Rührreibschweißroboter von KUKA schweißen Batteriegehäuse für Plug-in-Hybridfahrzeuge

Höchste Schweißqualität kombiniert mit einer grünen Technologie: Bei Nichteisenmetallen mit niedriger Schmelztemperatur und für metallische Mischverbindungen ist Rührreibschweißen – auch als Friction Stir Welding (FSW) bekannt – der optimale Prozess. Für einen großen Autobauer hat KUKA sein Know-how in diesem Bereich eingesetzt und bisher drei Rührreibschweißzellen erfolgreich in Produktion genommen. So konnte nicht nur das Wärmemanagement von Plug-in-Hybrid-Batterien optimiert, sondern auch die komplex gestaltete Struktur der Speichergehäuse wirtschaftlich umgesetzt werden.

Diffizile Angelegenheit: Batteriegehäuse für Plug-in-Hybridfahrzeuge

E-Autos brauchen eine „Wohlfühltemperatur“ – zumindest ihre Batterien. Denn nur wenn sie richtig temperiert sind, bringen sie die optimale Leistung und erreichen die maximale Lebensdauer. Die Batterien müssen daher während des Betriebs gekühlt und bei niedriger Umgebungstemperatur erwärmt werden. Speziell bei Plug-in-Hybridfahrzeugen wird diese Aufgabe von Kühlsystemen übernommen, die in den Boden der Batterieträger integriert sind. Die Fertigung dieser Gehäuse ist äußerst diffizil und bietet daher einen optimalen Einsatz für roboterbasierte Rührreibschweißverfahren.

Das hat auch ein großer Autobauer erkannt, der die Batteriegehäuse zunächst mit Kleben und Schrauben fertigte. Als dieser Prozess jedoch nicht den gewünschten Erfolg brachte, sah man sich auf dem Markt nach einer neuen Lösung um. Die Anforderungen an die Batteriegehäuse sind dabei hoch: Die Ebenheit der Modulmontageflächen, die Dichtigkeit der Endlöcher und die Anforderungen der Drucktests müssen gewährleistet sein. Mit dem roboterbasierten Rührreibschweißen bot KUKA dem Autobauer im Bereich der Plug-in-Hybridfahrzeuge eine prozesssichere und ökonomische Methode, welche die Sicherheit und Funktionalität der Batteriegehäuse garantiert.

Machbarkeitsstudien bei KUKA

Von der Anforderung über Tests bis zur Lieferung hat KUKA den Kunden begleitet. „Wir hatten bereits Prototypen entwickelt und mit diesen verschiedene Tests durchlaufen. In Machbarkeitsstudien haben wir die Schweißeignung geprüft, Erreichbarkeitsanalysen und Prozesssimulationen durchgeführt. Als alle Tests mehr als zufriedenstellend ausfielen, haben wir die Anlage beim Kunden installiert“, erklärt Stefan Fröhlke, Senior Manager Process Solution FSW bei KUKA. Die Rührreibschweißzelle KUKA cell4_FSW, die speziell für den wachsenden Markt der Elektromobilität entwickelt wurde, bietet aufgrund ihres modularen Konzepts neben herausragender wirtschaftlicher Effizienz ein Maximum an Vielseitigkeit und Konfigurationsmöglichkeiten.

Vorteile des Rührreibschweißens mit fester Schulter

Um das Kühlsystem der Plug-in-Hybridfahrzeuge zu verschließen, wird mittels Rührreibschweißen das Bodenblech exakt entlang der Kühlkanäle mit dem Gussgehäuse verbun-den. Für einen druckdichten Kreislauf, der dem Wechseldruck standhält, werden ein großer Anbindungsquerschnitt und eine gut vermischte und verdichtete Naht benötigt. „Rührreibschweißen hat sich als geeignete Fügetechnologie herausgestellt, da sich die Komponenten durch den Wärmeeintrag möglichst wenig verziehen“, erklärt Stefan Fröhlke. Dabei setzt KUKA auf Rührreibschweißen mit fester Schulter (Stationary Shoul-der Friction Stir Welding, SSFSW). Das heißt: Anders als beim klassischen Rührreibschweißen rotiert nur der Schweißstift in einer stationären Schulter. So entsteht während der Vorschubbewegung entlang der Schweißnaht eine ebene, glatte Nahtoberfläche. Der Aufwand für die Nachbearbeitung wird so reduziert.

Industrie 4.0: Qualitätsdaten transparent erfassen

Weitere Vorteile für den Kunden durch die Schweißzelle KUKA cell4_FSW: Durch Schwerlastroboter der KR FORTEC Reihe kann dank hoher Steifigkeit und Lebensdauer eine er-höhte Bahngenauigkeit an großen Bauteilen gewährleistet werden. „Gleichzeitig kann der Kunde durch unser Prozesskontroll- und Dokumentationssystem (PCD) alle wesent-lichen Prozessparameter nachverfolgen und Qualitätsdaten transparent erfassen lassen“, betont Portfolio-Manager Till Maier. Dadurch hat KUKA eine Basis für die Integration von Industrie 4.0 geschaffen, denn der einfache Datenaustausch mit dem KUKA Remote Service ermöglicht unter anderem schnelle Hilfe und verhindert längere Ausfallzeiten.

Grüne Technologie mit Vorbildcharakter

Das Verfahren ist aber nicht nur ökonomisch und qualitativ hochwertig, sondern gilt auch als grüne Technologie. „Dank geringem Energieverbrauch ist Rührreibschweißen umweltfreundlich, zudem sind keine Rauchgasabsaugung oder Blendschutzmaßnahmen erforderlich“, erklärt Stefan Fröhlke. Diese Kombination aus Qualität, Wirtschaftlichkeit und Nachhaltigkeit hat den Kunden überzeugt.

Die Anforderungen an die sicherheitskritischen Bauteile der Batteriegehäuse waren extrem hoch. Zudem war eine schnelle Lieferung innerhalb von sechs Monaten die Bedingung für die Auftragserteilung. Dank der Expertise von KUKA in diesem Bereich konnten alle Anforde-rungen erfüllt werden.

Quelle und Vorschaubild: KUKA Deutschland GmbH