CNC-Bearbeitung von Ladeanschlussstiften für Elektrofahrzeuge

Die Stifte von Ladegeräten bestehen hauptsächlich aus der Kupferlegierung C18200. Diese zeichnet sich durch eine Leitfähigkeit von 85 bis 90 % des IACS-Wertes, eine Strombelastbarkeit von 49 bis 52 Mho/m (125 bis 250 Ampere), eine Temperaturerhöhung von 30 bis 50 °C über der Umgebungstemperatur und eine hohe Wärmeleitfähigkeit von 320 bis 345 W/mK aus. Die Kupferlegierung C18200 erzeugt zudem bei hohen Stromstärken eine Wärmeabgabe von 15 bis 75 W pro Kupferkontakt. Nach der Ausscheidungshärtung weist Kupfer eine hohe Streckgrenze von 380 bis 521 MPa auf. Die Legierung C18200 ist außerdem hervorragend bearbeitbar und ermöglicht präzisionsgedrehte Kontaktflächen mit einer Oberflächengüte von Ra 0.4 bis 0.8 µm. Kupfer behält seine Dimensionsstabilität über 10,00 bis 50,000 Steckzyklen.
Berylliumkupfer C17200 erzielt die besten Ergebnisse beim Wärmehärten und weist eine Streckgrenze von 1030 bis 1310 Megapascal mit Federkrafterhaltung auf. Dies ermöglicht Kontaktnormalkräfte von 10 bis 40 Newton bei gleichzeitig konstantem Kontaktdruck von 5 bis 20 Megapascal über die gesamte Lebensdauer. Diese Legierung zeichnet sich durch hervorragende Dauerfestigkeit aus und übersteht 100,000 bis 500,000 Einschubzyklen ohne Leistungsverlust. Mit einer elektrischen Leitfähigkeit von 22 bis 28 % (IACS) eignet sie sich für Anwendungen mit niedrigen Stromstärken von 1 bis 5 Ampere und ist korrosionsbeständig in Automobilumgebungen mit Temperaturschwankungen von -40 °C bis +85 °C. Messing C36000 ist ein Automatenmessing und bietet höchste Zuverlässigkeit bei der Verarbeitung. Es erreicht eine Leistung von 200 bis 400 Teilen pro Stunde beim Langdrehen. Dieses Messing der Legierung C36000 weist eine elektrische Leitfähigkeit von 28 IACS auf und eignet sich für Signal- und Sekundärkontakte. Es zeichnet sich zudem durch hervorragende Korrosionsbeständigkeit dank seiner entzinkungsbeständigen Zusammensetzung aus und ermöglicht eine kosteneffiziente Fertigung für die Serienproduktion von über 100,000 Stiften pro Jahr. Neben der Verwendung in Automobilteilen trägt Messing C36000 zur Steigerung der Gesamteffizienz vieler Maschinen bei.

Schweizer CNC-Drehmaschinen fertigen zylindrische Stiftkörper mit präzisem Durchmesser. Führungsbuchsen minimieren die Durchbiegung. Für kleine Stiftkörper von 2 bis 16 Millimetern werden die Kontaktflächen durch Hochgeschwindigkeitsdrehen mit 3000 bis 6000 U/min und Schnittgeschwindigkeiten von 150 bis 300 Metern pro Minute auf eine Rauheit von 0.4 bis 0.8 Mikrometer bearbeitet. Komplexe Geometrien wie Hinterschnitte, Nuten und Halteelemente werden mit axialer Positioniergenauigkeit über Stiftlängen von 30 bis 100 Millimetern realisiert. Mehrachsiges CNC-Fräsen erzeugt ebene Kontaktflächen mit einer Ebenheit von 0,025 mm (0.001 Zoll) für optimale elektrische Kontakte. Dazu gehören Keilnuten, Verdrehsicherungen mit einer Maßgenauigkeit von ±12,7 mm (±0,005 Zoll) sowie spezielle tulpenförmige Federkontakte mit mehreren Kontaktpunkten. Durch spitzenloses Schleifen werden kritische Passungsmaße von 6 bis 14 Millimetern und eine Durchmessergenauigkeit von ±0,001 Zoll erreicht. Die Oberflächenrauheit Ra 0.2 bis 0.4 Mikrometer ermöglicht Einpressdrücke von 30 bis 80 Newton und erfüllt die Anforderungen an reibungsloses Einpressen gemäß SAE J1772 und IEC 62196. Gewindewalzen erzeugt Montagegewinde von M4 bis M10 mit Gewindeklasse 6g und Oberflächenhärtung, wodurch die Dauerfestigkeit im Vergleich zu geschnittenen Gewinden um 30 bis 50 % erhöht wird.
Durch Galvanisierung lässt sich eine 3 bis 10 Mikrometer dicke Silberschicht mit einer 1.5 bis 3 Mikrometer dicken Nickelgrundierung aufbringen. Dies reduziert den Kontaktwiderstand auf 0.1 bis 0.3 Milliohm und schützt vor Korrosion. Für besonders anspruchsvolle Anwendungen, die einen Kontaktwiderstand unter 0.05 Milliohm und 10,000 bis 100,000 Steckzyklen erfordern, bieten wir außerdem eine 0.5 bis 2.5 Mikrometer dicke Goldbeschichtung auf Nickel an.

Wir erreichen eine Kontaktdurchmessertoleranz von ±0.002 Zoll für kritische Passungsabmessungen von 6 bis 14 Millimetern bei einer optimalen Haltekraft von 50 bis 150 Newton und einer Einpresskraft von 30 bis 80 Newton gemäß SAE J1772. Die Ebenheit der Kontaktfläche beträgt 0.001 Zoll für eine Fläche von 5 bis 20 Quadratmillimetern im elektrischen Kontaktbereich, wobei besonderer Wert auf die Minimierung von Kontaktwiderstandsspitzen gelegt wird. Die Gesamtlängentoleranz beträgt ±0.005 Zoll für Stifte von 40 bis 100 Millimetern, um eine Eingriffstiefe von 15 bis 35 Millimetern zu gewährleisten. Die Konzentrizität des Kontaktdurchmessers zur Gewindemittellinie beträgt 0.003 Zoll, die Rechtwinkligkeit der Kontaktfläche zur Stiftachse 0.002 Zoll. Die Oberflächenrauheit (Ra) der elektrischen Kontaktflächen liegt zwischen 0.4 und 0.8 Mikrometern, um Mikrolichtbögen während des Ein- und Ausschaltvorgangs zu minimieren und einen stabilen Kontaktwiderstand von 0.1 bis Ω aufrechtzuerhalten. 0.5 Milliohm für 10,000 bis 50,000 Steckzyklen und Gewindeabmessungen, die der ISO 965-1 Toleranzklasse 6g für Gewinde der Größen M4 bis M10 entsprechen, mit einem Drehmoment von 2 bis 8 Newtonmetern für Klemmenanschlüsse.

Ja, wir bieten Rapid Prototyping zur Überprüfung der Passform und zur Testmontage an. Für kritische Projekte steht die CAD-to-Part-Fähigkeit noch am selben Tag zur Verfügung. Für kundenspezifische Automatisierungszellen und Forschungsplattformen produzieren wir Kleinserien von 20 bis 500 Halterungen. Für standardisierte Robotermodelle produzieren wir Großserien von Tausenden bis Zehntausenden Halterungen pro Jahr, inklusive vollständiger Maßprüfung, Ebenheitsprüfung und Materialzertifizierungen.

Ja, alle unsere Ladestecker werden gemäß den Qualitätsmanagementsystemen der Automobilindustrie (IATF 16949:2016) gefertigt. Die Dokumentation des Produktionsprozesses zur Teilefreigabe sowie die statistische Prozesskontrolle gewährleisten eine zuverlässige Überwachung der Präzision und der elektrischen Funktionen der Stecker über einen längeren Zeitraum. Die Stecker sind kompatibel mit dem nordamerikanischen Wechselstrom-Ladestecker SAE J1772 Typ 1 und den zugehörigen Normen. Sie erfüllen die Spezifikationen, wonach der Kontaktwiderstand 0.5 Milliohm, die Einsteckkraft 30 bis 80 Newton und die thermischen Standards für Nennströme von 16 bis 80 Ampere betragen müssen. Darüber hinaus entsprechen die Stecker den Normen IEC 62196 Typ 2, GB/T 20234 und UL 2251 sowie der Norm ISO 17409, die alle Aspekte der elektrischen Sicherheit von Elektrofahrzeugen abdeckt.
Wir verfügen über Aufzeichnungen zu allen Schritten des Fertigungsprozesses, darunter die Materialzertifizierung, die die Zusammensetzung der Kupferlegierung und die Werte der elektrischen Leitfähigkeit (20 bis 90 % IACS) dokumentiert. Zudem liegen Prüfberichte zur Maßgenauigkeit vor, die eine Messunsicherheitsanalyse mittels optischer Komparatoren und Koordinatenmessgeräte sowie die Zertifizierung der Schichtdicke mittels Röntgenfluoreszenz- oder zerstörender Querschnittsanalyse umfassen. Die Aufzeichnungen beinhalten außerdem die elektrischen Prüfungen mit Kontaktwiderstandsmessungen bei verschiedenen Stromstärken von 10 bis 250 Ampere sowie die mechanischen Prüfungen, bei denen Einsteck- und Ausziehkräfte, Haltekraft und Haltbarkeit über 10,000 bis 50,000 Steckzyklen geprüft wurden. Dadurch wird sichergestellt, dass das Ladegerät während der gesamten Nutzungsdauer des Fahrzeugs 8 bis 15 Jahre lang einwandfrei funktioniert.

Wir bieten umfassende, auf die Anforderungen der Luft- und Raumfahrt zugeschnittene Veredelungslösungen:
Eloxieren (Typ II und Typ III)
Passivierung für Korrosionsbeständigkeit
Präzisionspolitur für aerodynamische Oberflächen
Maßgeschneiderte Schutzbeschichtungen und Wärmebarrieren

Für Ladestecker mit Standarddesign für SAE J1772 Typ 1 oder IEC 62196 Typ 2 beträgt die Lieferzeit 3 ​​bis 5 Wochen. Darin enthalten sind die Beschaffung des Kupferlegierungsmaterials, das Drehen im Schweizer Drehverfahren, die Versilberung der Stifte sowie die Qualitätskontrolle bei Produktionsmengen von 5,000 bis 25,000 Stiften. Kundenspezifische Designs für Stifte, die speziell für proprietäre Ladestecker oder Anwendungen mit extrem hohen Strömen über 350 Ampere entwickelt wurden, benötigen je nach Material, Versilberung und Validierungstests 6 bis 10 Wochen. Zu den Validierungstests gehören Strombelastbarkeitsprüfungen, Thermografieanalysen und weitere Kriterien, die die benötigte Lieferzeit bestimmen.
Benötigen Sie schnell Prototypen für die Steckverbinderentwicklung? Wir fertigen diese aus Kupferlegierungsstangen. Nach der Grundbeschichtung für erste elektrische und mechanische Prüfungen erhalten Sie die Prototypen innerhalb von ca. 7 bis 12 Werktagen. Für Großserien mit mehr als 100,000 Pins pro Jahr benötigen wir 8 bis 14 Wochen für die Einrichtung. Dies umfasst die Optimierung des Drehprogramms für Zykluszeiten von 20 bis 40 Sekunden, die Einrichtung automatisierter Beschichtungsanlagen mit einer Kapazität von 10,000 bis 50,000 Pins pro Tag sowie die Installation automatisierter elektrischer Prüfverfahren zur Überprüfung des Kontaktwiderstands aller Pins. Die Freigabe der Serienteile beinhaltet den Prüfbericht mit Abstempel zu Abmessungen, elektrischen und mechanischen Eigenschaften sowie die integrierte, phasenweise Lieferung, abgestimmt auf die Steckverbindermontage und die Fahrzeugproduktion.

Ja, wir entwickeln Hochstrom-Pins für Megawatt-Ladesysteme (MCS) über 500 Kilowatt mit 16 bis 20 Millimetern, 500 bis 1000 Ampere Gleichstrom-Batteriesysteme (800 bis 1500 Volt) mit Flüssigkeitskühlung und 3 bis 5 Millimetern Kanallänge, Hochspannungs-Pins für 800-1000 Volt Batterien mit mehr als 8 bis 12 Millimetern Kriech- und Luftstrecken sowie integrierte Temperaturfühler-Pins, die gleichzeitig als Leistungskontakt dienen und mit einem Thermoelement oder PT100 RTD ausgestattet sind, das die Kontakttemperatur von 20 °C bis 120 °C mit einer Genauigkeit von ±2 °C misst, für das Wärmemanagement, modulare Pin-Baugruppen mit vor Ort austauschbaren Kontaktspitzen zur Wartung und zum Austausch verschlissener Kontaktkomponenten, was die Lebenszykluskosten um 30-50 % senkt, sowie speziell konfigurierte, zweifach gegabelte Kontaktstifte mit doppelten Federstegen, die einen niedrigen Widerstand von 0.1 bis 0.3 Milliohm ermöglichen. Diese Stecker zeichnen sich durch über 50,000 bis 100,000 Steckzyklen, hermaphroditische Stifte für Ladeanschlüsse, Ausrichtungsstifte zur mechanischen Führung und elektrischen Erdung induktiver Ladesysteme von 3.7 bis 22 Kilowatt sowie Hochleistungsstifte für Nutzfahrzeuge, Busse und Lkw mit 150 bis 500 Kilowatt aus. Sie bieten erhöhte mechanische Belastbarkeit für 100,000 bis 250,000 Zyklen über eine Lebensdauer von 10 bis 15 Jahren.
Bei kundenspezifischen Designs werden Belastungstests mittels Finite-Elemente-Analyse durchgeführt, um die mechanische Spannungsverteilung durch Einpresskräfte zwischen 50 und 100 Newton und Haltekräfte zwischen 100 und 200 Newton zu bestätigen. Die Belastungstests nutzen thermische Modellierung zur Vorhersage von Kontakttemperaturanstiegen und elektrische Simulation zur Bestätigung der Stromdichte und zur Vermeidung von Hotspots. Die Einhaltung einer Stromdichte von unter 5 Ampere pro Quadratmillimeter verhindert Hotspots und Kontaktverschlechterungen.

Die Präzisionsbearbeitung gewährleistet optimale elektrische Leitfähigkeit durch eine Oberflächenrauheit (Ra 0.4 bis 0.8 µm) und minimiert die Mikrorauheit, die den Kontaktwiderstand um 0.2 bis 2 mΩ erhöht und bei hohen Strömen (125 bis 500 A) lokale Überhitzungspunkte verhindert. Die genaue Durchmessersteuerung innerhalb von ±0.001 mm (±0.002 Zoll) sorgt für die korrekte Kontaktkraft von 10 bis 40 N und erzeugt einen Kontaktdruck von 5 bis 20 MPa. Dieser ist ausreichend, um Oberflächenoxidschichten zu durchdringen und einen stabilen Kontaktwiderstand von 0.1 bis 0.5 mΩ über 10,000 bis 50,000 Steckzyklen aufrechtzuerhalten. Gleichzeitig wird die Einsteckkraft auf 30 bis 80 N begrenzt, wodurch die ergonomischen Anforderungen für die manuelle Steckverbinderbedienung erfüllt werden. Eine gleichmäßige Kontaktplanheit innerhalb von 0.003 mm maximiert die elektrische Kontaktfläche auf 10 bis 25 Quadratmillimeter und verteilt die Stromdichte auf 5 bis 20 Ampere pro Quadratmillimeter. Dadurch wird eine lokale Überhitzung verhindert, die den Kontaktverschleiß beschleunigt und den Widerstand über 5,000 Zyklen um 50 bis 200 Prozent erhöht. Eine hervorragende Rundlaufgenauigkeit innerhalb von 0.002 mm verhindert eine Fehlausrichtung der Pins beim Stecken, reduziert die Schwankungen der Einsteckkraft um 0 bis 40 Prozent und verhindert Beschädigungen der Kontaktfläche durch Gleitreibung, die Verschleißpartikel erzeugen und den Kontaktwiderstand erhöhen. Die korrekte Rechtwinkligkeit innerhalb von 2 mm gewährleistet eine gleichmäßige Kontaktdruckverteilung und verhindert Kantenkontakte, die zu einer Stromdichtekonzentration von über 50 Ampere pro Quadratmillimeter führen und somit einen schnellen Kontaktverschleiß und thermischen Ausfall verursachen. Eine gute Haftung der Beschichtung durch geeignete Oberflächenvorbereitung und kontrollierte Beschichtungsdicke von 3 bis 10 Mikrometern verhindert das Ablösen der Beschichtung bei Temperaturwechseln von minus 40 °C bis plus 85 °C sowie bei mechanischem Verschleiß von 10,000 bis 100,000 Einschubzyklen und gewährleistet so einen niedrigen Kontaktwiderstand und Korrosionsschutz über die gesamte Lebensdauer. Eine präzise Fertigung ermöglicht zuverlässige Ladeleistung in Elektrofahrzeugsystemen mit einem Wirkungsgrad von 90 bis 95 Prozent beim Wechselstromladen (Level 2) bei Leistungsstufen von 3.3 bis 22 Kilowatt, einer Schnellladefähigkeit von 50 bis 350 Kilowatt bei Strömen von 125 bis 500 Ampere und einem Spannungsabfall von maximal 0.5 bis 2 Volt an der Steckverbinderschnittstelle. Die Kontakttemperatur steigt im Dauerbetrieb mit Nennstrom um weniger als 50 °C über die Umgebungstemperatur, wodurch thermische Schäden an den Steckergehäusen und der Kabelisolierung (90 °C bis 105 °C) verhindert werden. Die Steckzyklenfestigkeit beträgt über 10,000 für Pkw und 50,000 bis 100,000 für öffentliche Ladeinfrastruktur, wobei der Anstieg des Kontaktwiderstands auf maximal 50 Prozent des Ausgangswerts begrenzt ist. Die Lebensdauer ist für einen Fahrzeugbetrieb von 8 bis 15 Jahren mit 500 bis 3000 Ladevorgängen pro Jahr bei Pkw, 2000 bis 5000 Ladevorgängen bei Flottenfahrzeugen und 5000 bis 10,000 Ladevorgängen bei Großraumfahrzeugen ausgelegt. Ladevorgänge an öffentlichen Ladestationen, die von mehreren Fahrzeugen gleichzeitig genutzt werden.