Du använder en äldre version av webbläsaren Internet Explorer. För en så bra upplevelse som möjligt bör du uppdatera din webbläsare.
Kostnadseffektivt och hållbart: KR FORTEC svetsar batterihus till laddhybrider
Högsta möjliga svetskvalitet med grön teknik: Vid svetsning av icke-järnmetaller med låg smälttemperatur och metalliska material är friktionsomrörningssvetsning – som även kallas Friction Stir Welding (FSW) – den bästa processen. KUKA har hittills driftsatt tre celler för friktionsomrörningssvetsning hos en stor fordonstillverkare. Beställaren ville dra nytta av KUKA:s breda kompetens inom detta område.
En svår utmaning: batterihuset i laddhybrider
Allt fler väljer idag en elbil istället för en bil med förbränningsmotor. Men vad många inte vet: Batterierna i en elbil behöver en viss temperatur för att fungera optimalt. De måste hålla korrekt temperatur för att nå full effekt och hålla så länge som möjligt. Litiumjonbatterierna måste därför kylas under drift – och värmas upp vid låg utomhustemperatur. Särskilt i fordon av laddhybridtyp sköts detta av ett kylsystem som är integrerat i botten av batterihuset. Tillverkningen av dessa hus är extremt svår och erbjuder därför ett optimalt användningsområde för robotbaserad FSW-svetsning.
Friction Stir Welding: Svetsmetod för laddhybrider
Robotbaserad friktionsomrörningssvetsning i batteriproduktion: Så här fungerar det.
Friktionsomrörningssvetsning för laddhybrider
Denna insikt fick även en stor fordonstillverkare, som till en början monterade ihop sina batterihus med lim och skruvar. När denna process inte gav önskade resultat började företaget se sig om efter en ny lösning. Kraven på batterihus är höga: Modulens monteringsytor måste vara jämna, ändhålen måste vara täta och tryckprovskrav måste uppfyllas. Med robotbaserad friktionsomrörningssvetsning kunde KUKA erbjuda fordonstillverkaren en processäker och ekonomisk metod att tillverka laddhybrider som säkerställer batterihusens säkerhet och funktion.
Genomförbarhetsstudier för svetsning av batterihus
KUKA bistod kunden under hela projektet, från första idéutkast till testfas och leverans. ”Vi hade redan utvecklat prototyper och utför olika tester med dessa. I våra genomförbarhetsstudier testade vi svetsbarheten, utförde räckviddsanalyser och processimuleringar. När samtliga tester gav mer än tillfredsställande resultat installerade vi anläggningen hos kunden”, berättar Stefan Fröhlke, Senior Manager för Process Solution FSW hos KUKA. Vår cell för friktionsomrörningssvetsning KUKA cell4_FSW, som utvecklats särskilt för den växande elektromobilitetsmarknaden, är extremt mångsidig och erbjuder många konfigurationsmöjligheter. Cellen är uppbyggd i moduler och säkerställer optimal driftsekonomi.
Vår cell för friktionsomrörningssvetsning, KUKA cell4_FSW, har två arbetsstationer vilket ger ett maximalt processutnyttjande.
I våra genomförbarhetsstudier testade vi svetsbarheten, utförde räckviddsanalyser och processimuleringar. När samtliga tester gav mer än tillfredsställande resultat installerade vi anläggningen hos kunden.
Fördelar med friktionsomrörningssvetsning med lämpliga FSW-verktyg
Friktionsomrörningssvetsning används för att försegla laddhybridernas kylsystem: Bottenplåten fogas ihop med det gjutna höljet exakt längs kylkanalerna. För en trycktät krets som klarar växeltryck krävs ett stort anslutningstvärsnitt och en väl mixad och komprimerad svetsfog. ”Friktionsomrörningssvetsning har visat sig vara en lämplig sammanfogningsteknik eftersom komponenternas deformation minimeras genom värmetillförseln”, berättar Stefan Fröhlke om svetsmetodens fördelar. KUKA använder friktionsomrörningssvetsning med fast skuldra (Stationary Shoulder Friction Stir Welding, SSFSW). Detta innebär: Till skillnad från klassisk friktionsomrörningssvetsning är det bara svetstappen som roterar på en stationär skuldra. Resultatet är en jämn, slät yta längs svetsfogen under frammatningsrörelsen. Och mindre efterbearbetning.
Friktionsomrörningssvetsning lämpar sig optimalt för svetsning av batterihus till laddhybrider.
Industrie 4.0: transparent registrering av kvalitetsdata
Ytterligare kundfördelar med svetscellen KUKA cell4_FSW: Tunglastrobotarna i KR FORTEC-serien erbjuder hög styvhet och livslängd, vilket säkerställer maximal banprecision vid svetsning av stora komponenter. ”Och vårt system för processtyrning och dokumentation (PCD) gör det möjligt för kunden att spåra alla viktiga processparametrar och registrera kvalitetsdata på ett transparent sätt”, förklarar portföljchefen Till Maier. KUKA har därmed lagt grunden för integration av Industrie 4.0. Och det enkla datautbytet med KUKA Remote Service ger snabb hjälp vid problem, vilket minimerar nertiderna.
Miljömedveten körning: grön teknik för elfordon
Metoden är inte bara kostnadseffektiv och ger högkvalitativa resultat, utan räknas även som en grön teknik. ”Tack vare processens låga energiförbrukning är friktionsomrörningssvetsning skonsam för miljön. Det krävs heller ingen rökgasutsugning eller bländskydd”, förklarar Stefan Fröhlke. Det var denna kombination av kvalitet, ekonomi och hållbarhet som övertygade kunden.
FSW-svetsmetoden förbrukar lite energi och är därför även hållbar.
Friktionsomrörningssvetsning: Framgångssagan för elbilar fortsätter
Efter en prototyp- och testfas togs den första anläggningen i drift i Tyskland redan 2016. Den har sedan dess fungerat som en modell för koncernens tillverkning av batterihus till eldrivna fordon. När fordonstillverkaren skulle bygga ut sin kapacitet för friktionsomrörningssvetsning valde man att strukturera om processansvaret och överlåta detta till ett dotterbolag i Sverige, som i sin tur valde att bygga en ny produktionshall för friktionsomrörningssvetsning. I samband med detta beställdes ytterligare två celler för friktionsomrörningssvetsning från KUKA.
Nytt automationskoncept minskar cykeltiden med 25 %
Den första cellen levererades till Sverige i september 2020, och i maj 2021 godkändes två nya KUKA cell4_FSW-celler på plats i Augsburg. Bara två månader senare, i juli 2021, kunde kunden ta båda anläggningarna i drift. Förbättringarna jämfört med den första cellen imponerade på alla inblandade: Tack vare automatiseringen av det komplexa hydrauliska spännsystemet kunde den totala cykeltiden inklusive komponenthanteringen minskas från 20 till 15 minuter. Optimeringen av spännsystemet medförde även ökad produktkvalitet, till exempel i svetsfogarna.
Exempel på en meanderfog som förseglar kylkanaler. Svetsfogen spelar en viktig roll i elbilar.
Höga förväntningar på svetsning av aluminiumlegeringar
Extremt höga krav ställdes på de säkerhetskritiska komponenterna i bilens batterihus: Svetsfogen måste stå pall mycket höga sprängtryck, vilket också testades med ett hållfasthetstest. Speciella spännanordningar och ett passande verktyg utvecklades, likaså de tillhörande svetsparametrarna. Detta kunde endast realiseras med FSW-teknik eftersom systemet skulle klara av olika aluminiumlegeringar såsom plastiskt bearbetade aluminiumlegeringar och pressgjuten aluminium.
Friktionsomrörningssvetsning är en kostnadseffektiv och miljöskonande process för fordon med plug-in-teknik.
Samarbetet kännetecknades av öppenhet, förtroende och målinriktning och kunden blev glatt överraskad över hur snabbt projektet kunde realiseras.
Hög kundnöjdhet tack vare ett snabbt genomförande
Ett annat villkor för beställningen var en snabb leverans inom sex månader. Tack vare KUKA:s expertis och långa erfarenhet kunde alla krav uppfyllas. Kunden blev också väldigt nöjd: ”Samarbetet kännetecknades av öppenhet, förtroende och målinriktning”, berättar projektledaren Adel Ben Hassine, Sales & Proposal Engineering hos KUKA, ”och kunden blev glatt överraskad över hur snabbt projektet kunde realiseras.” Dessutom gjordes framsteg på området hållbarhet: ”Vi vidareutvecklade verktygen tillsammans med kunden och vi lyckades fördubbla svetstapparnas livslängd.”
