Automatisierte Demontage – Utopie oder unumgänglich?

FUTUR: Frau Hohlfeld, Ihre Firma LRP Autorecycling steht als Verwerter an vorderster Front. Welche Herausforderungen sehen Sie bei der Fahrzeugverwertung, so wie sie bisher läuft?

Hohlfeld:

Die Herausforderungen beginnen bereits bei der Fahrzeugbeschaffung. In Deutschland ist es aufgrund nicht vollzogener Gesetzgebung schwierig, überhaupt an Altfahrzeuge zu kommen, auch wenn sich hier gerade einiges ändert. Aber selbst, wenn das Fahrzeug bei uns eingetroffen ist, wird es kompliziert: Es liegen uns kaum Daten vor, die direkt vom Hersteller oder den Zulieferern kommen. Alle Informationen, die wir zum Fahrzeug beziehen, kaufen wir über Datenbanken hinzu. Diese Datenbanken werden teilweise nicht mehr aktualisiert, sind unvollständig oder nicht immer hundertprozentig korrekt.

Das macht uns das Arbeiten sehr schwer. Unsere Mitarbeitenden verbringen viel Zeit damit, Daten mühsam zusammenzusuchen, beispielsweise OE-Nummern zu den Teilen, um ein Fahrzeug überhaupt digital in unseren Systemen anzulegen. Dabei möchten wir eigentlich die beste R-Strategie für jede Komponente und für das gesamte Fahrzeug finden. Heute basiert das stark auf dem Erfahrungswissen unserer Mitarbeitenden. Eine fundierte Datenbasis würde uns enorm helfen, zu entscheiden: Ist eine Komponente gut genug für die Wiederverwendung? Kann sie in die Wiederaufarbeitung gehen? Oder muss sie stofflich recycelt werden? Nur weil das Fahrzeug als Ganzes das End-of-Life erreicht hat, heißt das ja nicht, dass jede einzelne Komponente ebenfalls am Ende ihrer Lebensdauer angekommen ist.

Für die stoffliche Weiterverwertung bräuchten wir zudem Informationen über die Materialzusammensetzung. Das ist wichtig für zukünftige Recyclingquoten und die Qualität der Rezyklate. Wir können nur so gut separieren, wie wir wissen, welche Materialien verbaut sind. Gerade bei Kunststoffen müssen wir heute oft erst eine Komponente demontieren, um auf den Stempel zu schauen und zu erkennen, welches Material verwendet wurde. Das ist sehr zeitaufwendig und in der Praxis kaum umsetzbar.

FUTUR: Zeit und Geld ließen sich also durch eine bessere Datenlage sparen, also vor allem durch Digitalisierung? Herr Uhlig, wo liegen aus Ihrer Sicht die Vorteile und Fallstricke in der digitalen Verwertung?

Uhlig:

Momentan dient alles, was wir an Daten mit einem Fahrzeug verknüpfen, dem Zweck, gebrauchte Ersatzteile zu verkaufen. Darüber hinaus dokumentieren die Demontagebetriebe bestimmte Materialgruppen, die unter einer Abfallschlüsselnummer zusammengefasst und entsorgt werden. Wenn wir einen Blick in die Zukunft werfen, wird sich das stark ändern. Wir werden viel feingranularer werden müssen, was die rohstoffliche Seite angeht. Als Softwareanbieter stehen wir vor der Herausforderung, dass wir nicht nur Daten für den Vertrieb von Ersatzteilen benötigen, sondern auch stoffliche Daten.

Gleichzeitig wird die Möglichkeit geschaffen, Fahrzeuge wesentlich weiter zu zerlegen und schon bei der Demontage nach differenzierten Materialgruppen zu sortieren. Zwischenschritte wie das Schreddern großer Materialgemische könnten dadurch verringert oder obsolet werden. Bei manueller Demontage könnte ich theoretisch von jedem Fahrzeug die Menge an Kühlwasser messen und verwiegen. Das wäre aber mit vielen zusätzlichen Arbeitsschritten verbunden und sehr aufwendig. In einem automatisierten, standardisierten Prozess mit entsprechender Datenbasis wäre das wesentlich einfacher. Bestimmte Komponenten wie Stoßstangen, bei denen Verkleidung und Träger aus verschiedenen Materialien bestehen, könnten weiter demontiert werden, als wir das heute tun. Damit hätten wir feingranulare Daten für die Massenströme. Das ist wirtschaftlich mit manueller Demontage bei der aktuellen Marktsituation nicht möglich. Hier sehe ich eine große Chance für die automatisierte Demontage.

Die Herausforderungen liegen in den Unterschieden zwischen Produktion und Demontage. Wenn ich in der Produktion zwei neuwertige Teile mit neuwertigen Schrauben verbinde, habe ich einen definierten Zustand. Im Altfahrzeug, das vielleicht 15 bis 20 Jahre alt ist, kann diese Schraubverbindung durch Rost und Korrosion nicht mehr zerstörungsfrei lösbar sein. Hinzu kommen Umbauten während der Lebensdauer, die nicht mehr dem Stand entsprechen, wie das Fahrzeug vom Band gelaufen ist. Diese Flexibilität, dass ein erfahrener Mitarbeiter vielleicht statt eines Schraubenschlüssels ein Schweißgerät nimmt und die Verbindung wegbrennt, ist in einer automatisierten Demontage schwierig zu erreichen. Das sind die großen Herausforderungen, die zu lösen sind.

FUTUR: Herr Dr. Kuschan, wie können die Automatisierungslösungen des Fraunhofer IPK lernen, mit solchen Herausforderungen umzugehen?

Kuschan:

Das wird uns tatsächlich noch eine ganze Weile beschäftigen. Aber ich sehe viele mögliche Ansätze. Wenn wir beispielsweise wissen, wo Schraubpositionen sind, können unterschiedliche Strategien angewendet werden. Der Roboter versucht zuerst, die Schraube mit einem Drehmomentschrauber zu lösen. Wenn das nicht funktioniert, wird eine weitere Strategie angewendet, etwa ein destruktives Verfahren wie Schweißen. Entscheidend ist dabei die Information: Was ist das für ein Teil? Will ich es später noch verwenden? Gibt es Problemstellen, wenn der Roboter dort arbeitet?

Wir sind auf Daten und Informationen angewiesen, um sicher, effizient und effektiv arbeiten zu können. Der Hauptvorteil des Menschen ist ja, dass er sich schnell auf neue Gegebenheiten einstellen kann. Die Produktion ist eigentlich ein wunderbares Umfeld, in dem immer das Gleiche passiert – und trotzdem haben wir dort noch viele manuelle Arbeitsschritte. Bei der Demontage haben wir jedes Mal einen neuen, einzigartigen Fall. Die Stärke des Roboters liegt im wiederholbaren Arbeiten, und genau diese Stärke haben wir bei der Demontage eigentlich nicht. Deshalb sind die Digitalisierung und die Informationsweitergabe so wichtig. Darauf aufbauend können wir dann unterschiedliche Strategien direkt beim Roboter implementieren.

FUTUR: Frau Mügge, Sie entwickeln mit dem Circular-Economy-Assistenten genau so eine Digitalisierungslösung für die Demontage. Wie funktioniert das Konzept?

Mügge:

Der Circular-Economy-Assistent, den wir am Fraunhofer IPK entwickeln, ist ein zentraler Digitalisierungsbaustein in unserem gemeinsamen Projekt DAADEM. Damit nutzen wir Daten entlang des gesamten Produktlebenszyklus, die wir am Lebensende bereitstellen, um Verwertern bei der Auswahl geeigneter Kreislaufstrategien zu helfen.

Wir stellen Daten auf Fahrzeug-, Komponenten- und Materialebene bereit und berücksichtigen in unserer Entscheidungsfindung: Was ist technisch möglich? Was fordert die Regulatorik? Und welche Kreislaufstrategie ist aus Umweltsicht am sinnvollsten? Gleichzeitig integrieren wir automatisierte Bilderkennung in das Konzept. Mit dieser Technologie können wir am Lebensende Komponenten eindeutig identifizieren und den Qualitätszustand bewerten, beispielsweise Risse oder Korrosion erkennen. Diese Daten fließen wieder in den CE-Assistenten zurück und beeinflussen die Entscheidungsfindung.

Für den Demontageprozess selbst nutzen wir Augmented-Reality-Technologien, um den Prozess visuell zu begleiten. Wir können relevante Informationen wie Demontageanleitungen anzeigen, Komponenten lokalisieren und die Reihenfolge angeben, in der Verbindungselemente wie Schrauben gelöst werden sollten und mit welchem Werkzeug. Mit der AR-Brille haben wir zusätzlich den Vorteil, dass wir zeitgleich Daten aufnehmen können. Wir sehen: Welches Werkzeug wird verwendet? Wenn eine Schraube nicht mehr mit dem Schrauber zu lösen ist, was ist der nächste Schritt? All diese Daten sammeln wir, um später unseren Roboter anzulernen und so den Schritt zur automatisierten Demontage zu gehen.

FUTUR: Die AR-Brille erfüllt also eine Doppelfunktion: Sie unterstützt die menschlichen Mitarbeitenden mit Informationen und sammelt gleichzeitig Daten für die spätere Automatisierung?

Mügge:

Genau. Sie führt den Menschen durch den Demontageprozess und lernt gleichzeitig von ihm, um diese Erfahrung später in die Automatisierung zu überführen.

FUTUR: Frau Hohlfeld, Sie hatten die fehlenden Daten angesprochen. Würde eine Lösung wie der digitale Produktpass hier helfen?

Hohlfeld:

Absolut. Es wäre eine totale Wunschvorstellung, einen perfekten digitalen Produktpass von einem Fahrzeug zu haben. Wenn wir beispielsweise einen Motor entnehmen, weil wir ihn als Ersatzteil verkaufen, könnten wir dem Produktpass direkt die entnommenen Materialien zuordnen. Das wäre nicht nur für uns wichtig, sondern für den gesamten Kreislauf. Die OEMs müssen zukünftig eine Rezyklateinsatzquote berücksichtigen und nachweisen, wie viel Rezyklat im neuen Auto steckt. Wie viel aus Altfahrzeugen tatsächlich zurückgewonnen wurde fällt operativ bei ATFs, Demontage-, Schredder- und Recyclingbetrieben an. Diese Daten werden von diesen Akteuren berichtet – nicht vom OEM.

Diese Materialströme können wir heute also noch gar nicht so genau abbilden. Recycler trennen heute beim Recycling in der Regel nicht zwischen Fahrzeugschrotten und anderen Inputströmen. Die Materia-lien werden gemeinsam verarbeitet, sodass sich im resultierenden Rezyklat nicht mehr eindeutig feststellen lässt, welcher Anteil aus Altfahrzeugen stammt. Mit einem digitalisierten Material- oder Produktpass wäre das möglich. Ich sehe die Digitalisierung als sehr wichtigen und hilfreichen Punkt für die Nachverfolgbarkeit im gesamten Kreislauf.

Wichtig ist mir aber auch: Selbst mit einem perfekten Produktpass und vollständigen Geometriedaten haben wir noch nicht bedacht, dass es sich um Altfahrzeuge handelt. Unfallschäden, Kratzer, Umbauten – all das ist im ursprünglichen Produktpass nicht abgebildet. Deshalb glaube ich, dass wir um visuelle Erkennungssysteme nicht herumkommen. Sie müssen den aktuellen Ist-Zustand erfassen, der vom digitalen Soll-Zustand abweichen kann. Das ist auch für die Wahl der R-Strategie besonders wichtig. Welche Laufleistung hatte beispielsweise ein Motor oder ein Getriebe? Die kann sich ja von der Gesamtlaufleistung des Fahrzeugs unterscheiden. Solche Informationen brauchen wir, um zu entscheiden: Ist eine Komponente noch gut genug für die Wiederverwendung oder die Wiederaufarbeitung?

Mügge:

Dafür muss der digitale Produktpass auch während des gesamten Lebenszyklus aktualisiert werden. Die Laufleistung einzelner Komponenten, welche Teile wirklich noch verbaut sind – das ändert sich gegenüber dem Zustand nach der Produktion und beeinflusst die R-Strategien erheblich.

Uhlig:

Wichtig ist auch, dass die R-Strategie nicht nur auf physischen Eigenschaften basieren darf. Es nutzt nichts, wenn ich Teile demontiere und ins Lager lege, die ich nie verkaufen kann. Es gibt Fahrzeugbaureihen, wo bestimmte Bauteile nie kaputt gehen. Auf einer rein physisch basierten Entscheidung würden die immer als Ersatzteil erkannt – ich könnte Hunderte davon einlagern und würde sie nie verkaufen. Der Bedarf und der Markt müssen mitberücksichtigt werden.

Ein konkretes Beispiel sind E-Maschinen von Elektrofahrzeugen. Die bestehen im Wesentlichen aus drehenden Teilen, und ihre Laufleistung wird deutlich höher sein als die Nutzungsphase des Fahrzeugs. Wenn es zu solchen E-Maschinen gar keine Fahrzeuge mehr am Markt gibt, muss ich diese Teile möglicherweise nicht als Ersatzteile vorhalten – auch wenn sie physisch noch in gutem Zustand sind. Jeder Fahrzeugtyp hat einen Produktlebenszyklus. Wenn E-Maschinen nur für ein bestimmtes Fahrzeug passen und dieses Fahrzeug nicht mehr in ausreichender Menge am Markt ist, brauche ich keine Ersatzteile dafür. Zumal E-Maschinen aufgrund ihrer Konstruktion wesentlich weniger Verschleiß haben als Verbrennungsmotoren. Sie gehen seltener kaputt, der Bedarf für Gebrauchtteile ist einfach nicht da.

FUTUR: Welche Rolle spielen Vorschriften zum Datenaustausch und zur Standardisierung im Projekt?

Mügge:

Für uns spielt die Regulatorik eine Riesenrolle. Bei unseren Digitalisierungslösungen sind wir darauf angewiesen, Daten entlang des gesamten Produktlebenszyklus in einem standardisierten und interoperablen Format zu haben. Mit der Vielzahl neuer Regulatoriken wird diese Datenbereitstellung gesetzlich eingefordert, und wir können diese Daten nutzen.

Relevant sind hier zum Beispiel: der digitale Produktpass aus der Ecodesign for Sustain-able Products Regulation, der Circularity Vehicle Passport aus der neuen End-of-Life-Verordnung, der Environmental Vehicle Passport von Euro 7 oder das Product Circularity Data Sheet von der ISO. All diese Regularien verfolgen das gemeinsame Ziel, Produktdaten strukturiert darzustellen und nutzbar zu machen, um Kreislaufstrategien zu implementieren.

Beim Datenaustausch selbst gibt es eine Reihe von DIN-Normen, die entwickelt werden, zum Beispiel zu Data Carrier, Unique Identifier, Datenspeicherung, Schnittstellenbeschreibung und Austauschprotokollen. Neben klassischen Regulatoriken betrachten wir auch Industrieinitiativen wie Catena-X oder die IDTA zum Thema Datenmodellierung und unternehmensübergreifender Datenaustausch.

Uhlig:

Für Softwareanbieter wie uns ist entscheidend, dass wir die Prozesse in den Demontagebetrieben abbilden müssen. Diese Betriebe tragen erheblich zur Quotenerfüllung bei, was schon heute auf Basis der aktuellen Regularien nicht ganz einfach ist. Wenn die Anforderungen steigen, müssen wir möglicherweise fahrzeugindividuelle Daten erfassen. Zurzeit arbeiten wir mit Durchschnittswerten. Wir bilanzieren die Fahrzeugeingänge und die Materialausgänge per Übernahmeschein. Für die Massenströme innerhalb eines Unternehmens, also Bestandsveränderungen bei Ersatzteilen, Materialien oder Fahrzeugen, nutzen wir Durchschnittswerte. Von jedem Fahrzeug gehen beispielsweise 800 bis 900 Kilogramm Karosserieschrott zum Schredder.

In Zukunft müssen wir möglicherweise viel feingranularer erfassen: Wie viel Öl nehme ich aus einem Fahrzeug? Wie viel Bremsflüssigkeit? Wie viel Glas, wie viel Kunststoff und von welcher Sorte? Das können Mitarbeitende heute teilweise gar nicht mehr leisten. Die unterschiedlichen Kunststoffe zu identifizieren, zu entnehmen, zu wiegen und dem Fahrzeug zuzuordnen, ist ein Riesenaufwand. Da stelle ich mir die automatisierte Demontage mit einer entsprechenden Unterstützung durch Fahrzeugdaten und Prozessschritte, die jedes entnommene Material verwiegen, als riesengroße Erleichterung vor.

FUTUR: Lassen Sie uns zum Abschluss einen Blick in die Zukunft werfen. Wo steht die Fahrzeugverwertung in 20 Jahren – in einer perfekten Welt?

Hohlfeld:

In meiner Wunschvorstellung haben wir eine hochdigitalisierte, automatisierte Demontagefabrik mit robotergestützten Prozessen. Visuelle Erkennungs-
systeme identifizieren das Fahrzeug. Wir wissen, welche Materialien und Komponenten verbaut sind. Wenn ich eine Komponente demontiere, wird einem digitalen Produktpass exakt zugeordnet, was ich entnom-
men habe und wie viel Material damit verbunden ist. Der Datenaustausch zwischen den Akteuren funktioniert. Die Recycler wissen, wie die Materialzusammensetzung in einer Restkarosse ist und können entsprechend recyceln. Dadurch entsteht hochwertiges Sekundärmaterial, und die Kreisläufe funktionieren. Wir haben den ersten Schritt in die tatsächliche Kreislaufwirtschaft geschafft, weg vom Downcycling.

Uhlig:

Dem stimme ich voll zu. Dazu gehört für mich ein utopischer Zustand, in dem alle Akteure kooperativ zusammenarbeiten – von den Herstellern über die Fahrzeugnutzer und Verwerter bis zu den Recyclingbetrieben. Der Datenaustausch wird deutlich einfacher. Ein erster Schritt dahin ist eine Plattform wie Catena-X. Da müssen noch ein paar Barrieren in den Köpfen abgebaut werden. Aber wenn das gemeinsame Ziel ist, Materialien in unserer Kreislaufwirtschaft zu behalten und nicht wie in den vergangenen Jahrzehnten zu exportieren, dann müssen alle an einem Strang ziehen. Dann muss es möglich sein, dass ein Demontagebetrieb die notwendigen Daten zur Demontage bereitgestellt bekommt, ohne dafür hohe Summen ausgeben zu müssen.

Kuschan:

Ich würde mich sehr freuen, wenn wir in 20 Jahren Roboter in der Demontagefabrik hätten und die Daten, die wir für die Automatisierung benötigen, direkt im Unternehmen vorliegen, oder wir eine Anfrage an die OEMs schicken können und die benötigten Informationen für den einzelnen Demontageschritt zurückkommen. So gäbe es eine Datentrennung, und der OEM muss nicht relevantes Firmenwissen komplett nach außen geben.

Ich sehe eine sehr hohe Autonomie bei den Robotern. Wir haben aktuell eine sehr schnelle Entwicklung bei der Inbetriebnahme von Robotern, die positiv in die Demontage hineinspielt. Das Trockenlegen von Fahrzeugen, also das Ablassen von Flüssigkeiten, kann schon sehr zeitnah automatisiert passieren. Da sehe ich keine großen Herausforderungen, und die Automatisierung kann schnell helfen, Stoffe voneinander zu trennen. Für die richtige Demontage wird es noch etwas länger dauern. Aber ich bin optimistisch, dass wir das mit durchgängiger Digitalisierung und einem digitalen Produktpass erreichen.