Snaga i nježnost rukom pod ruku
20.03.2019
Pouzdano ultrazvučno zavarivanje debelih kabela na cijevne kabelske ušice je već samo po sebi veliki izazov. Ukoliko je riječ o prvorazrednom spoju dvaju različitih materijala – aluminija i poniklanog bakra – zahtjevi su još veći. Dobavljaču kabela za teška gospodarska vozila je uspjelo uspostaviti serijski proizvodni proces, čiji dio je Telsonic PowerWheel postupak. Pri tome za što nježnije zavarivanje brine posebna sonotroda.
»Kada su kod kupca doznali, da je postupak ultrazvučnog zavarivanja PowerWheel s tako velikim silama i snagama zapravo bezopasan za pripremke za zavarivanje, bili su vrlo iznenađeni,« izvještava Claus Regenberg, direktor njemačke tvrtke Telsonic GmbH. Kompaktan stroj kod američkog dobavljača Julian Electric serijski zavaruje aluminijske kabele presjeka 160 mm2 na cijevne kabelske ušice od poniklanog bakra. Sonotroda pritisne kontaktno mjesto silom 3.800 kN, a snažan generator zatim razvija snagu od najviše 10 kW te u kontaktno mjesto unosi 18.000 J energije. Ne iznenađuje, da je takav spoj ujednačen i čvrst, kako to zahtijevaju proizvođači teških kamiona, građevinskih i poljoprivrednih strojeva. Zanimljivo je, da kabel i cijevna kabelska ušica ostaju potpuno neoštećeni, za što zasluge, pored jedinstvenog postupka ultrazvuč- nog zavarivanja Telsonic PowerWheel, ima i posebno patentiran oblik sonotrode na mjestu kontakta s obratkom.
Procesne prednosti postupka PowerWheel
Cijevne kabelske ušice su idealne za priključivanje okruglih kabela s aluminijskim pletenicama nazivnog presjeka 10–160 mm2, koje se ugrađuju u suhe prostore motornih vozila. Ultrazvučno zavarivanje se već uvriježilo kao postupak za ostvarivanje električnih spojeva između cijevnih kabelskih ušica i kabela s pletenicama, a unatoč tome se ne podcjenjuju zahtjevi obzirom na kvalitetu i pouzdanost procesa. Postupak PowerWheel iz Telsonica se upravo ovdje iskazao kao iznimno pouzdan, jer u usporedbi s ostalim postupcima ima više prednosti. Najvažnija je konstrukcijska izvedba, s kojom se sonotroda odozgo izravno približava mjestu spoja na podlozi. Na taj način je uklonjen klasični problem savojnih oscilacija, koje se konstrukcijski javljaju radi savijanja pri udarima sonotroda. Što je veći pritisak na obradak kojeg mora osigurati sonotroda, taj je problem jače izra- žen. Na dulji rok se radi savojnih oscilacija može i uništiti pretvornik, a sve to otpada kod zavarivanja postupkom PowerWheel.
Paketi pletenica postaju sve deblji
Kabeli u kamionima, građevinskim i poljoprivrednim strojevima su nužno deblji od onih u automobilima, a i u automobilima se kabeli dijele, jer je u njima sve više električnih funkcija. S razvojem e-mobilnosti se stvaraju nove aplikacije, a mnoge su visokonaponske. Pouzdani spojevi zahtijevaju veliki pritisak i veliku snagu, a za siguran dubinski spoj mora se spojiti barem 90 posto pojedinačnih žica. Paket pletenica se mora spojiti s unutrašnjom stijenkom cijevne kabelske ušice, i to što je moguće ujednačenije te uravnoteženo obzirom na podlogu i sonotrodu. Površina spoja mora biti barem jednaka nazivnom presjeku. Unatoč velikim silama i visokim snagama, pojedinačne pletenice se tijekom zavarivanja ne smiju oštetiti ili prekinuti. Regenberg pojašnjava komplicirani konflikt zahtjeva: »Pored velike sile i visokih snaga, moramo ispuniti i zahtjev za sigurnošću postupka zavarivanja za pripremke za zavarivanje.« Tvrtka Telsonic AG kao izumitelj, posljednjih je godina uspjela razviti ultrazvučni postupak zavarivanja PowerWheel u visokoučinkoviti proces, koji je primjeren za serijsku proizvodnju i učinkovito rješava navedene konfliktne zahtjeve. Standardni stroj s tom tehnologijom zavarivanja razvija snagu do 10 kW pri najvećem pritisku od 8 kN, bez da dolazi do poznatih problema s frekvencijskim skokom. Na taj način je sada konačno omogućeno i spajanje velikih površina i debelih kabela.
PowerWheel za osjetnu uštedu na materijalu
Telsonicova elektroda tijekom konkretnog postupka zavarivanja izvodi novo kotrljajuće gibanje. Najveća amplituda je tako uvijek točno na sredini zavara, a ne uz rubove, a kraj kabela do izolacije ostaje neoštećen. S pomoću postupka PowerWheel može se sigurno zavarivati i vrlo tanke žice, kao i masivne bakrene i aluminijske priključke, a rezultat je galvanski besprijekoran spoj, koji je moguće bolje izolirati. Uobičajeno zavarivani čvorovi mogu stoga biti do 30 posto uži, priključci su manji, a izvedba izolacije zavara je jednostavnija. Proizvođači mogu biti zadovoljni i radi osjetne uštede na materijalu: južnoamerički proizvođač komponenata za prvu ugradnju zavaruje tehnologijom PowerWheel za 50 posto vitkija vozila i tako svake godine uštedi približno 300.000 eura. Unatoč tehnološkoj usavršenosti, zavarivanje debelih paketa aluminijskih pletenica za velika gospodarska vozila s masivnim bakrenim cijevnim kabelskim ušicama, zahtijeva posebnu pozornost. Stijenka ušica je debela barem 1,6 mm, a poniklani materijal je vrlo krhak i time sklon napuklinama tijekom hladnog preoblikovanja, do kojeg dolazi u trenutku kontakta sa sonotrodom. Sloj nikla je nužan za sprječavanje korozije, jer su aluminij i bakar udaljeni u elektrokemijskom naponskom nizu.
Patentirano zaokruživanje za najbolje rezultate
Trešnja na torti postupka ultrazvučnog zavarivanja, kojeg su stručnjaci u Telsonicu razvili za Julian Electric, oblik je sonotrode. Ona je na donjem dijelu konkavna i približno odgovara zaobljenju na cijevnoj kabelskoj ušici. Patentirano rješenje donosi dvije neosporne prednosti: cijevne kabelske ušice se tijekom spuštanja sonotrode automatski centrira, bez pojave oštećenja na površini. Ušica leži na podlozi, bez da je pričvršćena, i čim se sonotroda spusti, obradak se automatski primakne u najbolji položaj, centrira i učvrsti. S druge strane sonotroda radi zaobljavanja tijekom kotrljajućeg gibanja uvijek ima optimalni kontakt i leži pod najboljim kutom obzirom na cijevnu kabelsku ušicu, a rezultat je optimalni tijek amplitude za pripremke. Tvrtka Julian Electric tako serijski proizvodi konfekcionirane kabele s pouzdano pričvršćenim cijevnim kabelskim ušicama za teška radna okruženja kod kamiona, građevinskih i poljoprivrednih strojeva. I u Telsonicu su vrlo zadovoljni sa svojom provjerenom ultrazvučnom tehnologijom PowerWheel, koja je primjerena za stvaranje mnogih drugih trodimenzionalnih kontakata. Upravo oni se sve češće javljaju u industriji električne mobilnosti, a patentirani postupak je izvrstan unatoč specifčnim zahtjevima. S povećanjem serija i proizvodnih inačica na području električne mobilnosti, u Telsonicu su počeli nuditi i sustave za brzu izmjenu alata, koji osjetno skraćuju pripremna vremena.