Junge Techniktalente zeigen ihr Können

Vergabe des PAUL Award 2022 mit dem Elektor Zukunftspreis während der FED-Konferenz

Im Rahmen der diesjährigen FED-Konferenz in Potsdam wurde der mit 6.000 Euro dotierte PAUL Award den drei Siegerteams verliehen. Junge Techniktalente im Alter von 15 bis 25 Jahren zeigten ihre Lösung für eine selbstgestellte Aufgabe. Die Vergabe des PCB Design Awards bildete einen weiteren Höhepunkt und zeigte das Potenzial der Leiterplattenfertigung.

Steckdosenleiste mit Brandschutz

Das Siegerteam des PAUL Awards Fisego entwickelte eine Steckdosenleiste mit integriertem Temperaturschutz auf Basis eines Mikrocontrollers, um so Brände durch Überlast zu verhindern. Die Jury würdigte die Idee, Umsetzung und Dokumentation mit dem ersten Preis und 3.000 Euro Prämie.

Das Team besteht aus Sophia Reiter (22 Jahre und Studentin der Elektrotechnik) und Fabian Goedert (der 25-jährige studiert Bauingenieurwesen). Bereits 2020 gewannen Sie den Gründerwettbewerb der Technischen Hochschule Mittelhessen (THM).
Neben dem Gewinn des Paul Awards konnten sich die beiden über den von Elektor unabhängig ausgelobten Zukunftspreis in Höhe von 3.000 Euro Medien Budget freuen. Die feierliche Übergabe fand in Potsdam statt. Damit wird Elektor das Projekt in dem kommenden Jahr medial unterstützen.

Im Prototyp der Steckdose aus dem 3D-Drucker überwacht eine Elektronik mit ATmega328, ACS712 Hallsensor und einem DS18B20 Temperatursensor den aktuellen Leistungsverbrauch und die Temperatur im Gehäuse. In einer dreistufigen Warnphase werden dem Anwender die Parameter auf einem OLED-Display angezeigt. Beim Überschreiten eines Grenzwertes erfolgt zuerst eine Warnung mit Handlungsanweisungen, bevor beim Erreichen des nächsten Grenzwertes die Steckdose automatisch abgeschaltet wird. Im Gegensatz zu Steckdosen mit Wärmesicherung oder Sicherungsautomat hat der Anwender hierbei die Möglichkeit, vor der totalen Abschaltung selbst einzugreifen und beispielsweise eine einzelne Last auszuschalten.

Selbstgestecktes Ziel der beiden Studenten ist nach Aussage von Sophia Reiter eine Mehrfachsteckdose für das Internet of Things (IoT) mit integriertem Brandschutzsystem. Welches nicht nur im privaten Bereich eingesetzt werden soll, sondern auch die Industrie überzeugt und jede beliebige Art von Maschine oder Anlage überwachen kann. Ein weiterer Schritt zu diesem Ziel wurde durch die jüngst gegründete GmbH bereits durch die Prototypenfertigung der Steckdose durch Strangpressen gemacht.

FED erkennt Nachwuchsprobleme und startet Ideen-Förderung

Der PAUL Award wurde 2020 das erste Mal ausgetragen. Dieser musste dann aber bedingt durch Corona pausieren, sodass erst dieses Jahr am 28. September die zweite Vergabe stattfinden konnte. Wie Jürgen Braunsteiner, neu gewähltes Vorstandsmitglied des Fachverband Elektronik-Design (FED), der sich fortan Fachverband Elektronikdesign und -fertigung e. V.  nennen will, in seiner Einleitungsrede vor etwa 100 Gästen betonte, steht die Branche vor einem Generationenwandel. Dabei werden die Mitglieder aus kleinen und mittleren Unternehmen wie bei vielen Berufen, mit Nachwuchsproblemen zu kämpfen haben.

Die Förderung von jungen Menschen mit kreativen Ideen ist ein Ziel: Sie sollen durch den PAUL Award motiviert werden, ihre Projekte zu entwickeln und eine Chance bekomme, diese zu präsentieren und Kontakte zur Industrie zu knüpfen.

Als Positiv-Beispiel verwies Braunsteiner auf die junge Australierin Cynthia Sin Nga Lam, die mit ihrem Projekt H2prO Schmutzwasser per Photokatalyse reinigen und dabei auch noch Strom erzeugen will. Ihr Gerät mit dem Potential die Welt zu verändern, sorgte 2014 für viel mediales Aufsehen und demonstrierte, dass neue Ideen überall zu finden sind, wenn man sich nur traut ihnen nachzujagen und an der Realisierung selbst mit einfachen Mitteln zu arbeiten.

Energy harvesting mit Peltier-Element

Das kleine Teilnehmerfeld aus fünf Kandidaten musste sich zusätzlich der Herausforderung des energy havesting stellen: Die Projekte sollten ohne externe Energiequelle auskommen. Eine Aufgabe, die auch vom Team Drink Safe gelöst wurde. Sie entwickelten einen Tassenuntersetzer, der zwar stark an ähnliche Gadgets erinnerte, die Tassen per USB warm halten, dem aber eine ganz andere Aufgabe zukommt: Der Untersatz ermittelt die Temperatur der Tasse und signalisiert über eine LED, wann das Getränk soweit abgekühlt ist, dass ein Genuss ohne sich zu verbrennen möglich ist. Angesichts von Warnhinweisen wie „hot drink“ auf Einwegbechern keine allzu abwegige Idee.

Zur Funktion wird der Effekt eines Peltier-Elements ausgenutzt, welches bei Temperaturdifferenz zwischen den beiden Seiten einen Stromfluss erzeugt. Weil der dabei erzeugte Strom sehr gering ist, bedarf es einer integrierten Step-Up-Regelung, um die LED zu steuern. Dadurch wird keine zusätzlichen Stromquelle wie Batterie oder Akku benötigt. Idee und Umsetzung brachte dem Team den dritten Platz ein.

Wetterstation und ein Batteriemanagementsystem

Mit ihrer Idee, in einem Regenrinnenfallrohr ein Wasserrad zu installieren und damit eine autarke IoT-Wetterstation zu betreiben, um ohne weitere Spannungsversorgung auszukommen, konnte ein weiteres Team die Jury leider nicht überzeugen, was möglicherweise auch daran lag, dass das Projekt auch noch mit Kinderkrankheiten kämpfte. Ob die beiden Studenten sich davon nicht abhalten lassen und weiter tüfteln oder einer neuen Idee nachgehen, konnten sie im Anschluss an die Veranstaltung selbst noch nicht beantworten.

Mit 2.000 Euro wurde der zweite Platz an Manuel Wilke vergeben, der als Student der Berliner Hochschule für Technik (BHT) im fünften Semester das Batteriemanagementsystem (BMS) nandomBMS entwickelte. Der Entwurf basiert auf einem XC4000 Cortex-M4 Microcontroller und einem LTC6813 Load-Balancer mit BMS von Analog Devices und kann bis zu 18 in Reihe angeschlossene Zellen überwachen. Über den Mikrocontroller ist eine Kommunikation mittels CAN mit der Außenwelt möglich. Die Platine soll vor allem im hauseigenen E-Buggy genutzt werden und zeichnet sich durch eine galvanische Trennung zwischen der Hochvolt- und der Niedervoltseite aus.

2023 gibt es die nächste Runde des Paul Awards vom FED

Für das nächste Jahr wünschen sich die Veranstalter vor allem mehr Teilnehmende, was unter anderem durch mehr Öffentlichkeitsarbeit erreicht werden soll. Zudem gibt es keine technische Zusatzbedingung mehr. Lediglich die Kosten sollen sich im Taschengeldrahmen bewegen, wodurch sich der Fokus wohl eher auf Schülergruppen und die Maker-Bewegung richtet. Wer einzeln oder als Team teilnehmen will, kann ab sofort seine Bewerbung einreichen und dann bis zum 30.9.2023 daran arbeiten. Alle Informationen sind auf der Seite der PAUL Award (https://www.paul-award.de) zu finden.

Vergabe des PCB Design Award

Der durch die Verleihung des PAUL Award erhoffte Förderung des Nachwuchs, folgte an den beiden nächsten Tagen die Fachkonferenz. Während die Keynote hierzu eher einem mit Worthülsen gefüllten Vortrag eines Motivationscoachs glich, bot die anschließende Vergabe des PCB Design Award durch den FED Spannung und vor allem einen interessanten Einblick in das, was Leiterplattendesigner und ‑hersteller heutzutage zu leisten in der Lage sind. Der zum sechsten Mal vergebene PCB Design Award ehrt die Leistungen von Leiterplatten-Designern im deutschsprachigen Raum, die an der Schnittstelle zwischen der Projektidee, dem Schaltplan und der späteren Produktion stehen und ist für jeden Entwickler von Leiterplatten offen. In den vier Kategorien 3D/Bauraum, High-Power, High-Density und Einfach genial wurden die Sieger und – soweit vorhanden – zweitplatzierten und Ihre Entwürfe ausgezeichnet.

Ein faszinierendes Beispiel ist das Sandwich aus winzig kleinen kreisförmigen Leiterplatten zur Steuerung einer E-Zigarette. Montiert ergibt sich eine Höhe von 3,2 mm mit einem Durchmesser von gerade einmal 6,2 mm. Die am Rand und auf der einen Seite liegenden Kontaktflächen dienen der Stromversorgung und der Änderung der Firmware des Mikrocontrollers. Auf der anderen Seite befindet sich zudem ein Drucksensor der einen zerstörungsfreien Herstellungsprozess für das ganze Modul erforderte. Für die Hersteller der E-Zigarette, die lange nach einer Lösung suchten und von den meisten Entwicklern eine Anfuhr erhielten, bedeutet die kleine Bauform, die Möglichkeit, einen äußerst schmalen Verdampfer zu bauen, der elegant und ähnliche dick wie ein konventioneller Glimmstengel ist.

In der Kategorie High Power siegte der Prototyp eines kompakten Ladegeräts für E-Bikes. Auffälliges Element der Platine sind die zwei Halbschalen für den Transformator, dessen Spulen direkt in 20 Leiterplattenlagen integriert wurden. Für einen IC-Tester mit RF-Signalen mit bis zu 21 HGz und Wasserkühlung, um bis zu 1.800 Watt Wärme abzuführen, gab es den den ersten Platz in der Kategorie High Density. Als einfach genial sah die Jury den Hochspannungserzeuger von 30.000 Volt an, bei der die 1.000 Kondensatoren als Plattenkapazitäten in die Leiterplatte integriert wurden.

Die Branche braucht einen Wandel

Auf der Ausstellungfläche präsentierten nationale und internationale Platinenhersteller und Fertiger für SMD-Schablonen ihre Möglichkeiten und Produkte. Nebenbei waren auch Vertreter aus der Metallverhüttung und Anbieter professioneller PCB-CAD-Software vertreten.

In knapp 40 Fachvorträgen bestand für die Gäste an den zwei Tagen der Konferenz die Möglichkeit, sich über aktuelle Trends zu Themen wie digitalem Lötstopplack, Niedertemperaturlöten, der klimafreundlichen Produktion oder dem Antennendesign für das Internet der Dinge. Resümierend bleibt zu hoffen, dass sich im nächsten Jahr mehr Bewerber für den PAUL und den Design Award melden und so die Chance nutzen, ihre Ideen einem breiten Publikum zu präsentieren und dadurch auch Kontakte in die Industrie zu knüpfen. Die Branche leidet wie viele MINT-spezifische Berufe an einem zunehmenden Alter der Akteure und Nachwuchsproblemen – wohl auch mit Blick auf die Qualität von Schule und Ausbildung.