Laser führen Hochgeschwindigkeits-Abisolierung von Busbars für die EV-Produktion durch

Während sich die Automobilhersteller darauf vorbereiten, Elektrofahrzeuge (EVs) in größeren Stückzahlen zu produzieren, wird jeder Aspekt ihrer Produktion verfeinert. Das Ziel ist es natürlich, die Kosten zu senken und gleichzeitig die Zuverlässigkeit und Leistung der Fahrzeuge zu verbessern.

Ein wichtiger Bestandteil von E-Fahrzeugen sind die elektrisch leitenden Kabel, die den Strom im Auto verteilen. Diese werden Busbars, Sammelschienen oder auch Stromschienen genannt. Aufgrund der Stromstärke, die sie übertragen müssen, sind Busbars nicht einfach nur Drähte. Es handelt sich um dicke, bandförmige Metallleiter, die von einer Isolierung umgeben sind (typische Abmessungen liegen im Bereich von 12 mm Breite und 3 mm Dicke). Das Metall selbst ist meist Kupfer, manchmal auch Aluminium. Die Isolierung besteht aus einem Kunststoff (normalerweise Polyamid PA12).

Das isolierte Busbarmaterial wird oft in großen Längen auf einer Spule geliefert, genau wie ein herkömmlicher Draht. Der Autohersteller schneidet die gewünschte(n) Länge(n) ab und biegt sie in die erforderliche Form. Diese Formen können recht komplex sein, da sie um alle möglichen anderen Teile und Strukturen im Auto herumgeführt werden müssen, um die Energie dorthin zu bringen, wo sie benötigt wird.

An einem bestimmten Punkt in der Produktion muss ein Teil der Isolierung von den beiden Enden des Busbars entfernt (abisoliert) werden. Dies ist notwendig, um ihn mit anderen Komponenten elektrisch zu verbinden. Automobilhersteller haben einige spezifische Anforderungen für diesen Prozess.

Erstens muss das Abisolieren schnell gehen, um kosteneffektiv zu sein und um die Produktion nicht zu behindern. Das bedeutet, dass Sie etwa 25 mm (1 Zoll) der Isolierung in nur wenigen Sekunden entfernen können.

Zweitens: Die Isolierung muss vollständig entfernt werden. Denn jegliche Restisolierung im abisolierten Bereich kann die elektrische Verbindung stören und somit Energie verschwenden (geringere Effizienz des Fahrzeugs). Außerdem sind die Enden einer Sammelschiene oft mit anderen Leitern oder Batterien verschweißt. Jeder Kunststoff, der auf der Oberfläche des Leiters verbleibt, verunreinigt die Schweißnaht, was ihre elektrischen und mechanischen Eigenschaften verschlechtert.

Schließlich kann der Leiter selbst durch das Abisolieren nicht beschädigt werden. Dies könnte seine mechanische Festigkeit verringern und eine mögliche Fehlerquelle darstellen.

Aus all diesen Gründen ist es so gut wie ausgeschlossen, die Isolierung mit einer mechanischen Methode wie einer Klinge oder einem Spachtel zu entfernen. Außerdem ist es schwierig, die Isolierung von einer gewölbten oder ungeraden Oberfläche mit einer Klinge zu entfernen.

Laser-Abisolierung von Sammelschienen nimmt Fahrt auf

Aufgrund dieser Anforderungen sind Laser hervorragend für die Abisolierung von Sammelschienen geeignet. Der Grund dafür ist, dass das Laserverfahren völlig berührungslos ist und problemlos für die Bearbeitung von gewölbten Teilen konfiguriert werden kann. Das macht die Laserbearbeitung schnell und flexibel.

Vor allem CO₂-Laser sind ideal für diese Aufgabe. Der Grund dafür ist, dass der CO₂-Laser Licht im fernen Infrarot erzeugt. Dieses Licht wird von den meisten für die Isolierung verwendeten Kunststoffen sehr stark absorbiert, aber vom Kupfer stark reflektiert.

Das bedeutet, dass das Laserlicht die Isolierung schnell verdampft, aber dann automatisch aufhört, Material abzutragen, wenn es den Leiter erreicht (weil das Kupfer das Laserlicht einfach zurückreflektiert, anstatt es zu absorbieren). Es ist also einfach, die Isolierung zu entfernen, während das Kupfer völlig intakt bleibt.

Laser-Abisolierung von Sammelschienen in der Produktion

Um die Abisolierung tatsächlich durchzuführen, wird der Laserstrahl auf einen kleinen Punkt auf der Sammelschiene fokussiert, um seine Energie zu konzentrieren. Dieser fokussierte Strahl wird schnell hin und her gescannt, um den gesamten Bereich zu erfassen, in dem die Isolierung entfernt werden muss.

Bei der Implementierung dieser Methode in einer Produktionsumgebung gibt es einige wichtige praktische Überlegungen. So werden beispielsweise zwei Laser verwendet, um den erforderlichen Prozessdurchsatz zu erreichen. Jeder dieser Laser entfernt die Isolierung von einer Seite des Busbars (in der Zeichnung würde also ein zweiter Laser von unten kommen). Dadurch entfällt auch die Schwierigkeit, das Teil umzudrehen, um die zweite Seite zu bearbeiten.

Zudem ist es am besten, wenn Sie den Laserstrahl schräg auf die Sammelschienen treffen lassen. Dies bewirkt zwei Dinge. Erstens wird vermieden, dass Laserlicht zurückreflektiert wird und das Strahlführungssystem beschädigt. Zweitens kann der Laser die Isolierung sowohl von der Oberseite als auch von der Kante der Sammelschiene auf einmal entfernen (da der abgewinkelte Laserstrahl die Seite des Busbars „sehen“ kann).

Das Busbar-System ist eine Komplettlösung für das Abisolieren von Busbars. Es umfasst zwei PowerLine C-Sub-Systeme und alle zugehörigen Scan- und Strahlführungsoptiken sowie die gesamte erforderliche Steuerelektronik und Software.

Das PowerLine C-System kann ein 30 mm langes Stück 0,5 mm dickes Polyamid von beiden Seiten eines 6 mm breiten Busbars in etwa 6 Sekunden entfernen. Die Isolierung wird vollständig entfernt, ohne dass der Leiter beschädigt wird, was zu einer hohen Ausbeute führt.

Es sind zwei verschiedene Systeme zum Abisolieren von Busbars erhältlich – eine Inline-Version und eine Stand-Alone-Version. Das Inline-System ist mit einer Spulenvorschubmechanik ausgestattet, die ein kontinuierliches Busbar-Band zuführt. Der Laser isoliert dieses vor dem Schneiden und dem abschließenden Biegevorgang ab. Das PowerLine C-System unterstützt sogar das Abisolieren "on-the-fly", bei dem ohne Verlangsamung oder Anhalten des Bandes die Bearbeitung durchgeführt wird. Bei der Standalone-Version nimmt ein Roboterarm vorgeschnittene und gebogene Busbars auf und legt sie in das System ein, das dann mit einem Laser abisoliert wird.

Erleben Sie schnelles, effizientes Abisolieren von Busbars in Aktion.