pentru

Pentru a crea cea mai mare suprafață de contact posibilă cu cuprul pentru un număr cât mai mare de fire, butoiul de sertizare Litealum este rulat cât mai mult posibil. Fotografie prin amabilitatea TE Connectivity

Acest grafic arată prețul aluminiului și cuprului din iunie 2006 până în iunie 2011. Înlocuirea firului de cupru cu aluminiu ar putea reduce considerabil costurile cablajelor. Fotografie prin amabilitatea TE Connectivity

Designul de sertizare Copalum a fost dezvoltat pentru conductoare de aluminiu în aplicații de inginerie electrică. Fotografie prin amabilitatea TE Connectivity

Aceste micrografii prezintă zone parțial sudate la rece cu o sertizare Litealum. Fotografie prin amabilitatea TE Connectivity

Interiorul butoiului de sertizare Litealum are zimțări ascuțite, care îi conferă aspectul unei plăci de spălat. Fotografie prin amabilitatea TE Connectivity

Datorită punctului său de randament scăzut, materialul conductor suferă o deformare mecanică mult mai mare în timpul sertizării decât manșonul de cupru. Debitul volumetric cauzat de această deformare este deplasat axial în ambele sensuri. Fotografie prin amabilitatea TE Connectivity

După sertizare, presiunea reziduală rămasă din îmbinare este de aproximativ 180 de newtoni pe milimetru pătrat la un număr mic de puncte. Ca urmare, nu există condiții care ar putea provoca fluirea exterioară a aluminiului din butoiul de sertizare. Fotografie prin amabilitatea TE Connectivity

Pentru a preveni coroziunea electrochimică, izolația de la capătul posterior al butoiului de sertizare este inclusă în procesul de sertizare. Fotografie prin amabilitatea TE Connectivity

Conexiunile de sertizare din aluminiu s-au dovedit stabile după testarea șocului de temperatură cu 500 de cicluri (-40 C până la 130 C) în condiții de umiditate. Fotografie prin amabilitatea TE Connectivity

Înlocuirea conductoarelor de cupru cu cele din aluminiu acceptă două cerințe urgente în industria auto.

În primul rând, deoarece aluminiul este cu aproximativ două treimi mai ușor decât cuprul, firul de aluminiu poate ajuta la reducerea greutății globale a cablajelor auto. Chiar și luând în considerare relația dintre conductivitate și densitate, un conductor de aluminiu cu aceeași rezistență este încă cu aproximativ 50% mai ușor decât echivalentul său de cupru. Această reducere a greutății poate contribui la reducerea consumului de combustibil și la reducerea emisiilor de CO2.

Construcția ușoară este la fel de importantă pentru vehiculele hibride și electrice, deoarece poate crește substanțial autonomia vehiculului în modul de conducere electric. Acest lucru, la rândul său, poate ajuta la limitarea dimensiunii și greutății bateriei necesare.

În al doilea rând, deoarece aluminiul este mult mai puțin costisitor decât cuprul, firul de aluminiu poate contribui la reducerea costului total al vehiculului. La presă, aluminiul costa 0,70 dolari pe lire sterline, în timp ce cuprul costa 2,31 dolari pe lire sterline. Și, deoarece aluminiul este mai abundent decât cuprul, prețul său este mai puțin volatil.

În ultimii ani, TE Connectivity a introdus mai multe produse special pentru sârmă de aluminiu. De exemplu, designul de sertizare Copalum a fost dezvoltat pentru conductoare de aluminiu în aplicații de inginerie electrică, în timp ce familia Amplivar de conectori sertizați a fost extinsă pentru a include modele pentru conductoare de aluminiu torsadate.

Experiența noastră cu acești conectori a dus la dezvoltarea designului de sertizare Litealum pentru conductori de aluminiu terminați în aplicații auto.

Provocările conductoarelor din aluminiu

În timp ce aluminiul are numeroase avantaje ca material pentru cabluri, acesta are și câteva proprietăți care pot împiedica utilizarea acestuia ca conductor.

Cel mai mare este târâtorul. Orice proiect de terminal pentru conductoare de aluminiu trebuie să țină cont de acest lucru. În mod ideal, proiectarea ar trebui să creeze o sudură la rece între conductori și terminal.

Coroziunea este o altă problemă. În prezența umezelii în punctul imediat de contact, diferența de potențial dintre cupru (0,3 volți) și aluminiu (-1,69 volți) are ca rezultat dizolvarea aluminiului, baza celor două metale. Trebuie luate măsuri pentru a preveni acest efect nedorit.

Aluminiul este un metal ductil cu un grad pronunțat de sensibilitate la flexiune. Aluminiu posedă doar o treime din rezistența mecanică a cuprului. Această proprietate trebuie luată în considerare pentru a atinge gradul de rezistență mecanic necesar atât în ​​firul în sine, cât și în ceea ce privește rezistența la tragere a conexiunilor.

O altă provocare este aceea că aluminiul formează un strat dens de oxid dur. În timp ce acest strat de oxid protejează materialul de coroziunea progresivă, acesta are și caracteristicile unuia dintre cei mai cunoscuți izolatori. În consecință, o conexiune electrică bună necesită ca stratul de oxid să fie distrus în mod fiabil în timpul terminării.

O nouă sertizare

Butoiul de sertizare Litealum a fost dezvoltat special pentru terminarea conductoarelor de aluminiu. Designul și proprietățile de suprafață ale butoiului de sertizare F, și în special zona de terminare a sertizării, sunt adaptate la proprietățile materiale ale aluminiului.

Interiorul butoiului de sertizare Litealum are zimțări ascuțite, care au aspectul unei plăci de spălat. Expresia „zimțare în formă de înotătoare de rechin” descrie în mod adecvat conturul marginii nervurate. În timpul operației de sertizare, crestăturile rup stratul de oxid, expunând aluminiu pur de mai jos și permițând astfel stabilirea contactului electric prin sudarea locală la rece.

Designul terminalului folosește ductilitatea inerentă a aluminiului în timpul sertizării. Datorită punctului său de randament scăzut, materialul conductor suferă o deformare mecanică mult mai mare în timpul sertizării decât manșonul de cupru. Debitul volumetric cauzat de această deformare este deplasat axial în ambele direcții de-a lungul și în crestele ascuțite ale microseriațiilor.

Deoarece cuprul și aliajul de aluminiu bine împreună, designul butoiului de sertizare și raportul său de compresie au fost optimizate astfel încât sudarea la rece să se producă între materiale. Proprietățile electrice și mecanice ale sudurii la rece rămân stabile pe parcursul ciclului de viață al produsului.

Când instrumentul de sertizare este complet închis, se formează zone parțial sudate la rece între manșon și conductor datorită alungirii conductorului în direcția longitudinală sub impactul sarcinii. Există o penetrare reciprocă a materialelor conductorului.

De fapt, sudurile la rece reprezintă mai mult de 5% din suprafața îmbinării. Ca urmare, nivelurile de rezistență la contactul electric sunt aproximativ aceleași ca și cum îmbinarea ar fi fost complet sudată. Datorită acestei conexiuni lipite metalurgic, durabilitatea electrică este foarte mare.

Din punct de vedere mecanic, legătura de sertizare dintre aluminiu și cupru este de fapt mai puternică decât între aluminiu și aluminiu. Cu o secțiune transversală de sârmă de 1,5 milimetri pătrați, conexiunea sertizată prezintă o rezistență la extragere de 80 newtoni.

După sertizare, presiunea reziduală reziduală rămasă în îmbinare este de aproximativ 180 de newtoni pe milimetru pătrat la doar un număr mic de puncte. Ca urmare, nu există condiții care ar putea provoca fluirea exterioară a aluminiului din butoiul de sertizare. În consecință, nu gradul de stres rezidual din sertizare este responsabil pentru crearea unui bun contact electric, ci doar sudarea parțială la rece.

O simulare mecanică între două secțiuni transversale demonstrează că nu există practic nicio diferență între conductorii de aluminiu și cupru după sertizare. Pentru a crea cea mai mare suprafață de contact posibilă cu cuprul pentru un număr cât mai mare de fire, butoiul de sertizare Litealum este rulat cât mai mult posibil. Criteriile de evaluare pentru sertizarea din cupru nu se aplică sertizării din aluminiu. Cu toate acestea, mâneca nu se oprește pe podea.

Geometria sertarului Litealum prezintă un gradient la capătul din spate pentru a împiedica orice efect de crestare asupra conductorului de aluminiu. Deformarea și alungirea conductorului se diminuează continuu spre capătul posterior al butoiului, prevenind formarea muchiilor și punctele de rupere predeterminate.

Pentru a preveni coroziunea electrochimică, izolația de la capătul posterior al butoiului de sertizare este inclusă în procesul de sertizare. La capătul frontal al butoiului de sertizare, protecția împotriva coroziunii se realizează prin rulare în material suplimentar (legături de etanșare), precum și depuneri la fața locului de agent de etanșare. Sertizarea finită este protejată împotriva coroziunii. Toate elementele necesare pentru aceasta sunt integrate în butoiul de sertizare.

Având în vedere cerințele de volum ridicat implicate în producția de automobile, noul terminal este conceput pentru a fi aplicat cu un proces complet automat.

Economii de greutate exemplare

Deoarece cablurile de cabluri sunt deja printre cele mai complexe și mai grele componente ale vehiculelor, orice potențial de reducere a greutății este o propunere atractivă.

Pentru a măsura cât de multă greutate ar putea fi economisită în mod realist, am efectuat un calcul de model pentru o mașină medie de dimensiuni medii, cu un cablu de cabluri cântărind puțin sub 30 de kilograme. Pentru simplitate, ne-am uitat să înlocuim doar cele mai groase fire (cele cu secțiuni transversale care depășesc 0,75 milimetri pătrați). Am exclus conductoarele de semnal fin. Am înlocuit conductorii de cupru cu conductori de aluminiu din secțiunea transversală cea mai înaltă următoare. În acest scenariu, am venit cu o economie pur calculată de greutate de aproximativ 7 kilograme.

(Trebuie menționat, totuși, că în Germania, cel puțin, multe componente de cabluri auto, cum ar fi terminalele bateriei, sunt deja fabricate din aluminiu. Ca urmare, un potențial mai realist de economisire a greutății ar fi de 2 până la 3 kilograme.)

Pe dimensionarea conductorului

Deoarece aluminiul are doar 65% din conductivitatea cuprului, firele de aluminiu vor trebui, în general, să fie mai groase decât omologii lor din cupru. Când schimbați cuprul cu aluminiu, o regulă utilă este adoptarea următoarei lățimi intermediare a conductorului.

Cu toate acestea, atunci când dimensionează cablurile pentru a fi utilizate astăzi în vehicule, inginerii tind să adopte toleranțe largi de siguranță, deci rămâne un potențial neexploatat de reducere a greutății și a costurilor. Atunci când proiectează cabluri și conexiuni, inginerii ar putea fi mai bine deserviți pentru a ține cont de situațiile reale de încărcare, în loc să ia în considerare exclusiv scenariile cele mai nefavorabile. În acest fel, pot evita specificarea cablurilor prea groase.

rezumat

Noua sertizare Litealum pentru terminarea complet automată a conductoarelor torsadate din aluminiu este gata de utilizare. De fapt, un producător de automobile folosește deja tehnologia. Conexiunea electrică permanentă în interiorul sertizării se datorează unui grad ridicat de compresie în timpul procesului de sertizare și a sudării parțiale la rece a părților rezultate. În plus, stresul rezidual rămas în interiorul sertizării ajută la prevenirea strecurării în conductor.

Protecția eficientă împotriva coroziunii este integrată în butoiul de sertizare, făcând conexiunea potrivită și pentru conectorii desigilați din interiorul habitaclului vehiculului. Conexiunile de sertizare din aluminiu s-au dovedit stabile după testarea șocului de temperatură cu 500 de cicluri (-40 C până la 130 C) în condiții de umiditate.

Implementarea terminalelor Litealum nu va necesita modificări fundamentale pentru producătorii de cablaje, deși vor avea nevoie de noi aplicatori și vor trebui să definească noi criterii de evaluare.

Vreau sa aud de la tine. Spune-mi cum ne putem îmbunătăți.