Roerwrijvingslassen voor e-mobility met industriële robots

Doorslaggevend bij het toekomstonderwerp e-mobility zijn niet alleen de actieradiussen en de prestaties van de voertuigen, maar ook de economische productie van de voertuigen met nieuwe innovatieve voertuigconcepten.

Roerwrijvingslassen voor elektromobiliteit

Met zijn procesknowhow bij het roerwrijvingslassen is KUKA hier een belangrijke partner voor de automobielindustrie geworden. Want dankzij deze technologie kan het warmtemanagement voor accu’s worden geoptimaliseerd en kan de complexe structuur van de accumulatorbehuizingen rendabel worden gerealiseerd.

Elektrische auto’s hebben een "aangename temperatuur" nodig – in ieder geval de accu’s ervan. Want alleen als ze de juiste temperatuur hebben, leveren ze het optimale vermogen en gaan ze zo lang mogelijk mee. De accu’s moeten daarom tijdens de productie worden gekoeld en bij een lage omgevingstemperatuur worden opgewarmd. Doorgaans gebeurt dat – met name bij hybride voertuigen – met behulp van koelsystemen die aan de onderkant van de accuhouder zijn ge?ntegreerd. De productie van deze behuizingen is uiterst lastig. Dankzij de jarenlange ervaring met het roerwrijvingslassen bezit KUKA over belangrijke knowhow hiervan.

Het koelsysteem van hybride voertuigen wordt gesloten door een bodemplaat op de gegoten behuizing vast te lassen. Daarbij moet een geheel gesloten circuit ontstaan dat tegen de wisselende druk bestand is. Daarvoor zijn een grote verbindingsdiameter en een goed vermengde en samengedrukte naad nodig. De componenten mogen daarbij onder invloed van de warmte slechts miniem vervormen. Als geschikte verbindingstechnologie heeft roerwrijvingslassen zijn waarde bewezen.

Lassen met de groene technologie

Het proces is bijzonder geschikt bij hoge kwalitatieve verbindingsprocessen met diverse aluminiumlegeringen en andere non-ferrometalen met een lage smelttemperatuur. Bij het roerwrijvingslassen wordt een roterend gereedschap in het verbindingsgedeelte langs de werkstukken geleid, waardoor er wrijvingswarmte tussen de vast ingespannen te verbinden stukken ontstaat – een robuustere en zwaarder belastbare verbinding dan met conventionele procedés. De lasnaden worden afhankelijk van de vorm van de onderdelen als meander of stuiknaden als overlaplasnaad uitgevoerd.

Friction Stir Welding_seam — Voorbeeld van een meandernaad

Bijkomend voordeel: Het proces is emissiearm en het energieverbruik laag. Voorbehandelen van de te verbinden onderdelen is niet nodig. Het roerwrijvingslassen wordt daarom ook als groene technologie aangeduid.

Friction Stir Welding_Robot — Roerwrijvingslascel voor accubehuizing

Procesknowhow in de verbindingstechniek

Niet alleen bij koelsystemen van hybride voertuigen maar ook bij de productie van de accumulatorbehuizingen bij puur elektrische auto’s wordt deze technologie in toenemende mate toegepast. Hier neemt de behuizing een groot deel van de bodemplaat in en bevindt zich doorgaans tussen de assen. Sommige fabrikanten monteren de accumulatorbehuizingen tot nu toe gescheiden. Nieuwere concepten bevatten daarentegen structuurcomponenten, waarin de accumulatorbehuizing van het voertuig wordt ge?ntegreerd. Deze structuren moeten daarvoor extreem stijf zijn. Daarvoor zijn er twee mogelijkheden: Frameprofielen met dwarsverstijvingen, die aan een aluminium bodemplaat worden gelast, of een bodemplaat van aan elkaar gelaste dubbelwandige drukprofielen.

Bij het verbinden van de voor- en achtergedeelten aan de accumulatorbehuizing worden soms al spuitgietonderdelen van aluminium toegepast, hetgeen strenge eisen aan de verbindingstechniek bij de accumulatorbehuizingen stelt. En ook hier komt KUKA met zijn procesknowhow om de hoek kijken. Want het roerwrijvingslassen is in deze situaties ideaal. Bij het vormgeven van de onderdelen en productievoorzieningen moet er wel met enkele bijzonderheden, zoals de grote proceskracht en overbrugbare spelingen rekening worden gehouden.

Roerwrijvingslassen met vaste schouder

Om de complexe naden bij accumulator- en elektronicabehuizingen te realiseren, werkt KUKA met name voor de belangen van de auto-industrie met het roerwrijvingslassen met vaste schouder (Stationary Shoulder Friction Stir Welding, SSFSW). Daarbij roteert, anders dan bij het klassieke roerwrijvingslassen alleen de laspen in een stationaire schouder. Door de vaste schouder ontstaat er tijdens de aanzetbeweging langs de lasnaad een effen, glad naadoppervlak. En daardoor nemen de kosten voor de nabewerking af.

Friction Stir Welding_ESAB Licensed Technology — Op robots gebaseerde roerwrijvingslasoplossing

Procescontrole- en documentatiesysteem

Experts weten het zeker: Met het toenemende belang van de elektromobiliteit zal in de komende jaren ook het marktpotentieel voor productie-installaties met roerwrijvingslasprocedés toenemen. KUKA maakt het voor de auto-industrie mogelijk dit verbindingsproces rendabel in het productieproces te integreren. Tegelijkertijd kunnen de klanten alle cruciale procesparameters volgen en kwaliteitsgegevens inzichtelijk laten registreren. Hier heeft KUKA met een procescontrole- en documentatie (PCD) een fundament voor de integratie van Industrie 4.0 gelegd.