Rendabel en duurzaam: KR FORTEC lassen batterijbehuizingen voor plug-in-hybride auto's

Hoogste laskwaliteit gecombineerd met groene technologie: bij non-ferrometalen met lage smelttemperatuur en bij metalen materialen is roerwrijvingslassen - ook bekend als Friction Stir Welding (FSW) - het optimale proces. Voor een grote autofabrikant heeft KUKA zijn know-how op dit gebied ingezet en tot nu toe drie roerwrijvingslascellen met succes in productie genomen.

Moeilijke materie: batterijbehuizingen voor plug-in-hybride voertuigen

In plaats van een auto met verbrandingsmotor rijdt men tegenwoordig vaak liever met een elektrisch voertuig. Maar wat velen niet weten: een elektrische auto heeft een "gevoelstemperatuur" nodig – in ieder geval de batterijen. Want alleen als ze de juiste temperatuur hebben, leveren ze het optimale vermogen bereiken ze hun maximale levensduur. De lithium-ionabatterijen moeten daarom tijdens het gebruik gekoeld worden en bij een lage omgevingstemperatuur worden opgewarmd. Met name bij een voertuig van het type plug-in-hybride wordt deze taak uitgevoerd door koelsystemen die in de bodem van de batterijdragers ge?ntegreerd zijn. De productie van deze behuizingen is uiterst moeilijk en vormt dus een optimale toepassing voor robotgebaseerde FSW-processen.

Roerwrijvingslassen voor elektrische auto met plug-in-hybride

Dit werd ook gezien door een grote autofabrikant, die de batterijbehuizing aanvankelijk vervaardigde met behulp van lijmen en schroeven. Toen deze procedure echter niet het gewenste resultaat opleverde, werd op de markt naar een nieuwe oplossing gezocht. De eisen aan de baterijbehuizingen zijn hoog: de vlakheid van de montagevlakken van de modules, de lekdichtheid van de eindgaten en de eisen van de druktests moeten worden gewaarborgd. Met robotgebaseerd roerwrijvingslassen bood KUKA de autofabrikant een procesveilige en economische methode voor de productie van elektrische plug-in-hybride auto's, die de veiligheid en functionaliteit van de batterijbehuizingen garandeert.

Haalbaarheidsstudies voor het lassen van batterijbehuizingen

KUKA begeleidde de klant vanaf het eerste idee tot en met het testen van de levering. "We hadden al prototypes ontwikkeld en hiermee verschillende tests doorlopen. In haalbaarheidsstudies hebben we de lasgeschiktheid gecontroleerd, bereikbaarheidsanalyses en processimulaties uitgevoerd. Toen alle tests meer dan bevredigend bleken, hebben we de installatie bij de klant ge?nstalleerd", aldus Stefan Fr?hlke, Senior Manager Process Solution FSW bij KUKA. De roerwrijvingslascel KUKA cell4_FSW werd speciaal ontwikkeld voor de groeiende markt van de elektromobiliteit en biedt dankzij haar modulaire concept niet alleen een uitstekende effici?ntie en rendabiliteit, maar ook maximale veelzijdigheid en configuratiemogelijkheden.

De roerwrijvingslascel KUKA cell4_FSW biedt maximale procesbelasting dankzij twee werkstations.

In haalbaarheidsstudies hebben we de lasgeschiktheid gecontroleerd, bereikbaarheidsanalyses en processimulaties uitgevoerd. Toen alle tests meer dan bevredigend bleken, hebben we de installatie bij de klant geïnstalleerd.

Stefan Fröhlke, Senior Manager Process Solution FSW bij KUKA

Voordelen van roerwrijvingslassen met passend FSW-gereedschap

Om het koelsysteem van de plug-in-hybride modellen af te sluiten, wordt de bodemplaat door middel van roerwrijvingslassen exact langs de koelkanalen met de gietbehuizing verbonden. Voor een drukdichte kringloop die bestand is tegen de wisselende druk, zijn een grote verbindingsdiameter en een goed vermengde en verdichte naad nodig. "Roerwrijvingslassen is de geschikte verbindingstechnologie, omdat de componenten door de warmtetoevoer zo weinig mogelijk vervormen", legt Stefan Fr?hlke het proces uit. Daarbij kiest KUKA voor stationair roerwrijvingslassen (Stationary Shoulder Friction Stir Welding, SSFSW). Dit betekent: Anders dan bij het klassieke roerwrijvingslassen roteert alleen de laspen in een stationaire schouder. Zo ontstaat er tijdens de opschuifbeweging een effen, glad naadoppervlak langs de lasnaad. De nabewerking is daardoor minder omslachtig.

Roerwrijvingslassen is optimaal geschikt voor de batterijbehuizingen in een elektrisch aangedreven voertuig van het type plug-in-hybride.

Industrie 4.0: Kwaliteitsgegevens transparant registreren

Nog meer voordelen voor de klant met de lascel KUKA cell4_FSW: Heavy duty robots van de KR FORTEC-serie kunnen dankzij hun hoge stijfheid en lange levensduur zorgen voor een hogere baannauwkeurigheid op een hogere padnauwkeurigheid op grote onderdelen. "Tegelijk kan de klant met ons procescontrole- en documentatiesysteem (PCD) alle belangrijke procesparameters opvolgen en kwaliteitsgegevens transparant laten registreren", benadrukt Portfolio Manager Till Maier. Op die manier heeft KUKA een basis gecre?erd voor de integratie van Industrie 4.0. Bovendien biedt de eenvoudige gegevensuitwisseling met de KUKA Remote Service snel hulp bij problemen en voorkomt zo langere uitvaltijden.

Milieubewust rijden: groene technologie voor de elektrische auto

Het proces is niet alleen rendabel en van hoge kwaliteit, maar geldt ook als groene technologie. "Dankzij het lage energieverbruik is roerwrijvingslassen milieuvriendelijk, bovendien zijn er geen rookgasafzuiging of verblindingsmaatregelen noodzakelijk", legt Stefan Fr?hlke uit. Deze combinatie van kwaliteit, rendement en duurzaamheid heeft de klant overtuigd.

Het FSW-proces verbruikt weinig energie en is daarom ook duurzaam.

Roerwrijvingslassen: het succesverhaal voor elektrische auto's gaat verder

Na een prototype-en testfase werd het eerste systeem al in 2016 in Duitsland in productie genomen en dient sindsdien als blauwdruk voor de productie van batterijbehuizingen voor elektrisch aangedreven voertuigen binnen de Groep. Om de capaciteit voor roerwrijvingslassen uit te breiden, heeft de autofabrikant de procesverantwoordelijkheid geherstructureerd en overgedragen aan zijn dochteronderneming in Zweden, die daarvoor speciaal een nieuwe hal heeft gebouwd. Daarbij werden 2 extra roerwrijvingslascellen bij KUKA besteld.

Nieuw automatiseringsconcept reduceert de cyclustijd met 25%

De eerste cel verhuisde in september 2020 naar Zweden, in mei 2021 werden de twee nieuwe KUKA cell4_FSW-cellen in Augsburg voorlopig opgeleverd. Twee maanden later, in juli 2021, konden beide installaties bij de klant in bedrijf worden genomen. Alle betrokkenen waren onder de indruk van de verbeteringen ten opzichte van de eerste cel: door de automatisering van het complexe hydraulische spansysteem kon de totale cyclustijd inclusief componenthandling van 20 naar 15 minuten worden verlaagd, tegelijk verbeterde door de optimalisering van het spansysteem de kwaliteit van het product, bijvoorbeeld de lasnaad.

Voorbeeld van een meandernaad voor het afsluiten van de koelkanalen. De lasnaad speelt een belangrijke rol bij elektrische auto's.

Hoge verwachtingen voor het lassen van aluminiumlegeringen

De eisen aan de veiligheid kritische onderdelen van de batterijbehuizingen in de auto waren extreem hoog: de lasnaad moest bestand zijn tegen een zeer hoge barstdruk, wat moest worden bevestigd door een stevigheidstest. Speciale spaninrichtingen en het passende gereedschap moesten samen met de lasparameters nieuw worden ontwikkeld. Dit was uitsluitend haalbaar met de FSW-technologie, omdat verschillende legeringen van aluminium (kneedlegering aan aluminium spuitgietwerk) moesten worden gelast.

Roerwrijvingslassen is voor een auto met plug-in technologie een rendabel en milieubewust proces

De samenwerking was zeer open, vol vertrouwen, doelgericht en de klant was verbaasd over de snelheid van de uitvoering.

Projectleider Adel Ben Hassine, Sales & Proposal Engineering bij KUKA

Snelle realisatie leidde tot een grote tevredenheid van de klant

Bovendien was een snelle levering binnen zes maanden de voorwaarde voor het toekennen van de opdracht. Dankzij de expertise van KUKA op dit gebied kon aan alle eisen worden voldaan. Zo uitte de klant de grootst mogelijke tevredenheid: "De samenwerking was zeer open, vol vertrouwen en doelgericht", benadrukte projectleider Adel Ben Hassine, Sales & Proposal Engineering bij KUKA, "en de klant was verbaasd over de snelheid van de uitvoering." Bovendien kon extra worden gescoord op het vlak van duurzaamheid: "De gereedschappen werden samen met de klant verder ontwikkeld, zodat de levensduur van de pins ondertussen is verdubbeld."