Elektrikli araç şarj ekipmanları için bara imalatı

Elektrikli araç şarj işine giren bir şalt atölyesi genellikle parçaları kolay, prosesi zor bulur. Baralar küçüktür, kesitler incedir, pres kuvveti ihtiyacı önemsizdir. İnsanları yakalayan şey şudur: tolerans bandı şalt işinden dardır, parti büyüklükleri küçüktür, çizimler üretim serileri arasında değişir ve kötü bir kenar, mal kabulde kozmetik bir şikâyet olarak değil, serviste on sekiz ay sonra bir yalıtım arızası olarak geri döner.

Parçalar neye benziyor

Elektrikli araç şarj ekipmanı, birbirinden hayli farklı iki bara popülasyonuna ayrılır.

Bir şarj kabinindeki AC ve dağıtım tarafı tanıdık görünür: dikdörtgen bakır, 6–10 mm kalınlıkta, delinmiş ve bükülmüş, cıvatalı bağlantılarla; küçük bir dağıtım panosuna epeyce benzer. Hiçbir yanı sıra dışı değildir.

İşin değiştiği yer DC tarafıdır. Şarj mimarileri CCS kurulumları için kabaca 200–920 V DC çalışma aralıklarında birleşti; şartname 50–1000 V DC kadar geniş bir aralığa izin veriyor. Ağır vasıtalar için devreye alınmakta olan Megawatt Charging System 1.250 V ve 3.000 A DC olarak değerlendirilmiştir. Bu sayılar, güç modülleri arasında çok yüksek akım taşıyan kısa, geniş ve ince iletkenler demektir; ayrıca iletkenlerin, yalıtımı tek başına havanın yapamayacağı kadar birbirine yakın paketlendiği anlamına gelir.

Tipik DC tarafı ve modül ara bağlantı işleri 1,5–6 mm kalınlıkta, çoğu zaman 300 mm'den kısa ve konfigürasyon başına onlarca ila birkaç yüz adet olur. Parçalar sıklıkla çıplak değil, lamine ya da filmle yalıtılmıştır. Ve çizim revizyonu değişir; çünkü bir şarj kabininin içindeki güç elektroniği yirmi yıllık değil, iki-üç yıllık bir ürün döngüsündedir.

Lamine ve yalıtılmış ara yüzler

Üç yalıtım yaklaşımı baskındır ve her biri metalden farklı bir şey ister.

Film laminasyonu, poliesteri ya da poliimidi iletkene yapıştırır; bazen ilmek endüktansını azaltmak için iki ya da daha fazla iletken tek bir dizide birleştirilir. Film incedir, çoğu zaman bir milimetrenin epeyce altındadır ve iletkenin kenarına incelmeden ya da köprü kurmadan uyum sağlamak zorundadır.

Toz boya, epoksi tozu elektrostatik olarak uygular ve fırında kürler. Ucuzdur ve elleçlemeye dayanır. Keskin geometriyi de affetmez; çünkü kürlenme sırasında kaplama akar ve yüzey gerilimi onu dışbükey kenarlardan uzağa çeker, filmi tam da alanın en yüksek olduğu yerde en ince hâlinde bırakır.

Üzerine kalıplama ve kapsülleme, iletkeni bir kalıba koyup çevresine reçine döker ya da montajın tamamını dolgular. Bu, en iyi mekanik sonucu ve hapsolmuş havaya en az toleransı verir; çünkü kalıplama sırasında oluşan bir boşluk içeride mühürlenir ve zaten geçebilecek bir dielektrik test dışında incelenemez.

Lamine bara kenar işleme üzerine yayımlanmış rehberlik dört yaklaşım tanımlıyor: açık kenar, kenar kapatma (pinch seal), FR4 ve epoksi kenar dolgusu. Kenar kapatma, bakır kenarının ötesinde iletken kalınlığının en az iki katı kadar yalıtım bindirmesi ister ve o bindirme yalnızca bakır kenarı çizimin söylediği yerdeyse işe yarar. Tasarım tercihi kılığına girmiş bir imalat kısıtıdır.

Yalıtımın bozulduğu yer kenardır

Bu sektöre pah kalitesi hâkimdir ve bunun, şartnamelerin çoğunun nereden geldiğini söylemeden çıplak bir ölçü olarak yazdığı fiziksel bir nedeni vardır.

Geometriden başlayın. Makasla kesilmiş ya da delinmiş bir kenar dik değildir. Kalıp giriş tarafında bir kenar yuvarlanması, bir parlak bant, bir kopma bölgesi ve çıkış tarafında bir çapak taşır. "Köşe", fiilen birkaç on mikrometrelik bir radüstür ve yer yer bundan da küçük yarıçaplı bir çapak ucudur.

Şimdi üzerine yalıtım koyun. Proses ne olursa olsun, malzemenin o köşeyi dik açıyla dönmesi gerekir. Film uyum sağlamak yerine köprüler. Toz geri çekilir. Kalıplama reçinesi, hem kendi yüzey gerilimine hem de orada zaten duran havaya karşı içbükey bir köşeyi doldurmak zorundadır. Her durumda olası sonuç, tam köşede, iletken ile yalıtım arasında hapsolmuş küçük bir hava cebidir.

O cep sorundur ve birbirini büyüten iki nedeni vardır.

Birincisi, alan orada en yüksektir. Elektrik alanı dışbükey bir iletken detayında yoğunlaşır ve küçük yarıçaplarda yerel yoğunlaşma kabaca yarıçapın tersiyle ölçeklenir. Düz bir yüz boyunca rahat olan bir alanda 20 µm'lik bir çapak ucu rahat değildir.

İkincisi, hava montajdaki en zayıf malzemedir ve alanın kendi payından fazlasını taşımaktadır. Katı bir dielektrikle çevrili bir boşlukta, boşluktaki alan katıdakinden kabaca bağıl dielektrik geçirgenliklerinin oranı kadar yüksektir. Epoksi ve poliester 3–4 civarındadır; hava 1'dir. Yani boşluk, çevresindeki reçinenin alanının üç–dört katını görür; buna karşılık dielektrik dayanımı onun kabaca onda biridir.

Boşluk iyonlaşır ve bir kez iyonlaştıktan sonra durmaz. Kısmi boşalma yalıtımı içeriden aşındırır, aşınan kovuk büyür, boşalma etkinliği onunla birlikte büyür ve parça sonunda test edildiği gün dayandığı bir gerilimde arıza verir. Lamine baralar üzerine araştırma literatürü bu konuda tutarlıdır: gömülü kusurlarda kısmi boşalma başlangıcı birkaç kilovoltta gerçekleşir ve bu, geçici aşırı gerilimler sayıldığında 800 V ya da 1000 V DC bir mimarinin çalışma aralığının içindedir.

Radüslü bir kenar yoğunlaşma katsayısını azaltır ve daha da yararlısı, yalıtım malzemesine ıslatabileceği ve uyum sağlayabileceği bir geometri verir. Alan hiçbir zaman düzgün hâle gelmez; atlatılabilir hâle gelir. Bu uygulamada pah kırmanın gerekçesinin tamamı budur ve bir maddeye değil fiziğe dayanır.

Standartlar bu konuda gerçekte ne diyor

IEC 60664-1 yalıtım koordinasyonu standardıdır ve bir şarj cihazı tasarımındaki hava aralığı ile yüzeysel kaçak yolu değerleri için doğru referanstır. Hava aralığı, anma darbe dayanım geriliminden kirlilik derecesi ve rakımla birlikte gelir; yüzeysel kaçak yolu ise çalışma geriliminden kirlilik derecesi ve yalıtım malzemesinin karşılaştırmalı yüzeysel kaçak indeksiyle birlikte gelir. Bir elektrikli araç şarj tasarımcısının çalıştığı parametreler bunlardır.

IEC 60664-1'in yapmadığı şey size pah kırmanızı söylemektir. IEC 61439 da söylemez. Bunu söylemek gerekiyor, çünkü hatırı sayılır miktarda tedarikçi materyali IEC 61439'un bara kenar radüsünü zorunlu kıldığını iddia ediyor ve böyle bir madde yok. Kenar radüsü; dielektrik, hava aralığı ve yüzeysel kaçak yolu hükümlerini karşılamanın ve bir yalıtım prosesini üretilebilir kılmanın mühendislik yoludur. Bir müşterinin şartnamesi belirli bir radüs istiyorsa o sayı onların yalıtım prosesinden çıkmıştır, o yüzden hangi proses olduğunu sorun. Cevap, "iyi"nin ne anlama geldiğini değiştirir: kenar kapatma için boyutlandırılmış bir radüs, toz boya için boyutlandırılmış radüs değildir.

Atölyede iyi bir kenar neye benzer

Çoğu zaman birbirine karıştırılan iki ayrı operasyon.

Çapak alma çapağı ve oksidi kaldırır. Yüzeyin tamamında bir yüzey durumu operasyonudur ve kaplamadan ya da yapışkanlı bir film uygulanmadan önce yaptığınız şeydir. 0,5–50 mm kalınlığı 5–30 m/min hızla işleyen iki kademeli bir çapak alma makinesi partinin tamamını tekdüze bir duruma getirir; kaplama tutunması açısından bu, ortalama yüzey bitişinden daha önemlidir.

Pah kırma, köşenin tanımlı bir profile göre denetimli olarak kaldırılmasıdır. İnce elektrikli araç parçalarında zorluk buradadır; çünkü 2 mm'lik bir barada kaldırılacak çok az köşe vardır ve ağır elli bir pah, akıma göre boyutlandırılmış bir kesiti yer. 3–15 mm kalınlığındaki malzemeyi ±0,05 mm konumlama ve tekrarlanabilirlikle, 6.000 rpm'e kadar BT40 spindle ile işleyen CNC bir pah kırma makinesi, birinci parçada ve dört yüzüncü parçada aynı olan bir profil üretir. Tezgâh taşlama üretmez ve film bindirmesinin bakır kenarına göre belirtildiği lamine bir parçada, gezinen bir pah kenarı yerinden oynatan bir pahtır.

Sıra en az operasyonlar kadar önemlidir. Önce pah kırın, sonra çapak alın; böylece çapak alma geçişi, pah kırma takımının kaldırdığı ikincil çapağı temizler. Her türlü kaplama ve boyamadan önce çapak alın; çünkü kaplamanın altındaki oksit, bir ısıl çevrimi bekleyen bir yapışma arızasıdır. Ve kaplama şartnamesi izin vermedikçe kaplamadan sonra bükmeyin; çünkü bir bükümün dış lifi uzar ve 3 mm yarıçapta sürekli olan bir kaplama 2 mm'de olmayabilir. Lamine montajlarda şekillendirme laminasyondan önce bitmiş olmak zorundadır, nokta.

Sorunların çoğunu yalıtım hattına ulaşmadan yakalayan iki pratik kontrol. Köşeye parmağınızı sürterek değil, büyüteçle bakın; çünkü parmak bir çapağı bulur ama içe kıvrık bir katlanmayı kaçırır. Ve pahı partinin ilk parçasında değil son parçasında kontrol edin; çünkü bakırda takım aşınması yavaş ve birikimlidir ve giderek küçülen bir radüs olarak ortaya çıkar.

Üretimdeki kısıt tip geçişidir

Bir konfigürasyondan elli parça, sonra bir revizyon, sonra bir sonrakinden seksen. Elektrikli araç şarj işinin ritmi budur ve makinenin ömrünün, çalıştığından daha fazlasını ayar yaparak geçirdiği anlamına gelir. Vardiyanın ne kadarını buna kaptıracağınıza üç şey karar verir.

Önce taret kapasitesi gelir. Çok çeşitli bir parça ailesi çok sayıda delik ölçüsü ister ve tarette olmayan her takım, iş ortasında elle bir takım değişimidir. 24 takım istasyonlu — 36'ya çıkarılabilen — bir işleme merkezi, operatör takıma dokunmadan karışık bir iş listesini çalıştırır. Aynı iş, sekiz istasyonlu bir makinede parçaları teslim tarihine göre değil takıma göre grupladığınız bir sıralama alıştırmasına dönüşür ve bunun çizelgeleme maliyeti biri ölçene kadar görünmez kalır.

Sonra programdan parçaya geçen süre gelir; düşük hacimli işteki en büyük tek gizli maliyet budur. Bir revizyon bir saatlik elle programlama gerektiriyorsa, iki yıllık döngüdeki bir ürün ailesi hiç teklife girmemiş haftalarca mühendislik zamanı yakar. Geometriyi içe aktarıp ölçüleri yeniden yazmadan program üreten yazılım, hem o saati hem de yeniden yazmanın getirdiği aktarım hatalarını ortadan kaldırır.

Üçüncüsü yerleşim optimizasyonudur. İnce malzemeden küçük parçalar çok artık üretir ve artık parça kütüphanesiyle proje bütününe yerleşim, bir sonraki işin bir öncekinin artıklarını tüketmesini sağlar. Ayda elli parça numarası çalıştıran bir atölyede bu, yalnızca daha derli toplu bir rafta değil, malzeme verimi rakamında da görünür.

İşin daha hafif ucu için, 160 × 15 mm'yi kapsayan 300 kN'lik kompakt bir hepsi bir arada makine normalde fazlasıyla yeterli pres kuvvetidir. Kısıt zaten hiçbir zaman pres kuvveti değildi. Ayar süresiydi.

İnce bir kesitin, çiziminizin belirttiği yarıçapta çatlamadan bükülüp bükülmeyeceğini kontrol ediyorsanız, bükme kuvveti hesaplayıcısı size kuvveti verir ve metal kesmeden önce kalıp ağzını gözden geçirmenizi sağlar.