CO2 – Cube

Stay healthy 2021

Ein Projekt von

Diese Webseite zeigt eine praktische Case-Study für eine erfolgreiche Produktentwicklung.

Sie erlaubt einen Blick hinter den Kulissen: Die Entstehungsgeschichte unseres praktischen CO2-Cube. Überzeugen Sie sich von unserem interdisziplinären Know-How und der dazugehörigen flexiblen Hands-On-Mentalität als Sparringspartner auf Augenhöhe für den Technologiesektor!

Idee

Wie sieht ein zuverlässiges Hygienekonzept in Zeiten von Corona aus?
Eine wichtige Voraussetzung ist ein regelmäßiges und angepasstes Lüften. Hier suchten wir nach Lösungen, die dies unterstützen können.
Den entscheidenden Anstoß lieferte im August 2020 ein Artikel in der „Zeit“, welcher den Zusammenhang zwischen ausgeatmeter Luft (CO2) und der Konzentration von Viren in der Raumluft erläuterte.

Prototyp (MVP) im Einsatz bei Rainers Vertriebsschulung im September 2020

Während einer Diskussion haben wir festgestellt, dass die Herausforderung eines zuverlässigen Hygienekonzepts auch auf unsere Freunde und Geschäftspartner zutrifft. So ist die Idee zu einem gemeinsamen Projekt entstanden: Eine Case Study mit praktischem Nutzen.

Value Proposition Design in Miro

Produktanforderung (use case)

  • Echte CO2-Messung (keine CO2-Äquivalenz-Messung)
  • Autark: Akku (Soll mindestens 8 Stunden funktionieren)
  • Aufladbar: Laden über handelsübliche Schnittstelle
  • Sicherheit: Akku darf nicht überladen werden
  • Einfach zu bedienen: Selbsterklärend, Plug and play
  • Status gut sichtbar (Anzeige Wert / Farben)
  • Akustische Warnung
  • Cooles Büro Design (CUBE)
  • Materialpreis weniger als 25€
  • QR-Code zur Bedienungsanleitung
  • Versand an Freunde und Geschäftspartner im Januar 2021

Making of …

schauen Sie hinter die Kulissen!

Dieses Projekt zeigt eine typische Situation für uns im Interim Management. Wie bei Interim-Mandaten mussten wir uns kurzfristig und zügig in neue Themen tief einarbeiten. Wir haben uns den verschiedensten technischen und logistischen Herausforderungen gestellt und sind pragmatisch in die Umsetzung gegangen.

Die erforderlichen Aufgaben gehören so nicht zu unseren alltäglichen Aufgabenstellung als Spezialisten für Vertrieb und Produkt-Management:

  • Elektronikentwicklung
  • Komponenten Sourcing in China
  • Leiterplatten Design
  • Programmierung von Mikrocontrollern
  • Mechanische Konstruktion via CAD
  • Kleinserienproduktion mit 3D-Druck & CNC-Fräse

Wir haben uns an die praktische Realisierung gewagt und ein virtuelles Team zwischen Berlin und Freiburg gebildet.

Die Kernaufgaben waren: Design, Produktentwicklung, Einkauf, Produktion, Test, Logistik und Marketing.

Funktionsweise

Der CO2-Cube misst die CO2-Konzentration mittels Infrarotspektroskopie, auch Nicht-Dispersives-Infra-Rot-Messverfahren (NDIR) genannt. Da CO2 den Einfall von infrarotem Licht auf den CO2-Sensor dämpft, ändert sich das empfangene Signal in Abhängigkeit der CO2-Konzentration der Raumluft.

Quelle: JIA, Xiaoning & Roels, Joris & Baets, Roel & Roelkens, Gunther. (2019). On-Chip Non-Dispersive Infrared CO2 Sensor Based On an Integrating Cylinder. Sensors. 19. 4260. 10.3390/s19194260.

Schaltungs- & PCB-Design

Vom Prototype auf dem Breadboard zum Entwurf der Platinen (PCB):

Nach dem Schaltungsentwurf und Layouten wurden die Daten zu dem PCB-Lieferanten nach China gesendet. 8 Tage später sind die PCBs eingetroffen!

Programmierung

Die Programmierung des populären Mikrocontrollers (ESP32) erfolgte in der Programmiersprache C++ mit rund 100 Zeilen Code. Im Verlaufe des Projektes wurde die Firmware fortlaufend optimiert und erweitert.

Elektronikaufbau

Der Großteil der Komponente wurde von unterschiedlichen Händlern in China bestellt und anschließend selbst verbaut.

Gehäuse Design

3D-Druck & CNC-Fräse

Qualitätstests

CO2-Cube im Einsatz

Bedienungsanleitung

CO2-Konzentration
ppm
Farbe
Hygienische Bewertung
Empfehlungen
< 1 000BlauHygienisch unbedenklichKeine weiteren Maßnahmen
1 000–2 000GelbHygienisch auffälligLüftungsmaßnahme
> 2 000RotHygienisch inakzeptabelLüftungsverhalten
überprüfen und
verbessern
Quelle: Umweltbundesamt

  1. Bitte beachten
    • Der CO2-Cube unterstützt bei der „AHA+ Lüften“ Regeln.
    • Der CO2-Cube kann die „AHA+L“ Regel NICHT ersetzen.
    • Der CO2-Cube kann nur in Innenräume benutzt werden.
    • Der CO2-Cube ist kein behördlich geeichtes Messgerät.
    • Der CO2-Cube ist nur für den persönlichen Gebrauch gedacht.
    • Die Benutzung des CO2-Cube erfolgt auf eigene Gefahr.
  2. Aufladen
    • Laden Sie den CO2-Cube mit dem beigelegtem Micro-USB Kabel (5V) auf.
    • Der CO2-Cube hat eine Laderegelung zum Schutz des Li-Ion Akkus.
    • Nach ca. 2-3 Stunden ist der Cube vollständig aufgeladen.
      Der interne Indikator (LED) wechselt dann von rot zu blau. Dies ist im ausgeschalteten Zustand zu erkennen, wenn Sie durch die Lüftungsschlitze schauen.
    • Ein aufgeladener CO2-Cube hat eine Laufzeit von ca. 8 Stunden.
  3. Funktion
    • Stellen Sie den CO2-Cube am besten in der Mitte des Raumes auf.
    • Eingeschaltet wird der CO2-Cube an der Vorderseite (Schwarze Seite).
    • Es erscheint die Anzeige „warm-up!“
    • Nach 3 Minuten wird der erste Messwert angezeigt.
    • Alle 30 Sekunden wird die CO2 Konzentration gemessen.
    • Bei CO2-Konzentration über 1 000 ppm ertönt ein kurzer Signalton.
    • Bitte lüften Sie nun ausreichend (Stoßlüften)!
    • Die nächste Messung erfolgt dann in 3 Minuten.
  4. Kalibrierung
    • Zum „Kalibrieren“ des CO2-Sensors stellen Sie den CO2-Cube, vor Regen geschützt, in die Umwelt, z.B. auf den Balkon bzw. ans offene Fenster. Die Frischluft hat typischerweise einen Wert um 400 ppm. Auf diesen Wert stellt sich der CO2-Sensor ein.
    • Diese automatische „Kalibrierung“ des CO2-Cube sollte etwa wöchentlich für ca. 20 Minuten erfolgen.
  5. Technische Daten
    • Arbeitsumgebung: -10 – +35 °C
    • rel. Luftfeuchtigkeit 0 – 90 %
    • Messgenauigkeit: ± (50 ppm + 5 % des Messwerts)
  6. Reinigung
    • Mit einem Reinigungstuch vorsichtig abwischen.
    • Es darf keine Flüssigkeit oder Sprühnebel in den Innenraum gelangen.