Fröccsöntő gépek az elektromobilitáshoz – HV alkatrészek gyártása 2025

Bevezetés az e-mobilitás fröccsöntő gépeibe

Az elektromos járművek globális piaca arra kényszeríti a gyártókat, hogy áttervezzék a teljes fröccsöntő cellákat. Fröccsöntő gépek, amelyek akkumulátorkomponenseket, nagyfeszültségű csatlakozókat és BMS-házakat gyártanak, a legmagasabb precizitást, tiszta folyamatot és teljes minőségi nyomonkövethetőséget kell egyesítsék. Milliós nagyságrendű mennyiségek mellett, valamint az OEM-ek ISO 21434, Automotive SPICE vagy PPAP 4 m szintű követelményei mellett a hibahatár minimális. A cikkben bemutatjuk, hogyan tervezzen meg egy olyan vonalat, amely elektromos és hibrid fröccsöntő gépeket, intelligens szerszámokat és MES nyomonkövethetőséget integrál.

A TEDESolutions az EV-gyártókkal együttműködve indít el automatizált cellákat HV-csatlakozókhoz, akkumulátormódulokhoz és tisztasági szempontból érzékeny alkatrészekhez. Ebből a útmutatóból megismeri, milyen jellemzőkkel kell rendelkeznie a gépnek, melyek a biztonsági szempontból kritikus paraméterek az elektromos biztonság terén, valamint hogyan készítse elő az inline minőségellenőrzés hátterét.

A növekvő követelmények a fenntarthatóságra is vonatkoznak. A flottaüzemeltetők szénlábnyom-nyilatkozatot követelnek, ezért a fröccsöntő gépek energiaregenerálást és médiakezelő rendszerekkel való integrációt kell kínáljanak. Ez a gyakorlatban szervo meghajtásokat jelent fékenergia-visszanyeréssel, CO₂-kibocsátás-monitorozást ciklusonként és ESG-platformokkal való kommunikációt. Ezek nélkül sok gyártó nem kapja meg a jóváhagyást az EU-s és USA-s piacokon.

További tényező az EV-programok piacra vitele (SOP) idejének lerövidítése. A gyárak moduláris cellákat igényelnek, amelyeket hetek alatt át lehet telepíteni másik országba. Ezért az új generációs fröccsöntő cellák szabványos alapkeretekre épülnek, az automatika és a fröccsöntő gépek pedig felkészültek a gyors átállásra más referenciákra.

Mi az e-mobilitás fröccsöntő gépe?

Az e-mobilitás fröccsöntő gépe olyan fröccsöntő gép, amelyet műszaki anyagok (PBT, PA6/PA66, PPS, LCP) feldolgozására konfiguráltak, amelyeket HV-csatlakozókban, szigetelőkben és akkumulátormódulokban használnak. A folyamat granulátum plasztifikálását, gyors fröccsöntését és utónyomását foglalja magában precíziós szerszámokban beépített hőmérséklet- és felületi vezetőképesség-érzékelőkkel. Szükségesek a túlfeszültség elleni biztonsági rendszerek és a szennyeződés-monitorozás az UL 94 V-0 és IEC 60664 szabványok teljesítéséhez.

A modern rendszerek zárt hurkú csigasebesség-szabályozást, aktív meleg fúvókákat és SPC-modulokat használnak, amelyek minden ciklusban 20+ jelet gyűjtenek. Így a fröccsöntő gépek ±0,01 mm dimensionalis ismétlődést biztosítanak vékonyfalú csatlakozóknál, és minimalizálják az akkumulátor üzemidőszak fázisában fellépő feszültségrepedések kockázatát.

Az e-mobilitásra dedikált gépek fejlett kezelőfelületekkel is rendelkeznek. A HMI panel a ciklus energiatérképét, a robotintegráció állapotát és a vizuális rendszer minőségi riasztásait jeleníti meg. A kezelő egy kattintással elérheti a konkrét alkatrészszám ellenőrzési dokumentációját, ami jelentősen felgyorsítja az auditokat. Ezek a megoldások kompatibilisek az OEM kibervédelmével, beleértve a hálózati szegmentációt és a receptúrák digitális aláírását.

Egyre népszerűbbek a beépített ISO 7 tiszta kamrás fröccsöntő gépek. A teljes szerszámzóna lamináris áramlású burkolatban és részecskekontroll alatt van, ami kiküszöböli a HV-szigetelőkre rakódó szennyeződéseket. A moduláris felépítés lehetővé teszi további összesítő állomások bővítését termelésmegszakítás nélkül.

A HV-komponensek fröccsöntésének fejlődéstörténete

Az első hibridjárművek nagyfeszültségű alkatrészeit hagyományos hidraulikus fröccsöntő gépeken gyártották. 2005–2010 között prototípusprojektek domináltak, ahol a anyag hőállósága volt a kulcs. A forradalom a 2013-as BEV-platformok bevezetése után következett be. Az OEM-ek batchkövetést és tisztaság-monitorozást kezdtek el követelni, ami elektromos fröccsöntő gépekre való átállást és szerszámzóna hermetizálást tett szükségessé.

2016 és 2020 között az EV-vonalak átalakulása zajlott: MES/MOM-integráció, automata rézbetét-csavarozás, kollaboratív robotok FIPG-tömítések összeszerelésére. Ma a negyedik generációs megoldásokat figyelhetjük meg, ahol a hibrid fröccsöntő gépek hidraulikus energiát (zárás) egyesítenek szervo meghajtásokkal (fröccsöntés) a ciklusidő 20 s alá csökkentéséhez. Emellett a nagy gigafabbricák redundáns cellákat terveznek a HV-csatlakozók megbízható ellátásának biztosítására.

A következő években a digitális iker cellák elterjedése várható. A virtuális környezetben végzett folyamat-szimulációval az EV-gyártók anyagváltoztatásokat vagy új csatlakozógeometriákat tesztelhetnek termelésmegszakítás nélkül. A Tederic és a TEDESolutions már ma bevezet olyan modelleket, amelyek elemzik a hűtési hőmérséklet hatását a érintkezők ellenállására és megjósolják a szerszámhibákat.

Az e-mobilitás fröccsöntésének fejlődéstörténete egyben az adatbiztonság szabványosításának története is. A 2021-es kibernetikai incidensek után több gigafabbricában az OEM-ek OT-hálózati szegmentációt vezettek be. A fröccsöntő gépek most TLS-titkosítást és tanúsítványalapú hitelesítést kell támogassanak, ami gyökeresen megváltoztatta a gépgyártók vezérlőszoftver-megközelítését.

Az e-mobilitás fröccsöntő gépeinek típusai

A meghajtástechnológia kiválasztása az alkalmazástól függ. A hidraulikus fröccsöntő gépek vastag falú szerkezeti kompozitoknál bizonyulnak alkalmasnak, ahol nagyon magas záróerő szükséges. Az elektromos gépek uralják a csatlakozók és vékonyfalú alkatrészek gyártását, mivel mozgásismétlődést és tiszta munkateret kínálnak. A hibridek kompromisszumot jelentenek – szervo meghajtást használnak fröccsöntéshez, hidraulikát záráshoz, így nagyobb szűk keresztmetszeteket kezelnek precizitásvesztés nélkül.

Kulcsfontosságú a gépek nyomonkövetési rendszerekkel való felszerelése: kapacitív érzékelők rézbetétek jelenlétének ellenőrzésére, vizuális kamerák a szerszámban és OCV (Open Circuit Voltage) biztonsági rendszerekkel való integráció. Így a cella az EV-gyár nagyobb ökoszisztémájának részévé válik.

Népszerűségük nő a kétaggregátos fröccsöntő gépek körében is, amelyek lehetővé teszik két anyag fröccsöntését egy ciklusban forgó asztal nélkül. Akkumulátoralkalmazásokban ez PBT-szigetelést egyesíthet TPE-elasztomer tömítéssel, csökkentve a összesítő műveletek számát. A felhasználók értékelik a két csiga független vezérlését, ami rugalmasságot növel rövid EV-modelsorozatoknál.

További trend a gépek vákuum- vagy inertgáz-környezetre való alkalmazkodása. Oxidációra érzékeny HV-alkatrészeknél nitrogén kapszulát helyeznek a szerszám köré. Az elektromos fröccsöntő gépek vákuumszelep-vezérlést és gáz-visszanyerő rendszereket integrálnak, így állandó feltételeket tartanak fenn külső hőmérséklettől függetlenül.

Fröccsöntő gépek HV-csatlakozókhoz

Elektromos fröccsöntő gépek 180–350 tonna záróerővel kezelik a legtöbb HV-csatlakozót. A magas fröccsöntési dinamika (több mint 400 mm/s) lehetővé teszi a mikrozáró bordák kitöltését az IP6K9K tömítettség biztosításához. Speciális szekvenciális fúvókák a melegcsatornákban egyenletes kaskádos táplálást tesznek lehetővé. A fröccsöntő géppel SCARA robot dolgozik, amely Cu-betéteket és FKM-tömítéseket helyez be, a vezérlőrendszer pedig minden alkatrészt rögzít a nyomonkövetési adatbázisban.

Előnyök:

• Csigamozgás precizitása – minimalizálja a szigetelés mikrorepedéseit.
• Folyamat tisztasága – a szerszámzónában lévő olajmentesség megfelel az elektromos tisztasági normáknak.
• Alacsony zajszint – lehetővé teszi cellák telepítését akkumulátorszerelő vonalak mellé.

Kihívások:

• Magas CAPEX – a gép és szerszám egységára többszöröse a hagyományos cellákénak.
• Hőmérséklet-menedzsment – vékony falaknál gyors reagálású termoszabályozás szükséges.
• IT-integráció – OPC UA és kibervédelem támogatása kötelező.

Figyelembe kell venni a HV-tesztrendszerekkel való kompatibilitást. Egyre gyakrabban bővítik a cellát hipoteszt-állóval, amely 1500 V-on ellenőrzi minden csatlakozót. A fröccsöntő gép ciklusadatokat kell biztosítson a teszter vezérlőjéhez, hogy a eredményt a szerszám- és cellaszámmal összekapcsolja. Ilyen integráció nélkül nehéz átmenni az OEM-auditon.

Vonalak akkumulátormódulokhoz

A modulok elemeit (keretek, fedéllemezek) hibrid fröccsöntő gépeken gyártják 650–900 tonna záróerővel. Az üvegszál- vagy szénszálas erősítésű anyagok növelik a keverési és csigaellenállósági követelményeket. A cellák gyakran kétanyagú fröccsöntést tartalmaznak – pl. PP+GF struktúra TPE-tömítéssel. A gépek forgó asztalokkal és szervo lengőfúvókákkal rendelkeznek a 2K-fröccsöntés egy ciklusban való kezelésére.

Fontos a hődeformációk ellenőrzése. A MES rendszer FBG-érzékelők alapján monitorozza a szerszám meghajlását, az adatok SPC-modulba kerülnek trendanalízisre. Így korai felismerés lehetséges a modul planáris illeszkedési problémáira a cellákhoz.

A gyártók az akkumulátorsúly csökkentését célozzák, ezért egyre gyakrabban poliamid- és szénszálas kompozitokat használnak. Ezek abrazívak, így a fröccsöntő gépnek védett hüvelyei és fúvókái kellegyenek. Emellett szerszámdegazálási rendszerek szükségesek a levegő és illékony komponensek eltávolítására a porózusság elkerülése érdekében. A forgó asztal vezérlése szinkronizált a robottal, amely hűtőbetéteket és FIPG-tömítéseket helyez el.

BMS-házak és teljesítményelektronika

A BMS-egységek és inverterek házai vékony falakat, EMC-védelmet és 125 °C hőmérsékletállóságot igényelnek. Elektromos fröccsöntő gépek 120–220 tonna itt a legmagasabb precizitást kínálják. A szerszámok alumínium betétes fröccsöntést tartalmaznak, ezért elengedhetetlen a 6 tengelyes robotintegráció és a zárás előtti betéthőmérséklet-ellenőrzés (infrafotometer). Egyes projektekben kétlemezű fröccsöntő gépeket alkalmaznak nagyobb érzékelő- és árnyékolt kábel telepítési hely biztosítására.

Szabvánnyá válnak az IPC-2221 receptúra-könyvtárakkal és automata PPAP-jelentésgenerálással rendelkező szoftvercsomagok. Így a minőségmérnökök lerövidíthetik az új komponensek minősítési idejét.

Emellett nő az EMI-védelmezés jelentősége. Egyre több projektben vezető bevonatokat нанесnek a szerszámban (in-mold coating) vagy utólag. A fröccsöntő gép plazmafúvókázó modulokkal kell együttműködjön és precíz alkatrészelhelyezést biztosítson. A minőségellenőrzés felületi ellenállás-méréseket és ESD-kisülés-teszteket foglal magában.

Felépítés és főbb elemek

Az e-mobility cella konfigurációja többet foglal magában, mint csak a fröccsöntő gépet. Szükséges elemek: szerszám hőmérséklet-érzékelőkkel a kritikus üregekben, melegcsatornás rendszer szeparáló fúvókákkal, automatizálás tolóbetétek adagolásához, nyomonkövetési rendszerek, alkatrész-levévő robotok valamint HV teszthalmazok. Az egészet OT/IT hálózat köti össze, hogy a folyamatadatok az analitikai platformra kerüljenek.

Kulcsfontosságú a tisztaság megőrzése – a cella lamináris légáramlású burkolatokkal van védve, H14 osztályú HEPA szűrők tisztítják a szerszám körül a levegőt. Emellett VOC szenzorokat és részecskeszámlálót szerelnek fel, hogy minden tétel dokumentált felületi tisztasággal rendelkezzen.

A felépítés szerves része a szerszámkezelő rendszer (Tool Management). Ez rögzíti a ciklusokat, hőmérsékleteket, riasztásokat és a szerviztörténetet. Így a karbantartó tervező láthatja minden szerszám terheltségét, és ütemezheti a felújítást termelésmegállás nélkül. Szükség esetén a cellát másik gyárba lehet áthelyezni, megőrizve az összes beállítást és dokumentációt.

HV fröccsöntő egység

Fröccsöntő egység anyagokkal dúsított szálakkal és vezető adalékokkal szemben kell helytállnia. Ezért bimetál csigákat, 12–16 kW teljesítményű fűtőzónákat valamint szervomotoros hajtást alkalmaznak, amely 800 mm/s² gyorsulást biztosít. A hőmérséklet-vezérlés minden zónában ±1 °C toleranciával rendelkezik, ami minimalizálja az anyag degradációját és a csatlakozókban lévő csapadékot. A szekvenciális fúvókákat tűszelepek vezérlik, amelyek a csiga pozíciójával szinkronizálva nyitnak.

Egyre gyakrabban szerelnek fel valós idejű viszkozitás-érzékelőket. A viszkoziméter adatai AI algoritmusokba kerülnek, amelyek automatikusan korrelálnak a paramétereket a csatlakozók elektromos méréseinek eltéréseivel. Ha a viszkozitás túllépi a küszöböt, a rendszer leállítja a tétel gyártását és értesíti a műszakvezetőt.

Az e-mobility fröccsöntő egység automata tisztító rendszerekkel is rendelkezik. Minden anyagváltás után purge ciklust végez szín- és vezetőképesség-ellenőrzéssel, a hulladék zárt, tételszámozott tárolóba kerül. Ez a megoldás minimalizálja az anyagcserével járó hibák kockázatát, amelyek szigetelési problémákhoz vezethetnek.

Záróegység és szerszám

Záróegység az EV vonalakon dinamikus hőmérséklet-változásokkal szemben kell ellenállnia. A hibrid gépek nagy áramlású hidraulikát használnak egyenletes utónyomáshoz, az elektromos verziók oszlopos szervohajtást. Kulcsfontosságú a hajláskompenzáció – lineáris érzékelők valós időben monitorozzák a záróerő eloszlását és korrigálják az utónyomást, hogy megakadályozzák a tömítések szivárgását.

A HV csatlakozók szerszámai réz betéteket, üregben lévő nyomásérzékelőket, analóg hőmérséklet-jeleket valamint inspekciós kamerákat tartalmaznak. Az adatcsatlakozókat IP67 modulokon keresztül vezetik ki, hogy a szerszámot könnyen szervizeljék a cellán kívül. Az egészet a szerszámkezelő rendszerrel integrálják, amely figyeli a ciklusok számát és ütemez prewenciós felújításokat.

Nagy jelentőségű a hűtőrendszer is. 3D nyomtatott konformális hűtőcsatornák biztosítják a hűtőközeg pontos elvezetését a HV szigetelők hotspotjaihoz. A szerszámvezérlő valós időben elemzi a hőmérsékleteket és arányos szelepeken keresztül szabályozza az áramlást. Így szűk méretszórást és dielektromos stabilitást érnek el a alkatrészeknél.

Kulcsfontosságú műszaki paraméterek

1. Záróerő (t)

A alkatrész felülett projekciója és a fröccsnyoms alapján méretezik 2000 bar. Csatlakozókhoz 180–250 t, modulokhoz akár 900 t szükséges. 10–15% buffert javasolnak a tömítés stabilitásához.

2. Fröccssebesség (mm/s)

Kritikus vékony falaknál. Modern gépek 400–600 mm/s sebességet érnek el, ami lehetővé teszi a mikrocsiatornák kitöltését és csökkenti a hegesztési vonalakat.

3. Hőmérséklet-vezérlés (°C)

Henger zónák 260–320 °C, fúvókák 280–330 °C. ±1 °C stabilitás védi a polimerek degradációjától és a dielektromos áteresztéstől.

4. Utónyomás (bar)

Valós időben monitorozott, különösen TPE elemeknél. Az utónyomás >70% nominális értékig tartása a kristályosodás végéig csökkenti a zsugorodást.

5. Folyamatkövetés

Üregben lévő nyomásérzékelőket (Kistler), hőmérséklet-, csigapozíció-érzékelőket valamint tolóbetét-azonosítást igényel. Az adatokat a MES rendszerbe mentik, amely PPAP jelentéseket generál.

6. Ciklusenergia (kWh)

Elektromos gépek 0,35–0,5 kWh/ciklus értékkel gazdálkodnak csatlakozóknál. Hibridek változó teljesítményű szivattyús hajtással 15% többet fogyasztanak, de nagyobb záróerőt kínálnak.

7. Automatizálás

Az e-mobility cellákhoz 3- vagy 6-tengelyes levévő robotok, 2D/3D látórendszerek, HV teszthalmazok (hipot 1500 V) valamint DPM lézerjelölők szükségesek.

8. Folyamatstabilitás

A Cp, Cpk indexek 1,67 felett kellegyenek a kritikus szigetelési méreteknél. Az SPC rendszer automatikusan leállítja a vonalat, ha a trend a kontrollhatárokhoz közelít. Az adatokat archiválják és OEM minőségportálokon keresztül bocsátják ügyfelek rendelkezésére.

9. Adatbiztonság

Fröccsöntő gépek receptúra-titkosítást, RFID kártyás kezelőbejelentkezést valamint elektronikus aláírással ellátott paraméterváltozat-követést kell támogassanak. A TISAX 3. szintű megfelelés egyre gyakrabban együttműködési feltétele a nagy autógyártókkal.

Alkalmazások az e-mobilityben

Trakciós akkumulátorok

HV csatlakozók, LV124 alacsony feszültségű dugók, szigetelő közékek és modulok házai gyártása. UL 94 V-0 anyagok, TüV tesztek és ±0,05 mm pontosság szükséges.

Töltőállomások és fedélzeti töltők

Fröccsöntő gépek CCS aljzatokat, inverter házakat valamint hűtőmoduleket állítanak elő. UV- és vegyszerállóság valamint IP55 tesztek számítanak.

Energiamanagement rendszerek

BMS házak, áramtranszformátor komponensek, HV dobozok szigetelő elemei. EMC paraméterek és réz betétek integrációja kulcsfontosságú.

Buszok és nehézjárművek szegmense

Vastag tömítések, szerkezeti elemek és akkumulátor tartók. Magas záróerő és termikus deformációkontroll szükséges.

Mikromobilitás

Csatlakozók elektromos rollerekhez és kerékpárokhoz, ahol az alacsony alkatrészköltség és kompakt gépek <150 t záróerővel számítanak.

Energiatároló rendszerek (ESS)

Ez a szegmens olyan dinamikusan fejlődik, mint az autóipar. Fröccsöntő gépek szigetelőket, gyűjtősín elemeket és hűtőkomponenseket gyártanak stacionárius tárolókhoz. UL 9540A tűzállóság és trópusi klímaüzemeltetés követelményei miatt a vonali páratartalom-vezérlés szabvánnyá válik.

Hogyan válasszunk fröccsöntő gépet e-mobility alkalmazásokhoz?

1. Komponens elemzés

• Projekciós felület, áramlási hossz, anyag típusa és dielektromos követelmények.
• Záróerő meghatározása + buffer.
• Üregek száma és melegcsatorna-stratégia eldöntése.

2. Teljes költség

• Elektromos vs. hibrid fröccsöntő gép TCO összehasonlítása.
• Szenzoros szerszámok és automatizálás költségeinek figyelembevétele.
• Energiafogyasztás elemzése és hővisszanyerési lehetőségek.

3. Automatizálási architektúra

• OPC UA, MQTT kompatibilitás és IEC 62443 kiberbiztonság.
• Automotive SPICE receptúrák kezelése, MES/MOM integráció.
• Folyamatmesterséges intelligencia bővíthetőség.

4. Szabványok és validációk

• ISO 9001, IATF 16949, PPAP, OEM auditok.
• IEC 60664 elektromos biztonság, UL 94.
• Egyedi alkatrészszintű nyomonkövetés.

5. Technológiai partner

• 24/7 szerviz és gigagyárakban elérhető alkatrészek.
• Moldflow szimulációk és PPAP validálási támogatás.
• Tapintásos betétcsavarozós cella-automatizálási tapasztalat.

6. Skálázhatóság

• További robotok vagy teszthalmazok bővítése a cellába vezérlőcsere nélkül.
• Hűtés- és tápellátás tartalék jövőbeli modernizációkhoz.
• Interfész-standardizálás gyors gyárközti géprelokációhoz.

Karbantartás és üzemfenntartás

Az e-mobilitás gyártócellák üzemfenntartása prediktív módszerek és szigorú minőségügyi eljárások ötvözését igényli. Fröccsöntő gépek rezgés-, hőmérséklet- és csavar kopásérzékelőkkel rendelkeznek, amelyek adatokat továbbítanak a CMMS rendszerbe. A trendek elemzése lehetővé teszi a hidraulikus szelepek, HEPA szűrők cseréjének és a nyomásérzékelők kalibrálásának tervezését, mielőtt reklamációk merülnének fel.

Műszakonként ellenőrzik a munkaterület tisztaságát, hetente hipot teszteket és az alkatrészek felületi ellenállásának mérését végeznek. A szerszámokat 50 ezer ciklusonként vizsgálják: hűtőkcsatornák tisztítása, vezetőpályák kenése, szelepes tűk ellenőrzése. Az automatizálást rendszeresen frissíteni kell kiberbiztonsági szempontból, a nyomon követési rendszer pedig legalább 15 lévig archiválja az adatokat az OEM követelményeknek megfelelően.

Érdemes állapotfüggő karbantartási programot bevezetni. A kezelők mobil alkalmazásban rögzítik a vizuális és akusztikus hibákat, az algoritmusok pedig elemzik a tünetek és a meghibásodások korrelációit. Így a tervezett állásidő akár 30%-kal is csökkenthető. Az üzemfenntartás az anyagbeszállítókkal is együttműködik – a szárítók és adagolók adatai segítik a nedvességanomáliák kiszűrését, mielőtt azok befolyásolnák a konnektorok szigetelési paramétereit.

Összefoglalás

Az e-mobilitás alkatrészek fröccsöntése a legmagasabb minőségi követelményeket ötvözi az óriási idő- és költségnyomással. A kulcs a megfelelően konfigurált fröccsöntő gép – elektromos vagy hibrid – amely intelligens szerszámmal, nyomon követési rendszerekkel és fejlett automatizálással működik együtt. A komponens elemzése, a paraméterek kiválasztása, az IT-integráció és a szigorú üzemfenntartás dönti el, hogy a gyár reklámációmentes HV konnektorokat szállít-e milliószámra. A TEDESolutions a gyártókat a cella teljes életciklusában támogatja: az audittól a beüzemelésig, a prediktív karbantartásig, hogy az e-mobilitás gyártósorok versenyképesek maradjanak a következő elektromos járműgenerációkban.