Feuchtesensor: Von der Idee bis zur Serienfertigung

Kabel dran, Gehäuse drum. Das erfordert heute ein umfangreicheres Know-how als es viele Unternehmen selbst leisten können. Werner Wirth bietet Verbindungstechnik und Komponentenschutz aus einer Hand. Damit begleitet der Hersteller Produktideen als ODM wie als Produktionspartner vom Prototyp bis zur Serienfertigung.

„Mein Bekannter hatte ein Zitronenbäumchen, das er im Schuppen überwintern ließ.“ So fangen heute Erfolgsgeschichten junger Unternehmen an. Sie handeln von einem Alltagsproblem und einer raffinierten Idee, dieses zu lösen. Das Problem hier: Das Zitronenbäumchen hatte den Winter mangels Gießens nicht überstanden. Die Lösung: Bastian Klemke und sein Bekannter entwickelten einen unterirdischen Feuchtesensor, der die Pflanzenpflege überwacht. Tatsächlich folgt auf solch einen bemerkenswerten Auftakt einer Geschichte die nicht minder spannende Fortsetzung: Wie wird aus der Idee das Produkt? Und in unserem Fall: Wie kommt die Elektronik in die Anwendung?

Für Sven Höppner, Geschäftsführer des Spezialisten für Verbindungstechnik und Komponentenschutz Werner Wirth,  wird diese Frage aus zwei Gründen immer bedeutsamer in der Entwicklung und Fertigung elektronischer Produkte. Den ersten Grund sieht er in neuen Funktionsumgebungen. „Im Zuge der Digitalisierung kommt Elektronik in Bereichen zum Einsatz, in denen sie früher nicht zu finden war“, sagt Höppner. „Diese Dezentralisierung verlangt neue Lösungen mit Schutz- und Verbindungstechnik.“ 

Das führt Höppner direkt zum zweiten Grund: Auch die notwendigen Entwicklungs- und Fertigungskompetenzen sind nicht mehr zwingend an einem Ort verfügbar. „In der Folge der volatilen Wirtschaftslage beobachten wir in der Branche seit Jahren einen anhaltenden Outsourcing-Trend und die Zunahme von jungen Unternehmen, die keine eigene Produktion aufbauen.“ Die Frage, welche die Erfolgsgeschichte eines Produkts fortsetzt, muss daher auch lauten: Mit wem kommt die Elektronik in die Anwendung?

Markt für EMS und ODM ist im Aufwind

Der Markt für EMS (Electronic Manufacturing Services) und ODM (Original Design Manufacturer) befindet sich im Aufwind. Die Analysten von Market Research Future geben sein globales Volumen für das Jahr 2024 mit 809,64 Mrd. USD an. Bis 2035, so ihre Prognose, soll es sich auf 1.816,04 Mrd. USD mehr als verdoppelt haben. Die Dienstleister übernehmen Aufgaben, die von der Leiterplattenbestückung und Baugruppenmontage bis zum Engineering und zur Designentwicklung reichen. Werner Wirth ist einer von ihnen.

Das 1962 gegründete Hamburger Familienunternehmen entwickelt und fertigt Lösungen aus Verbindungstechnik und Komponentenschutz für elektronische Komponenten. Diese finden sich in so unterschiedlichen Branchen wie unter anderem dem Anlagen- & Maschinenbau, Energietechnik, Elektromobilität & Automotive bis hin zu Luftfahrt und Medizintechnik. Genauso vielseitig ist das Portfolio. Es umfasst Standardstecker, Polymere Werkstoffe und verschiedene Vergusstechnologien sowie Dienstleistungen zur Auftragsfertigung von Kabelkonfektion, Baugruppen, Verguss und Werkzeugbau.

„Für die Entwicklung von Elektronik müssen vier Aspekte berücksichtigt werden“, schildert Sven Höppner. Elektronik muss über eine sichere Verbindung dauerhaft mit Energie versorgt werden oder darüber Signale übertragen können. Sie muss über einen passenden Schutz verfügen, der unter den jeweiligen Umgebungsbedingungen die Funktionalität gewährleistet. 

Das erfordert sowohl eine Entwicklung, die diese Punkte in einen Prozess zusammenbringt, als auch Kapazitäten für die Produktion in durchgängiger Qualität. „Unser Portfolio deckt diese Bereiche ab, wodurch wir als Outsourcing-Partner auf Augenhöhe agieren können“, sagt Höppner. „Damit bringen wir die Elektronik in jede Anwendung.“

Der Sensor zum Vergraben

Bastian Klemke und sein Mitgründer waren anfangs recht weit gekommen. Sie gründeten Plantobelly und starteten den Vertrieb für ihren gleichnamigen Feuchtesensor. Dass sie mit ihrer Idee einen Nerv getroffen hatten, zeigte sich an den schnell größer werdenden Kreisen, welche die Nachfrage nach ihrem Produkt zogen. Innerhalb der ersten sechs Jahre vom Gründungsjahr 2018 bis 2024 konnte das junge Unternehmen Installationen von Deutschland bis ins europäische Ausland verzeichnen.

Abnehmer sind Städte und Gemeinden, aber auch der Gartenlandschaftsbau und Landwirte. „Mit dem Sensor überwachen Anwender zum Beispiel die Anpflanzung von Straßenbäumen und Stadtbegrünung“, erläutert Klemke. „Sie behalten die Feuchtigkeit der Vegetation per Web-Service vom Schreibtisch aus im Blick. Dadurch kann das Gießen ohne Kontrollfahrten bedarfsgenau geplant werden.“

Das System besteht aus einer Messschleife und einer Sensorbox, die über ein Sondenkabel miteinander verbunden sind. Beides wird im zu überwachenden Bereich vergraben. Die Box enthält eine Batterie, welche das System zehn Jahre lang mit Energie versorgt. Je nach Geräte-Variante übermitteln die Sensoren ihre erfassten Daten in bestehende LoRaWAN-Funknetzwerke oder autark via NB-IoT-Technologie. Empfangen werden die Daten vom Webservice, über den sich dann Bodenfeuchtigkeit, Ort, Sensorstatus sowie aktuelle Wetterdaten abrufen lassen.

Produktion musste skaliert werden

Die große Nachfrage nach Plantobelly brachte das Unternehmen, inzwischen durch Bastian Klemke allein vertreten, bald in eine kritische Phase des Produktlebenszyklus: Die Produktion musste skaliert werden. Die bestehenden Montagekapazitäten waren jedoch ausgereizt. Dazu kam, dass die vorherige Fertigung der Messschleife im 2-Komponenten-Verguss nicht skalierbar war und Probleme bei der Dichtigkeit machte. Über eine Empfehlung kam 2023 Werner Wirth ins Spiel.

Schnell war klar, dass das Jungunternehmen vom ganzheitlichen Ansatz des Hamburger Partners auf breiterer Ebene profitieren wird. „Bei unserer Entwicklungsarbeit steht nicht allein der funktionale Nutzen im Mittelpunkt“, sagt Sven Höppner. „Prozessübergreifende Themen wie Nachhaltigkeit oder Wirtschaftlichkeit spielen vollumfänglich in die finale Lösung mit ein.“ Für Plantobelly agiert Werner Wirth sowohl als ODM als auch als Produktions-Backend.

Verbindungstechnik und Komponentenschutz

Mit seiner Dienstleistung KabelkonfektionPlus erstellt Werner Wirth das Sensorkabel. Es wird abgelängt, mit der Messschleife verlötet und die Lötstellen isoliert. „Wir haben hier sehr viele enge Lötpunkte, die manuell nur schwer herzustellen sind“, so Klemke. „Da brauchen wir Erfahrung.“ Die Lötstelle wurde mit einem Komponentenschutz versehen. Dieser stellt neben der vollständigen Dichtigkeit auch die Zugfestigkeit des Kabels sicher. 

Werner Wirth umspritzt das Sensorkabel im Hotmelt Moulding, für das der Hersteller auch den Werkzeugbau übernahm. Das geforderte Maß an Dichtigkeit und Zugfestigkeit erzielt der Hersteller mit einem mehrstufigen Verfahren. Dafür wird zuerst ein Vorverguss durchgeführt, mit dem die Kabelanschlüsse sicher fixiert werden. Im Endverguss erhält das Sensorkabel seine endgültige Form. Final führt Werner Wirth die Baugruppenmontage für die Sensorbox durch, deren Bestandteile zugeliefert werden. Die Hamburger montieren Messschleife, Platine, Batterie sowie Gehäuse und spielen die Firmware auf.

Und auch in der Sensorbox steckt Fertigungs-Know-how von Werner Wirth . „Wir sind ein grünes Start-up mit einem grünen Produkt. Wir wollen keinen Elektroschrott produzieren“, so Klemke. Da jedoch die Bestandteile im Innern der Box durch einen Epoxidharz-Verguss geschützt wurde, war sie nur als Einheit zu entsorgen. „Wir haben lange nach einer Lösung gesucht, mit der die Einzelteile getrennt werden konnten, und haben viele Hersteller angefragt“, erinnert sich Klemke. „ Werner Wirth war der Einzige, der sie uns anbieten konnte.“ Ein Silikongel umschließt nun die Platine und schützt sie sicher gegen Feuchtigkeit und Korrosion. Dabei ist es weich genug, dass die Verschraubung zugänglich bleibt und sich die Bauteile nach Gebrauch wieder entnehmen lassen.

Detaillierte Dokumentation für den gesamten Prozess

Für den gesamten Prozess entstand eine detaillierte Dokumentation. Anhand von Foto- und Text-Anleitungen erfolgen alle Arbeitsschritte bei Werner Wirth nach den festgelegten Abläufen für Kabelkonfektion, Verguss und Baugruppenmontage. Treten Fehler auf, lassen sich diese genau nachvollziehen und entsprechende Maßnahmen ergreifen. „Das kenne ich von anderen Unternehmen so tatsächlich nicht“, sagt Klemke.

 Das Projekt ist exemplarisch für die vielseitigen Kompetenzen, welche das anwendungsspezifische Entwickeln und Fertigen elektronischer Geräte erfordert. Davon ist auch Bastian Klemke von Plantobelly überzeugt. Der intensive Austausch mit Werner Wirth als ODM hat sein Produkt auf die nächste Ebene gebracht. Gemeinsam haben die Partner den Schritt von der Auftrags- und Serienfertigung realisiert.

Quelle: Werner Wirth