Aktualizováno !
The World's smallest MMA welder!
Občas se stane, že dostanete nabídku, která se prostě neodmítá. A přesně to se stalo nám. Redakce
Svarinfa dostala exkluzívní nabídku zúčastnit se jako
jediný zástupce ze Střední a Východní Evropy prezentace nejmenší svářečky na světě! Pod označením
MicroWelder byl tento unikát vyvinut v ČR a my vám o něm můžeme napsat alespoň pár řádků. Jelikož se jedná o významný počin z celosvětového hlediska, je v závěru článku též stručný popis MicroWelderu v angličtině.
The brief
English description is at the end of the article.
MicroWelder.
Celý projekt vznikl v sice tuzemsku, ale ve vývojových laboratořích nejmenované zahraniční nadnárodní společnosti, která se zabývá vývojem špičkových spínaných zdrojů pro kosmický průmysl. Prototyp této mikrosvářečky tak vznikl pro ověření některých nových možností a postupů vyvinutých touto firmou. Ono testovat kosmické technologie na Zemi není zrovna snadné a svářečka se ukázala jako ideální tester. Duchovním otcem a projektantem mikrosvářečky je Jerome Cowtney. Vlastní realizace se skvěle zhostil Henry Lukasbart a hodiny neúnavného testování a ladění má na svědomí špičkový testman Janus Kozzlowski. Kompletní MicroWelder si můžete prohlédnout na následujícím obrázku:
Celkový pohled na nejmenší svářečku na světě - MicroWelder.
Jak je vidět, celé zařízení sestává z klasických klíčových komponent: držáku elektrod (zde značky Kurt-Haufe do 200A), zemnící svěrky (Elektrokov Znojmo KS 160A) a přívodního kabelu (NoName 2 x 1,5 mm2). Je potěšitelné, že se vývojáři nebáli sáhnout také po tuzemských komponentách (zemnící svěrka ze Znojma) a tím pomoci našemu, krizí zmítanému, průmyslu. Určitě vás na obrázku upoutala malá černá krabička na konci držáku elektrod. To je právě MicroWelder. Ano, je to neuvěřitelné, ale všechny obvody svářečky se vměstnaly do plastové krabičky o rozměrech 90 x 65 x 38 mm. Krabička je pevně spojena s držákem elektrod. Není to sice bůhvíjak praktické řešení a o ergonomii se hovořit vůbec nedá, ale mějme na paměti, že se jedná o jakýsi ověřovací prototyp a v tomto případě účel světí prostředky. Není důležité co je venku, ale co je uvnitř.
MicroWelder - co dodat?
A uvnitř jsou opravdu věci! Přestože jsme měli možnost na pár sekund spatřit útroby tohoto unikátu, nebylo nám dovoleno fotografovat. Celé je to přísně tajné, zejména díky použité technologii 3D plošných spojů. Již tato technologie je unikátem sama pro sebe, a když k tomu přičtete ještě to, že 3D PCB jsou povrstveny supravodivým substrátem, získáte opravdu velmi "citlivou" záležitost, a to jak elektronicky, tak ekonomicky i politicky. Tady se hraje vysoká hra.
Detail skříňky MicroWeldera
Podle údajů, které máme k dispozici, se jedná o vcelku klasicky zapojený svařovací invertor se střídačem typu Full-Bridge. Tedy to nejlepší, co lze v technologii invertorů zatím aplikovat. Dosud byla klíčem k miniaturizaci spínaných zdrojů zejména přenášená frekvence. Současné běžné invertory pracují s frekvencí 50 - 100 kHz. MicroWelder pracuje s frekvencí 666 kHz a díky tomu bylo možné zmenšit rozměry transformátoru na minimum. Není bez zajímavosti, že transformátor je nyní přímo "vyleptán" v DPS. O vlastní řízení invertoru se stará digitální signálový procesor (DSP) již 6. generace. Dalším krokem k miniaturizaci byla právě technologie 3D plošných spojů (3D PCB's technology). Ovšem to by stále nestačilo na požadované mikrorozměry. Stále by nám vycházely rozměrově velké výkonové polovodiče a zejména jejich chladiče. Proto konstruktéři sáhli po další technologii, která si již brzy najde cestu do spotřební elektroniky a jejíž jméno je: vysokoteplotní supravodivost (HTSC). Jen díky tomu mohl být do miniaturní krabičky vměstnán plnohodnotný svařovací invertor s těmito parametry:
Technická data mikrosvářečky:
Napájení: 230V/50 - 60 Hz
Jištění: 16AT
Svařovací proud: 5,0 - 99,9 A
Zatěžovatel: 99.9A / 25%
Napětí naprázdno: 89V
Možná vás neoslní velikost svařovacího proudu, ale dle slov šéfkonstruktéra by nebyl problém sestavit svářečku s proudem 200A a více, jen by se už musely použít větší chladiče. Proud 100A byl zvolen pro maximální efekt z miniaturizace a jak můžete sami vidět, povedlo se to. Hliníkový chladič miniaturních rozměrů, opravdu stojí za pozornost. Za pozornost také stojí jediná, na chladiči umístěná, součástka. Jedná se o integrovaný 120A Full-Bridge v pouzdru TO220AB, vyvinutý speciálně pro tento účel. Chlazení je pochopitelně pouze pasivní, bez ventilátoru. I tak je chladič po vyvaření 5-ti elektrod o průměru 2,5 mm jen vlažný...
Chladič - jak málo stačí, když se ví jak na to.
Kromě chladiče je na skříňce s elektronikou invertoru viditelný už jen digitální displej ukazující velikost svařovacího proudu a potenciometr regulace proudu. Zcela chybí síťový vypínač, který by se do skříňky už prostě nevešel. Svářečka se tedy zapíná zapojením do zásuvky. Pro ošetření proudového rázu je MicroWelder pochopitelně vybaven obvodem SoftStart v příslušně sofistikovaném provedení. Tedy žádné relé. Vše je polovodičové, bezkontaktní, supravodivé a inteligentní.
Jdeme svařovat.
Statické předvedení MicroWelderu bylo sice úchvatné, ale nejvíce jsme se těšili na praktické svařování. Trochu nás zarazil digitální displej z červených LED. Ono totiž na červené displeje není vidět "skrze" většinu samostmívacích kukel, protože LCD průzory těchto kukel filtrují světlo o téže vlnové délce, kterou emitují právě červené LED diody a displeje. Prostě vám kukla tu barvu vůbec nepropustí a vy tak vidíte jen prázdnou plochu, klidně si to doma zkuste. Proto také výrobci profesionálních svařovacích zařízení používají displeje zelené. Ale, jak nám vysvětlil H. Lukasbart, vývoj se dostával do skluzu, a tak padla volba na snadno dostupný a hlavně hotový panelmetr s červenými LED:
Maximální svařovací proud cca 99,5A
Po téměř hodinové statické prezentaci, podbarvené skvěle připraveným rautem a čerstvou kávou s mlékem (podávané překrásnými hosteskami), jsme se konečně přesunuli do svařovny na ukázky praktického svařování.
Před svařováním ...
Jako první nám svařování s MicroWelderem předvedl jeho stavitel H. Lukasbart. Jeho housenka bazickou E-B 121 o průměru 2,5 mm prostě neměla chybu. Nikdo by nečekal jaký potenciál stále ještě dřímá v těchto, téměř historických, elektrodách, když se použije pořádná svářečka. Ovšem to stále nebylo nic proti tomu co s MicroWelderem předvedl, dosud v pozadí stojící, Janus Kozzlowski. Také si ihned vysloužil přezdívku "Elektrodový kouzelník" (The Electrode Magician). Nakonec jsme měli možnost otestovat MicroWeldera my. Zvolili jsme rutilku E6013 o průměru 2,5 mm, nastavili cca 90A a dali se do díla:
... během svařování ...
... a po svařování.
Svařovací vlastnosti lze objektivně popsat jen jedním slovem: Excelentní! MicroWelder má všechny skvělé vychytávky jako současné invertory, ale vše dovádí k naprosté dokonalosti. Skoro jako by vám sám vedl ruku... Prostě úžasný svářečský zážitek. Sice je trochu nepraktická jeho špatná ergonomie, ale to lze ověřovacímu prototypu snadno odpustit. Už se opravdu moc těšíme, až se tato technologie dostane do běžné spotřeby. To bude prostě paráda!
Jako perličku na závěr můžeme uvést to, že jsme jako jediní z pozvaných s MicroWelderem opravdu svařovali. Ukázalo se totiž, že zejména britští vědci, ale i američtí vědci, kteří tvořili jádro pozvaných VIP, jsou příliš teoreticky a neprakticky zaměřeni. Čínským plagiátorům byl vstup pochopitelně zakázán. Není bez zajímavosti, že ve snaze zabránit jim v proniknutí na prezentaci MicroWelderu v přestrojení, byla jim jako vějička předhozena falešná prezentace ještě menší svářečky, která se měla konat ve stejný den, ovšem na druhé straně Zeměkoule.
Pochopitelně vás budeme o vývoji kolem MicroWelderu průběžně informovat, ale nyní se podrobněji vraťme k použitým technologiím.
Supravodivost.
Supravodivost, která byla objevena již v roce 1911, je jev, při němž materiál neklade žádný zaznamenatelný odpor průchodu elektrického proudu a neuvolňuje se žádné ohmické teplo. Více o supravodivosti a její historii naleznete na Wikipedii. Problémem ovšem dosud bylo to, že supravodivosti bylo možné u běžně známých materiálů dosáhnout jen při velmi nízkých teplotách, blížících se absolutní nule (ve stupních Kelvina), tedy teplotě cca -273°C! To je pro provozování elektronických zařízení dost nepraktické. Téměř sto let se tedy vědci na celém světě snaží vyvinout takové materiály, které dosáhnou supravodivosti při tzv. pokojové teplotě. Donedávna platil rekord 160K (cca -113°C), ovšem až v současné době se podařilo experimentálně ověřit supravodivost i při teplotě +24°C. Tuto supravodivost nazýváme vysokoteplotní supravodivostí HTSC (High Temperature Super Conductivity) a je základem principu zde popisované experimentální mikrosvářečky MicroWelder. Je zřejmé, že složení materiálu, který tuto vysokoteplotní supravodivost vykazuje, bude tajnější než recept na Becherovku či Coca-Colu...
Novodobá historie využití supravodivosti v praxi.
Asi první, opravdu praktické, využití supravodivosti se datuje do šedesátých let minulého století. Tehdy ji využili američané ve svém kosmickém projektu Apollo, který, jak známo, vyústil v přistání člověka na Měsíci. Přistávací manévr na Měsíci totiž již tehdy řídil počítač, tzv. Apollo Guidance Computer (AGC). Jednalo se o počítač sestavený z cca 4100 diskrétních integrovaných obvodů TTL řady 74XX. Na vynález mikroprocesoru, který konstrukci počítačů výrazně usnadnil, lidstvo teprve čekalo, a tak se počítače stavěly z velkého množství jednoduchých obvodů. Kdo si někdy před 20. lety zkoušel něco zbastlit s pár obvody Tesla MH74XX ví, jak náročné na napájení tyto obvody byly. Zařízení s těmito čipy potřebovaly výkonné napájecí zdroje a přitom se spousta energie měnila v odpadní teplo, které vyzařovaly tyto integrované obvody. O malé rychlosti zpracování dat nemluvě. Proto se konstruktéři AGC rozhodli využít pro chlazení tzv. kryogenních nádrží se silně podchlazenou směsí kapalného kyslíku a vodíku. Do této směsi byly ponořeny desky AGC nesoucí obvody tvořící procesor (ALU, Registry, Program Counter, Address Decoder, apod). Díky tomu se nejen podařilo spolehlivě uchladit tyto obvody, ale vedlejším efektem byl vznik částečné supravodivosti, a to v konečném důsledku vedlo ke zvýšení rychlosti zpracování dat při přistávání modulu Apolla. Ovšem mělo to i svou stinnou stránku: chyba jednoho z hradel NOR v obvodu SN7402 vedla k lokálnímu přehřátí a výbuchu již tak velmi citlivé kryo směsi. To vše se odehrálo na palubě legendárního Apolla 13 a celé si to můžeme pustit třeba na DVD jako skvělý film s Tomem Hanksem v hlavní roli. Zajímavé je i to, že repliky AGC si dodnes bastlí nadšenci na celém světě.
Replika AGC.
3D plošné spoje
Bohužel tato unikátní technologie je zatím natolik tajná, že o ní nelze uvést žádné informace. Snad jen tolik, že podle našich odhadů je celý invertor vměstnán v 3D PCB krychli o rozměrech cca 35 x 35 x 35 mm. Jak jsme sami mohli vidět, nejvíce místa uvnitř krabičky zabírají kabely a potenciometr...
Bude stavebnice?
Na závěr ještě zodpovíme, sice nevyslovenou, ale ve vzduchu visící otázku, zdali bude Svarbazar tuto svářečku v budoucnu také nabízet jako stavebnici. Nebude. Alespoň v dohledné době ne. Kromě toho, že od prototypu ke spotřebnímu výrobku je cesta ještě dlouhá, je hlavním důvodem použitá technologie 3D plošných spojů se supravodivým substrátem. Jednak je tato technologie přísně tajná a stejně se to v amatérských podmínkách montovat prostě nedá. A tak zatím to nejlepší, co si můžete sami postavit ze stavebnice, zůstávají naše osvědčené svařovací invertory SVARIN (GAMA) 145 a SVARIN (GAMA) 165.
MicroWelder
MicroWelder - The brief English description.
MicroWelder is the world's smallest welding inverter for MMA welding. It's based on High Temperature Super Conductivity (HTSC) principles and (still top secret) 3D PCB's space technology. Thanks to this, the MicroWelder can be built-in a small plastic box (90 x 65 x 38 mm), whitch is part of the electrode holder. No other stand alone box with transformer or other circuits is needed.
The MicroWelder
Engineering characteristic of MicroWelder:
Power supply: 230V/50 - 60 Hz
Mains fuse: 16AT
Welding current: 5,0 - 99,9 A
Duty factor: 99.9A / 25%
No load output voltage: 89V
MicroWelder has been developed in The Czech Republic in laboratories of some supranational syndicate (it's name is secret too). Main developers are: Jerome Cowtney, Henry Lukasbart and Janus Kozzlowski.
MicroWelder in action with E7018 2,5 mm Basic electrode (H. Lukasbart).
Aktualizace
3.8. 2009
Po několika měsících od vydání tohoto článku jsme se rozhodli pro aktualizaci. Sice je to prakticky zbytečné, protože jste náš aprílový žertík ve většině případů odhalili, ale pořádek musí být. Ovšem u srdíčka nás hřeje několik prokázaných případů jedinců, kteří MicroWeldera zbaštili i s navijákem.
Takže pro pořádek uvádíme dva zásadní obrázky odkrytované "mikrosvářečky". Princip je snad jasný. Svařovací proud je do kleští přiváděn kabelem ze zcela jiné svářečky (v době testů to byla pištící SMA 250). Digitální voltmetr je napájen z destičkové baterie 9V a měřené napětí je mu "servírováno" z regulovatelného zdroje po napájecí šňůře. Potenciometr je zcela plonkový - nezapojený.
Pohled do útrob aprílového MicroWelderu.
Hlavním účelem článku bylo pobavení vás - čtenářů, a to se snad podařilo. Příjemným efektem bylo zviditelnění těchto stránek, neboť se o MicroWelderu diskutovalo na několika tuzemských i zahraničních diskusních fórech. Bez mučení se přiznáme, že se s tím dopředu počítalo, a proto ty pasáže v angličtině. Zajímavé jistě bude se k tomuto článku vrátit třeba za deset - dvacet let. Stane se MicroWelder skutečností? Je to možné a možná i pravděpodobné.
Když už jsme nakousli tu angličtinu, tak bychom měli do světa také vyslat nějaký vzkaz. Třeba:
MicroWelder = April Fools' Day
A ještě perlička na závěr: malou útěchou pro ty, kteří se nechali napálit budiž to, že ukázkové svařování s MicroWelderem nepřežil obvod ICL7107 v panelovém měřidlu. Ano, to je ten velký černý "šváb" přes který je tažen svařovací kabel od skutečné svářečky. Silné magnetické pole zřejmě vykonalo své a obvod se odporoučel do věčných lovišť. Panelové měřidlo bylo do této legrácky jen zapůjčeno. Původně bylo nachystáno pro laboratorní zdroj. Ještě, že ten brouk je v patici...
MicroWelder - nejmenší svářečka na světě!
