Cum alimentează laserele TRUMPF mașina electrică

Dacă achiziționați un autovehicul electric nou, probabil că nu vă gândiți la modul în care funcționează sau dacă funcționează încălzirea - considerați acest lucru ca de la sine înțeles. În mașina electrică, încălzirea asigură confort și geamuri transparente, fără gheață. De asemenea, îmbunătățește randamentul bateriei, care favorizează anumite temperaturi. 

Motoarele electrice nu generează căldură reziduală inutilă în timpul mersului, precum motoarele cu combustie. Acest lucru înseamnă că mașina necesită întotdeauna un încălzitor auxiliar independent cu o putere corespunzătoare. Folosește curentul de la baterie pentru a încălzi un mediu purtător, apa de răcire clasică sau uleiul de baterie, și oferă astfel o căldură confortabilă. Ca și în cazul tuturor celorlalte componente, cu cât sistemul de încălzire este mai compact și mai ușor, cu atât este mai bine. Producătorul german  Webasto este în frunte la aceste criterii. 

Iar cu noul său sistem de încălzire de înaltă tensiune, liderul de piață în domeniul tehnologiei de încălzire auto a făcut un pas înainte. Adaptat la diferite tensiuni ale sistemului electric al vehiculului și cu putere variabilă în mod continuu, acesta contribuie, de asemenea, la stabilizarea rețelei de bord a vehiculului. Trei aplicații laser fac posibil acest design inovator al produsului și proprietățile sale remarcabile. 

Jörn Schmalenberg este responsabil pentru ingineria de fabricație a încălzitoarelor electrice din locația Neubrandenburg. Aici se produc 95% din componentele de încălzire din portofoliul de produse al furnizorului din domeniul auto – atât pentru motoarele cu combustie, cât și pentru mașinile electrice. Este vorba de milioane de unități pe care Webasto le fabrică cu lasere fiabile de înaltă performanță și apoi le livrează în întreaga lume. „Principiul de bază pentru încălzitoarele mașinilor electrice este bine cunoscut: schimbătorul de căldură încălzește un lichid care este distribuit prin conducte de încălzire. Apa de răcire și înalta tensiune nu sunt compatibile. De aceea, carcasa încălzitorului nostru trebuie să fie absolut etanșă și să nu existe nicio scurgere de lichid.“  

Webasto utilizează o carcasă ușoară din aluminiu turnat sub presiune. Pentru a suda etanș acest material, sudarea convențională cu fascicul de electroni într-un vid înalt ar fi mult prea lentă și prea costisitoare. De aceea, această întreprindere experimentată în domeniul laserului preferă să utilizeze un laser disc care funcționează, de asemenea, la presiune atmosferică, fără gaz de protecție. Și cât mai repede și mai eficient posibil, pentru că: ceea ce contează cel mai mult este o îmbinare sudată neporoasă. Dacă un laser rămâne la o putere mică, se pot forma pori și se pot aduna în materialul de bază de topire – carcasa va prezenta scurgeri. „Ne bazăm puțin pe metoda ciocanului de lemn cu TruDisk de 16 kilowați și nu dăm timp bulelor de gaz să se formeze.“

Factorul decisiv aici este faptul că laserul generează cel mai mare canal de vapori posibil. „O putere mare a laserului asigură un canal de vapori stabil. Este vorba de principiul: mult ajută mult", spune Schmalenberg. În prezent, Webasto este foarte mulțumită de acest lucru, dar examinează deja valoarea adăugată a noii optici multifocale pentru această aplicație. Aceasta împarte fasciculul laser în patru spoturi individuale. Acestea formează un pătrat și sunt dispuse în așa fel încât razele lor efective se suprapun, creând un canal de vapori foarte mare. Puterea laserului este distribuită în mod uniform pe întreaga suprafață activă. Canalul de vapori rămâne constant deschis, nimic nu colapsează, nu există pori de procesare. 

Odată ce carcasa este sudată fix etanș la gaz, Webasto intră în contact cu elementele de încălzire. Cuprul este necesar pentru ca fluxul de curent să circule în mod corespunzător. „Cu toate acestea, partenerii de îmbinare, cum ar fi cuprul utilizat, sunt foarte reflectorizanți, ceea ce face ca sudarea cu laser să fie extrem de dificilă.“ La fel ca în cazul celulelor de baterii, sistemul de încălzire Webasto nu reacționează bine la îmbinările sudate prea adânc, care ar putea deteriora celelalte straturi. „Prin urmare, trebuie să fim capabili să reglăm cu precizie adâncimea de sudare a laserului. Nu puteam merge mai departe cu laserul clasic cu infraroșu“, explică Schmalenberg.

Lungimea de undă verde a laserelor TRUMPF are un grad mai mare de absorbție în cupru. Cu secvența de impulsuri corectă, se pot realiza adâncimi de sudare cu o precizie repetitivă extremă – fără stropi și complet fără gaz de protecție. TruDisk Pulse 421 reușește acest lucru cu patru kilowați la durate ale impulsurilor de ordinul milisecundei. Schmalenberg adaugă: „Încă nu am avut nicio defecțiune la câteva milioane de componente și, în general, totul funcționează mult mai bine. Când vine vorba de sudarea cuprului, nu facem nimic altceva: ne bazăm în mod constant pe sistemele verzi, cu impulsuri. Infraroșul este demodat.“

Odată ce Webasto este mulțumită de lucrul pe cupru, următorul pas este să modeleze elementele de încălzire propriu-zise. Aici intră în joc tehnologia cu peliculă subțire special dezvoltată de Webasto: Webasto nu aplică piste conductoare, ci pur și simplu aplică structura direct într-un strat metalic subțire. Acest lucru face ca încălzirea să fie cât mai plată posibil. „Acest lucru necesită o precizie maximă atunci când se structurează materialul, astfel încât laserul să nu acționeze prea adânc și să pătrundă în straturile inferioare“, explică Schmalenberg, care se bazează în acest scop pe laserele cu impulsuri ultrascurte TruMicro. „La structurare, ne dorim o îndepărtare curată a materialului și muchii precise. Materialul nu trebuie să se topească pentru a evita riscul de defecte ale produsului. Laserele cu impulsuri ultrascurte transformă materialul direct din stare solidă în stare gazoasă, ceea ce face posibilă în primul rând proiectarea unui produs plat.“ 

În cazul în care încălzitorul este foarte plat, acesta poate fi, de asemenea, instalat foarte aproape de componentele care transportă apa de răcire. „Avem un timp de reacție extrem de scurt pentru a aduce căldura în apă din cauza apropierii. Datorită structurii speciale, producția de căldură poate fi, de asemenea, reglată aproape continuu – atât la 400 de volți, cât și la 800 de volți. Nimeni înaintea noastră nu a reușit să facă acest lucru“, spune Schmalenberg cu mândrie. În plus, încălzitorul funcționează ca un mic condensator în timpul vârfurilor de tensiune și, prin urmare, ajută la stabilizarea sursei de alimentare la bordul vehiculului electric. 

Pentru o întreprindere precum Webasto, care produce în Germania, o țară cu salarii mari, este necesar un grad ridicat de automatizare cu multe lasere. De asemenea, un grad ridicat de inovare, de exemplu, prin noile tehnologii laser. Acest lucru face ca Webasto să fie un jucător căutat la nivel mondial. „Puteți fi siguri că aproape niciuna dintre mașinile electrice produse în întreaga lume nu părăsește linia de producție fără componente electrotehnice de primă clasă de la producători europeni ca noi.“