Aplicación en LEONI: perno de conexión sobre barra colectora de aluminio

Alimentación eléctrica para coches deportivos

(Kitzingen/Erlangen) Con la primera celda de producción completamente automatizada para barras colectoras de aluminio, LEONI promueve los ambiciosos objetivos de la marca de lujo Jaguar para optimizar peso y costes. El fabricante inglés utiliza por primera vez en su último vehículo deportivo de tipo F barras colectoras de aluminio redondas para la alimentación eléctrica. Para que la conexión al consumidor funcione correctamente en el alojamiento del motor, los expertos en red de a bordo apuestan por el singular método de soldadura helicoidal por ultrasonidos SONIQTWIST® de TELSONIC AG.


"La nueva celda de producción completamente automática de nuestra fábrica de Arad, en Rumanía, empleada para fabricar barras colectoras de aluminio, será la primera de su clase en fabricar redes de a bordo", cuenta Kai Baumann, corresponsable del departamento "Advanced Production Technology & Automation" en Leoni. Se prevé que la instalación estará lista en abril de 2014. En ella se fabrican barras de aluminio redondas listas para el montaje, que unirán la batería de la parte trasera con los consumidores del alojamiento del motor en los vehículos Jaguar, funcionando como barras colectoras. Tras la colocación de la barra recta como pieza de trabajo de partida, todos los procesos están completamente automatizados. Esto también incluye la soldadura de un perno de acero embutido en un pequeño manguito de cobre y níquel con el extremo delantero de la barra colectora de aluminio como contacto con el estárter. TELSONIC, pionera en soldadura por ultrasonidos, domina este proceso de unión a la perfección con su método de soldadura helicoidal SONIQTWIST®, único en el mundo. La automatización completa permite ampliar la capacidad anual de las instalaciones semiautomáticas de 15 000 a 700 000.

Peso del componente reducido en un 50 % aproximadamente

Para ahorrar peso y costes, la distribución de la energía en los automóviles se reparte progresivamente por cables de aluminio. El potencial de ahorro es mayor si la batería se sitúa en la parte trasera del vehículo, generalmente, a consecuencia de la distribución equilibrada del peso. Se comenzó en 2008 con cables planos rígidos de sección grande. En el Jaguar tipo F, disponible desde junio de 2013, se utilizaron por primera vez en el mundo cables redondos de sección relativamente pequeña, de 85 mm2, para alimentar la batería situada en el alojamiento del motor de forma segura. Las uniones de aluminio presentan numerosas ventajas con respecto a los cables de cobre. Los cables macizos de aluminio se pueden moldear en tres dimensiones y solo pesan la mitad que los componentes de cobre convencionales. Baumann puntualiza: "La barra de aluminio solo comporta entre un 40 % y un 60 % del peso de los cables de cobre habituales. Esta extraordinaria reducción del peso puede llegar a tres kilogramos teniendo en cuenta solamente la conexión de la batería". El ahorro se produce porque el aluminio presenta una densidad específica mucho menor que la del cobre.
En la celda de producción, las piezas brutas aisladas con un revestimiento de polietileno sin halógenos se pelan y comprimen dos veces, se limpian en profundidad, se sueldan y, por último, se pliegan en tres dimensiones con el primer robot de seis ejes de LEONI. Cada 30 segundos, la celda expulsa una barra colectora lista para el montaje y para el envío, que se envasa en cajas especiales. El manejo de las barras colectoras rígidas es mucho más sencillo que el de los cables flexibles. Esto también supone una ventaja para el fabricante de vehículos durante el montaje. Con pocas maniobras, el componente se instala por los dos extremos a través un sistema de fijación inteligente y fácil de manejar, y se fija en el chasis por la parte central con ayuda de grapas especiales. "Cualquiera que haya tenido que instalar cables de cobre flexibles y pesados respirará aliviado con esta solución", asegura el ingeniero Baumann.

Refrigeración por agua para esfuerzo continuo

Para que el contacto llegue bien al alojamiento del motor, en el extremo delantero de la barra colectora de aluminio se suelda un perno de unión con rosca de unos 30 mm de largo. El perno se embute previamente en un manguito de cobre y níquel, que se une mejor con el aluminio. Gracias al niquelado del zócalo de contacto de cobre, podemos descartar el riesgo de corrosión del aluminio. Por otra parte, la resistencia de soldadura aumenta considerablemente en comparación con la combinación de cobre y aluminio. "Sin embargo, la capa de níquel debe presentar una calidad constante muy concreta para el proceso de soldadura por ultrasonidos", explica Axel Schneider. Todo un reto cuya resolución el jefe del departamento comercial de TELSONIC GmbH prefiere no desvelar.
Mediante "pick and place", el componente se retira de un depósito y se coloca en el punto exacto del yunque, debajo del sonotrodo, para el proceso de soldadura. Con el fin de alcanzar un mayor control de calidad mediante la alta precisión de repetición en caso de grandes esfuerzos, el yunque está refrigerado por agua.
Gracias al novedoso método de soldadura helicoidal por ultrasonidos SONIQTWIST®, desarrollado por TELSONIC, los dos componentes se sueldan entre sí con total seguridad y precisión en tan solo 0,9 segundos.

Método conocido con un enfoque nuevo
La soldadura helicoidal por ultrasonidos SONIQTWIST® se basa en el antiguo método de soldadura lineal de metal, utilizado en cobre, aluminio, níquel, bronce, latón y otras combinaciones. TELSONIC, pionera en soldadura por ultrasonidos, ha desarrollado la técnica de soldadura por ultrasonidos convencional y ha inventado la tecnología helicoidal SONIQTWIST®, apta para su producción en serie. Un oscilador helicoidal estimula el sonotrodo, que gira a alta frecuencia 40 µm a la derecha y a la izquierda alternativamente. Esta tecnología permite aplicar grandes fuerzas y potencias a la soldadura. Con ella se pueden soldar, por ejemplo, uniones gruesas con mayor resistencia. "Puesto que el nuevo patrón de movimiento nos permite aplicar a la soldadura una cantidad de energía considerablemente mayor, los puntos de soldadura se compactan mejor, adquiriendo una mayor solidez", asegura Schneider. La técnica de soldadura helicoidal por ultrasonidos es rápida, ecológica y fácilmente integrable en los procesos automáticos de fabricación. Además, existenten distintas opciones para realizar el control de calidad.
Con SONIQTWIST®, los expertos de la empresa suiza TELSONIC AG han convertido la soldadura helicoidal por ultrasonidos en un proceso seguro con resultados precisos. En la celda de producción, se utiliza una instalación tipo portal de TELSONIC que permite aplicar mucha más fuerza que las clásicas prensas de estructura en C. Esta flexible celda de producción completamente automática ha sido diseñada en su totalidad por el fabricante de instalaciones y contratista principal, IMA Ingenieurbüro Anton Abele + Partner GmbH, con sede en Augsburgo, Alemania.
Con una reserva para dos horas, se puede alimentar con todo tipo de barras colectoras de aluminio. En la fase final, es posible incluso la producción de una sola pieza, también conocida como "one-piece-flow". En ese caso, las piezas de trabajo se reconocen claramente por su sección y su longitud. El método de soldadura helicoidal por ultrasonidos SONIQTWIST® de TELSONIC garantiza en cualquier caso uniones firmes y, por tanto, una
alimentación eléctrica segura para coches deportivos.