Spritzgießmaschinen für E-Mobility – Produktion von HV-Komponenten 2025

Einführung in Spritzgießmaschinen für E-Mobility

Der globale Markt für Elektrofahrzeuge zwingt Hersteller zur Neukonstruktion gesamter Spritzgießzellen. Spritzgießmaschinen, die Batteriekomponenten, Hochvolt-Stecker und BMS-Gehäuse verarbeiten, müssen höchste Präzision, Prozessreinheit und eine vollständige Qualitätsnachverfolgung vereinen. Bei Stückzahlen in Millionenhöhe und OEM-Anforderungen an ISO 21434, Automotive SPICE oder PPAP Niveau 4 m ist der Fehlerspielraum minimal. In diesem Artikel zeigen wir, wie Sie eine Linie gestalten, die elektrische und hybride Spritzgießmaschinen mit intelligenten Werkzeugen und Rückverfolgbarkeit über MES kombiniert.

TEDESolutions arbeitet mit EV-Herstellern zusammen, um automatisierte Zellen für HV-Stecker, Batteriemodule und reinigkeitsempfindliche Bauteile in Betrieb zu nehmen. Mit diesem Leitfaden verstehen Sie, welche Merkmale eine Maschine haben sollte, welche Parameter für die elektrische Sicherheit kritisch sind und wie Sie ein Inline-Qualitätskontroll-Backend aufbauen.

Die steigenden Anforderungen betreffen auch die Nachhaltigkeit. Flottenbetreiber fordern Angaben zum CO₂-Fußabdruck, weshalb Spritzgießmaschinen Energierückgewinnung und Integration in Medienmanagementsysteme bieten sollten. In der Praxis bedeutet das den Einsatz von Servoantrieben mit Bremsenergierückgewinnung, die Überwachung der CO₂-Emissionen pro Zyklus und die Kommunikation mit ESG-Plattformen. Ohne diese Daten erhalten viele Hersteller keine Zulassungen auf den Märkten in der EU und den USA.

Ein weiterer Faktor ist die Verkürzung der Time-to-Market für EV-Programme (SOP). Fabriken benötigen modulare Zellen, die innerhalb weniger Wochen in ein anderes Land verlegt werden können. Daher entstehen neue Spritzgießzellen auf standardisierten Basismodulen, wobei Automatisierung und Spritzgießmaschinen für schnelle Umrüstungen auf andere Referenzen vorbereitet sind.

Was ist eine Spritzgießmaschine für E-Mobility?

Spritzgießmaschine für E-Mobility ist eine Spritzgussmaschine, die für technische Kunststoffe (PBT, PA6/PA66, PPS, LCP) in HV-Steckern, Isolatoren und Batteriemodulen ausgelegt ist. Der Prozess umfasst die Plastifizierung von Granulat, schnelle Injektion und Nachdruck in präzisen Werkzeugen mit integrierten Temperatur- und Oberflächenleitfähigkeits-Sensoren. Erforderlich sind Überspannungsschutzsysteme und Schadstoffüberwachung, um Normen wie UL 94 V-0 und IEC 60664 zu erfüllen.

Moderne Systeme nutzen Regelkreise für Schneckengeschwindigkeit, aktive Heißkanaldüsen und SPC-Module, die Daten aus über 20 Signalen pro Zyklus erfassen. Dadurch gewährleisten Spritzgießmaschinen eine Dimensionswiederholgenauigkeit von ±0,01 mm bei dünnwandigen Steckern und minimieren das Risiko von Spannungsrißbildung während des Batteriebetriebs.

Maschinen für E-Mobility sind zudem mit fortschrittlichen Bedienoberflächen ausgestattet. Das HMI-Panel zeigt die Zyklusenergiekarte, den Integrationsstatus mit Robotern sowie Qualitätsalarme aus dem Visionsystem. Der Bediener kann mit einem Klick zur Prüfdokumentation einer spezifischen Teilenummer wechseln, was Audits erheblich beschleunigt. Diese Lösungen sind mit OEM-Cybersicherheitsstandards kompatibel, einschließlich Netzwerksegmentierung und digitaler Rezeptursignaturen.

Immer beliebter werden Spritzgießmaschinen mit integrierter Reinraumbox ISO 7. Die gesamte Werkzeugzone liegt in einer Abdeckung mit laminarem Überdruck und Partikelkontrolle, was Ablagerungen auf HV-Isolatoren ausschließt. Die modulare Bauweise ermöglicht die Erweiterung um Montagestationen ohne Produktionsunterbrechung.

Entwicklungsgeschichte des Spritzgusses für HV-Komponenten

Die ersten Hochvolt-Komponenten für Hybridfahrzeuge wurden auf klassischen hydraulischen Spritzgießmaschinen gefertigt. Zwischen 2005 und 2010 dominierten Prototypenprojekte, bei denen die thermische Beständigkeit des Materials entscheidend war. Die Revolution kam mit den BEV-Plattformen ab 2013. OEMs forderten Chargenverfolgung und Reinheitsüberwachung, was den Wechsel zu elektrischen Spritzgießmaschinen mit abgedichteter Werkzeugzone erzwang.

Zwischen 2016 und 2020 durchliefen EV-Linien eine Transformation: Integration mit MES/MOM, automatisches Einsetzen von Kupfer-Einsätzen, kollaborative Roboter für FIPG-Dichtungen. Heute sehen wir die vierte Generation von Lösungen, bei der hybride Spritzgießmaschinen hydraulische Kraft (Schließen) mit Servoantrieben (Injektion) kombinieren, um die Zykluszeit unter 20 s zu senken. Zudem entwerfen große Gigafactories Zellen mit Redundanz für zuverlässige HV-Steckerlieferungen.

In den kommenden Jahren wird die Digital-Twin-Technologie für Zellen Standard. Durch Prozesssimulationen in virtuellen Umgebungen können EV-Hersteller Materialwechsel oder neue Steckergeometrien testen, ohne die Produktion zu stoppen. Tederic und TEDESolutions setzen bereits Modelle ein, die den Einfluss der Kühlungstemperatur auf die Kontaktwiderstände analysieren und Werkzeugausfälle vorhersagen.

Die Entwicklungsgeschichte des E-Mobility-Spritzgusses ist auch eine Geschichte der Datensicherheitsstandardisierung. Nach Cybervorfällen in mehreren Gigafactories 2021 führten OEMs Netzwerksegmentierung in der OT-Zone ein. Spritzgießmaschinen müssen nun TLS-Verschlüsselung und zertifikatsbasiertes Authentifizierung unterstützen, was den Maschinenbauern radikal den Steuerungssoftware-Ansatz verändert hat.

Arten von Spritzgießmaschinen in der E-Mobility

Die Antriebsauswahl hängt von der Anwendung ab. Hydraulische Spritzgießmaschinen eignen sich für dickwandige Strukturkomposite mit hoher Schließkraft. Elektrische Maschinen dominieren bei Steckern und Dünnwandteilen, da sie Bewegungsrepeatabilität und saubere Arbeitsräume bieten. Hybride sind der Kompromiss – Servoantriebe für die Injektion, Hydraulik fürs Schließen, umgrößere Engpässe bei hoher Präzision zu bewältigen.

Entscheidend ist auch die Nachrüstung mit Rückverfolgungssystemen: Kapazitive Sensoren für Kupfer-Einsatzerkennung, Werkzeugkameras und Integration mit OCV-Sicherheitssystemen (Open Circuit Voltage). Damit wird die Zelle Teil des größeren EV-Fabrik-Ökosystems.

Im Aufwind sind zweihydraulische Spritzgießmaschinen, die Zweikomponentenspritzguss in einem Zyklus ohne Drehtisch ermöglichen. In Batterieanwendungen verbinden sie PBT-Isolierung mit TPE-Dichtung und reduzieren Montageschritte. Nutzer schätzen die unabhängige Schneckensteuerung für Flexibilität bei kurzen EV-Serien.

Ein weiterer Trend ist die Anpassung von Maschinen für Vakuum- oder Inertgasumgebungen. Für oxidationsempfindliche HV-Teile kommen Stickstoffkapseln um das Werkzeug zum Einsatz. Elektrische Spritzgießmaschinen integrieren Vakuumventilsteuerung und Gasrückgewinnung, um konstante Bedingungen unabhängig von Außentemperaturen zu halten.

Spritzgießmaschinen für HV-Stecker

Elektrische Spritzgießmaschinen mit 180–350 t Schließkraft decken die meisten HV-Stecker ab. Hohe Injektionsdynamik (über 400 mm/s) füllt Mikroprofile für IP6K9K-Dichtheit. Spezielle sequenzielle Heißkanaldüsen sorgen für kaskadengleiche Befüllung. Ein SCARA-Roboter setzt Cu-Einsätze und FKM-Dichtungen ein, während das Steuerungssystem jede Teile in der Traceability-Datenbank registriert.

Vorteile:

• Schneckenbewegungspräzision – minimiert Mikrorisse in der Isolierung.
• Prozessreinheit – öl freie Werkzeugzone erfüllt elektrische Reinheitsnormen.
• Geringer Lärmpegel – ermöglicht Installation neben Batteriemontagelinien.

Herausforderungen:

• Hoher CAPEX – Maschinen- und Werkzeugkosten mehrmals höher als in konventionellen Zellen.
• Temperaturmanagement – Dünnwände erfordern schnell ansprechende Thermoregulierung.
• IT-Integration – OPC UA und Cybersicherheit erforderlich.

Besonders wichtig ist die Kompatibilität mit HV-Testsystemen. Immer öfter wird die Zelle um eine HiPot-Station erweitert, die jeden Stecker bei 1500 V prüft. Die Spritzgießmaschine muss Zyklen-Daten an den Testersteuerung weitergeben, um Ergebnisse mit Werkzeug- und Zellennummer zu verknüpfen. Ohne diese Integration scheitert der OEM-Audit.

Linien für Batteriemodule

Modulelemente (Rahmen, Deckel) werden auf hybriden Spritzgießmaschinen mit 650–900 t Schließkraft gefertigt. Glas- oder Kohlefaserverstärkte Materialien erhöhen die Anforderungen an Mischung und Schneckenbeständigkeit. Zellen integrieren oft Zweikomponentenspritzguss – z. B. PP+GF-Struktur plus TPE-Dichtung. Maschinen verfügen über Drehtische und servoangesteuerte Schwenkdüsen für 2K-Spritzguss in einem Zyklus.

Wichtig ist die Kontrolle thermischer Verformungen. Das MES überwacht Werkzeugverformungen via FBG-Sensoren, Daten fließen in SPC-Trendrechner. So lassen sich Planaritätsprobleme beim Modul-Zellenkontakt früh erkennen.

Hersteller streben Batteriegewichtreduktion an, daher kommen verstärkt PA-Kohlefaser-Komposite zum Einsatz. Diese abrasiven Materialien erfordern geschützte Zylinder und Düsen. Die Spritzgießmaschine braucht Werkzeugentgasungssysteme gegen Porosität durch Luft und Volatiles. Der Drehtisch ist mit dem Roboter synchronisiert, der Kühlkörper und FIPG-Dichtungen entnimmt.

BMS-Gehäuse und Leistungselektronik

BMS- und Wechselrichtergehäuse erfordern Dünnwände, EMC-Abschirmung und Temperaturbeständigkeit bis 125 °C. Elektrische Spritzgießmaschinen mit 120–220 t bieten hier höchste Präzision. Werkzeuge integrieren Aluminium-Einsätze, daher sind 6-Achs-Roboterintegration und Einsatztemperaturkontrolle vor Schließen (Infrarot-Pyrometer) essenziell. Manche Projekte nutzen zweplattige Spritzgießmaschinen für mehr Platz bei Sensoren und Abschirmkabeln.

Standard sind Softwarepakete mit IPC-2221-Rezepturbibliotheken und automatischer PPAP-Report-Generierung. Damit verkürzen Qualitätsingenieure die Qualifikationszeit neuer Komponenten.

Zunehmend relevant ist EMI-Abschirmung. In vielen Projekten kommen leitfähige In-Mold-Coatings oder Nachbeschichtungen zum Einsatz. Die Spritzgießmaschine arbeitet mit Plasmabesprühmodulen und sorgt für präzises Bauteilpositionieren. Qualitätskontrolle umfasst Oberflächenwiderstandsmessung und ESD-Beständigkeitstests.

Aufbau und Hauptbestandteile

Die Konfiguration der Produktionszelle für e-Mobility umfasst mehr als nur die Spritzgießmaschine. Notwendige Elemente sind: Spritzgießwerkzeug mit Temperatursensoren in kritischen Kavitäten, Heißkanalsystem mit segmentierenden Düsen, Automatisierung zum Zuführen von Einsätzen, Traceability-Systeme, Entnimmungsroboter für Teile sowie HV-Teststationen. Das Ganze ist in ein OT/IT-Netzwerk integriert, damit Prozessdaten in die Analytikplattform fließen.

Entscheidend ist die Sauberkeitserhaltung – die Produktionszelle ist mit Laminarstromabdeckungen umbaut, und HEPA-Filter der Klasse H14 reinigen die Luft um das Werkzeug. Zusätzlich werden VOC-Sensoren und Partikelzähler montiert, damit jede Charge eine dokumentierte Oberflächenreinheit aufweist.

Integralbestandteil des Aufbaus ist das Werkzeugmanagementsystem (Tool Management). Es protokolliert Zyklen, Temperaturen, Alarme und Servicehistorie. So erkennt der Instandhaltungsplaner die Belastung jedes Werkzeugs und kann Wartungen ohne Produktionsunterbrechung planen. Bei Bedarf lässt sich die Produktionszelle in eine andere Fabrik verlegen, wobei alle Einstellungen und Dokumentation erhalten bleiben.

Einspritzaggregat HV

Einspritzaggregat muss mit faserverstärkten Materialien und leitfähigen Additiven zurechtkommen. Dazu kommen Bimetallschnecken, Heizzonen mit 12–16 kW sowie Servoantriebe mit Beschleunigung bis 800 mm/s² zum Einsatz. Die Temperaturregelung in jeder Zone weist eine Toleranz von ±1 °C auf, was Materialdegradation und Einschlüsse in Konnektoren minimiert. Sequenzielle Düsen werden durch Nadelventile gesteuert, die das Öffnen mit der Schneckenposition synchronisieren.

Immer häufiger werden Viskositätssensoren in Echtzeit eingesetzt. Die Daten des Viskosimeters gelangen in KI-Algorithmen, die Parameter automatisch mit Abweichungen in den elektrischen Messungen der Konnektoren korrelieren. Überschreitet die Viskosität einen Schwellwert, stoppt das System die Chargenproduktion und informiert den Schichtleiter.

Das Einspritzaggregat für e-Mobility verfügt zudem über automatische Reinigungssysteme. Nach jedem Materialwechsel erfolgt ein Purge-Zyklus mit Farb- und Leitfähigkeitskontrolle, wobei Abfälle in einem verschlossenen, chargenbezogen gekennzeichneten Behälter landen. Dies minimiert das Risiko von Materialfehlern, die zu Isolationsproblemen führen könnten.

Schließeinheit und Werkzeug

Schließeinheit in EV-Linien muss dynamischen Temperaturschwankungen standhalten. Hybride Maschinen nutzen Hochdurchfluss-Hydraulik für gleichmäßigen Nachdruck, elektrische Varianten einen servoelektrischen Säulenantrieb. Maßgeblich ist die Kompensation von Durchbiegungen – Linearsensoren überwachen die Schließkraftverteilung in Echtzeit und passen den Nachdruck an, um Undichtigkeiten an Dichtungen zu vermeiden.

Werkzeuge für HV-Konnektoren enthalten Kupfer-Einlagen, Drucksensoren in Kavitäten, analoge Temperatursignale sowie Inspektionskameras. Datenanschlüsse werden über IP67-Module geführt, um das Werkzeug außerhalb der Zelle einfach zu warten. Das Gesamtsystem arbeitet mit dem Tool-Managementsystem zusammen, das Zykluszähler überwacht und vorbeugende Wartungen plant.

Von großer Bedeutung ist auch das Kühlsystem. Konformgedruckte 3D-Kanäle führen das Kühlmediumgenau zu den Hotspots in HV-Isolatoren. Der Werkzeugregler analysiert Temperaturen in Echtzeit und regelt den Durchfluss über proportionale Ventile. So wird ein enger Dimensionsstreuungsbereich und die dielektrische Stabilität der Teile gewährleistet.

Wichtige technische Parameter

1. Schließkraft (t)

Abgestimmt auf die Projektionsfläche der Teile sowie das Einspritzdruckniveau bis 2000 bar. Konnektoren benötigen 180–250 t, Module bis zu 900 t. Empfohlen wird ein Puffer von 10–15% für Dichtungsstabilität.

2. Einspritzgeschwindigkeit (mm/s)

Kritisch bei dünnen Wandstärken. Moderne Maschinen erreichen 400–600 mm/s, was das Befüllen von Mikrokanälen ermöglicht und Bindenähte minimiert.

3. Temperaturregelung (°C)

Zylinderzonen 260–320 °C, Düsen 280–330 °C. Stabilität ±1 °C schützt vor Polymerdegradation und dielektrischen Durchschlägen.

4. Nachdruck (bar)

In Echtzeit überwacht, insbesondere bei TPE-Bauteilen. Halten des Nachdrucks >70% des Nennwerts bis zum Ende der Kristallisationsphase reduziert Schwindung.

5. Prozessnachverfolgung

Erfordert Kavitätsdrucksensoren (Kistler), Temperatur-, Schneckenpositions- und Einsatzidentifikationssensoren. Daten werden im MES-Systemgespeichert, das PPAP-Berichte generiert.

6. Energie pro Zyklus (kWh)

Elektrische Maschinen erreichen 0,35–0,5 kW h/Zyklus bei Konnektoren. Hybride mit variabler Pumpendrehzahl verbrauchen 15% mehr, bieten aber höhere Schließkraft.

7. Automatisierung

Produktionszellen für e-Mobility benötigen Entnimmungsroboter (3- oder 6-achsig), 2D/3D-Visionssysteme, HV-Teststationen (Hipot 1500 V) sowie DPM-Lasermarkierung.

8. Prozessstabilität

Cp- und Cpk-Werte sollten bei kritischen Isolationsdimensionen über 1,67 liegen. Das SPC-System stoppt die Linie automatisch, wenn Trends an Kontrollgrenzen heranrücken. Daten werden archiviert und OEM-Kunden über Qualitätsportale zugänglich gemacht.

9. Datensicherheit

Spritzgießmaschinen müssen Rezepturen verschlüsseln, Operatoren per RFID-Log-in freigeben und Parameteränderungen mit elektronischer Signatur nachverfolgen. Erfüllung von TISAX-Niveau 3 wird zunehmend zur Voraussetzung für Kooperationen mit Automobilkonzernen.

Anwendungen in der e-Mobility

Traktionsbatterien

Produktion von HV-Konnektoren, LV124-Steckern, Isolieruntersetzern und Modulgehäusen. Benötigt UL 94 V-0-Materialien, TÜV-Tests und Genauigkeit ±0,05 mm.

Ladestationen und Onboard-Ladegeräte

Spritzgießmaschinen fertigen CCS-Buchsen, Wechselrichtergehäuse und Kühlimodule. Wichtig sind UV- und Chemikalienbeständigkeit sowie IP55-Tests.

Energiemanagementsysteme

BMS-Gehäuse, Stromwandlerkomponenten, Isolationsbauteile in HV-Boxen. EMC-Parameter und Integration von Kupfereinsätzen sind entscheidend.

Bus- und Heavy-Duty-Segment

Dicke Dichtungen, Strukturteile und Batterieträger. Hohe Schließkraft und Kontrolle thermischer Verzug sind erforderlich.

Mikromobilität

Konnektoren für E-Scooter und E-Bikes, wo niedrige Teilekosten und kompakte Maschinen unter 150 t zählen.

Energiespeichersysteme (ESS)

Dieses Segment wächst ebenso dynamisch wie die Automobilbranche. Spritzgießmaschinen produzieren Isolatoren, Sammelschienen und Kühlelemente für stationäre Speicher. Anforderungen umfassen Feuerbeständigkeit UL 9540A und Tropical-Klima-Tauglichkeit, weshalb Feuchtigkeitskontrolle in der Linie zum Standard wird.

Wie wählt man die passende Spritzgießmaschine für e-Mobility?

1. Bauteilanalyse

• Projektionsfläche, Fließweg, Materialtyp und dielektrische Anforderungen.
• Festlegung der Schließkraft + Puffer.
• Bestimmung der Anzahl der Kavitäten und Heißkanalstrategie.

2. Gesamtkosten

• Vergleich TCO elektrischer vs. hybrider Spritzgießmaschinen.
• Berücksichtigung der Kosten für Werkzeuge mit Sensorik und Automatisierung.
• Analyse des Energieverbrauchs und Wärmerückgewinnungspotenzials.

3. Automatisierungsarchitektur

• Kompatibilität mit OPC UA, MQTT und IEC 62443 Cybersicherheit.
• Unterstützung von Automotive SPICE-Rezepturen, Integration mit MES/MOM.
• Erweiterbarkeit um prozessbezogene KI.

4. Normen und Validierungen

• ISO 9001, IATF 16949, PPAP, OEM-Audits.
• Elektrische Sicherheit IEC 60664, UL 94.
• Teilgenaue Traceability.

5. Technologiepartner

• 24/7-Service und Verfügbarkeit von Ersatzteilen in Gigafabriken.
• Unterstützung bei Moldflow-Simulationen und PPAP-Validierung.
• Erfahrung mit Automatisierung von Zellen inklusive Einsatznachwirkung.

6. Skalierbarkeit

• Erweiterung der Zelle um zusätzliche Roboter oder Teststationen ohne Steuerwechsel.
• Reservekapazitäten bei Kühlung und Stromversorgung für künftige Upgrades.
• Standardisierte Schnittstellen für schnelle Maschinenrelokation zwischen Fabriken.

Wartung und Instandhaltung

Die Instandhaltung in E-Mobility-Produktionszellen erfordert die Kombination aus prädiktiven Methoden und strengen Qualitätsprozeduren. Spritzgießmaschinen sind mit Sensoren für Vibrationen, Temperatur und Schneckenzuverschleiß ausgestattet, die Daten an das CMMS-System übermitteln. Die Trendanalyse ermöglicht die Planung des Austauschs von Hydraulikventilen, HEPA-Filtern oder der Kalibrierung von Drucksensoren, bevor Reklamationen auftreten.

Einmal pro Schicht wird die Sauberkeit der Arbeitszone kontrolliert, einmal pro Woche – HiPot-Tests und Messung des Oberflächenwiderstands der Teile. Werkzeuge werden alle 50 tys. Zyklen inspiziert: Reinigung der Kühlkanäle, Schmierung der Führungen, Kontrolle der Ventilnadeln. Die Automatisierung muss regelmäßig hinsichtlich Cybersicherheit aktualisiert werden, und das Traceability-System archiviert Daten für mindestens 15 l Jahre gemäß OEM-Anforderungen.

Es lohnt sich, ein Condition-Based-Maintenance-Programm einzuführen. Operatoren erfassen visuelle und akustische Defekte in einer mobilen App, und Algorithmen analysieren Korrelationen zwischen Symptomen und Ausfällen. Dadurch lassen sich geplante Stillstände um bis zu 30% verkürzen. Die Instandhaltung arbeitet auch mit Materiallieferanten zusammen – Daten aus Trocknern und Vorschubgeräten helfen, Feuchtigkeitsanomalien zu erkennen, bevor sie die Isolationsparameter von Steckverbindern beeinträchtigen.

Zusammenfassung

Der Spritzguss von E-Mobility-Komponenten verbindet höchste Qualitätsanforderungen mit enormem Zeit- und Kosten Druck. Der Schlüssel ist eine richtig konfigurierte Spritzgießmaschine – elektrisch oder hybrid – in Zusammenarbeit mit intelligenten Werkzeugen, Traceability-Systemen und umfassender Automatisierung. Komponentenanalyse, Parametrierung, IT-Integration und konsequente Instandhaltung entscheiden darüber, ob die Fabrik Millionen von HV-Steckverbindern ohne Reklamationen liefern kann. TEDESolutions unterstützt Hersteller imgesamten Lebenszyklus der Produktionszelle: vom Audit über die Inbetriebnahme bis hin zur prädiktiven Wartung, damit E-Mobility-Linien für kommende Generationen von Elektrofahrzeugen wettbewerbsfähig bleiben.