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 sv?r utmaning: batterihuset i laddhybrider

Allt fler v?ljer idag en elbil ist?llet f?r en bil med f?rbr?nningsmotor. Men vad m?nga inte vet: Batterierna i en elbil beh?ver en viss temperatur f?r att fungera optimalt. De m?ste h?lla korrekt temperatur f?r att n? full effekt och h?lla s? l?nge som m?jligt. Litiumjonbatterierna m?ste d?rf?r kylas under drift – och v?rmas upp vid l?g utomhustemperatur. S?rskilt i fordon av laddhybridtyp sk?ts detta av ett kylsystem som ?r integrerat i botten av batterihuset. Tillverkningen av dessa hus ?r extremt sv?r och erbjuder d?rf?r ett optimalt anv?ndningsomr?de f?r robotbaserad FSW-svetsning.

Friktionsomr?rningssvetsning f?r laddhybrider

Denna insikt fick ?ven en stor fordonstillverkare, som till en b?rjan monterade ihop sina batterihus med lim och skruvar. N?r denna process inte gav ?nskade resultat b?rjade f?retaget se sig om efter en ny l?sning. Kraven p? batterihus ?r h?ga: Modulens monteringsytor m?ste vara j?mna, ?ndh?len m?ste vara t?ta och tryckprovskrav m?ste uppfyllas. Med robotbaserad friktionsomr?rningssvetsning kunde KUKA erbjuda fordonstillverkaren en process?ker och ekonomisk metod att tillverka laddhybrider som s?kerst?ller batterihusens s?kerhet och funktion.

Genomf?rbarhetsstudier f?r svetsning av batterihus

KUKA bistod kunden under hela projektet, fr?n f?rsta idéutkast till testfas och leverans. ”Vi hade redan utvecklat prototyper och utf?r olika tester med dessa. I v?ra genomf?rbarhetsstudier testade vi svetsbarheten, utf?rde r?ckviddsanalyser och processimuleringar. N?r samtliga tester gav mer ?n tillfredsst?llande resultat installerade vi anl?ggningen hos kunden”, ber?ttar Stefan Fr?hlke, Senior Manager f?r Process Solution FSW hos KUKA. V?r cell f?r friktionsomr?rningssvetsning KUKA cell4_FSW, som utvecklats s?rskilt f?r den v?xande elektromobilitetsmarknaden, ?r extremt m?ngsidig och erbjuder m?nga konfigurationsm?jligheter. Cellen ?r uppbyggd i moduler och s?kerst?ller 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.

Stefan Fröhlke, Senior Manager för Process Solution FSW hos KUKA

F?rdelar med friktionsomr?rningssvetsning med l?mpliga FSW-verktyg

Friktionsomr?rningssvetsning anv?nds f?r att f?rsegla laddhybridernas kylsystem: Bottenpl?ten fogas ihop med det gjutna h?ljet exakt l?ngs kylkanalerna. F?r en tryckt?t krets som klarar v?xeltryck kr?vs ett stort anslutningstv?rsnitt och en v?l mixad och komprimerad svetsfog. ”Friktionsomr?rningssvetsning har visat sig vara en l?mplig sammanfogningsteknik eftersom komponenternas deformation minimeras genom v?rmetillf?rseln”, ber?ttar Stefan Fr?hlke om svetsmetodens f?rdelar. KUKA anv?nder friktionsomr?rningssvetsning med fast skuldra (Stationary Shoulder Friction Stir Welding, SSFSW). Detta inneb?r: Till skillnad fr?n klassisk friktionsomr?rningssvetsning ?r det bara svetstappen som roterar p? en station?r skuldra. Resultatet ?r en j?mn, sl?t yta l?ngs svetsfogen under frammatningsr?relsen. Och mindre efterbearbetning.

Friktionsomrörningssvetsning lämpar sig optimalt för svetsning av batterihus till laddhybrider.

Industrie 4.0: transparent registrering av kvalitetsdata

Ytterligare kundf?rdelar med svetscellen KUKA cell4_FSW: Tunglastrobotarna i KR FORTEC-serien erbjuder h?g styvhet och livsl?ngd, vilket s?kerst?ller maximal banprecision vid svetsning av stora komponenter. ”Och v?rt system f?r processtyrning och dokumentation (PCD) g?r det m?jligt f?r kunden att sp?ra alla viktiga processparametrar och registrera kvalitetsdata p? ett transparent s?tt”, f?rklarar portf?ljchefen Till Maier. KUKA har d?rmed lagt grunden f?r integration av Industrie 4.0. Och det enkla datautbytet med KUKA Remote Service ger snabb hj?lp vid problem, vilket minimerar nertiderna.

Milj?medveten k?rning: gr?n teknik f?r elfordon

Metoden ?r inte bara kostnadseffektiv och ger h?gkvalitativa resultat, utan r?knas ?ven som en gr?n teknik.?”Tack vare processens l?ga energif?rbrukning ?r friktionsomr?rningssvetsning skonsam f?r milj?n. Det kr?vs heller ingen r?kgasutsugning eller bl?ndskydd”, f?rklarar Stefan Fr?hlke. Det var denna kombination av kvalitet, ekonomi och h?llbarhet som ?vertygade kunden.

FSW-svetsmetoden förbrukar lite energi och är därför även hållbar.

Friktionsomr?rningssvetsning: Framg?ngssagan f?r elbilar forts?tter

Efter en prototyp- och testfas togs den f?rsta anl?ggningen i drift i Tyskland redan 2016. Den har sedan dess fungerat som en modell f?r koncernens tillverkning av batterihus till eldrivna fordon. N?r fordonstillverkaren skulle bygga ut sin kapacitet f?r friktionsomr?rningssvetsning valde man att strukturera om processansvaret och ?verl?ta detta till ett dotterbolag i Sverige, som i sin tur valde att bygga en ny produktionshall f?r friktionsomr?rningssvetsning. I samband med detta best?lldes ytterligare tv? celler f?r friktionsomr?rningssvetsning fr?n KUKA.

Nytt automationskoncept minskar cykeltiden med 25 %

Den f?rsta cellen levererades till Sverige i september 2020, och i maj 2021 godk?ndes tv? nya KUKA cell4_FSW-celler p? plats i Augsburg. Bara tv? m?nader senare, i juli 2021, kunde kunden ta b?da anl?ggningarna i drift. F?rb?ttringarna j?mf?rt med den f?rsta cellen imponerade p? alla inblandade: Tack vare automatiseringen av det komplexa hydrauliska sp?nnsystemet kunde den totala cykeltiden inklusive komponenthanteringen minskas fr?n 20 till 15 minuter. Optimeringen av sp?nnsystemet medf?rde ?ven ?kad produktkvalitet, till exempel i svetsfogarna.

Exempel på en meanderfog som förseglar kylkanaler. Svetsfogen spelar en viktig roll i elbilar.

H?ga f?rv?ntningar p? svetsning av aluminiumlegeringar

Extremt h?ga krav st?lldes p? de s?kerhetskritiska komponenterna i bilens batterihus: Svetsfogen m?ste st? pall mycket h?ga spr?ngtryck, vilket ocks? testades med ett h?llfasthetstest. Speciella sp?nnanordningar och ett passande verktyg utvecklades, likas? de tillh?rande svetsparametrarna. Detta kunde endast realiseras med FSW-teknik eftersom systemet skulle klara av olika aluminiumlegeringar s?som 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.

Projektledare Adel Ben Hassine, Sales & Proposal Engineering hos KUKA

H?g kundn?jdhet tack vare ett snabbt genomf?rande

Ett annat villkor f?r best?llningen var en snabb leverans inom sex m?nader. Tack vare KUKA:s expertis och l?nga erfarenhet kunde alla krav uppfyllas. Kunden blev ocks? v?ldigt n?jd: ”Samarbetet k?nnetecknades av ?ppenhet, f?rtroende och m?linriktning”, ber?ttar projektledaren Adel Ben Hassine, Sales & Proposal Engineering hos KUKA, ”och kunden blev glatt ?verraskad ?ver hur snabbt projektet kunde realiseras.” Dessutom gjordes framsteg p? omr?det h?llbarhet: ”Vi vidareutvecklade verktygen tillsammans med kunden och vi lyckades f?rdubbla svetstapparnas livsl?ngd.”