Eine smarte Wallbox für E-Fahrzeuge in schickem Design, wetterbeständig und flammgeschützt – das ist das Ergebnis einer gemeinschaftlichen Entwicklungsarbeit von innogy und Pöppelmann K-TECH®. Das Technologieunternehmen aus Dortmund setzte auf die Kompetenz des Kunststoffexperten aus Lohne. 2019 gingen drei Modelle der Wallbox in Serie – und tragen dazu bei, die zunehmende Zahl an Elektrofahrzeugen zuverlässig mit Strom zu versorgen.

Die Energie- und Mobilitätswende nimmt Fahrt auf. Einen wichtigen Part im Energiekonzept der Zukunft nehmen E-Fahrzeuge ein. Deren Marktanteil hat sich in Deutschland im Zeitraum zwischen 2016 und 2019 mehr als vervierfacht, meldete das Bundesumweltamt im September 2020. Damit ist auch die Nachfrage nach der entsprechenden Infrastruktur stark gestiegen: Immer mehr Ladesäulen werden benötigt. Um eine flächendeckende Verfügbarkeit zu erreichen, soll eine staatliche Förderung einen Schub verleihen: Die KfW-Bank hat im November 2020 ein Zuschussprogramm aufgelegt, das den Einbau von Ladeboxen für Elektrofahrzeuge an privaten Wohngebäuden mit jeweils 900 Euro fördert. Die Vergabe läuft, so lange noch Geld, das vom Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur zur Verfügung gestellt wurde, im Topf ist.

Zu den Herstellern der förderfähigen Wallboxen zählt die innogy eMobility Solutions GmbH. Das Technologieunternehmen aus Dortmund entwickelt und vertreibt Hardware für das Laden von Elektrofahrzeugen mit Gleich- und Wechselstrom sowie digitale Services für Elektromobilität. Die Ladehardware kann sowohl mit der innogy eMobility-Plattform als auch über andere Systeme gesteuert werden. Die Plattform vernetzt schon heute weltweit 185.000 Ladepunkte von verschiedenen Herstellern für Geschäftskunden in rund 30 Ländern.

Kunststoffexperte als passender Partner

Die Entwicklung der Ladesäulen bei innogy folgt dem Anspruch, eine attraktive Optik mit hoher Funktionalität und Anwenderfreundlichkeit zu vereinen. Zur Realisierung der drei Wallbox-Modelle eBox smart, eBox professional und eBox touch war das Technologieunternehmen Ende 2016 auf der Suche nach einem passenden Partner, der in der Lage war, die Designvorgaben mit entsprechender Kunststoffkompetenz umzusetzen. Fündig wurde innogy in dem Kunststoffspezialisten Pöppelmann K-TECH®, einer Division der Pöppelmann Gruppe aus Niedersachsen. Zu den Kernkompetenzen des Geschäftsbereichs K-TECH® zählen die Entwicklung und Serienproduktion hochpräziser technischer Kunststoffteile. Hersteller unterschiedlichster Branchen setzen auf das Knowhow aus Lohne, wenn es um innovative, funktionale und beständige Produkte aus Kunststoff geht.

Machbarkeitsprüfung mit Quick-Check

Die Experten von Pöppelmann K-TECH® unterstützten innogy mit umfassendem Know-how und langjähriger Erfahrung. Großes Plus des Kunststoffspezialisten: Die Unternehmensgruppe vereint alle notwendigen Schritte der Prozesskette unter einem Dach – vom Design über schnelle Entwicklungstools und den hauseigenen Werkzeugbau bis hin zur effizienten High-end-Serienproduktion. Jedes neue Projekt startet bei Pöppelmann K-TECH® mit dem Quick Check. Dabei wird die Anfrage auf die Parameter Material, Konstruktion, Werkzeug und Prozess überprüft. Beim Material-Check spielen z. B. erforderliche Festigkeit und notwendige Temperaturbeständigkeit eine wichtige Rolle. Die Frage nach der Konstruktion stellt frühzeitig die Weichen in der Funktionalität. Die Ermittlung des optimalen Werkzeuges schließt Produktions- und Zykluszeiten mit ein. Bei der Fertigung nimmt die Automatisierung eine zentrale Stellung ein, damit entschieden werden kann, mit welcher Technologie und unter welchen Vorgaben am besten produziert wird und was die Werkzeuge leisten müssen. Schließlich werden nachgeschaltete Prozesse, z. B. die Montage, sowie Sauberkeitsanforderungen und Qualitätsaspekte, ebenfalls miteinbezogen.

Im Falle der Wallboxen von innogy lautete die Aufgabe, die anspruchsvollen Designvorgaben in die optimale Konstruktion überzuleiten. Dominik Haupt, Hardware Systemarchitekt bei innogy erläutert: „Die Boxen werden im Außenbereich installiert. Sie sind Sonneneinstrahlung ebenso wie Feuchtigkeit ausgesetzt und müssen zudem großen Temperaturunterschieden standhalten. Gleichzeitig legen wir bei unseren Ladesäulen Wert auf ein attraktives, modernes Design. Dazu gehört beispielsweise eine ansprechende Oberfläche aus einem Guss. Da die Produkte auch in den USA eingesetzt werden sollten, musste das Material die dort vorgeschriebene Flammschutzklasse erfüllen.“ In der funktionalen Ausgestaltung des Designs konnte Pöppelmann K-TECH® seine jahrzehntelange Erfahrung in der Kunststoffbranche voll ausspielen. Bei der Materialauswahl spielten Festigkeit, mechanische Stabilität und Bruchverhalten eine entscheidende Rolle. Der schließlich gewählte Kunststoffverbund weist im Außeneinsatz eine hohe Beständigkeit auf und zeichnet sich durch beste Flammschutzeigenschaften entsprechend der Klasse UL94-V0 aus.

Schnell verfügbare Muster dank Rapid Prototyping

Die Entwicklungsschritte in der Konstruktion wurde durch die von Pöppelmann angebotene Dienstleistung Rapid Prototyping unterstützt. Dafür entwickelten die Pöppelmann Experten aus den Entwürfen zunächst CAD-Modelle. In der sogenannten additiven Fertigung wurden dann innerhalb kürzester Zeit Kleinserien aus unterschiedlichsten Materialien produziert. Dabei greift der Kunststoffspezialist auf viele verschiedene Verfahren und Nacharbeitsschritte zurück. Dominik Haupt erläutert: „Das hatte den großen Vorteil, dass wir sehr schnell einen Eindruck von dem jeweiligen Bauteil erhalten konnten. Da für die Prototypen ein Material verwendet wurde, das annähernd dem für die Serienfertigung vorgesehenen Material entsprach, konnten wir gleich einen guten Eindruck von der Haptik und Festigkeit gewinnen. So wurden die Entwürfe immer weiter optimiert und wir sind in mehreren Schritten zur finalen Konstruktion gelangt.“

Hier stellte vor allem der Deckel des Gehäuses die Konstrukteure vor die Aufgabe, höchste Anforderungen an Passgenauigkeit und Dichtigkeit zu erfüllen, da die Ladeboxen oftmals ungeschützt im Freien angebracht werden und keine Feuchtigkeit und kein Staub eindringen darf. Die Abdeckung wird in einem mehrstufigen Spritzgussprozess aus vier verschiedenen Kunststoffkomponenten gefertigt. Verschiedene Tests in Dichtigkeitskammern bei Pöppelmann stellten sicher, dass der Deckel optimal auf der Gehäuseschale sitzt und für eine zuverlässige Abdichtung sorgt. Zur weiteren Abdichtung der Wallbox fanden die Experten von K-TECH® eine Lösung bei der Division Pöppelmann KAPSTO®, die Kappen und Stopfen herstellt, welche empfindliche Bauteile während der Fertigung, der Lagerung und dem Transport vor Beschädigung oder Verschmutzung schützen. Ein passender Artikel aus dem Standardsortiment, der Verschlussstopfen GPN 300 V112, wird zur Abdichtung der Ladebox gegen die Wand, an der sie angebracht ist, eingesetzt.

Die fertige Ladebox besteht unter anderem aus der Dockingstation, der Montagewanne und einem Frontdeckel. Ihre Anbringung ist flexibel, sie lässt sich entweder an die Wand montieren oder auf eine Stele setzen. Die drei Wallbox-Modelle eBox smart, eBox professional und eBox touch eignen sich für sämtliche Fahrzeuge mit Typ-2/CCS 2 Anschluss (Europa) oder Typ-1/CCS 1 Anschluss (USA). Die smarten Ladeboxen lassen sich über eine App steuern und bieten dem Anwender viele nützliche Features und Funktionen, z. B. Informationen zum Stromverbrauch. Einige wenige Funktionsteile, wie z. B. die Steckdose, die Platine und der Lichtring, stammen von anderen Lieferanten. Zur Endmontage gehen die Bauteile für die Wallboxen an einen weiteren Partner.

In enger Partnerschaft zum optimalen Ergebnis

Dominik Haupt freut sich über das erfolgreiche Ergebnis: „Mit Pöppelmann K-TECH® stand uns ein kompetenter Partner zu Seite, der sein umfangreiches Kunststoff-Know-how und langjährige Erfahrung in der Entwicklung hochpräziser technischer Bauteile in das Projekt eingebracht hat. So konnten wir die einzelnen Projektschritte in enger Kooperation schnell umsetzen und sind schließlich zu einem optimalen Ergebnis gelangt.“ 2019 gingen die Bauteile für Ladeboxen bei Pöppelmann K-TECH® in Serienproduktion, bedienen nun den boomenden Markt der Elektrofahrzeuge und sind auch im Rahmen des Zuschussprogramms verfügbar, solange die Gelder vorhanden sind. Die Kooperation hat die beiden Partner innogy und Pöppelmann K-TECH® auf einem ganz anderen Gebiet weiter vorangebracht. Dominik Haupt erzählt: „Für uns war die Zusammenarbeit gleichzeitig der Einstieg in das Rapid Prototyping. Inzwischen besitzt auch unsere Entwicklungsabteilung einen eigenen 3D-Drucker.“ Sven Richter ergänzt: „Und auf dem Pöppelmann Werksgelände stehen nun gleich mehrere Ladeboxen von innogy für die E-Fahrzeuge von Pöppelmann.“

Infokasten

In Kooperation zur smarten Ladebox für E-Autos

Die innogy eMobility Solutions GmbH setzte auf Pöppelmann K-TECH® zur Entwicklung ihrer smarten Wallbox zum Laden von Elektrofahrzeugen. Der Kunststoffspezialist aus Lohne bot dem Technologieunternehmen detailliert abgestimmte Prozessschritte und alle erforderlichen Kompetenzen unter einem Dach – vom ersten Entwurf über Rapid Prototyping für schnelle Muster bis hin zur Serienproduktion. Das Ergebnis der Zusammenarbeit ist eine smarte, optisch ansprechende Ladebox in drei Varianten, die 2019 in Serie ging und nun den boomenden Markt der E-Fahrzeuge bedient.

Über Pöppelmann

Die Pöppelmann GmbH & Co. KG aus dem niedersächsischen Lohne ist einer der führenden Hersteller in der kunststoffverarbeitenden Industrie. Mit über 2.500 Mitarbeitern weltweit produziert das Unternehmen an fünf Standorten Standardprodukte und Sonderanfertigungen aus Kunststoff.

Deeplinks

https://www.poeppelmann.com/de/k-tech/startseite/

https://www.innogy-emobility.com/de.html

https://www.poeppelmann.com/de/k-tech/kompetenzen/quick-check/