Applicazione alla LEONI: perni di collegamento su barra collettrice

Alimentazione per leoni

(Kitzingen/Erlangen) Con la prima unità di produzione completamente automatizzata per sbarre collettrici in alluminio, LEONI sostiene gli ambiziosi obiettivi di ridurre peso e costi per il nobile marchio Jaguar. Il produttore inglese, per l'alimentazione della sua nuovissima auto sportiva F-Type utilizza per la prima volta sbarre collettrici tonde in alluminio. Affinché il collegamento all'utenza di corrente nel vano motore funzioni al meglio, gli esperti di alimentazione a bordo puntano sulla saldatura a ultrasuoni torsionale unica SONIQTWIST® di TELSONIC AG.


"La nuova unità di produzione completamente automatizzata nel nostro stabilimento rumeno di Arad per la produzione di sbarre collettrici in alluminio è stata la prima del suo genere nella produzione di reti di alimentazione di bordo", spiega Kai Baumann, corresponsabile alla Leoni per l'Advanced Production Technology & Automation. L'impianto deve essere pronto all'uso nell'aprile 2014. Qui vengono prodotte sbarre in alluminio tonde, le cosiddette busbar, che nei veicoli Jaguar creano il collegamento dalla batteria nella parte posteriore alle utenze nel vano motore. Dopo aver inserito la sbarra diritta come pezzo di partenza, tutti i processi sono completamente automatizzati. Tra questi anche la saldatura di un bullone pressato in un manicotto in rame-nichel con l'estremità anteriore della sbarra collettrice in alluminio come contatto con il motorino d'avviamento. A questo processo di collegamento ha contribuito il pioniere della saldatura a ultrasuoni, TELSONIC, con il suo metodo unico al mondo SONIQTWIST®. Con l'automazione completa è possibile ampliare la capacità produttiva annua di un precedente impianto semiautomatizzato da 15.000 a 700.000 unità.

Peso del componente inferiore di circa il 50 percento

Per risparmiare su peso e costi, la distribuzione dell'energia nelle automobili viene trasferita passo passo sul conduttore in alluminio. Il potenziale di risparmio è quindi maggiore se la batteria, principalmente per motivi legati ad una migliore distribuzione del peso, viene collocata nella parte posteriore del veicolo. L'esordio avvenne nel 2008 con cavi piatti rigidi di grandi diametro. Nella Jaguar F-Type disponibile da giugno 2013, per la prima volta al mondo l'alimentazione sicura dalla batteria al vano motore è garantita da cavi tondi con diametri relativamente piccoli di 85 mm2. Il collegamento in alluminio presenta numerosi vantaggi rispetto ai cavi in rame. Per esempio il conduttore in alluminio è plasmabile a livello tridimensionale e pesa solo circa la metà del tradizionale componente in rame. Baumann concretizza: "Le sbarre in alluminio hanno un peso soltanto del 40-60 percento rispetto al tradizionale cavo in rame. Il risparmio di peso assoluto solo con il collegamento della batteria può essere di due-tre chilogrammi". Il risparmio si ottiene perché l'alluminio, rispetto al rame, ha un peso specifico decisamente inferiore.
Nell'unità di produzione i pezzi grezzi isolati due volte con un rivestimento in polietilene privo di alogeni, vengono pressati due volte, puliti a fondo, saldati e infine piegati a livello tridimensionale con il primo robot a sei assi alla LEONI. Ogni 30 secondi dall'unità esce una sbarra collettrice pronta all'installazione, che viene imballata in casse speciali. La manipolazione della sbarra collettrice rigida è decisamente più agevole di quella con i cavi flessibili. Questo torna utile per l'installazione anche al produttore di auto. Con pochi gesti il componente viene montato alle due estremità con un sistema di fissaggio ingegnoso, ma semplice da usare e fissato al telaio tramite supporti speciali. "Chiunque in precedenza doveva installare un cavo in rame pesante e flessibile, tirerà un sospiro di sollievo", assicura l'ingegnere Baumann.

Raffreddamento ad acqua per sollecitazioni continue

Affinché il contatto nel vano motore avvenga in modo sicuro, sull'estremità anteriore della sbarra collettrice in alluminio viene saldato sull'alluminio un bullone di collegamento di circa 30 mm con filettatura. Prima il bullone viene pressato in una boccola di rame-nichel, che è più facile da unire all'alluminio. Tramite la nichelatura della base di contatto in rame, il rischio di corrosione è praticamente da escludere per l'alluminio. D'altro canto, si aumenta notevolmente la stabilità della saldatura rispetto al rame-alluminio. "Lo strato di nichel deve però mostrare una qualità ben determinata e costante per il processo di saldatura a ultrasuoni", spiega Axel Schneider, una sfida particolare della cui soluzione il direttore della Business Unit di TELSONIC GmbH non vuole parlare ulteriormente.
Il pezzo alimentato viene prelevato da un caricatore e posizionato in modo preciso per la saldatura sull'incudine al di sotto del sonotrodo. Per una maggiore sicurezza di qualità, per un'elevata precisione di ripetibilità in caso di elevata sollecitazione, l'incudine è raffreddata a acqua.
Grazie al metodo di saldatura a ultrasuoni torsionale, finora unico, SONIQTWIST® sviluppato da TELSONIC, i due componenti vengono saldati tra loro in 0,9 secondi con la massima sicurezza di processo e precisione.

Procedure note nuovamente stimolate
Il metodo di saldatura a ultrasuoni torsionale SONIQTWIST® si basa sulla procedura di saldatura dei metalli nota da tempo per rame, alluminio, nichel, bronzo, ottone e altre combinazioni miste. TELSONIC, il pioniere della saldatura a ultrasuoni, ha ulteriormente sviluppato la tecnica di saldatura a ultrasuoni convenzionale arrivando alla tecnologia torsionale SONIQTWIST® per la produzione in serie. Il sonotrodo viene sollecitato da un oscillatore torsionale e in seguito a ciò effettua torsioni ad alta frequenza di 40 µ verso destra e sinistra alternativamente. Con questa tecnologia è possibile applicare elevate forze e potenze nella saldatura. È per esempio possibile saldare anche collegamenti più spessi con maggiore solidità. "Per poter applicare maggiore energia nella saldatura con il modello di movimento sviluppato, i punti di saldatura hanno una compressione chiaramente maggiore risultando quindi più stabili", afferma Schneider. La tecnica di saldatura a ultrasuoni torsionale è rapida, rispettosa dell'ambiente e si può integrare senza problemi nei processi di produzione automatici. A completare l'offerta vi sono diverse opzioni per il controllo della qualità.
Gli esperti di TELSONIC AG hanno sviluppato con SONIQTWIST® la saldatura a ultrasuoni torsionale per un metodo sicuro nel processo con risultati riproducibili con precisione. Nell'unità di produzione viene utilizzato un sistema portale di TELSONIC che rispetto ad una classica pressa con struttura a C è in grado di fornire maggiore forza. L'unità di produzione completamente automatizzata è stata concepita in modo variabile e flessibile dal costruttore dell'impianto e contraente generale, la IMA Ingenieurbüro Anton Abele + Partner GmbH di Augsburg.
Con un rifornimento per due ore, è possibile alimentare la macchina con i modelli più disparati di sbarre collettrici in alluminio. Nella fase finale è persino possibile un One-piece-flow. Quindi i pezzi vengono identificati in modo univoco tramite diametro e lunghezza. Il metodo di saldatura torsionale SONIQTWIST® di TELSONIC garantisce in ogni caso collegamenti solidi e quindi una
sicura alimentazione dei leoni.