Laser zum schnellen Abtragen der Oberflächenisolierung von Sammelschienen in der Elektrofahrzeugproduktion

Da die Automobilhersteller verstärkt Elektrofahrzeuge (EV) produzieren, werden alle Aspekte der Elektrofahrzeugfertigung verbessert. Ihr Ziel ist es natürlich, die Zuverlässigkeit und Leistung der Fahrzeuge zu steigern und gleichzeitig die Kosten zu senken.

Ein wichtiger Bestandteil von Elektrofahrzeugen sind die Kabel, die den Strom im Fahrzeug verteilen.Diese Kabel werden als Sammelschienen bezeichnet. Da sie sehr hohe Stromstärken übertragen müssen, sind Sammelschienen mehr als nur einfache Kabel. Es handelt sich um dicke, bandförmige Metallleiter, die mit einer Isolierung ummantelt sind (typische Abmessungen liegen bei 12 mm Breite und 3 mm Dicke). Das am häufigsten verwendete Metall ist Kupfer, manchmal wird auch Aluminium verwendet. Die Isolierung besteht aus Kunststoff (in der Regel Polyamid PA12).

Material für isolierte Sammelschienen wird in der Regel in langen Längen und auf Rollen geliefert, ähnlich wie herkömmliche Kabel. Die Automobilhersteller schneiden die benötigten Längen zu und biegen die Sammelschienen in die gewünschte Form. Die Form der Sammelschienen kann sehr komplex sein, da sie verschiedene andere Bauteile und Strukturen im Fahrzeug umlaufen müssen, um den Strom dorthin zu leiten, wo er benötigt wird.

In der Produktion muss manchmal an beiden Enden der Sammelschiene ein Teil der Isolierung entfernt (abisoliert) werden. Dies ist ein notwendiger Schritt, um die Sammelschiene elektrisch mit anderen Bauteilen zu verbinden. Die Automobilhersteller stellen an diesen Prozess bestimmte Anforderungen.

Zunächst einmal muss die Isolierung schnell entfernt werden, damit der Prozess kosteneffizient ist und nicht zu einem Produktionsengpass wird. Das bedeutet, dass innerhalb weniger Sekunden etwa 25 Millimeter (1 Zoll) der Isolierung entfernt werden müssen.

Zweitens muss die Isolierung vollständig entfernt werden. Denn jegliche Isolierungsrückstände im abisolierten Bereich beeinträchtigen die elektrische Verbindung und führen zu Energieverlusten (was die Effizienz des Fahrzeugs mindert). Darüber hinaus müssen die Enden der Sammelschiene in der Regel an andere Leiter oder an die Batterie angelötet werden. Kunststoffrückstände auf der Oberfläche der Leiter verunreinigen die Lötstelle und beeinträchtigen dadurch deren elektrische und mechanische Eigenschaften.

Schließlich darf der Leiter selbst durch das Abisolieren nicht beschädigt werden. Dies könnte die mechanische Festigkeit des Leiters beeinträchtigen und somit eine potenzielle Fehlerquelle darstellen.

Aus all diesen Gründen ist es kaum möglich, die Isolierung mit mechanischen Mitteln wie Messern oder Schabern vollständig zu entfernen. Zudem ist es schwierig, die Isolierung auf gekrümmten oder unregelmäßig geformten Oberflächen mit Messern zu entfernen.

Laserabtrag bei Sammelschienen erobert den Markt

Um diese Anforderungen zu erfüllen, erweisen sich Laser als hervorragendes Werkzeug zum Abisolieren von Sammelschienen. Dies liegt daran, dass der Laserverfahren ein vollständig berührungsloses Verfahren ist und sich problemlos für die Bearbeitung von gebogenen Teilen konfigurieren lässt. Daher ist die Laserbearbeitung schnell und flexibel.

CO₂-Lasereignen sich besonders gut für diese Aufgabe. Das liegt daran, dass CO₂-LaserFerninfrarotstrahlung erzeugen. Die meisten für Isolierungen verwendeten Kunststoffe absorbieren diese Strahlung sehr stark, während Kupfer sie hingegen in hohem Maße reflektiert.

Das bedeutet, dass der Laser die Isolierung schnell verdampft, aber automatisch aufhört, Material abzutragen, sobald er auf den Leiter trifft (da Kupfer den Laserstrahl lediglich reflektiert, ohne ihn zu absorbieren). So lässt sich die Isolierung mühelos entfernen, während das Kupfer unbeschädigt bleibt.

Laserabtrag an Sammelschienen in der Produktion

Um die Isolierung tatsächlich abzutragen, wird der Laserstrahl auf einen kleinen Punkt auf der Sammelschiene fokussiert, um die Energie zu bündeln. Der fokussierte Strahl wird schnell hin und her bewegt, um den gesamten Bereich abzudecken, von dem die Isolierung entfernt werden muss.

Bei der Umsetzung dieses Verfahrens in der Produktionsumgebung sind einige wichtige praktische Aspekte zu berücksichtigen. So werden beispielsweise zwei Laser eingesetzt, um die erforderliche Produktionsleistung zu erzielen. Jeder Laser entfernt die Isolationsschicht auf einer Seite des Sammelrahmens (daher ist in der Abbildung ein zweiter Laserstrahl zu sehen, der von unten einstrahlt). Auf diese Weise können beide Seiten bearbeitet werden, ohne dass das Werkstück gewendet werden muss, was den Arbeitsablauf vereinfacht.

Außerdem ist es ratsam, den Laserstrahl in einem bestimmten Winkel auf die Sammelschiene zu richten. Dies hat zwei Vorteile. Erstens wird dadurch verhindert, dass der Laserstrahl zurückreflektiert wird und das Strahlführungssystem beschädigt. Zweitens kann der Laser auf diese Weise die Isolierung sowohl an der Oberseite als auch an den Kanten der Sammelschiene entfernen (da der schräg einfallende Laserstrahl die Seiten der Sammelschiene „erfasst“).

Das Sammelschienensystem ist eine Komplettlösung für die Entflechtung von Sammelschienen. Es umfasst zwei PowerLine sowie die gesamte zugehörige Abtast- und Strahlübertragungsoptik und die gesamte erforderliche Steuerelektronik und Software.

PowerLine kann innerhalb von etwa 6 Sekunden auf beiden Seiten einer 6 mm breiten Sammelschiene 30 mm langes und 0,5 mm dickes Polyamid entfernen. Die Isolierung lässt sich vollständig entfernen, ohne den Leiter zu beschädigen, wodurch eine hohe Ausbeute im Prozess erzielt wird.

Es stehen zwei verschiedene Systeme zum Abisolieren von Sammelschienen zur Auswahl – eine Inline-Version und eine Standalone-Version. Das Inline-System ist in eine Spulenvorschubvorrichtung integriert, die für einen kontinuierlichen Nachschub der Sammelschienen sorgt. Der Laser isoliert die Sammelschienen vor dem Schneiden und der abschließenden Biegung ab.PowerLine unterstützt sogar das „Echtzeit“-Abisolieren, d. h. das Abisolieren erfolgt, ohne die Bewegung der Sammelschienen zu verlangsamen oder anzuhalten.Bei der Standalone-Version nimmt ein Roboterarm die bereits geschnittenen und gebogenen Busse auf, legt sie in das System ein und führt anschließend die Laserabisolierung durch.

Sehen Sie sich an, wiedasschnelle und effizienteAbisolieren von Sammelschienenfunktioniert.