Het economische besparingspotentieel daarentegen hangt af van het aantal eenheden en ligt meestal rond de 30 tot 40 procent voor vergelijkbare onderdelen in vergelijking met de aankoop van een nieuwe elektrische motor.” Bijgevolg biedt ook revisie een groot potentieel voor fabrikanten van elektrische motoren.

RemanLab-leeromgeving

Om de resultaten van dit project te bestendigen, zal de procesketen voor de remanufacturing van elektromotoren worden geïmplementeerd en gedemonstreerd in de nieuwe RemanLab-leeromgeving voor remanufacturing aan het Fraunhofer IPA in Bayreuth. Het RemanLab wordt op 23 mei 2023 geopend. In deze realistische leeromgeving, met alle nodige testbanken, krijgen bedrijven inzicht in de toekomst van duurzame productie. Elektrische fietsmotoren zullen worden gebruikt om kennis bij te brengen over de complexiteit van het remanufacturingproces, van ingangsdiagnose tot demontage, reiniging, testen, revisie, het opnieuw monteren en eindinspectie.

Dit zal gebeuren met behulp van demonstratoren zoals een augmented reality-toepassing voor demontage. “Tot nu toe werd remanufacturing gekenmerkt door kosten- en arbeidsintensieve processen. In het RemanLab zullen we laten zien hoe digitale technologieën en automatisering in de toekomst een revolutie teweeg kunnen brengen in de revisie van niet alleen elektromotoren, maar ook van kleine elektrische apparaten en andere producten,” aldus Koller.

Het RemanLab wordt gepresenteerd op de Rematec-beurs in Amsterdam (Innovation Area) van 27-29 juni 2023.

Ook interessant: ‘Bike-by-wire’ betekent afscheid van de fietsketting

Geef een reactie

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *

Deze site gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.

x
Mis niet langer het laatste nieuws

Schrijf u nu in voor onze nieuwsbrief.

Inschrijven