TH Köln und GUMA-TECH entwickeln neue Recyclingmethode für Gummi-Metall-Verbunde
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TH Köln und GUMA-TECH entwickeln neue Recyclingmethode für Gummi-Metall-Verbunde
Damit Gummi-Metall-Verbunde wie die Ketten von Raupenfahrzeugen nachhaltig wiederverwertet werden können, müssen die Materialien sauber voneinander gelöst werden. Ein Forschungsteam vom Labor für Werkstoffe der TH Köln hat gemeinsam mit der GUMA-TECH GmbH ein thermisches Trennverfahren entwickelt.
Gummi-Metall-Verbindungen kommen unter anderem in Ketten von Bau- und Landmaschinen mit Raupenfahrwerk zum Einsatz. Die Fahrzeuge lassen sich so auch unter schwierigen Bedingungen nutzen, zum Beispiel auf nassen und schlammigen Böden oder an Steilhängen. Sie zählen zum Sondermüll und werden größtenteils verbrannt. Zudem werden ausgediente Gummiketten oft illegal entsorgt. Bisher bereitete das Recycling dieser Verbindungen Schwierigkeiten, ein neues Verfahren könnte dies ändern.
Neues Verfahren setzt auf Wärmebehandlung der Grenzschicht
„Ein effektives Recycling der Gummi-Metall-Verbindungen ist dann möglich, wenn sich die Materialien gut voneinander lösen lassen, der Energie- und Ressourceneinsatz gering bleibt und sich die Materialeigenschaften nicht verschlechtern“, erläutert Projektleiterin Prof. Dr. Danka Katrakova-Krüger vom Labor für Werkstoffe der TH Köln. Heute werden Gummi und Metall beim Recycling hauptsächlich durch mechanische Verfahren wie dem Fräsen voneinander getrennt. Dies ist jedoch unflexibel und zeitintensiv, vor allem aufgrund der komplexen Geometrie der Metallkomponenten. An schwer zugänglichen Stellen können daher Gummireste zurückbleiben.
Um die getrennten Materialien im Sinne einer Kreislaufwirtschaft wieder einsetzen zu können, wurde in dem Forschungsprojekt daher eine neuartige thermische Methode entwickelt: Das Erhitzen der Werkstücke mittels Induktion. Dabei wird ein magnetisches Wechselfeld erzeugt, das leitfähige Körper – in diesem Fall die stählernen Elemente der Raupenketten – erwärmt. Am Standort der GUMA-TECH GmbH entstand ein Hoch-Frequenz-Induktionsheizgerät mit bis zu acht Kilowatt Leistung, erst im Labor-, dann im Technikumsmaßstab.
In einem inzwischen von der GUMA-TECH zum Patent angemeldetem Verfahren wird der zu trennende Gummi-Metall-Verbund zum Induktor transportiert und dort dem magnetischen Wechselfeld ausgesetzt. Ein Sensor misst kontinuierlich die Temperatur des Metallteils und passt die Leistung entsprechend an. Die kontrollierte Abkühlung wird durch eine nachgeschaltete Kühlvorrichtung sichergestellt. Eine mechanische Trennvorrichtung separiert dann Gummi und Metall. Für jede Kettengeometrie wird die Form des Induktors im Vorfeld angepasst, damit sich die Werkstücke gleichmäßig erhitzen und keine Temperatur-Hotspots entstehen, die das Gummi schädigen.
Getrennte Materialien recycelbar
Das Verfahren beruht im Wesentlichen darauf, dass sich die verwendeten Haftchemikalien bereits bei einer Temperatur von 260 Grad zersetzen, das vulkanisierte Gummimaterial aber erst bei 375 Grad. „In der Anlage wird die Haftschicht auf maximal 350 Grad erhitzt. Dies dauert je nach Geometrie der Ketten zwischen 60 und 300 Sekunden. Anschließend lassen sich die Materialien mit wenig Kraftaufwand und weitgehend rückstandslos voneinander trennen“, so Haifei Mao, Geschäftsführer von GUMA-TECH.
Durch diese Vorgehensweise ändern sich die Materialeigenschaften des Gummis aufgrund der nur kurzen Einwirkzeit nicht, sodass es dem Wertstoffkreislauf zugeführt werden kann: etwa zermahlen als Bodenbelag von Sport- und Spielplätzen sowie als Unterbau oder als Basis für die Pyrolyse. Die Qualität des Gummis nach der induktiven Trennung ist somit vor allem vom Zustand vor der Induktion und nicht vom Trennungsprozess abhängig. Der Stahleinsatz kann nach einer mechanischen Oberflächenaufbereitung wie dem Sandstrahlen sogar direkt wieder für die Herstellung neuer Gummipads genutzt und muss nicht eingeschmolzen werden.
„Wir konnten sehr erfolgreich zeigen, dass die Trennung per Induktion ein effektives Verfahren ist und eine umweltfreundlichere Entsorgung mittels Recyclings möglich ist. Zudem kann durch die Wiederverwendung der Stahleinsätze ein besonders energieintensiver Prozessschritt entfallen“, fasst Katrakova-Krüger zusammen.
Über das Projekt
Das Projekt „Entwicklung eines Verfahrens zum Lösen von Gummi-Metall-Verbindungen als effiziente Recyclingvorstufe“ wurde von Prof. Dr. Danka Katrakova-Krüger vom Labor für Werkstoffe der TH Köln geleitet und in Kooperation mit der GUMA-TECH GmbH durchgeführt. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz förderte das Projekt im Rahmen des Programms „Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand“ von September 2021 bis August 2024.
Die TH Köln zählt zu den innovativsten Hochschulen für Angewandte Wissenschaften. Sie bietet Studierenden sowie Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern aus dem In- und Ausland ein inspirierendes Lern-, Arbeits- und Forschungsumfeld in den Sozial-, Kultur-, Gesellschafts-, Ingenieur- und Naturwissenschaften. Zurzeit sind über 21.000 Studierende in etwa 95 Bachelor- und Masterstudiengängen eingeschrieben. Die TH Köln gestaltet Soziale Innovation – mit diesem Anspruch begegnen wir den Herausforderungen der Gesellschaft. Unser interdisziplinäres Denken und Handeln, unsere regionalen, nationalen und internationalen Aktivitäten machen uns in vielen Bereichen zur geschätzten Kooperationspartnerin und Wegbereiterin.
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