Eine smarte Wallbox für den Außenbereich sollte sich durch Anwenderfreundlichkeit, hohe Funktionaltität und ein ansprechendes Design auszeichnen. (Bild: innogy)

Eine smarte Wallbox für den Außenbereich sollte sich durch Anwenderfreundlichkeit, hohe Funktionaltität und ein ansprechendes Design auszeichnen. (Bild: innogy)

Die Energie- und Mobilitätswende nimmt Fahrt auf. Der Anteil an E-Fahrzeugen in Deutschland hat sich zum Beispiel zwischen 2016 und 2019 vervierfacht. Damit ist auch die Nachfrage nach der entsprechenden Infrastruktur stark gestiegen – also Ladesäulen und Wallboxen. 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. Solange noch genügend Geld im Topf ist – zur Verfügung gestellt vom Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur – läuft die Vergabe weiter.

Zu den Herstellern der förderfähigen Wallboxen zählt auch innogy eMobility Solutions. Das Unternehmen entwickelt und vertreibt Hardware für das Laden von Elektrofahrzeugen mit Gleich- und Wechselstrom sowie digitale Services für die Elektromobilität. Die Ladehardware lässt sich mit der proprietären Plattform als auch über andere Systeme steuern. Derzeit vernetzt die Plattform weltweit 185.000 Ladepunkte von verschiedenen Herstellern in rund 30 Ländern.

Die förderfähigen Wallboxen von innogy entstanden in Zusammenarbeit mit Pöppelmann K-TECH, die die technischen Kunststoffteile entwickelten und in die Fertigung überführten. (Bild: innogy)
Die förderfähigen Wallboxen von innogy entstanden in Zusammenarbeit mit Pöppelmann K-TECH, die die technischen Kunststoffteile entwickelten und in die Fertigung überführten. (Bild: innogy)

Kunststoffexperte gefragt

Die Entwicklung der Ladesäulen bei innogy folgte 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 Unternehmen auf der Suche nach einen Partner mit Kompetenz im Bereich der Kunststoffverarbeitung. Dieser muss in der Lage sein, die Designvorgaben umzusetzen – eine Aufgabe, die von Pöppelmann K-TECH übernommen wurde. Das Unternehmen bietet die Entwicklung und Serienproduktion präziser technischer Kunststoffteile an.

Machbarkeitsprüfung mit Quick Check

Die Pöppelmann-Unternehmensgruppe vereint alle notwendigen Schritte der Prozesskette unter einem Dach – vom Design über schnelle Entwicklungstools und den hauseigenen Werkzeugbau bis hin zur High-end-Serienproduktion. Jedes neue Projekt startet mit dem Quick Check. Dabei wird die Anfrage auf die Parameter Material, Konstruktion, Werkzeug und Prozess überprüft. Beim Material-Check spielen zum Beispiel die erforderliche Festigkeit und notwendige Temperaturbeständigkeit eine wichtige Rolle.

Die Frage nach der Konstruktion stellt frühzeitig die Weichen in der Funktionalität. Die Ermittlung des optimalen Werkzeugs 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 eine optimale Konstruktion überzuleiten. Die Boxen werden im Außenbereich installiert. Sie sind Sonneneinstrahlung ebenso wie Feuchtigkeit ausgesetzt und müssen zudem großen Temperaturunterschieden standhalten. Gleichzeitig wird bei den Ladesäulen und Wallboxen viel Wert auf ein attraktives Design gelegt. Dazu gehört beispielsweise eine ansprechende Oberfläche aus einem Guss.

Da die Produkte auch für den US-amerikanischen Markt gedacht sind, musste das Material die dort vorgeschriebene Flammschutzklasse erfüllen. 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 sehr gute Flammschutzeigenschaften entsprechend der Klasse UL94-V0 aus.

Die Wallboxen müssen Sonneneinstrahlung ebenso wie Feuchtigkeit standhalten und es darf kein Staub eindringen. Für ein ansprechendes Desgin wurde die Oberfläche aus einem Guss hergestellt. (Bild: innogy)
Die Wallboxen müssen Sonneneinstrahlung ebenso wie Feuchtigkeit standhalten und es darf kein Staub eindringen. Für ein ansprechendes Desgin wurde die Oberfläche aus einem Guss hergestellt. (Bild: innogy)

Schnell verfügbare Muster dank Rapid Prototyping

Die Entwicklungsschritte in der Konstruktion wurde durch die von Pöppelmann angebotene Dienstleistung Rapid Prototyping unterstützt. Dafür wurden zunächst aus den Entwürfen die entsprechenden CAD-Modelle entwickelt. In der additiven Fertigung wurden dann innerhalb kurzer Zeit Kleinserien aus unterschiedlichsten Materialien produziert.

Dabei greift das Unternehmen auf viele verschiedene Verfahren und Nacharbeitsschritte zurück. Dies hat den großen Vorteil, dass der Hersteller sehr schnell einen Eindruck vom jeweiligen Bauteil erhalten konnte. Da für die Prototypen ein Material verwendet wurde, das annähernd dem für die Serienfertigung vorgesehenen Material entsprach, ließen sich Haptik und Festigkeit schnell beurteilen. So wurden die Entwürfe immer weiter optimiert und gelangten in mehreren Schritten zur finalen Konstruktion.

Hier stellte vor allem der Deckel des Gehäuses die Konstrukteure vor die Aufgabe, hohe Anforderungen an Passgenauigkeit und Dichtigkeit zu erfüllen, da die Ladeboxen oftmals ungeschützt im Freien angebracht sind 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 bot sich eine Lösung aus dem Unternehmensbereich Pöppelmann KAPSTO an, das 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.

Die fertige Ladebox besteht unter anderem aus der Dockingstation, der Montagewanne und einem Frontdeckel. Sie lässt sich an der Wand oder auf einer Stele montieren. (Bild: Pöppelmann)
Die fertige Ladebox besteht unter anderem aus der Dockingstation, der Montagewanne und einem Frontdeckel. Sie lässt sich an der Wand oder auf einer Stele montieren. (Bild: Pöppelmann)

Fazit

Das Rapid Prototyping ermöglicht es Herstellern von Ladesäulen und Wallboxen, schnell materialtechnisch stark an die Serienfertigung angelehnte Muster für alle benötigten Kunststoffteile zu erhalten. Auf dieser Basis gelangen Entwürfe schneller in die finale Konstruktion. Das Ergebnis sind Wallboxen für den Außeneinsatz, die wetterfest und flammgeschützt sind – und dabei noch gut aussehen. (na)

Autorin

Sabrina Krechmann ist Marketingbeauftragte bei Pöppelmann K-TECH

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