Steckverbinder / Hochvoltsteckverbinder

M.TEC entwickelt als Engineering-Dienstleister Lösungen im Bereich Steckverbinder bzw. Hochvoltsteckverbinder für die Elektromobilität.

Steckverbinder (Entwicklungsbeispiel)

Steckverbinder und Hochvoltsteckverbinder für die E-Mobilität müssen die Antriebskomponenten im Elektrofahrzeug unter teils kritischen Randbedingungen sicher und zuverlässig verbinden. Den vielen Entwicklungs- und Produktionsrisiken begegnet M.TEC mit erprobter Engineering-Systematik und modernsten Simulationstools. So entstehen zuverlässige, robuste Steckverbinder.

Kernthemen in der Entwicklung & Konstruktion von Steckverbindern:

Dichtigkeit / Abdichtung

Hochvoltstecker müssen gegenüber eindringenden Medien abgedichtet werden. Gelangen Wasser, Staub, Salze, Chemikalien oder andere Stoffe in den Stecker kann es kurzfristig und auch langfristig zu Schäden an der Steckverbindung und an angrenzenden Komponenten kommen (Kurzschluss, Korrosion, Verschmutzung der Kontakte etc.). Der Schutz gegen Ausfälle muss in der Regel auch nach mehrfachem Lösen und Stecken der Verbindung (bei Wartungsarbeiten) gewährleistet sein. Typische Fehlerquellen sind ungünstige Bauteiltoleranzen, Bauteilverzug, das Versagen der Dichtung und die Verbindungsstellen zwischen Kontakt und dem ummantelnden Kunststoff.

Zusammenspiel aus Toleranzen, Verzug, Auslegung und Produktion

Mit frühzeitigen Toleranzanalysen und Füllsimulationsberechnungen zur Reduzierung des Bauteilverzugs reduziert M.TEC die Projektrisiken schon in der Konzeptphase. Mit unserem Know-how im Bereich der Dichtungsmaterialien, der geometrischen Gestaltung und der rechnergestützten Auslegung entwickelt M.TEC besonders funktionssichere Dichtungen. Das umfasst auch die Betrachtung und Auswahl der geeigneten Produktionsverfahren (z.B. Umspritzen von Kontakten oder das nachträgliche Fügen).

Fertigung – Spritzgießen, Fügen

Bei Steckverbindern haben alle Aspekte des Fertigungskonzepts einen großen Einfluss auf die Bauteilqualität. Wichtig ist vor allem die grundsätzliche Frage, ob Kontakte umspritzt oder nachträglich gefügt werden. Beim Umspritzen von metallischen Kontakten ist die Werkzeugtechnik besonders aufwändig; die Kontakte müssen im Werkzeug präzise und sicher fixiert werden und die Metallelemente müssen möglicherweise temperiert werden. Beim nachträglichen Fügen bzw. Einnadeln der Kontakte ist die Formteilpräzision entscheidend. Dazu gehören ein sehr geringer Bauteilverzug und eine hochgenaue Fertigung der Kontaktfenster.

Systematische Entwicklung für eine sichere Fertigung

M.TEC unterstützt mit Erfahrung und Know-how aus Entwicklung und Produktion bei der Entscheidung, welches Verfahren für den jeweiligen Steckverbinder in Summe am besten geeignet ist. Dazu entwickelt M.TEC systematisch Lösungen und evaluiert die Entwicklungsergebnisse mit Füllsimulationsberechnungen und Finite Elemente-Analysen.

Wechselwirkungen zwischen Materialien

Als Hybridbauteile bestehen Steckverbinder aus verschiedenen Materialien. Das sind vor allem Metalle, technische Thermoplaste sowie Elastomere oder Silikon im Dichtungsbereich. Diese Materialien haben stark unterschiedliche Materialeigenschaften. Dazu gehören der Wärmeausdehnungskoeffizient und ein unterschiedliches Materialverhalten bei mechanischer Belastung (Kriechverhalten von Kunststoffen). Mögliche Beschädigungen bei Steckverbindern sind etwa Spannungsrisse und Bauteilverzug, die zu schlechter Passung der Steckpartner, zu Kontaktunterbrechungen und zu Undichtigkeiten führen.

Risiken durch unterschiedliche Materialeigenschaften

M.TEC kennt die charakteristischen Merkmale der unterschiedlichen Werkstoffe und die Herausforderungen in den Fertigungsprozessen. In der Entwicklung beziehen wir diese wichtigen Aspekte auf konstruktiver Ebene ein und überprüfen die Bauteilkonzepte mit Berechnungen wie Füllsimulationen und Finite Elemente-Analysen. Bei den typischen faserverstärkten Materialien übergibt M.TEC die prozessbedingte Faserorientierung aus der Füllsimulation an die Finite Elemente-Analyse, da die Faserorientierung die Bauteileigenschaften beeinflusst.

Die Kenntnis der Wechselwirkungen und der zielgerichtete Einsatz der Simulationstools ist ein wichtiger Schlüssel in der Entwicklung von robusten Steckverbindern.

Lange Lebensdauer

Hochvoltsteckverbinder müssen über ihre gesamte Lebensdauer hinweg ausfallsicher funktionieren. Bei einem Funktionsausfall entstehen hohe Reparaturkosten, bei grundlegenden Designfehlern oder Produktionsfehlern kann es zu Rückrufaktionen kommen.

Hochvoltstecker sind großen mechanischen Belastungen beim Verbau im Fahrzeug und im Fahrbetrieb ausgesetzt (Steckkräfte in der Produktion, Vibrationen und Temperaturwechsel im Betrieb). Hinzu kommen Umwelteinflüsse durch Medien wie Wasser, Schmutzpartikel, Salze und Chemikalien sowie klimatische Einflüsse.

Funktion und Produktionsprozess berücksichtigen

In der Entwicklung gilt es, die Belastungen während der Lebensdauer ebenso zu berücksichtigen wie die Anforderungen aus der robusten Großserienproduktion. Gerade das Zusammenspiel der unterschiedlichen Materialien (Thermoplaste, Metalle, Elastomere) macht diese mehrdimensionale Betrachtung in der Entwicklung und Bauteilauslegung besonders wichtig. M.TEC kombiniert das Wissen um die Bauteilauslegung mit der Verfahrenstechnik, um Steckverbinder mit hoher Lebensdauer zu entwickeln die sich gleichzeitig effizient und robust fertigen lassen.

E-Mobility HV-Komponenten – Übersicht

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