Friktionsomrörningssvetsning med robotar tar elbilsproduktion till en ny nivå

Åtta KUKA-robotar, varav tre FSW-applikationsmoduler med KR FORTEC i tre cell4_FSW-celler, står sedan 2022 hos en stor fordonsunderleverantör i Portugal. Deras uppgift är att möjliggöra framtidens bilkörning: batterihus till elbilar, som tillverkas av olika aluminiumlegeringar för att göra fordonet så lätt som möjligt. Av stor betydelse i detta fall är svetsmetoden: FSW. Denna robotbaserade svetsmetod ger inte bara högsta möjliga svetskvalitet parat med god lönsamhet, utan räknas även som en grön teknik tack vare den låga energiförbrukningen. Tillverkningen av batterihus till elbilar tas till en helt ny nivå. Enligt kunden är kostnaden för en meter produktionslinje med friktionsomrörningssvetsning billigare än motsvarande trådförbrukning vid bågsvetsning.

Elektromobilitet fortsätter att växa världen över. Elbilens viktigaste komponent, batteriet, är placerat i en låda som monteras fast på bilens golv. Lådan består av en bågsvetsad ram av strängpressade profiler som försluts med en metallskiva eller med dubbelväggiga strängpressade profiler. KUKA har bistått denna kund under flera års tid vid tillverkningen av dessa lådor och vi har redan levererat tre olika anläggningar. ”Vi har vuxit tillsammans med kundens krav – från enskilda svetsuppgifter till en helautomatisk produktionslinje”, berättar Patxi Blanco, Global Key Account Manager hos KUKA, som varit involverad i processen med lättbyggda batterilådor från första början.

Allt började 2019 när kunden fortfarande använde en anläggningstyp från en annan tillverkare och inte var nöjd med svetskvaliteten. Kraven på svetsfogarna på batterilådorna i elbilar är nämligen mycket speciella. Till skillnad från hybridfordon är batteriet i en ren elbil större och tyngre och integreras direkt i golvet. ”Detta kräver en hög grad av styvhet, och i och med golvintegreringen är batterilådorna relevanta vid kollisioner. De måste stå pall enorma krafter”, förklarar Stefan Fröhlke, Senior Manager Process Solution hos KUKA.

”Den här lösningen sparar in på två anläggningar, med tillhörande kostnader för personal och produktionsyta, och vi kan producera lika mycket”, förklarar Patxi Blanco. KUKA:s lösning är maximalt kostnadseffektiv: Eftersom svetsdelarna kan sättas på plats i fixturerna i ett separat säkerhetsområde samtidigt som roboten svetsar har FSW-roboten en utnyttjandegrad på upp till 95 procent. Ytterligare en fördel: Robotanvändningen har gjort processen mer dynamisk och den kan utföras på en mindre produktionsyta.

Efter denna erfarenhet valde kunden att utöka samarbetet. Idag, tre år senare, utför man inte bara enkla svetsprocesser med hjälp av robotar, utan hela produktionen har kunnat automatiserats. I tre KUKA-celler av typen cell4_FSW arbetar idag åtta robotar i fyra produktionssteg med att tillverka batterilådor av olika aluminiumlegeringar – lådor som uppfyller de högt ställda kraven. Först svetsas bottenplattan som sedan avgradas i nästa steg. När plattan är klar svetsar robotarna fast ramen på bottenplattan och avgradar avslutningsvis hela batterilådan i steg fyra. ”Vi monterade och driftsatte anläggningen i vår fabrik i Augsburg. Kunden godkände anläggningen där, vilket gjorde att installationen hos kunden gick snabbt och smidigt", berättar Patxi Blanco om det mångåriga elektromobilitetsprojektet.

KUKA:s cell för friktionsomrörningssvetsning, cell4_FSW, har utvecklats särskilt för den växande elbilsmarknaden och erbjuder utöver hög kostnadseffektivitet även maximal flexibilitet och många konfigurationsmöjligheter. ”Tack vare en bannoggrannhet under 0,5 millimeter erhålls mycket exakta och högkvalitativa svetsfogar”, förklarar Stefan Fröhlke. Den exakta banstyrningen möjliggörs dels av KR FORTEC 500 R2830 MT, en robot med hög styvhet och lång livslängd. Men även den noggranna, laserassisterade bankalibreringen, vars syfte är att kompensera för banavvikelser, bidrar i hög grad till att FSW-svetsfogen uppfyller de höga kraven på täthet och krocktålighet.

Det långsiktiga projektet har bara gagnat samarbetet mellan KUKA och fordonsunderleverantören och idag diskuterar man nya möjliga batteriplattformar. Som part i den nya teknikutvecklingen bygger KUKA alltså inte bara anläggningar och bistår vid den tekniska projektutvecklingen. Vi har även det processkunnande som krävs. För en sak är säker: Efterfrågan på elbilar och därmed även på batterilådor kommer bara att öka i framtiden. Experter räknar med att det år 2032 för första gången kommer att registreras fler elbilar än bilar med förbränningsmotorer i Tyskland. En utveckling som bara kommer att snabbas på tack vare de koldioxidutsläpp som därigenom kan reduceras. Detta ökar också efterfrågan på batterilådor, som inte bara är lätta utan också uppvisar hög styvhet och tålighet.