Vstřikovací stroje pro e-mobility – výroba komponentů HV 2025

Úvod do vstřikovacích strojů pro e-mobilita

Globální trh s elektrickými vozidly nutí výrobce k přeprojektování celých vstřikovacích stanic. Vstřikovací stroje obsluhující součásti baterií, konektory vysokého napětí a pouzdra BMS musí kombinovat nejvyšší přesnost, čistotu procesu a plnou sledovatelnost kvality. Při objemech řádově milionů kusů a požadavcích OEM na ISO 21434, Automotive SPICE či PPAP úrovně 4 m je marže chyby minimální. V článku ukazujeme, jak navrhnout linku, která kombinuje elektrické a hybridní vstřikovací stroje, inteligentní formy a sledovatelnost MES.

TEDESolutions spolupracuje s výrobci EV při spouštění automatizovaných stanic pro konektory HV, moduly baterií a čistotně citlivé prvky. Díky tomuto průvodci pochopíte, jaké vlastnosti by měla mít stroj, které parametry jsou kritické pro elektrickou bezpečnost a jak připravit zázemí pro inline kontrolu kvality.

Rostoucí požadavky se týkají i udržitelnosti. Majitelé flotil požadují deklarace uhlíkové stopy, proto by vstřikovací stroje měly nabízet rekuperaci energie a integraci se systémy správy médií. V praxi to znamená využití servonapědů s rekuperací brzdicí energie, monitorování emisí CO₂ na cyklus a komunikaci s platformami ESG. Bez těchto dat mnoho výrobců nedostane homologaci na trzích EU a USA.

Dalším faktorem je zkracování času uvedení EV programu na trh (SOP). Továrny potřebují modulární buňky, které lze přemístit do jiné země během několika týdnů. Proto nová generace vstřikovacích stanic vychází ze standardních základních rámů a automatyka i vstřikovací stroje jsou připraveny na rychlou přezbrojku na jiné reference.

Co je vstřikovací stroj pro e-mobilita?

Vstřikovací stroj pro e-mobilita je vstřikovací stroj nakonfigurovaný pro práci s technickými plasty (PBT, PA6/PA66, PPS, LCP) používanými v konektorech HV, izolátorech a modulech baterií. Proces zahrnuje plastifikaci granulátu, rychlou injekci a dotlak v přesných formách s vestavěnými teplotními senzory a senzory povrchové vodivosti. Vyžadují se obvody ochrany proti přepětí a monitoring kontaminace, aby byly splněny normy UL 94 V-0 a IEC 60664.

Moderní systémy využívají uzavřenou smyčku regulace rychlosti šneku, aktivní horké trysky a moduly SPC sbírající data z 20+ signálů v každém cyklu. Díky tomu vstřikovací stroje zajišťují rozměrovou opakovatelnost ±0,01 mm u tenkostěnných konektorů a minimalizují riziko trhlin z napětí ve fázi provozu baterie.

Stroje určené pro e-mobilita jsou navíc vybaveny pokročilými obslužnými rozhraními. Panel HMI zobrazuje energetickou mapu cyklu, stav integrace s roboty a alarmy kvality ze systému machine vision. Operátor může jedním kliknutím přejít na kontrolní dokumentaci konkrétního čísla dílu, což výrazně zrychluje audity. Tato řešení jsou kompatibilní s OEM cyberbezpečností včetně segmentace sítě a digitálního podpisování receptur.

Čím důležitější se stávají vstřikovací stroje s vestavěnou čistou komorou ISO 7. Celá zóna formy je v krytu s laminárním prouděním a kontrolou částic, což eliminuje kontaminanty usazující se na HV izolátorech. Modulární konstrukce umožňuje rozšířit komoru o další montážní stanice bez přerušení provozu.

Historie vývoje vstřikování HV komponentů

První HV komponenty pro hybridní vozidla se vyráběly na klasických hydraulických vstřikovacích strojích. V letech 2005–2010 převažovaly prototypové projekty, kde byla klíčová termická odolnost materiálu. Revoluce přišla po zavedení BEV platforem v roce 2013. OEM začali požadovat sledování šarží a monitoring čistoty, což vynutilo migraci na elektrické vstřikovací stroje s hermetizací zóny formy.

Mezi 2016 a 2020 procházely EV linky transformací: integrace s MES/MOM, automatické zavrtávání měděných vložek, kolaborativní roboti montující těsnění FIPG. Dnes pozorujeme čtvrtou generaci řešení, kde hybridní vstřikovací stroje kombinují hydraulickou energii (uzavírání) se servonapědy (vstřikování) pro zkrácení doby cyklu pod 20 s. Navíc velké gigafabriky navrhují stanice s redundancí pro zajištění spolehlivosti dodávek HV konektorů.

V příštích letech očekáváme rozšíření digitálních dvojčat stanic. Díky simulaci procesu ve virtuálním prostředí budou moci EV výrobci testovat změny materiálů nebo nové geometrie konektorů bez zastavení výroby. Tederic a TEDESolutions již dnes zavádějí modely analyzující vliv chladicí teploty na rezistenci kontaktů a predikující poruchy formy.

Historie vývoje vstřikování pro e-mobilita je i historií standardizace bezpečnosti dat. Po kybernetických incidentech v několika gigafabrikách v roce 2021 OEM zavedli povinnost segmentace OT sítí. Vstřikovací stroje musí nyní podporovat TLS šifrování a autentizaci založenou na certifikátech, což radikálně změnilo přístup výrobců strojů k řídicímu softwaru.

Typy vstřikovacích strojů v e-mobilitě

Výběr technologie pohonu závisí na aplikaci. Hydraulické vstřikovací stroje se hodí pro silné stěny strukturalních kompozitů, kde je potřeba velmi vysoká uzavírací síla. Elektrické stroje dominují ve výrobě konektorů a tenkostěnných prvků, protože nabízejí opakovatelnost pohybů a čistý pracovní prostor. Hybridy jsou kompromisem – využívají servonapědy pro vstřikování a hydrauliku pro uzavírání, což umožňuje zvládnout větší přítoky při zachování přesnosti.

Klíčové je i vybavení strojů systémy sledovatelnosti: kapacitní senzory pro kontrolu přítomnosti měděných vložek, kamerové systémy v formě a integrace se systémy bezpečnosti OCV (Open Circuit Voltage). Díky tomu se stanice stává součástí většího ekosystému EV továrny.

Na popularitě rostou i dvouagregátové vstřikovací stroje, které umožňují vstřikování dvou materiálů v jednom cyklu bez potřeby otočného stolu. V aplikacích baterií to umožňuje kombinovat PBT izolaci s TPE těsněním a omezit počet montážních operací. Uživatelé oceňují nezávislé řízení dvou šneků, což zvyšuje flexibilitu u krátkých sérií EV modelů.

Dalším trendem je adaptace strojů pro práci ve vakuu nebo s inertním plynem. Pro HV komponenty citlivé na oxidaci se zavádějí dusíkové kapsle kolem formy. Elektrické vstřikovací stroje integrují řízení vakuových ventilů a systémy rekuperace plynu, díky čemuž lze udržet konstantní podmínky bez ohledu na vnější teplotu.

Vstřikovací stroje pro HV konektory

Elektrické vstřikovací stroje 180–350 tun obsluhují většinu HV konektorů. Vysoká dynamika vstřikování (nad 400 mm/s) umožňuje naplnit mikrorebra zajišťující těsnost IP6K9K. Speciální sekvenční trysky v horkých kanálech umožňují rovnoměrné kaskádové napájení. Spolu se vstřikovacím strojem pracuje SCARA robot, který vkládá Cu vložky a FKM těsnění, přičemž řídicí systém registruje každou součást v databázi sledovatelnosti.

Výhody:

• Přesnost pohybu šneku – minimalizuje mikrotřískliny izolace.
• Čistota procesu – absence oleje ve zóně formy splňuje normy elektrické čistoty.
• Nízká hlučnost – umožňuje instalaci stanic u montážních linek baterií.

Výzvy:

• Vysoký CAPEX – jednotková cena stroje a formy je mnohonásobně vyšší než u tradičních stanic.
• Řízení teploty – tenké stěny vyžadují rychle reagující termoregulaci.
• IT integrace – nutnost podpory OPC UA a cyberbezpečnosti.

Je třeba věnovat pozornost kompatibilitě se systémy HV testů. Čím dál častěji se stanice doplňuje o hypot stanici, která testuje každý konektor při 1500 V. Vstřikovací stroj musí poskytovat data z cyklu řídicímu testeru, aby bylo možné spojit výsledek s číslem formy a stanice. Bez takové integrace je těžké projít OEM audit.

Linky pro moduly baterií

Prvky modulů (rámky, kryty) se vyrábějí na hybridních vstřikovacích strojích s uzavírací silou 650–900 tun. Materiály armované skelnými nebo uhlíkovými vlákny zvyšují požadavky na míchání a odolnost šneku. Stanice často obsahují dvoumateriálové vstřikování – např. PP+GF struktura plus TPE těsnění. Stroje jsou vybaveny otočnými stoly a servorizenými kyvadlovými tryskami pro zvládnutí 2K vstřikování v jednom cyklu.

Důležitým prvkem je kontrola tepelných deformací. Systém MES monitoruje prohýbání formy na základě FBG senzorů a data jdou do SPC modulu analyzujícího trendy. Díky tomu je možné brzy odhalit problémy s planárním přilnutím modulu k článkům.

Výrobci usilují o redukci hmotnosti baterií, proto stále častěji používají kompozity na bázi polyamidu a uhlíkových vláken. Tyto materiály jsou abrazivní, proto musí mít vstřikovací stroj chráněné bušiny a trysky. Navíc jsou vyžadovány odplynovací systémy formy odstraňující vzduch a těkavé složky, aby se zabránilo porozitě. Řízení otočného stolu je synchronizováno s robotem, který ukládá chladicí vložky a FIPG těsnění.

Pouzdra BMS a výkonová elektronika

Pouzdra BMS jednotek a měničů vyžadují tenké stěny, EMC stínění a odolnost vůči teplotám 125 °C. Elektrické vstřikovací stroje 120–220 tun zde nabízejí nejvyšší přesnost. Formy obsahují vstřikování hliníkových vložek, proto je nezbytná integrace s 6-osým robotem a kontrola teploty vložky před uzavřením (infračervený teploměr). V některých projektech se používají dvoupárové vstřikovací stroje pro větší světlost na instalaci senzorů a stíněných kabelů.

Standardem se stávají software balíčky s knihovnami receptur IPC-2221 a automatickýmgenerováním PPAP reportů. Díky tomu inženýři kvality zkracují čas kvalifikace nových komponentů.

Navíc roste význam EMI stínění. Ve stále větším počtu projektů se aplikují vodivé povlaky nanášené ve formě (in-mold coating) nebo po procesu. Vstřikovací stroj musí spolupracovat s plazmovými nástřikovými moduly a zajišťovat přesné pozicování dílu. Kontrola kvality zahrnuje měření povrchové rezistence a testy odolnosti vůči ESD výboji.

Konstrukce a hlavní prvky

Konfigurace buňky pro e-mobility zahrnuje více než jen vstřikovací stroj. Nezbytné prvky tvoří: forma se teplotními senzory v kritických dutinách, systém horkých kanálů s rozdělovacími tryskami, automatizace pro podávání výsuvů, systémy sledovatelnosti, roboty pro vyjímání součástí a stanice HV testů. Celý systém je propojen v síti OT/IT, aby procesní data putovala do analytické platformy.

Klíčové je zachování čistoty – buňka je uzavřena kryty s laminárním prouděním vzduchu a filtry HEPA třídy H14 čistí vzduch kolem formy. Navíc se montují senzory VOC a částicový licítko, aby každá šarže měla zdokumentovanou čistotu povrchu.

Nedílnou součástí konstrukce je systém řízení formy (Tool Management). Zaznamenává cykly, teploty, alarmy a servisní historii. Díky tomu plánovač údržby vidí zatížení každé formy a může naplánovat opravu bez přerušení výroby. Pokud je potřeba, buňku lze přemístit do jiné továrny s plným zachováním nastavení a dokumentace.

Vstřikovací jednotka HV

Vstřikovací jednotka se musí vypořádat s materiály obohacenými vlákny a vodivými aditivy. Proto se používají bimetalové šneky, ohřevné zóny o výkonu 12–16 kW a servoúdrive zajišťující zrychlení až 800 mm/s². Kontrola teploty v každé zóně má toleranci ±1 °C, co minimalizuje degradaci materiálu a inkluze v konektorech. Sekvenční trysky jsou řízeny jehelníkovými ventily, které synchronizují otevření s polohou šneku.

Čím dál častěji se instalují senzory viskozity v reálném čase. Data z viskozimetrů putují do AI algoritmů, které automaticky korelují parametry s odchylkami v elektrických měřeních konektorů. Pokud viskozita překročí práh, systém zastaví výrobu šarže a informuje směnového lídra.

Vstřikovací jednotka pro e-mobility navíc obsahuje systémy automatického čištění. Po každé změně materiálu probíhá purge cyklus kontrolou barvy a vodivosti, odpady putují do uzavřeného kontejneru označeného číslem šarže. Toto řešení minimalizuje riziko chyb při změně materiálu, které by mohly vést k poruchám izolace.

Uzavírací jednotka a forma

Uzavírací jednotka v linkách EV musí odolávat dynamickým teplotním změnám. Hybridní stroje využívají hydrauliku s vysokým průtokem pro rovnoměrný dotlak, elektrické verze mají sloupcový servoúdrive. Klíčová je kompenzace prohýbání – lineární senzory monitorují rozložení uzavírací síly v reálném čase a upravují dotlak proti únikům v těsněních.

Formy pro HV konektory obsahují měděné výlisky, tlakové senzory v dutinách, analogové signály teploty a inspekční kamery. Dátové konektory jsou vyvedeny přes moduly IP67 pro snadný servis formy mimo buňku. Celý systém spolupracuje s nástrojovým managementem, který monitoruje počet cyklů a plánuje preventivní opravy.

Velký význam má i chladicí systém. Konformně 3D tištěné kanály dovážejí chladicí médium přesně tam, kde vznikají teplotní hotspoty v HV izolátorech. Formový regulátor analyzuje teploty v reálném čase a reguluje průtok proporcionálními ventily. Tím se udržuje úzký rozptyl rozměrů a dielektrická stabilita součástí.

Klíčové technické parametry

1. Uzavírací síla (t)

Vybraná na základě projekce plochy součásti a tlaku vstřikování do 2000 bar. Konektory vyžadují 180–250 t, moduly až 900 t. Doporučuje se rezervu 10–15% pro stabilitu těsnění.

2. Rychlost vstřikování (mm/s)

Kritická u tenkých stěn. Moderní stroje dosahují 400–600 mm/s, co umožňuje vyplnění mikrokanaálků a omezuje studené spoje.

3. Kontrola teploty (°C)

Zóny válce 260–320 °C, trysky 280–330 °C. Stabilita ±1 °C chrání před degradací polymerů a dielektrickými propichy.

4. Tlak dotlaku (bar)

Monitorovaný v reálném čase, zejména u TPE prvků. Udržení dotlaku >70% nominální hodnoty až do konce krystalizační fáze snižuje smrštění.

5. Sledování procesu

Vyžaduje tlakové senzory v dutině (Kistler), teplotní senzory, polohu šneku a identifikaci výsuvů. Data se zaznamenávají do systému MES, který generuje PPAP reporty.

6. Spotřeba energie na cyklus (kWh)

Elektrické stroje udržují 0,35–0,5 kWh/cyklus u konektorů. Hybridy s variabilním čerpadlem spotřebují o 15% více, ale nabízejí vyšší uzavírací sílu.

7. Automatizace

Buňky pro e-mobility vyžadují vyjímací roboty (3- nebo 6-osé), 2D/3D vizuální systémy, HV testovací stanice (hipot 1500 V) a laserové DPM značení.

8. Stabilita procesu

Indexy Cp, Cpk by měly být nad 1,67 u kritických izolačních rozměrů. SPC systém automaticky zastaví linku, když trend blíží se kontrolním limitům. Data se archivují a poskytují OEM klientům přes portály kvality.

9. Bezpečnost dat

Vstřikovací stroje musí podporovat šifrování receptur, logování operátorů RFID kartami a sledování změn parametrů s elektronickým podpisem. Splnění TISAX úrovně 3 je stále častěji podmínkou spolupráce s automobilovými koncerny.

Aplikace v e-mobility

Tažné baterie

Výroba HV konektorů, LV124 nízkonapěťových zástrček, izolačních podložek a korpusů modulů. Vyžaduje materiály UL 94 V-0, TüV testy a přesnost ±0,05 mm.

Nabíjecí stanice a palubní nabíječky

Vstřikovací stroje vyrábějí CCS zásuvky, kryty měničů a chladicí moduly. Důležitá je odolnost vůči UV a chemikáliím i IP55 testy.

Systémy řízení energie

Kryty BMS, komponenty proudových transformátorů, izolační prvky v HV skříních. Klíčové jsou EMC parametry a integrace měděných insertů.

Segment autobusů a těžkých vozidel

Tlusté těsnění, strukturalní prvky a bateriové držáky. Potřebná vysoká uzavírací síla a kontrola termických deformací.

Mikromobilita

Konektory pro koloběžky a elektrokola, kde záleží na nízké ceně součástí a kompaktních strojích pod 150 t.

Systémy ukládání energie (ESS)

Tento segment se rozvíjí stejně dynamicky jako automotive. Vstřikovací stroje vyrábějí izolátory, sběrné lišty a chladicí prvky pro stacionární magazíny. Požadavky zahrnují požární odolnost UL 9540A a provoz v tropickém klimatu, proto se kontrola vlhkosti v linii stává standardem.

Jak vybrat vstřikovací stroj pro e-mobility?

1. Analýza komponentu

• Projekce plochy, délka průtoku, typ materiálu a dielektrické požadavky.
• Určení uzavírací síly + rezerva.
• Stanovení počtu dutin a strategie horkých kanálů.

2. Celkové náklady

• Porovnání TCO elektrického vs. hybridního stroje.
• Zahrnutí nákladů na formu se senzory a automatizaci.
• Analýza spotřeby energie a možností rekuperace tepla.

3. Architektura automatizace

• Kompatibilita s OPC UA, MQTT a kyberbezpečností IEC 62443.
• Podpora Automotive SPICE receptur, integrace s MES/MOM.
• Možnost rozšíření o procesní umělou inteligenci.

4. Normy a validace

• ISO 9001, IATF 16949, PPAP, OEM audity.
• Elektrická bezpečnost IEC 60664, UL 94.
• Sledovatelnost na úrovni jediné součásti.

5. Technologický partner

• Servis 24/7 a dostupnost náhradních dílů v gigafabrikách.
• Podpora při Moldflow simulacích a PPAP validaci.
• Zkušenosti s automatizací buněk s vkládáním insertů.

6. Škálovatelnost

• Možnost rozšíření buňky o další roboty nebo testovací stanice bez výměny regulátoru.
• Rezerva chladicího a napájecího výkonu pro budoucí modernizace.
• Standardizace rozhraní pro rychlejší přesun strojů mezi továrnami.

Údržba a udržování

Provozní údržba v linkách e-mobility vyžaduje kombinaci predikce a přísných kvalitativních procedur. Vstřikovací stroje jsou vybaveny senzory vibrací, teploty a opotřebení šneku, které předávají data do systému CMMS. Analýza trendů umožňuje plánovat výměnu hydraulických ventilů, HEPA filtrů či kalibraci snímačů tlaku dříve, než dojde k reklamacím.

Jednou za směnu se provádí kontrola čistoty pracovní zóny, jednou týdně – hipotesty a měření povrchového odporu součástí. Vstřikovací formy procházejí inspekci každých 50 tisíc cyklů: čištění chladicích kanálů, mazání vodících lišt, kontrola jehel ventilů. Automatizaci je třeba pravidelně aktualizovat z hlediska kyberbezpečnosti a systém sledovatelnosti archivuje data po dobu minimálně 15 llet v souladu s požadavky OEM.

Je vhodné zavést program Condition Based Maintenance. Operátoři registrují vizuální a akustické vady v mobilní aplikaci a algoritmy analyzují korelace mezi symptomy a poruchami. Díky tomu je možné zkrátit plánované výpadky až o 30%. Provozní údržba spolupracuje také s dodavateli materiálů – data ze sušiček a podavačů pomáhají odhalit anomálie vlhkosti, než ovlivní izolační parametry konektorů.

Shrnutí

Vstřikování komponentů e-mobility spojuje nejvyšší kvalitativní požadavky s obrovským tlakem na čas a náklady. Klíčem je řádně nakonfigurovaný vstřikovací stroj – elektrický nebo hybridní – spolupracující s inteligentní vstřikovací formou, systémy sledovatelnosti a rozšířenou automatizací. Analýza komponentu, výběr parametrů, integrace IT a důsledná provozní údržba rozhodují o tom, zda továrna dodá miliony kusů HV konektorů bez reklamací. TEDESolutions podporuje výrobce v celém životním cyklu linky: od auditu, přes spuštění, až po prediktivní údržbu, aby linky e-mobility zůstaly konkurenceschopné pro další generace elektrických vozidel.