Im Rahmen des Labors "Schaltungsentwicklung – Layout und Simulation" wurden im Sommersemester 2024 wieder Schaltungen simuliert, entworfen und zahlreiche Messungen durchgeführt. Etliche Testaufbauten entstanden auf Steckbrettern und wurden provisorisch auf den Kettenfahrzeugen in Betrieb genommen. Das Ziel: Für die Wettfahrt am Ende des Sommersemesters 2024 soll eine kleine Platine komplett entworfen werden, mit der das Kettenfahrzeug schneller als die Konkurrenz zu einer Infrarotlampe gesteuert wird. Dabei gibt es zwei ganz wesentliche Probleme, die gelöst werden müssen. Das erste Problem: Die Schaltung muss analog funktionieren, es gibt also keinen Mikrocontroller oder Prozessor. Das bedeutet auch, dass nach der Platinenbestückung "nur" noch Grenzwerte per Potentiometer einstellbar sind. Der zweite Knackpunkt ist, dass die Regelung zwischen zwei Betriebsmodi wechseln muss: Zunächst gilt es die Lampe zu "suchen", also das Kettenfahrzeug zu drehen. Danach kommt das zweite Problem: Erst wenn die Lampe sehr genau in Fahrtrichtung liegt, darf in die Vorwärtsfahrt gewechselt werden. Eine anschließende Korrektur ist in Ordnung, eine zweite Korrektur führt in der Regel bereits zu einem der hinteren "Ränge". Wenn die Schaltung getestet und in Ordnung ist, muss daraus zuerst ein Platinenlayout und anschließend eine bestückte Platine erstellt werden. Auch das Löten der Bauelemente und die Inbetriebnahme mit Fehlersuche ist deshalb ein wesentlicher Teil des Wettbewerbs und damit des Labors Schaltungsentwicklung.
Die Studierenden müssen also in begrenzter Zeit eine komplette Schaltungsentwicklung durchführen. Ausgehend von einer Schaltungsidee, dem Schaltplan, der einen oder anderen Simulation entstehen so erste Aufbauten auf einem Steckbrett. Wenn diese Schaltung gut funktioniert, wird daraus ein Platinenlayout erstellt. Nachdem die Platinen in sehr kurzer Zeit in der Hochschule Heilbronn gefertigt wurden, folgt die Inbetriebnahme.
Am 24. Juni 2024 war der Termin für die Wettfahrt: Kurz vor 14.00h sind die Studierenden vor der Aula zusammengekommen. Hier wurden noch einmal die eingestellten Spannungswerte kontrolliert und noch einmal nachjustiert. Insgesamt haben sich sieben Platinen für die Endausscheidung qualifiziert. Anschließend wurden etliche Zeitfahrten durchgeführt. Ausschlaggebend waren schließlich die mittleren Zeiten vom Start bis zur Ziellinie. Die endgültige Entscheidung fiel sehr knapp mit einem mittleren zeitlichen Unterschied zwischen dem ersten und dem siebten Platz von gerade einmal 1,1 Sekunden! Die Zeitdifferenz zwischen Platz eins und Platz drei lag sogar bei weniger als einer Zehntelsekunde. Im Sommersemester konnten wieder Preisgelder von 350,- Euro für die ersten drei Plätze der Wettfahrt vergeben werden!
Ein besonderer Dank geht an die Firma Vishay in Heilbronn, die die Veranstaltung mit Preisgeldern und der Übernahme von Materialkosten großzügig unterstützt und natürlich an Herrn Joachim Kircher und Herrn Rainer Bayer für die ausgezeichnete Unterstützung bei der Herstellung der Platinen!
Im Sommersemester 2023 war es wieder so weit: Im Rahmen des Labors "Schaltungsentwicklung – Layout und Simulation" wurde wieder emsig gemessen, Schaltungen entworfen, wieder verworfen und optimiert. Zahlreiche Testaufbauten entstanden auf Steckbrettern und wurden provisorisch auf den Kettenfahrzeugen in Betrieb genommen. Das Ziel: Für die Wettfahrt am Ende des Sommersemesters 2023 soll eine kleine Platine komplett entworfen werden, mit der das Kettenfahrzeug schneller als die Konkurrenz zu einer Infrarotlampe gesteuert wird. Dabei gibt es zwei ganz wesentliche Probleme, die gelöst werden müssen. Das erste Problem: Die Schaltung muss analog funktionieren, es gibt also keinen Mikrocontroller oder Prozessor. Das bedeutet auch, dass nach der Platinenbestückung "nur" noch Grenzwerte per Poti einstellbar sind. Der zweite Knackpunkt ist, dass die Regelung zwischen zwei Betriebsmodi wechseln muss: Zunächst gilt es nach der Lampe zu suchen, also das Kettenfahrzeug zu drehen. Jetzt kommt das zweite wesentliche Problem: Erst wenn die Lampe sehr genau in Fahrtrichtung liegt, darf in die Vorwärtsfahrt gewechselt werden. Eine anschließende Korrektur ist in Ordnung, eine zweite Korrektur führt in der Regel bereits zu einem der hinteren "Ränge". Wenn die Schaltung getestet und in Ordnung ist, muss daraus zuerst ein Platinenlayout und anschließend eine bestückte Platine erstellt werden. Auch das Löten der Bauelemente und die Inbetriebnahme mit Fehlersuche ist deshalb ein wesentlicher Teil des Wettbewerbs und damit des Labors Schaltungsentwicklung.
Die Studierenden müssen also in begrenzter Zeit eine komplette Schaltungsentwicklung durchlaufen. Ausgehend von einer Schaltungsidee, dem Schaltplan, der einen oder anderen Simulation entstehen so erste Aufbauten auf einem Steckbrett. Wenn diese Schaltung optimal funktioniert, wird daraus ein Platinenlayout erstellt. Nachdem Platinen in sehr kurzer Zeit in der Hochschule Heilbronn gefertigt wurden, folgt die Inbetriebnahme.
Am 26. Juni 2023 war "der Tag der Entscheidung": Die abschließende Wettfahrt fand vor der Aula im Foyer B-Bau statt. Insgesamt konnten sich von zehn Platinen fünf für die Endausscheidung qualifizieren. Anschließend wurden etliche Zeitfahrten und auch einige KO-Fahrten durchgeführt. Ausschlaggebend waren schließlich die mittleren Zeiten vom Start bis zur Ziellinie. Die endgültige Entscheidung fiel sehr knapp mit einem mittleren zeitlichen Unterschied zwischen dem ersten und dem fünften Platz von gerade einmal 1,2s! Im Sommersemester konnten wieder Preisgelder von 350,- Euro für die ersten drei Plätze der Wettfahrt vergeben werden!
Ein besonderer Dank geht an die Firma Vishay in Heilbronn, die die Veranstaltung mit Preisgeldern und der Übernahme von Materialkosten großzügig unterstützt und natürlich an Herrn Joachim Kircher und Herrn Rainer Bayer für die ausgezeichnete Unterstützung bei der Herstellung der Platinen!
Im Studiengang Electrical Systems Engineering (ESE) wird seit dem Wintersemester 2021/22 wieder der Schaltungswettbewerb durchgeführt. Seit September 2021 findet der Wettbewerb mit Unterstützung durch die Firma Vishay statt. Die Firma Vishay ist ein Weltmarktführer im Bereich der elektronischen Bauelemente und hat einen Entwicklungsstandort in Heilbronn. Aus diesem Grund ist das Engagement der Firma Vishay im Schaltungswettbewerb ein Glücksfall für den Studiengang ESE.
Der Wettbewerb wird in der Laborveranstaltung „Schaltungsentwicklung: Layout und Simulation“ durchgeführt. Im Rahmen des Labors erfolgt eine gründliche Einarbeitung in gängige Softwaretools für die Simulation und das Layout zur Realisierung elektronischer Schaltungen. Den Höhepunkt bildet die Entwicklung und Inbetriebnahme einer eigenen elektronischen Schaltung für den Wettbewerb. Im Schaltungswettbewerb soll ein Fahrgestell (das „Kettenfahrzeug“) mit Hilfe von Infrarotdioden möglichst schnell zu einem Infrarotscheinwerfer gefahren werden. Damit die Aufgabe nicht zu einfach ist, starten die Kettenfahrzeuge normalerweise quer oder entgegengesetzt zum Ziel. Eine weitere Randbedingung ist, dass typischerweise nur analoge Bauteile (Transistoren und Operationsverstärker) oder einfache, nicht-programmierbare Logikbausteine verwendet werden dürfen. Jeder Studierende muss sich innerhalb von einer Woche ein gutes Lösungskonzept überlegen. Gerne kann dieses Konzept auch provisorisch aufgebaut und getestet werden. Anschließend werden aus den Schaltungen Platinenlayouts erstellt, die Platinen hergestellt und von den jeweiligen Teilnehmern in Betrieb genommen. Dazu gehören natürlich die Aufgaben, die bei einem „echten“ Industrieprodukt ebenfalls erforderlich sind: Die Platinen werden bestückt, gelötet und getestet. Der Schaltungswettbewerb wird seit Ende der Corona-Pause nun wieder regelmäßig in jedem Semester im Studiengang ESE durchgeführt. „Ich bin immer wieder begeistert, wie viel Energie und Zeit die Studierenden in die Optimierung ihrer Schaltungen investieren.“, sagt Prof. Dr. Martin Alles, der den Schaltungswettbewerb zusammen mit Dipl.-Ing. (FH) Joachim Kircher ins Leben gerufen hat. Herr Kircher merkt an: „Die Kettenfahrzeuge haben für die Optimierung der Schaltungen bei den Vorbereitungs- und Wettfahrten der früheren Wettbewerbe vermutlich schon weit über 5km zurückgelegt.“
Aus Sicht des Labors „Schaltungsentwicklung: Layout und Simulation“ ist die Veranstaltung ein voller Erfolg, da die Studierenden sich erfahrungsgemäß mit großem Engagement der Planung, Entwicklung und Erstellung einer eigenen Platine widmen. Dabei stellen sie immer wieder fest, dass für eine gute und funktionsfähige Platine viele Kleinigkeiten bei der Planung und Vorbereitung zu beachten sind.
Hervorzuheben ist, dass die Firma Vishay seit dem Wintersemester 2021/22 die Durchführung des Schaltungswettbewerbs durch das großzügige finanzielle Engagement ermöglicht! Auch die ausgelobten Preisgelder von 200,- Euro, 100,- Euro und 50,- Euro verdankt der Schaltungswettbewerb bzw. das Labor Elektronische Schaltungen der Firma Vishay in Heilbronn.