eモビリティ用のロボットベースの摩擦撹拌溶接

eモビリティという未来のテーマにおいて重要となるのは、車両の走行可能距離と性能だけではありません。革新的な新しい車両コンセプトによる車両の経済的な製造も重要です。

エレクトロモビリティ用摩擦撹拌溶接

摩擦撹拌溶接におけるプロセスノウハウが、KUKAを自動車産業の重要なパートナーとして位置づけています。なぜなら、この技術のおかげで、バッテリーの熱マネジメントを最適化できただけでなく、 複雑な形状のアキュムレーターハウジングの構造を経済的なものに変えることができるからです。

電気自動車、少なくともそのバッテリーには「快適温度」が求められます。なぜなら、電気自動車は、適正に温度が調整されている場合に限り、最適な出力がもたらされ、最長の耐用年数に到達するからです。そのため、バッテリーは作動中に冷却され、外気温度が低いときには加熱されます。通常、これは、特にハイブリッド車の場合は、バッテリーキャリアのフロアに組み込まれた冷却システムによって行われます。そのハウジングの製造は極めて困難です。摩擦撹拌溶接法における長年にわたる経験のおかげで、KUKAに重要なノウハウがもたらされました。

ハイブリッド車の冷却システムは、フロアパネルとダイカストハウジングの溶接によって密閉されます。その際、圧力変化に耐える気密回路が形成されなければなりません。これに加えて、大きな接続断面良好に溶け合い、圧縮された継目が必要とされます。構成部品は、その際、入熱による歪みを最小限に抑えなければなりません。適切な接合技術として摩擦撹拌溶接は実証済みです。

グリーンテクノロジーを使用した溶接

この方法は、特に、様々なアルミニウム合金と低融点の他の非鉄金属の質的に高価値の接合プロセスに適合されています。摩擦撹拌溶接時、回転するツールがワークピースの接続範囲を通過し、それによって固く締め付けられた接合パートナー間で摩擦熱が発生し、従来の方法より堅牢で負荷に耐える結合が生じます。構成部品のデザインに応じて蛇行として溶接継目が、あるいはオーバーラップ溶接継目としてスティッチ継目が実現されます。 

Friction Stir Welding_seam
蛇行継目の例

追加のメリット:この方法はローエミッションで、エネルギー消費がわずかです。接合する構成部品の前処理は不要です。そのため、摩擦撹拌溶接はグリーンテクノロジーとしても特徴づけられます。

Friction Stir Welding_Robot
バッテリーハウジング用摩擦撹拌溶接セル

接合技術におけるプロセスノウハウ

ハイブリッド車の冷却システムの場合だけでなく、純粋な電気自動車のアキュムレーターハウジングの製造時にも、この技術の採用が増え続けています。ここで、ハウジングは、アンダーフロアの大部分を占めますが、通常、アクスル間に限られます。メーカーによっては、これまでアキュムレーターハウジングを個別に組み立てていました。それに対して、新しいコンセプトは、構造コンポーネントを含んでおり、それに車両のアキュムレーターハウジングが組み込まれています。その構造はそのために極めて剛性が高くなければなりません。それには次の二つの方法があります:アルミニウムパネルからなるフロアプレートと溶接されるクロスストラット付き成形フレーム、あるいは一緒に溶接された二重壁の押出し成形

フロントエリアとリアエリアのアキュムレーターハウジングとの接続時、既にアルミニウムからなるダイカスト構成部品が使用されていることがあり、これはアキュムレーターハウジングにおける接合技術に対する高い要求の条件となっています。そしてここでは、KUKAが再びそのプロセスノウハウによって重要な役割を演じます。なぜなら、この要件において理想的であるのが摩擦撹拌溶接だからです。構成部品および製造装置のデザイン時、特に、高プロセスフォースおよびブリッジ可能な隙間寸法といったいくつかの特性に注意しなければなりません。

 

ステーショナリーショルダー摩擦撹拌溶接

アキュムレーターハウジングおよびエレクトロニクスハウジングにおける複雑な継目を実現するため、KUKAは特に自動車産業のために、 ESABからライセス供与を受けて導入されているステーショナリーショルダー摩擦撹拌溶接(Stationary Shoulder Friction Stir Welding、SSFSW)で組み立てます。その際、従来の摩擦撹拌溶接とは異なり、溶接ピンのみがステーショナリーショルダー内で回転します。このステーショナリーショルダーによって、溶接継目に沿った送り動作中、平滑な継目表面が生成されます。これはまた、後加工の費用を削減します

Friction Stir Welding_ESAB Licensed Technology
ロボットベースの摩擦撹拌溶接ソリューション

圧力制御および文書化システム

専門家が確信をもっています:エレクトロモビリティの重要性が増すのに伴って、今後数年間のうちに、摩擦撹拌溶接法による製造プラントの市場ポテンシャル増大します。KUKAは、自動車産業がこの接合方法を生産プロセスに経済的に合理的に組み込むことを可能にします。同時に、顧客は、重要なすべてのプロセスパラメーターをモニターし品質データを明瞭に把握できます。ここで、KUKAは、圧力制御および文書化システム(PCD)を使用して、インダストリー4.0の統合の基礎を形づくっています。

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