Viele Elektronik-Prototypen funktionieren auf dem Labortisch und erreichen trotzdem nie die Serie. Selten liegt es an der Idee selbst: Das Lastenheft war unvollständig, Bauteile wurden ohne Blick auf die Verfügbarkeit gewählt, niemand hat geplant, wie die Baugruppe in der Fertigung geprüft wird, oder das Design wurde nie so dokumentiert, dass ein anderes Team weiterarbeiten kann.

Dieser Leitfaden führt Phase für Phase durch den kompletten Ablauf der Prototypenentwicklung in der Elektronik: was passiert, welche Ergebnisse jede Phase liefern muss und welche Fehler am teuersten sind. Ein reales Projekt – die Modernisierung des Kranhaken-Systems LudwigHook für LUDWIG SYSTEM – zeigt, wie ein strukturiertes Vorgehen aus einem gewachsenen, undokumentierten System eine solide Basis für die Weiterentwicklung macht.

Der Ablauf im Überblick

Professionelle Prototypenentwicklung durchläuft sechs Phasen. Jede Phase endet mit einem definierten Ergebnis und einer Entscheidung: weiter, ändern oder stoppen. Diese Meilensteine halten Kosten und Risiken unter Kontrolle.

Phase 1: Anforderungen und Lastenheft

Alles Weitere baut auf dieser Phase auf. Ziel ist ein Lastenheft, das beantwortet, was das Produkt leisten muss, unter welchen Bedingungen und in welchem Markt.

Was es abdecken muss:

• Funktion und Leistung, einschließlich messbarer Grenzwerte
• Einsatzumgebung: Temperaturbereich, Feuchte, Vibration, Schock, Schutzart
• Stromversorgung: Spannungsbereich, Transienten, Batteriebetrieb, Leistungsbudget
• Schnittstellen nach außen: Feldbus, Industrial Ethernet, CAN, RS-485, USB, Funk, Display und Touch
• geltende Richtlinien und Normen für die Zielmärkte
• erwartete Serienstückzahl, Produktlebensdauer und Servicekonzept

Typischer Fehler: Die Entwicklung mit einer Funktionsliste statt mit messbaren Anforderungen zu starten. Jeder offene Punkt wird zur Annahme oder zur späteren Änderung.

Phase 2: Konzept und Architektur

In der Konzeptphase werden die Anforderungen in eine technische Struktur übersetzt. Hier fallen die wichtigsten Kosten- und Risikoentscheidungen.

• Systemarchitektur: Aufteilung in Funktionsblöcke wie Stromversorgung, Controller, Sensorik, Kommunikation und HMI, mit definierten Schnittstellen dazwischen.
• Plattformwahl: Mikrocontroller, Embedded-Prozessor oder FPGA; Bare-Metal, Echtzeitbetriebssystem oder Embedded Linux.
• Make-or-Buy: Welche Funktionen werden entwickelt, welche über bewährte Module oder Zukaufteile abgedeckt?
• Softwarestruktur: Modulgrenzen und Schnittstellenverträge, damit Hard- und Software unabhängig entwickelt und getestet werden können.
• Kommunikationskonzept: interne Protokolle zwischen Teilsystemen und externe Protokolle zu Geräten, Steuerungen oder Basisstationen.
• Risikoliste: technische Unsicherheiten, die früh geklärt werden müssen, zum Beispiel mit einem Machbarkeitsnachweis (Proof of Concept).

Typischer Fehler: Das Konzept überspringen und direkt mit dem Schaltplan beginnen. Ohne dokumentierte Architektur betrifft jede spätere Änderung das gesamte System.

Phase 3: Hardwareentwicklung

In der Hardwareentwicklung wird das Konzept in Schaltplan, Stückliste und Leiterplattenlayout umgesetzt.

• Schaltplanentwicklung mit Auslegung von Stromversorgungen, Schutzbeschaltungen und analogen Eingangsstufen.
• Bauteilauswahl mit Prüfung von Verfügbarkeit, Lebenszyklusstatus, Temperaturbereich und Zweitquellen.
• Leiterplattenlayout: Lagenaufbau, Impedanzkontrolle für schnelle Signale, Trennung von Analog-, Digital- und Leistungsbereichen, thermische Auslegung, Kriech- und Luftstrecken.
• EMV-gerechtes Design: Filter-, Masse- und Schirmungskonzepte ab dem ersten Layout.
• Design-Review vor dem ersten Aufbau: Schaltplan und Layout werden gegen Anforderungen und Fertigungsregeln geprüft.

Typischer Fehler: Bauteile nur nach Funktion und Preis auswählen. Ein Bauteil, das zwei Jahre nach Markteinführung abgekündigt wird, erzwingt ein teures Redesign.

Phase 4: Firmware und Software

Die Firmware macht aus der Hardware ein funktionierendes Produkt. Sie macht oft einen großen Teil des Entwicklungsaufwands aus.

• Board Support und Treiber für alle Peripherien
• Applikationslogik, Zustandsautomaten und Fehlerbehandlung
• Kommunikationsstacks und Protokolle
• Bedienoberfläche auf Displays und Touchpanels
• Update-Mechanismen, Sicherheitsfunktionen und Logging
• Testsoftware für die Entwicklung und für den Serientest

Typischer Fehler: Firmware ohne klare Modulgrenzen schreiben. Code, der ohne Struktur wächst, ist schwer zu testen, zu erweitern und zu übergeben.

Phase 5: Muster und Pilotserie

Die meisten Elektronikprojekte durchlaufen mehrere Musterstufen. Jede Stufe hat einen anderen Zweck.

Typischer Fehler: Die Pilotserie überspringen. Probleme bei Bestückung, Prüfung oder Dokumentation zeigen sich dann im ersten Serienlos, wo sie am teuersten sind.

Phase 6: Validierung und Serienüberführung

Bevor die Serienfertigung beginnt, muss das Produkt nachweisen, dass es alle Anforderungen erfüllt und zuverlässig gefertigt und geprüft werden kann.

• Funktions- und Umweltprüfungen gegen das Lastenheft
• EMV- und Sicherheitsprüfungen für die Zielmärkte, zum Beispiel als Grundlage der CE-Kennzeichnung in der EU
• Serientestkonzept: Testpunkte, Prüfadapter und Testsoftware
• vollständige Dokumentation: Schaltpläne, Stückliste, Fertigungs- und Prüfanweisungen
• Planung der Lebenszyklusbetreuung: Ersatzteile, Reparaturen und Obsoleszenzmanagement

Fertigungs- und testgerecht entwickeln: von Anfang an an die Serie denken

Ein Prototyp ist nur dann wertvoll, wenn daraus ein fertigbares Produkt entsteht. Deshalb gehören Fertigungs- und Prüfanforderungen in das erste Layout, nicht in das letzte.

• DFM (Design for Manufacturing): Bauteilplatzierung und -abstände, Nutzenkonzept, Passermarken, Lötbarkeit und Bestückungsseiten.
• DFT (Design for Test): zugängliche Testpunkte, Programmierschnittstellen, Selbsttestfunktionen in der Firmware.
• Dokumentation: Ein Design, das nur sein ursprünglicher Entwickler versteht, ist ein Risiko für jede spätere Änderung.

Langzeitverfügbarkeit beginnt mit dem ersten Prototyp

Produkte für Industrie- und Medizintechnik bleiben oft zehn Jahre oder länger am Markt. Die Bauteile des ersten Prototyps entscheiden, ob das ohne Redesign möglich ist. Wer Lebenszyklusstatus und Zweitquellen schon bei der Bauteilauswahl prüft und Obsoleszenzmanagement von Beginn an einplant, sichert die Investition in die Entwicklung.

Praxisprojekt: Wie LUDWIG SYSTEM die Basis für den LudwigHook neu gelegt hat

Der LudwigHook von LUDWIG SYSTEM ist ein funkgesteuerter Lasthaken für Mobil-, Turmdreh- und Hafenkrane, im Innen- und Außeneinsatz. Es gibt ihn als Standardversion bis 2,5 t und als XL-Version bis 5,3 t. Er kommuniziert auf 868 MHz mit rund 50 m Reichweite und arbeitet mit einem Akku samt eigener Ladestation.

Ausgangslage

Elektronik und Software waren über Jahre gewachsen – ohne durchgängige Architektur und ohne strukturierte Dokumentation. Eine frühere externe Entwicklung auf Time-and-Material-Basis hatte nicht das gewünschte Ergebnis gebracht. LUDWIG SYSTEM suchte einen Partner, der das bestehende System zuerst versteht und dokumentiert, bevor neuer Code entsteht.

Vorgehen: Konzeptphase mit vier Arbeitspaketen

Statt mit neuem Code begann das Projekt mit einer strukturierten Konzeptphase. Sie war in vier Arbeitspakete mit jeweils eigenem Ergebnis gegliedert. So konnte LUDWIG SYSTEM Paket für Paket über das weitere Vorgehen entscheiden.

Was dieses Projekt für Ihre Entwicklung zeigt

• Konzept vor Code: Auch bei einem bestehenden Produkt ist eine dokumentierte Architektur der schnellste Weg zu verlässlichen Änderungen.
• Arbeitspakete mit eigenem Ergebnis: Jedes Paket liefert etwas Verwertbares und gibt Ihnen einen klaren Entscheidungspunkt.
• Dokumentation ist Teil des Produkts: Sie macht das System wartbar, erweiterbar und unabhängig von einzelnen Entwicklern.
• Eine Basis für die Zukunft: Auf einer strukturierten Grundlage können weitere Produktlinien auf derselben Architektur aufbauen.

Die vollständige Fallstudie lesen: LUDWIG SYSTEM – Kranhaken trifft Embedded Electronics.

Checkliste: Ist Ihr Prototyp bereit für die Serie?

• Das Lastenheft ist vollständig, abgestimmt und versioniert.
• Architektur und Schnittstellen sind dokumentiert.
• Alle Bauteile sind auf Verfügbarkeit, Lebenszyklusstatus und Zweitquellen geprüft.
• DFM- und DFT-Regeln sind im Layout umgesetzt.
• EMV-Vormessungen wurden durchgeführt und ausgewertet.
• Die Firmware ist modular aufgebaut, ihre Schnittstellen sind dokumentiert.
• Ein Serientestkonzept mit Testpunkten und Testsoftware liegt vor.
• Eine Pilotserie wurde mit Serienprozessen aufgebaut und bewertet.
• Die Dokumentation reicht aus, damit Dritte das Produkt fertigen und warten können.
• Ersatzteile, Reparaturen und Obsoleszenzmanagement sind eingeplant.

Wenn Sie noch nicht jeden Punkt abhaken können, ist das in der Prototypphase normal. Die Checkliste zeigt, wo die verbleibenden Risiken liegen – und wo ein strukturierter Entwicklungspartner helfen kann.

So begleitet T&O Electronic Solutions Sie von der Idee bis zur Serie

T&O Electronic Solutions entwickelt und fertigt seit 1990 elektronische Systeme – für mehr als 800 Kunden aus Industrie- und Medizintechnik.

• Kostenloses Erstgespräch und Unterstützung beim Lastenheft.
• Konzept- und Architekturarbeit, die vor der Entwicklung eine dokumentierte Basis schafft – wie im Projekt LudwigHook.
• Individuelle Hard- und Software aus einem Team, auf Basis bewährter, wiederverwendbarer Baukastenmodule.
• Prototypen, Klein- und Pilotserien sowie Serienfertigung, im eigenen Haus oder mit qualifizierten Fertigungspartnern, mit einem festen Ansprechpartner für das gesamte Projekt.
• Langfristige Betreuung: Obsoleszenzmanagement, Reparaturen und Ersatzteilversorgung.
• Displays und HMIs aus unserer eigenen Business Unit Display Solutions.
• Qualitätsmanagement nach ISO 9001, mit Standorten in Hausham (Deutschland) und Ramsen (Schweiz).

Sie möchten wissen, was Ihr Projekt kostet? Lesen Sie unseren Beitrag „Was kostet die Entwicklung eines Elektronik-Prototyps? Kostenfaktoren, Spannweiten und Spartipps“.

Häufige Fragen (FAQ)

Wie lange dauert die Entwicklung eines Elektronik-Prototyps?

Das hängt vom Reifegrad des Lastenhefts, der Komplexität von Hardware und Firmware, der Bauteilverfügbarkeit und der Anzahl der Musterstufen ab. Ein realistischer Zeitplan entsteht zusammen mit der Schätzung, nachdem die Anforderungen geklärt sind.

Was ist der Unterschied zwischen A-, B- und C-Muster?

Das A-Muster weist nach, dass das Design funktioniert. Das B-Muster ist ein überarbeitetes, seriennahes Design für erweiterte Tests. Das C-Muster bzw. die Pilotserie wird mit Serienprozessen aufgebaut und weist nach, dass das Produkt reproduzierbar gefertigt werden kann.

Übernehmen Sie auch ein bestehendes Produkt, das anderswo entwickelt wurde?

Ja. Wie im Projekt LudwigHook ist der erste Schritt, das bestehende System zu verstehen und zu dokumentieren. Auf dieser Basis kann das Produkt überarbeitet, erweitert oder auf verfügbare Bauteile umgestellt werden.

Wann lohnt sich eine Konzeptphase?

Fast immer – besonders bei komplexen Systemen, bei Produkten mit sicherheitsrelevanten Funktionen und bei bestehenden Produkten ohne Dokumentation. Eine Konzeptphase mit definierten Arbeitspaketen liefert klare Ergebnisse und Entscheidungspunkte, bevor größere Investitionen anfallen.

Brauchen wir eine Pilotserie?

Für Produkte, die in Serie gehen: ja. Eine Pilotserie zeigt, ob Bestückung, Prüfung und Dokumentation unter Serienbedingungen funktionieren, bevor das erste Serienlos gefertigt wird.

Wem gehört das Design nach der Entwicklung?

Die Rechte an Schaltplänen, Layoutdaten und Quellcode werden im Entwicklungsvertrag geregelt. Klären Sie das vor Projektstart.

Können Entwicklung, Prototypenbau und Serienfertigung bei einem Partner bleiben?

Ja. Ein Partner vom Konzept bis zur Serie vermeidet Übergabeverluste zwischen Entwicklungsbüro, Layoutdienstleister und Fertiger und hält das Wissen über das Produkt an einer Stelle.