„Besser, günstiger, nachhaltiger“

Das Rührreibschweißen wird bei Batterieproduzenten für E-Mobilität, insbesondere in der Automobilbranche, immer beliebter. Warum?

Till Maier: Das Rührreibschweißen bringt für die Herstellung von Batteriegehäusen viele Vorteile mit sich. Erstens eine extrem hohe Schweißqualität: Es gibt keine Poren oder Risse, die Nahtfestigkeit ist sehr hoch – bei geringem Schweißverzug. Außerdem bietet das Verfahren ein hohes Einsparpotenzial, von der Materialeinsparung durch Bauteiloptimierung über fehlende Verbrauchsmaterialien wie Schutzgas und Fülldraht bis zur Einsparung einer umfangreichen Kantenvorbereitung. Und schließlich ist der Prozess nicht nur durch den geringen Energieverbrauch – bis zu 80 Prozent weniger als beim Metall-Inertgas- oder Laserschweißen – besonders umweltfreundlich. Er benötigt auch keine chemische Werkstoffvorbehandlung oder Blendschutzmaßnahmen, da weder Rauchgas- noch Lärmbelastung entstehen.

Kuka hat sich mit mehr als 270 FSW-Robotern in über 18 Ländern seit 2012 zu einem der Weltmarktführer im roboterbasierten Rührreibschweißen entwickelt. Aus welchen Bereichen kommen die Interessenten?

Maier: Einerseits beliefern wir Tier-1-Unternehmen aus diversen Ländern, die OEMs, also den Herstellern von Originalausrüstung in der Automobilindustrie, zuarbeiten. Immer größer und wichtiger aber wird die Gruppe unserer Direktkunden aus dem OEM-Bereich: Bei diesen fungieren wir als Generalunternehmer. Wir kümmern uns also nicht nur um die Roboter und die zugehörigen Technologien, sondern auch die komplette Logistik sowie vor- und nachgelagerte Prozesse – wie etwa das nachträgliche Entgraten oder Bürsten der Schweißflächen. Als dritte Gruppe forschen wissenschaftliche Institute mit R&D-Roboterzellen von Kuka an Prozessen und Verfahren.

Unser neuer KR Fortec ultra MT und der KR 500 MT sind ausreichend steif, gleichzeitig hochpräzise und haben die nötige Power, FSW für die meisten Anwendungen aus der E-Mobilität präzise auszuführen.
Stefan Fröhlke, Kuka

Sie bieten individualisierte, auf die konkreten Anforderungen des jeweiligen Kunden ausgerichtete Lösungen für das FSW an: Wie muss man sich das vorstellen?

Maier: Grundsätzlich haben wir drei Lösungsansätze in unserem Roboter-Portfolio: Erstens den neuen KR Fortec Ultra in der ­MT-Ausführung mit 300kg Traglast und einer Reichweite bis 2.800mm (KR 300 R2800-2 MT). Diesen Roboter bieten wir als universelles, roboterbasiertes 3D-Applikationsmodul für komplexe 2D- und 3D-FSW-Anwendungen an. Dann die modulare Rührreibschweißzelle Kuka Cell4_FSW Midsize Single in Kombination mit dem oben genannten Roboter für mittelgroße Anwendungen mit hoher Prozessauslastung wie etwa HEV-Batteriegehäuse. Und schließlich die Rührreibschweißzelle Kuka Cell4_FSW Large Dual, ebenfalls mit dem oben genannten Roboter, für große Anwendungen mit hoher Prozessauslastung, z.B. BEV-Batteriekästen. Unsere FSW-Roboterzellen wurden speziell für den wachsenden Markt der E-Mobilität entwickelt. Sie sind modular aufgebaut und damit skalierbar für verschiedene Fertigungsumfänge, also sehr vielseitig mit verschiedenen Konfigurationsmöglichkeiten.

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Stefan Fröhlke: Dabei ist unser KR Fortec Ultra MT keine gewöhnliche Pick&Place-Maschine, sondern eine spezielle MT-, also Machine-Tooling-Variante. Die Achsen 1 bis 3 wurden dabei durch spezielle Getriebevorstufen und Motoren verbessert, was Prozesskräfte von bis zu 12 Kilonewton und teilweise sogar darüber hinaus ermöglicht. Mithilfe der neuen Doppelschwinge und neuen Maschinendaten ist sie extrem steif und speziell für den FSW-Prozess entwickelt worden.

Nun argumentieren Kunden oft, dass roboterbasiertes FSW ihre Anforderungen nicht erfüllt, da die Roboter nicht steif genug sind und stecken viel Geld in große Portalanlagen. Was entgegen Sie denen?

Fröhlke: Ganz klar: Dass unser neuer KR Fortec Ultra MT sowie gleichermaßen unser bereits weitverbreiteter KR 500 MT ausreichend steif und gleichzeitig hochpräzise sind und durch die stärkeren Motoren die nötige Power haben, FSW für die meisten Anwendungen aus der E-Mobilität präzise auszuführen. Außerdem haben wir für ihn eine Art Pfadkalibrierungssystem entwickelt. So messen wir während des gesamten Schweißprozesses mit einem Lasertracker seine Position, können in Echtzeit online reagieren und den Roboter auf Kurs halten. Mithilfe einer Bahngenauigkeit kleiner 0,5mm sind hochpräzise Schweißnähte möglich.

Maier: Mit dem neuen KR Fortec Ultra MT haben wir nochmal einen draufgesetzt, da dieser bis zu 20 Prozent zusätzliche Prozesskräfte aufbringen kann. Die seit Frühjahr 2025 neu verfügbaren Modelle sind außerdem mit Reichweiten bis 3.400mm erhältlich, was den effektiven Arbeitsbereich beim Rührreibschweißen vergrößert.

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Haben Sie ein Beispiel für Anwendungen in der Praxis?

Maier: Aktuell haben wir einen Folgeauftrag von 12 FSW-Zellen von einem großen Automobilhersteller aus den USA erhalten, der zuvor bereits 23 Zellen bei uns bestellt hatte. Die Zellen kommen bei mehreren Fertigungsschritten zum Einsatz: Die Roboter schweißen Batterieträger zusammen und verbinden in einem zweiten Produktionsabschnitt Kühlbleche mit den Batterieträgern. Kuka liefert aber nicht nur die Technologie, sondern ist für den gesamten Rührreibschweißprozess verantwortlich – inklusive Montage, Inbetriebnahme, Schulung und Endabnahme. Besonders spannend ist hier, dass in der umfassend umgerüsteten Produktionsanlage Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor, Hybrid- und Elektrofahrzeuge auf denselben Produktionslinien gebaut werden können.

Unsere FSW-Roboterzellen wurden speziell für den wachsenden Markt der E-Mobilität entwickelt. Sie sind modular aufgebaut, skalierbar und mit verschiedenen Konfigurationsmöglichkeiten sehr vielseitig.
Till Maier, Kuka

Fröhlke: Das ist deshalb bemerkenswert, weil Hybrid-Elektrofahrzeuge und ausschließlich batteriegetriebene Fahrzeuge sehr unterschiedliche Anforderungen an die Produktion stellen. Bei den Hybridfahrzeugen haben wir kleinere Batteriegehäuse, die aus Aluminiumguss bestehen. Diese haben Kühlkanäle, und unsere Aufgabe ist es, diese Kühlkanäle zu schließen. Bei den ausschließlich batteriebetriebenen Fahrzeugen sind die Batteriegehäuse dagegen viel größer und haben ein viel höheres Gewicht. Das bedeutet, dass viele Komponenten aus verschiedenen Aluminiumlegierungen bestehen.

Sie haben mehrfach auf die besondere Bedeutung der Schweißqualität in der E-Mobilität hingewiesen. Wie kann diese gewährleistet werden?

Maier: In der Automobilindustrie muss eine Schweißung 100 Prozent korrekt und sicher sein, schließlich sprechen wir bei den Batteriegehäusen über crashrelevante Bauteile! Um teure Rückrufaktionen zu vermeiden, ist Prozesssicherheit und Dokumentation während des gesamten Prozesses und seiner Parameter eine zentrale und zwingende Anforderung. Deshalb haben wir bei Kuka eine spezielle Steuerung zur Prozessüberwachung entwickelt: PCD, was für Parameter Control and Documentation steht. Mit dieser können wir alle relevanten Daten des Prozesses überwachen und speichern, und zwar im 100-Millisekunden-Takt. Auch können die Daten einfach über eine Schnittstelle in anderen Systemen weiterverarbeitet werden.