Nalaganje ...
Projekti / Programi vir: ARIS

Razvoj in implementacija inovativne tehnologije obdelave ZnO keramike z definirano rezalno geometrijo v serijsko proizvodnjo za povečanje kakovosti varistorjev kot končnih izdelkov

Raziskovalna dejavnost

Koda Veda Področje Podpodročje
2.10.00  Tehnika  Proizvodne tehnologije in sistemi   

Koda Veda Področje
T130  Tehnološke vede  Produkcijska tehnologija 

Koda Veda Področje
2.03  Tehniške in tehnološke vede  Mehanika 
Ključne besede
Odrezavanje, obdelava ZnO keramike, varistor, inovativna tehnologija obdelave, kontaktne površine
Vrednotenje (pravilnik)
vir: COBISS
Raziskovalci (17)
št. Evidenčna št. Ime in priimek Razisk. področje Vloga Obdobje Štev. publikacijŠtev. publikacij
1.  38903  Jaka Dugar  Proizvodne tehnologije in sistemi  Raziskovalec  2019 - 2022 
2.  30008  Matej Felicijan  Kemija  Raziskovalec  2019 - 2020 
3.  38150  dr. Damir Grguraš  Proizvodne tehnologije in sistemi  Raziskovalec  2021 - 2022 
4.  35396  dr. David Homar  Proizvodne tehnologije in sistemi  Raziskovalec  2019 - 2020 
5.  50688  dr. Awais Ikram  Proizvodne tehnologije in sistemi  Raziskovalec  2020 - 2022 
6.  37944  Marija Jeretina    Tehnični sodelavec  2019 - 2020 
7.  50820  Matjaž Kern  Proizvodne tehnologije in sistemi  Mladi raziskovalec  2019 - 2021 
8.  23470  dr. Peter Krajnik  Proizvodne tehnologije in sistemi  Raziskovalec  2020 - 2022 
9.  17076  dr. Davorin Kramar  Proizvodne tehnologije in sistemi  Raziskovalec  2019 - 2022 
10.  38555  Branko Lampret  Elektronske komponente in tehnologije  Raziskovalec  2019 - 2022 
11.  51384  Miha Mlakar  Elektronske komponente in tehnologije  Raziskovalec  2019 - 2020 
12.  06963  mag. Andrej Pirih  Telekomunikacije  Raziskovalec  2019 - 2022 
13.  51330  Helena Podgoršek Dremel  Kemija  Raziskovalec  2019 - 2022 
14.  26559  dr. Franci Pušavec  Proizvodne tehnologije in sistemi  Vodja  2019 - 2022 
15.  18047  Vinko Rotar    Tehnični sodelavec  2019 - 2022 
16.  30149  Saša Rustja-Kosec  Materiali  Raziskovalec  2019 - 2022 
17.  51385  Tine Tavčar  Elektronske komponente in tehnologije  Raziskovalec  2019 - 2022 
Organizacije (3)
št. Evidenčna št. Razisk. organizacija Kraj Matična številka Štev. publikacijŠtev. publikacij
1.  0782  Univerza v Ljubljani, Fakulteta za strojništvo  Ljubljana  1627031 
2.  3621  Razvojni center eNeM Novi Materiali d.o.o.  Zagorje ob Savi  3986365000 
3.  6399  RAYCAP, prenapetostne zaščite d.o.o.  Komenda  5286948000 
Povzetek
S prenapetostnimi zaščitnimi napravami (SPD – Surge protective Device – prenapetostna zaščitna naprava), pri katerih je poglavitni sestavni element za pravilno delovanje varistorska keramika, ki je glavna tematika omenjenega projekta, zaščitimo naprave v objektu pred direktnim in indirektnim udarom strele v elektroenergetske in telekomunikacijske vode. Pri tem je potrebno vedeti, da se dele, ki so pod napetostjo (vodniki električne inštalacije pod napetostjo, telekomunikacijskih in informacijski vodniki), ne more direktno povezati na zbiralko za izenačitev potencialov. Povežejo pa se lahko preko prenapetostnih prevodnikov, ki v normalnem obratovalnem stanju ne predstavljajo prevodne povezave, v času prenapetosti pa predstavljajo zelo malo upornost in praktično za kratek čas kratko sklenejo vodnike pod napetostjo z zbiralko za izenačitev potencialov. Ko napetost ponovno pade na obratovalno napetost se vzpostavi prvotno stanje in tako omrežje lahko normalno obratuje naprej. Bistven element zaradi katerega prenapetostne zaščite delujejo ustrezno je v nadaljevanju predstavljen keramični disk iz varistorske keramike. Na splošno je za proizvodnjo keramike uporabljen postopek izdelave s procesom sintranja tako oksidnih, kot neoksidnih zmesi. Za končno funkcionalnost izdelkov sta ključni tako mikro kot makro geometrija kontaktnih površin. To zahteva naknadno končno obdelavo sintranih diskov. Zaradi visoke trdote teh materialov tudi pri višjih temperaturah, se običajno za naknadno obdelavo uporabljajo odrezovalne tehnologije z nedefinirano geometrijo orodja/rezalnih robov. Tipičen primer konvencionalne obdelave je uporaba procesa brušenja. Zaradi potreb po odnašanju večjih količin materiala in želja po zahtevnih geometrijah površin oblike izdelka, tehnologija brušenja predstavlja omejeno produktivnost, nezmožnost izdelave zahtevanih geometrij in velikokrat povzročevanje nekontroliranega lomljenja/krušenja ostrih robov končnih izdelkov, ki so ključnega pomena za doseganje enakomerne porazdeliteve električne poljske jakosti. Kot alternativa bo delo oz. projekt obravnaval analizo možnosti vpeljave odrezavalnih procesov z definirano rezalno geometrijo (frezanje, struženje) v postopke obdelave keramike. Problemi, ki se pojavljajo so povezani z mehanizmi same tvorbe odrezkov, zaradi materialnih lastnosti keramike (trdnost in trdota). Zato bo cilj dela orientiran v analizo mehanizmov odrezavanja/formiranje odrezka. Kot doprinos je pričakovati povezavo med mikrostukturo obdelovanca, geometrije rezalnih robov in spreminjanje geometrije orodja kot posledica obrabe. Ta del je namen eksperimentalno nadgraditi z raziskavo aplikacije procesa struženja in frezanja, na konkretnem izdelku industrijske problematike in evalvacijo vpliva le teh na funkcionalnost in kakovost končnega proizvoda. Namen dela je tudi v tesnem sodelovanju z industrijo doseči cilj dviga tehnologije na industrijski nivo. Poleg omenjenega področja, bi osvojitev izdelovalne tehnologije omogočila aplikacijo predstavljenih varistorjev na širša področja foto-voltaičnih sistemov, telekomunikacijske mreže, avtomobilske industrije (polnilnice električnih vozil) in druga elektroenergetska področja. Uporaba prenapetostnih zaščit z omenjeno keramiko predstavlja velik ekonomski prihranek, saj omogoča zaščito dragih električnih komponent pred uničenjem oziroma poškodbami, kot posledica prenapetostnih udarov. Poleg tega pa pred energetskimi izpadi, ki so se odražali v zaustavitvi prizadete naprave in posledično v izgubah vseh, ki so napravo izkoriščali. Primarni cilj projekta je povezan z razvojem aplikacije in industrijsko implementacijo obdelave varistorske keramike za doseganje preciznih tehničnih karakteristik bistvenih elementov prenapetostnih zaščitnih naprav. Z uspešno zaključenim projektom bodo prenapetostne zaščitne naprave širše dostopne, kar se bo odražalo v večji uporabi le teh, poleg tega pa bo Slovenija prepoznavna kot eden izmed edinih proizvajalcev visoko kakovostnih varisto
Pomen za razvoj znanosti
Fakulteta za strojništvo UNI-LJ je v sodelovanju s slovenskim podjetjem Varsi d.o.o. v zadnjem letu z razvojem in testiranjem prototipov na industrijski problematiki dokazala, da je mogoče performance varistorske keramike signifikantno izboljšati z uporabo odrezovalnih procesov. Razviti prototipi še posebej izpostavljajo, da predlagana alternativa zagotavlja, da ni adhezije materiala obdelovanca na orodje, kar je eden izmed razlogov zakaj je mogoče s predhodno eksperimentalno ustrezno strategijo obdelave, s postopki definirane rezalne geometrije, dobiti izredno kakovostne površine obdelovanca, ki so v primeru keramike celo boljše od brusilnih postopkov. Zato se izvirnost tega projekta kaže v možnosti aplikativnega razvoja in prenosa tehnologije v serijsko proizvodnjo, ter doseganja: (1) Zahtevanih parametrov izdelave, s katerimi bo dosežena izredno enakomerna porazdelitev električne jakosti varistorjev (do sedaj največja problematika) in (2) Postavitev namenskih obdelovalnih centrov primernih za serijsko proizvodnjo. Tako bi za slovenske razmere takšen razvoj implementacije že samo po sebi predstavljal izviren rezultat. Dodatno pa je v zasnovi nova inovativna rešitev z lasersko asistenco sistema, ki je v diskusiji patentiranja in bi bila eventualno lahko testirana tudi na konkretnih problematikah sodelujoče industrije. Ob uspešnosti projekta je pričakovati izvedbo prve slovenske industrijske aplikacije obdelave varistorske keramike s procesom precizne tehnologije odrezavanja.   S tako zastavljenim projektom bo podjetje Varsi, imela možnost pridobitve tako rekoč inovativne in visokoperformnačne izdelave varistorske keramike in v končni fazi postavilo novo mejo konkurenčnosti na globalnem trgu. Razvidno in pričakovano je, da je potenciali vpliv rezultatov velik in da imajo, dolgoročno gledano, lahko rezultati velik pomen za slovensko gospodarstvo.
Pomen za razvoj Slovenije
Predstavljena problematika projekta obravnava bistvo prenapetostnih zaščitnih naprav, ki so v glavni meri primerne za zaščito naprav in objektov, kjer so prisotni visoki obratovalni tokovi (do 12,5kA). Največje področje uporabe takih naprav so vetrne elektrarne, kjer morajo keramični varistorji izkazovati 100% zanesljivost pri večjem številu udarov strel. Poleg omenjenega področja, bi osvojitev izdelovalne tehnologije omogočila aplikacijo predstavljenih varistorjev na širša področja foto-voltaičnih sistemov, telekomunikacijske mreže, avtomobilske industrije (polnilnice električnih vozil) in druga elektroenergetska področja. Uporaba prenapetostnih zaščit z omenjeno varistorsko keramiko predstavlja velik ekonomski prihranek, saj omogoča zaščito dragih električnih komponent pred uničenjem oziroma poškodbami, kot posledica prenapetostnih udarov. Poleg tega je zaradi električnih udarov prihajalo do daljših energetskih izpadov, ki so se odražali v zaustavitvi prizadete naprave in posledično v izgubah vseh, ki so napravo izkoriščali. Takšna visokotehnološka prenapetostna zaščita s stališča izdelave predstavlja velik izziv in neraziskano področje dela, ki so ga zaenkrat delno osvojili le na japonskem, kar močno zavira razvoj in uporabo končnih zaščitnih naprav. Na fakulteti za strojništvo UNI – LJ smo pričeli z raziskavo in uvedbo nove tehnologije obdelave. Po prvih rezultatih oz. obdelavi prototipnih kosov povsem konkuriramo za sedaj edinemu japonskemu proizvajalcu, oziroma lahko stopimo v prednost pred vso svetovno konkurenco.   Glavni gospodarski in družbeni doprinos tega projekta je postavitev tehnologije in implementacija obdelave varistorskih keramik v slovensko industrijo. S tem bomo obvladovali nova področja dela in obenem izkoristili temeljne prednosti takšnega načina odrezavanja v smislu povečanja produktivnosti in posledično konkurenčnosti na zahtevnem globalnem trgu. Vse to bomo osvojili preko doseganja specifičnih ciljev: + Osvojitev tehnologije, ki bo dosegala zahtevane parametre izdelave varistorske keramike s procesom odrezavanja in bo s tem uspešno zamenjala dosedanji postopek brušenja, ki se je po večletnih eksperimentih izkazal za neustreznega. + Povečanje produktivnost in zagotovitev 100% zanesljivost izdelave varistorske keramike, ki jo predpisuje standard IEC 61643 za preverjanje el. testov preboja varistorjev. + Zmanjšanje stroškov proizvodnje in postati neodvisen od trenutnega edinega dobavitelja. + Z uspešnim prehodom v serijsko proizvodnjo, je dodatni cilj proces narediti fleksibilen za uporabo na širokem spektru namenskih obdelovalnih centrov. Preko analize obnašanja in možnosti apliciranja tehnologije v serijsko proizvodnjo bi rezultati tega projekta doprinesli k boljšemu poznavanju obdelave varistorske keramike, kar bi omogočilo realizacijo implementacije te tehnologije v serijsko proizvodnjo. S tem bi omenjeno podjetje Varsi d.o.o. postalo konkurenčno če ne celo vodilno na globalnem trgu.
Zgodovina ogledov
Priljubljeno