Die Auszubildenden der Unternehmensgruppe Energieversorgung Mittelrhein (evm-Gruppe) helfen mit, die Corona-Pandemie zu bekämpfen: Sie stellen derzeit mithilfe eines 3D-Druckers selbst entwickelte CO₂-Ampeln her. Die kleinen Geräte sollen in den Räumen der unternehmenseigenen Ausbildungswerkstatt daran erinnern, regelmäßig zu lüften. Zehn Geräte haben sie bereits gebaut. Zukünftig wollen die angehenden Elektroniker auch ihre Berufsschule und vielleicht auch die Partnerschulen der evm-Gruppe mit der Technik unterstützen.

Im Kampf gegen Aerosole

Aerosole sind zum neuen Feindbild in der Corona-Pandemie geworden. Die kleinen Partikel, die beim Ausatmen, Niesen und Husten produziert werden, sind für die Verbreitung des Virus verantwortlich. Eine Lösung: regelmäßiges Lüften und sogenannte CO₂-Ampeln. Die kleinen Geräte geben einen Alarm, wenn die Kohlendioxid-Konzentration im Raum eine kritische Marke übersteigt. Ideal für Schulen, in denen oft viele Schüler gemeinsam auf kleinem Raum sitzen. Das Problem: Die Technik hat oft lange Lieferzeiten oder ist sehr teuer. Hier wollte Florian Arzbächer, Ausbilder bei der evm-Gruppe, unterstützen: „Ich habe in einer Fachzeitschrift einen Artikel über CO₂-Ampeln gelesen und dachte mir: Das können wir auch.“ Gesagt, getan. Der Elektronikermeister entwirft zusammen mit seinen Schützlingen nicht nur das Gehäuse, das mithilfe eines 3D-Druckers produziert wird, sondern auch die Software dahinter. „Das Projekt macht wirklich großen Spaß, begeistert für die Technik und passt perfekt in den Ausbildungsplan zum Elektroniker“, so Arzbächer. „Denn das macht die evm-Gruppe aus: Wir integrieren Digitalisierung von Anfang an in unseren Arbeits- und Ausbildungsalltag und machen unsere Azubis so fit für die Zukunft.“

Alarm ab 900 ppm

Ein orangenes Gehäuse samt Deckel aus dem 3D-Drucker, eine Platine, ein Akku und ein Display: Mehr braucht es nicht. Aus diesen Bestandteilen bauen die Azubis der evm-Gruppe ihre ganz eigenen und selbst designten CO₂-Ampeln. Rund acht Stunden dauert die Produktion der Einzelteile inklusive 3D-Druck, eine weitere braucht der Zusammenbau und 30 Minuten die Kalibrierung an der frischen Luft. Die Geräte messen vor allem die Kohlendioxid-Konzentration im Raum: Bei 900 ppm erscheint eine optische Warnung, die anzeigt, dass gelüftet werden sollte. Steigt die Konzentration weiter auf 1300 ppm, ertönt ein schrilles Signal, das erst verschwindet, wenn gelüftet wurde. Daneben messen die eigens produzierten Ampeln auch wichtige Raumklima-Parameter wie Temperatur und Luftfeuchtigkeit. „Gewöhnliche CO₂-Ampeln, die im Handel zu kaufen sind, leuchten nur rot, gelb und grün. Unsere Geräte haben wir darüber hinaus mit einem Display ausgestattet, das die genauen Werte anzeigt. Außerdem haben wir einen Akku integriert, der einen Betrieb über mindestens 24 Stunden möglich macht“, erklärt der Ausbilder. Während die Azubis die meisten Bestandteile vom Gehäuse bis zur Platine selbst herstellen, musste der CO₂-Sensor extern beschafft werden. „Das war gar nicht so einfach“, erinnert sich Arzbächer. „Wir waren wochenlang auf der Suche, bis wir endlich lieferbare Sensoren finden konnten. Das Thema ist sehr aktuell, bestärkt uns aber umso mehr, weiter daran zu arbeiten.“ Und die Azubis haben schon neue Ideen für ihr Projekt: Als nächstes sollen die Geräte nicht nur die aktuellen Werte anzeigen, sondern auch aufzeichnen, sodass ein Verlauf mit Statistiken möglich wird. So könnte zukünftig die durchschnittliche Luftqualität ganz einfach überwacht werden.

Live-Test in Berufsschule

Die zehn aktuell produzierten CO₂-Ampeln haben sich im Praxistest bereits bewährt. „Ich hatte die Ampel mit in der Berufsschule. Wir sind 13 Personen in einem Raum. Da hat der Sensor in einer Unterrichtsstunde teilweise mehrfach Alarm gegeben“, erzählt einer der Auszubildenden. Im Schulalltag erreicht die Kohlendioxidkonzentration schnell die kritische Marke von 1000 ppm. Je nach Schüleranzahl und Raumgröße kann das alle zehn bis zwanzig Minuten passieren. Dann muss gelüftet werden. Erst wenn der CO₂-Anteil in der Luft wieder gering genug ist, hört das Gerät der evm-Gruppe auf, einen Signalton abzugeben. „Ignorieren wird also schwierig“, lacht Arzbächer. „Wir haben sehr gute Erfahrungen mit unseren Ampeln gemacht – in unseren eigenen Räumen und in denen der Berufsschule. Wir werden nun weitere Sensoren beschaffen, um noch mehr Geräte produzieren und diese an unsere Partnerschulen verteilen zu können. So tragen wir unseren Teil zum Kampf gegen die Corona-Pandemie bei.“


In 5 Schritten zur CO₂-Ampel

1. 3D-Druck
3D-Drucker

Das zuvor in einem 3D-Cad Programm entwickelte Gehäuse wird auf dem 3D-Drucker ausgedruckt. Der Drucker benötigt dazu ca. 6 Stunden.


2. Platine herstellen
Platine für CO2-Ampel wird gebohrt

Auf der zuvor geätzten Platine werden Löcher gebohrt werden. Durch sie werden die "Beinchen" der einzelnen Bauteile gesteckt, damit sie anschließend verlötet werden können.


3. Löten
CO2-Ampel wird zusammengelötet

Die verschiedenen Bauteile wie Mikrocontroller, Display, Sensor und Ladeelektronik werden über eine selbst hergestellte Breakoutplatine miteinander verbunden. 


4. Zusammenbau
CO2-Ampel  Schraubenzieher 

Die Komponenten werden in das Gehäuse eingebaut. Dazu gehören Platine, Akku, Display, LED-Streifen und Schalter.


5. Kalibrierung
CO2-Ampel Luftmessung

Die CO₂-Sensoren werden an der frischen Außenluft kalibriert. Hierzu werden bestimmte Befehle per Software, über den Mikrocontroller, an den Sensor gesendet. Auch die Software haben unsere Azubis selbst programmiert.