Verarbeitung dicker Kabel

Nach Angaben des Beratungsunternehmens Research and Markets wurden im Jahr 2018 weltweit rund 2 Millionen Elektrofahrzeuge verkauft, was einem satten Anstieg von 57 Prozent gegenüber 2017 entspricht. Etwa 69 Prozent davon waren batterieelektrische Fahrzeuge (BEVs) und 31 Prozent waren Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeuge (PHEVs).

Der Absatz von Elektrofahrzeugen dürfte in diesem Jahr – und in den kommenden Jahren – steigen. Im Jahr 2019 dürften weltweit mehr als 2,8 Millionen Elektrofahrzeuge verkauft werden, und OEMs werden 45 neue Elektrofahrzeugmodelle einführen: 37 BEVs und acht PHEVs.

Obwohl die Regierungen die steuerlichen Anreize für den Kauf von Elektrofahrzeugen reduzieren, wird erwartet, dass der weltweite Absatz von Elektrofahrzeugen in den nächsten sechs Jahren dennoch mit einer kumulierten jährlichen Rate von 32 Prozent wächst und im Jahr 2025 fast 10,8 Millionen Fahrzeuge erreichen wird. Bessere Ladeinfrastruktur, größere Fahrzeugreichweite , und niedrigere Batteriekosten werden das Umsatzwachstum ankurbeln.

Aufgrund des wachsenden Absatzes von Elektrofahrzeugen lagern sich Kabelbaummonteure mit Geräten ein, die speziell zum Schneiden, Abisolieren und Crimpen der Drähte und Kabel mit großem Durchmesser geeignet sind, die zum Anschluss von Motoren und Batterien benötigt werden.

Auch Elektrofahrzeuge sind nicht die einzige Anwendung, die Investitionen in Hochleistungs-Kabelverarbeitungsgeräte antreibt. Rechenzentren, Fahrzeugladestationen und Speicherstandorte für erneuerbare Energien schaffen ebenfalls einen Bedarf an Kabelbaumbaugruppen mit Drähten und Kabeln mit großem Durchmesser.

„Alles über 4 AWG fällt in die Kategorie ‚große Drähte und Kabel‘“, sagt Peter Doyon, Vizepräsident für Produktmanagement bei Schleuniger Inc. „Viele mittelgroße Schneid- und Abisoliermaschinen auf dem Markt können 4 AWG-Drähte verarbeiten, aber auch 2 AWG.“ Draht und größer erfordern schwerere Ausrüstung.“

Drähte und Kabel mit großem Durchmesser erfordern leistungsstarke Maschinen, angefangen bei einem Vorzuführer. Die größte Herausforderung beim Zuführen dicker Drähte und Kabel besteht darin, diese gerade zu halten. Dicke Drähte oder Kabel sind steif und oft verdreht, was es schwierig macht, die Geradheit zu erreichen, die für genaues Messen und Schneiden unerlässlich ist. Vorzuführungen überwinden dieses Problem, indem sie die Zugspannung begrenzen, einen gleichmäßigen Drahtfluss in die Verarbeitungsmaschine gewährleisten und Knicke oder Biegungen verhindern oder beseitigen.

Vorzuführer müssen in der Lage sein, große, schwere Spulen zu handhaben – typischerweise mit einem Durchmesser von 24 bis 42 Zoll – und eine konstante, spannungsarme Versorgung der Schneid- und Abisoliermaschine mit Draht zu gewährleisten, sagt Doyon. Eine 1.000 Fuß lange Spule aus 2 AWG-Draht kann mehr als 260 Pfund wiegen. 1000 Fuß 4/0-Draht können mehr als das Dreifache wiegen.

Die Schneid- und Abisoliermaschine muss in der Lage sein, den Draht auf die richtige Länge zuzuführen und über genügend Leistung zum Schneiden des Kabels und Abisolieren der Enden zu verfügen.

Eine solche Maschine ist die MegaStrip 9650 von Schleuniger. Diese modulare Maschine schneidet und abisoliert automatisch eine Vielzahl großer Kabel mit einem Durchmesser von bis zu 35 Millimetern. Die Maschine ist in zwei Modellen erhältlich. Der 9650 M verfügt über einen Schneidkopf mit mehreren Positionen für mehrstufige Arbeiten. Das Modell 9650 MR verfügt zusätzlich über eine rotierende Schneideeinheit mit automatischem Zentriersystem zum Abisolieren abgeschirmter Kabel. Beide Modelle sind standardmäßig mit dem SmartBlade-Kartuschensystem von Schleuniger für einen schnellen Klingenwechsel ausgestattet.

Das Gerät kann mit bis zu zwei Tintenstrahl-Markierungssystemen betrieben werden. Die Druckkopfpositionen befinden sich hinter dem Schneidkopf, um Abfall zu minimieren. Alle Modelle verfügen über eine 10-Zoll-Farb-Touchscreen-Benutzeroberfläche mit intuitiven Symbolen und einfacher Navigation. Es steht eine große Auswahl an Schnittstellen für Peripheriegeräte zur Verfügung.

Die Maschine kann Drahtlängen von 150 bis 999.999 Millimetern produzieren. Die Abzugslänge kann auf einen beliebigen Abstand von weniger als 999.999 Millimetern und die Abzugslänge auf maximal 220 Millimeter eingestellt werden. Die Vorschubgeschwindigkeit beträgt 3 Meter pro Sekunde.

Auch das Crimpen von Drähten und Kabeln mit großem Durchmesser erfordert Hochleistungsgeräte. Anschlüsse oder „Kabelschuhe“ für Drähte mit großem Durchmesser werden normalerweise als lose Teile und nicht in Reihe auf einer Spule geliefert.

„Die Materialart und Wandstärke des Kabelschuhs selbst, die Art der Crimpgeometrie sowie die Kabelgröße und Verseilung bestimmen, wie viel Kraft erforderlich ist, um eine gasdichte Crimpung zu erreichen“, sagt Doyon. „Typische Kräfte liegen im Bereich von 5 bis 15 Tonnen, obwohl bei sehr großen Kabeln mit robusten Kabelschuhen eine Kraft von 25 Tonnen für eine ordnungsgemäße Crimpung erforderlich sein kann.“

Die halbautomatische Elektro-Crimppresse EPS 15000 der Schäfer-Gruppe wurde zum Crimpen einzelner Anschlüsse an Drähte mit großen Querschnitten konzipiert. Der Bediener führt die Anschlüsse in die Crimpzange ein und führt die Drähte ein. Der Crimpvorgang startet automatisch, wenn der Sensor im Werkzeug berührt oder der Fußschalter betätigt wird.

Die Maschine kann eine maximale Presskraft von 150 Kilonewton aufbringen und Drähte mit einem Querschnitt von bis zu 100 Quadratmillimetern aufnehmen. Die maximale Hublänge beträgt 50 Millimeter und die maximale Schließhöhe beträgt 204,8 Millimeter.

Für den manuellen Probebetrieb nach Umrüst- oder Wartungsarbeiten ist die Presse mit einem Handrad ausgestattet. Die Parameter werden über eine intuitive Touchscreen-Oberfläche eingestellt und die Maschine kann mit einem Werkstattnetzwerk verbunden werden.

Die Sicherheit des Bedieners wird durch einen geschlossenen und verriegelten Schiebedeckel gewährleistet. Ein integrierter Sicherheitsschalter stoppt den Crimpvorgang, wenn der Sicherheitskreis unterbrochen wird, und ein eingebauter Einklemmschutz verringert die Gefahr, sich die Finger des Bedieners zu quetschen.

Ultraschallschweißen ist eine weitere Option zum Anschließen von Drähten mit großem Durchmesser, sagt Saeed Mogadam, Präsident von Telsonic Ultraschall Inc. Der Prozess ist schnell. Abhängig von der Größe der Teile kann eine Schweißung in 1 bis 3 Sekunden abgeschlossen sein.

Im Vergleich zu anderen Schweißverfahren werden die Fügeteile weniger stark erhitzt, so dass sie ihren Schmelzpunkt nicht erreichen. Dadurch werden direkt an die Schweißnaht angrenzende Materialien, wie zum Beispiel die Isolierung, nicht beschädigt. Darüber hinaus wird das verbundene Material am Übergang zum Vollmaterial nicht versprödet. Die Festigkeit der Schweißnaht entsteht durch den Entspannungsprozess der ersten beiden Atomlagen der zu verschweißenden Teile.

Telsonic bietet drei Arten von Ultraschall-Metallschweißsystemen an: Längs-, Torsions- und PowerWheel-Systeme.

Bei einer Längsanlage ist die Schweißanlage horizontal angeordnet. Hochfrequente Schwingungen werden tangential in den oberen Teil übertragen, der sich horizontal gegen den unteren Teil bewegt. Durch die entstehende Reibung entsteht eine atomare Verbindung zwischen den beiden Teilen.

Bei einem Torsionssystem ist das Schweißsystem vertikal angeordnet. Anstatt sich hin und her zu bewegen, bewegt sich die Sonotrode mit einer Drehbewegung gegen die Teile. Der Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, dass nur ein kleiner Teil der Schwingungen in die Umgebung der Schweißnaht übertragen wird. Dadurch werden die Teile geschont und gleichzeitig eine höhere Energiedichte im Bereich der Schweißnaht erreicht.

Auch beim PowerWheel-System handelt es sich um ein Torsionsschweißverfahren. Es wurde ursprünglich für hohe Energieleistungen zwischen 6,5 und 10 Kilowatt entwickelt, erfreut sich aber auch bei kleineren Leistungsanwendungen zunehmender Beliebtheit. Der Schweißvorgang erfolgt in einer schaukelnden oder rollenden Bewegung direkt an der Schweißnaht. Dadurch liegt die maximale Amplitude immer in der Mitte des Schweißbereichs und die Leistungsabgabe kann präzise fokussiert werden.

Dadurch können Schweißnähte bis zu 30 Prozent schmaler sein als bei einer linearen Anlage. Dickere Anschlussverbindungen können mit hoher Festigkeit verschweißt werden. Und es können Kupfer- oder Aluminiumdrähte mit Querschnitten von 70 bis 160 Millimetern verschweißt werden.