Zgrzewanie tarciowe w połączeniu z robotami przenosi produkcję samochodów elektrycznych na zupełnie nowy poziom

Osiem robotów KUKA, w tym trzy moduły aplikacyjne do zgrzewania tarciowego w połączeniu z KR FORTEC w trzech modułach cell4_FSW, od 2022 roku pracuje u dużego producenta samochodów osobowych w Portugalii. Zajmują się tym, co jest przyszłością motoryzacji: obudowami akumulatorów do samochodów elektrycznych, które są produkowane z różnych stopów aluminium, aby pojazd był jak najlżejszy. Szczególne znaczenie ma w tym temacie proces FSW. A to dlatego, że ten wykorzystujący roboty proces zapewnia nie tylko najwyższą jakość spawania przy dużej rentowności, lecz również dzięki niskiemu zużyciu energii jest uważany za „zieloną” technologię. W ten sposób produkcja mocowań akumulatorów do samochodów elektrycznych została przeniesiona na zupełnie nowy poziom. Według klienta koszt jednego metra zgrzewania tarciowego zkosztuje mniej niż ekwiwalentne zużycie drutu przy spawaniu w osłonie gazów obojętnych.

Elektromobilność odgrywa coraz większą rolę na całym świecie. Serce samochodu elektrycznego, czyli akumulator, jest przymocowany do podłogi pojazdu za pomocą obudowy, składającej się ze spawanej w osłonie gazów obojętnych ramy z profili nośnych, które zostały zamknięte za pomocą płyty blaszanej lub dwuściennych profili nośnych. KUKA od wielu lat wspiera swojego klienta w produkcji obudów akumulatorów i dostarczyła mu już trzy różne instalacje. „Rozwijaliśmy się razem z klientem – od pojedynczego zadania spawalniczego po całkowicie zautomatyzowaną linię produkcyjną” – mówi Patxi Blanco, Global Key Account Manager w firmie KUKA, który od samego początku uczestniczył w procesie tworzenia lekkiej obudowy akumulatora.

Wszystko zaczęło się w 2019 roku, gdy klient korzystał jeszcze z instalacji innego producenta i nie był zadowolony z jakości spawania. Wymagania w stosunku do spoin spawalniczych, stosowanych w obudowach akumulatorów do samochodów elektrycznych, są bardzo rygorystyczne. W przeciwieństwie do pojazdów hybrydowych akumulator samochodu elektrycznego jest większy i cięższy oraz zintegrowany bezpośrednio w podłodze. „Wymaga to bardzo dużej sztywności, lecz dzięki zintegrowaniu w podłodze obudowy są chronione podczas zderzenia. A to oznacza, że muszą być odporne na działanie ogromnych sił” – wyjaśnia Stefan Fröhlke, Senior Manager Process Solution w firmie KUKA.

„To rozwiązanie pozwala nam zrezygnować z zakupu dwóch kolejnych instalacji i zaoszczędzić związane z tym koszty personelu oraz przestrzeni produkcyjnej przy tej samej wielkości produkcji” – mówi Patxi Blanco. Rozwiązanie firmy KUKA jest niezwykle ekonomiczne: Robot do zgrzewania tarciowego może być wykorzystywany w 95 procentach, ponieważ podczas procesu spawania można załadowywać i rozładowywać urządzenia we własnej strefie bezpieczeństwa. Kolejna korzyść: Dzięki robotowi proces ten jest nie tylko bardziej dynamiczny, lecz również odbywa się na mniejszej powierzchni.

Dlatego nie poprzestał on na tych dwóch instalacjach. Trzy lata później nie tylko proces spawania jest wspomagany za pomocą robotów, lecz cała produkcja jest zautomatyzowana. W trzech modułach KUKA cell4_FSW pracuje osiem robotów w czterech etapach, aby wyprodukować obudowy akumulatorów z różnych stopów aluminium zgodnie z wysokimi wymaganiami. W pierwszym kroku spawana jest płyta podłogowa, w drugim usuwane są zadziory. Gdy płyta jest już gotowa, w trzecim kroku roboty mają za zadanie przyspawać ramę do płyty podłogowej i w ostatnim czwartym kroku usunąć zadziory z całej obudowy akumulatora. „Konstrukcją i uruchomieniem zajęliśmy się w naszej fabryce w Augsburgu. Klient zaakceptował tam instalację, dlatego montaż na miejscu przebiegł szybko i sprawnie” – mówi Patxi Blanco o wieloletnim projekcie z dziedziny elektromobilności.

Opracowany specjalnie z myślą o prężnie rozwijającym się rynku e-mobilności moduł do zgrzewania tarciowego KUKA cell4_FSW , oprócz doskonałej rentowności i ekonomiczności, oferuje również maksymalną wszechstronność i wiele możliwości konfiguracji. „Dzięki dokładności torowej poniżej 0,5 mm możliwe jest uzyskanie bardzo dokładnych i perfekcyjnie wykonanych spoin spawalniczych” – wyjaśnia Stefan Fröhlke. Precyzyjne prowadzenie po torze jest możliwe z jednej strony dzięki zastosowaniu KR FORTEC 500 R2830 MT, który przekonuje wysoką sztywnością i żywotnością. Z drugiej strony precyzyjna laserowa kalibracja toru, umożliwiająca kompensację odchyleń torowych, znacznie przyczynia się do tego, że spoina spawalnicza podczas zgrzewania tarciowego z przemieszaniem spełnia wysokie wymagania w zakresie szczelności i crashtestów.

Wieloletni projekt przyczynił się do owocnej współpracy między KUKA a dostawcą samochodów osobowych, dlatego w dalszym ciągu prowadzą oni rozmowy na temat nowych platform do produkcji akumulatorów. KUKA dostarcza nie tylko instalację, lecz również niezbędne know-how z zakresu procesów, aby aktywnie wspierać nowe rozwiązania. Bo jedno jest pewne: Popyt na samochody elektryczne i akumulatory będzie dalej rosnąc. Eksperci zakładają, że w 2032 roku po raz pierwszy w Niemczech zostanie zarejestrowanych więcej pojazdów elektrycznych niż spalinowych. Nie tylko ze względu na ograniczenia w emisji CO2. Zwiększy to również popyt na obudowy akumulatorów, które są nie tylko lekkie, lecz również odpowiednio wytrzymałe.