CO2 lasery při vysokorychlostním odizolovávání vodičů při výrobě elektromobilů

S tím, jak se výrobci automobilů připravují na výrobu elektromobilů (EV) ve větším množství, se zdokonaluje každý aspekt jejich výroby. Cílem je samozřejmě snížit výrobní náklady a zároveň zlepšit spolehlivost a výkonnost vozidel.

Jednou z důležitých součástí elektromobilů jsou elektricky vodivé kabely, které rozvádějí energii po celém vozidle. Ty se nazývají přípojnice. Vzhledem k množství elektrického proudu, který musí přenášet, nejsou přípojnice jen dráty. Jsou to tlusté vodiče ve tvaru pásky (typické rozměry jsou v rozmezí 12 mm šířka x 3 mm tloušťka) s izolací kolem nich. Samotný kov je nejčastěji měděný nebo někdy hliníkový. Izolaci tvoří plastový materiál (obvykle polyamid PA12).

Izolovaný materiál přípojnic se často dodává v dlouhých délkách na cívce, stejně jako tradiční vodiče. Výrobce automobilů návinu odřízne požadovanou délku a ohne jej do potřebného tvaru. Tyto tvary mohou být poměrně složité, protože musí vést kolem nejrůznějších dalších dílů a konstrukcí ve voze, aby se elektrická energie dostala tam, kam je potřeba. V určitém okamžiku výroby se musí z obou konců přípojnice odstranit (odizolovat) část izolace. To je nezbytné pro elektrické propojení s dalšími součástmi. Výrobci automobilů mají pro tento proces několik specifických požadavků:

• Za prvé, odstraňování izolace musí být rychlé, aby bylo nákladově efektivní a neomezovalo výrobu. To znamená odstranit přibližně 25 mm (1 palec) izolace během několika sekund.
• Za druhé, izolace musí být odstraněna úplně. Zbytky izolace v odizolované oblasti totiž mohou narušovat elektrické připojení, a tím plýtvat energií (snižovat účinnost vozidla). Navíc jsou konce přípojnic často přivařeny k jiným vodičům nebo bateriím. Jakýkoli plast, který zůstane na povrchu vodiče, kontaminuje svar, což zhoršuje jeho elektrické a mechanické vlastnosti.
• A konečně, samotný vodič nesmí být odizolováním poškozen. To by mohlo snížit jeho mechanickou pevnost nebo zvýšit elektrický odpor a vytvořit tak možné místo poruchy.

Všechny tyto důvody v podstatě vylučují odstranění izolace jakoukoli mechanickou metodou, například nožem nebo škrabkou. Také je obtížné odstranit izolaci ze zakřiveného nebo zvláštně tvarovaného povrchu pomocí nože.

Odstraňování izolace přípojnic laserem

Vzhledem k těmto požadavkům jsou pro odstraňování izolace z přípojnic skvělým nástrojem lasery. Laserový proces je totiž zcela bezkontaktní a lze jej snadno konfigurovat pro práci se zakřivenými díly. Díky tomu je laserové zpracování rychlé a flexibilní. Zejména CO2 lasery jsou pro tento úkol ideální. Je to proto, že CO2 laser produkuje paprsek s vlnovou délkou se specifickými vlastnostmi. Tento paprsek je velmi silně pohlcován většinou plastů používaných pro izolaci a zároveň je vysoce odrážen mědí. To znamená, že laserový paprsek rychle odpařuje izolaci, ale jakmile narazí na podkladový vodič, neškodně se od něho odrazí zpět (protože měď paprsek CO2 laseru pouze odráž místo aby ho absorbovala). Je tedy snadné odstranit izolaci, zatímco měď zůstane zcela neporušená.

Princip odizolování přípojnic ve výrobě

Pro vlastní odizolování se laserový paprsek soustředí do malého bodu na přípojnici, kde se koncentruje jeho energie. Tento zaostřený paprsek se pomocí vysokorychlostního skeneru pohybuje tam a zpět tak, aby pokryl celou oblast, na které je třeba izolaci odstranit. Výsledkem procesu je, že energie laserového paprsku odpařuje izolaci v předem definované oblasti.

Zavádění laserového odizolování přípojnic do výroby

Při zavádění laserového odizolování ve výrobním prostředí je třeba zvážit několik důležitých praktických aspektů. Například je možné použít dva lasery, aby se dosáhlo potřebné výkonnosti procesu. Každý z nich odstraňuje izolaci z jedné strany přípojnice (na obrázku by tedy druhý laser přicházel zespodu). Tím také odpadnou komplikace s manipulací dílu, aby byla dostupná pro odizolování i druhá strana. Také je vhodnější, když laserový paprsek dopadá na přípojnici pod úhlem. Tím se dosáhne dvou věcí. Zaprvé se tím zamezí možnosti, že by se laserový paprsek odrazil zpět a poškodil optiku laseru. Zadruhé to umožňuje laseru odstranit izolaci z horní části i z okraje přípojnice najednou (protože laserový paprsek pod úhlem "vidí" na stranu přípojnice).

Řešení modelového případu odizolován přípojnic

Námi navržený laserový systém pro odizolování přípojnic je kompletním řešením. Systém zahrnuje dva subsystémy PowerLine C a veškerou související skenovací optiku a optiku pro přenos paprsku spolu s veškerou potřebnou řídicí elektronikou a softwarem. Systém PowerLine C dokáže odstranit polyamidovou izolaci přípojnice v úseku dlouhém 30 mm o tloušťce 0,5 mm z obou stran 6 mm široké přípojnice za přibližně 6 sekund. Odstranění izolace je dokončeno bez jakéhokoliv poškození vodiče, což zajišťuje vysokou výtěžnost procesu.

K dispozici jsou dva různé systémy odizolování přípojnic - inline verze a samostatná verze.

• Inline systém je integrován s mechanikou podávání cívek, která dodává souvislou pásku přípojnic. Laser ji před řezáním a konečným ohýbáním odizoluje. Systém PowerLine C zároveň podporuje odizolování "on-the-fly", kdy se odizolování provádí bez zpomalení nebo zastavení pohybu přípojnic.
• V samostatné verzi robotické rameno vybírá a vkládá do systému předem nařezané a ohnuté přípojnice, které jsou poté laserem odizolovány.

Podívejte se na vysokorychlostní a efektivní odizolování přípojnic v akci:

Zdroj: www.coherent.com