Vom Prototyp zur Serie: Der Ablauf der IoT-Elektronikentwicklung

Die Phasen im Überblick

In der Elektronikentwicklung hat sich eine Abfolge von Phasen mit klaren Freigabepunkten etabliert. Bezeichnungen und Stückzahlen unterscheiden sich von Unternehmen zu Unternehmen, die Logik ist aber gleich: Jede Phase beantwortet eine bestimmte Frage, bevor mehr Geld gebunden wird.

1. Anforderungen – was muss das Gerät wo, wie lange und zu welchen Kosten leisten?
2. Machbarkeitsnachweis – ist das größte technische Risiko überhaupt lösbar?
3. Prototyp – funktioniert ein eigenes Design in realistischer Form?
4. EVT (Engineering Validation Test) – erfüllt das Design die funktionalen Anforderungen?
5. DVT (Design Validation Test) – besteht es Umwelt- und Zulassungsprüfungen?
6. PVT (Production Validation Test) – kann die Fertigung es zuverlässig in Stückzahl bauen?
7. Serienproduktion – Hochlauf, Rückmeldungen aus dem Feld fließen ins Design zurück.

1. Anforderungen: hier sind Änderungen am günstigsten

Gute Anforderungen an ein IoT-Gerät sind konkret und messbar: Akkulaufzeit bei einem genannten Meldeintervall, Betriebstemperaturbereich, Schutzart, Gehäusegröße und Gewicht, Zielmärkte (sie bestimmen die Zulassungen), verfügbare Funkversorgung am Einsatzort und Zielkosten bei realistischer Stückzahl. Vage Vorgaben wie „lange Laufzeit“ oder „robust“ kosten später Monate. Jeder Punkt dieser Liste verändert die Hardware – in einem Dokument ist eine Änderung weitaus günstiger als auf einer Leiterplatte.

2. Machbarkeitsnachweis: das größte Risiko zuerst

Der Machbarkeitsnachweis entsteht meist aus Entwicklungs- und Evaluierungsboards. Er muss nicht wie ein Produkt aussehen, sondern früh die riskanteste Frage beantworten: Reicht die Funkverbindung vom Feld bis zum Gateway? Erfasst der Sensor, was er erfassen soll? Ist das Energiebudget realistisch? Eng und schnell ist hier das Ziel.

3. Prototyp: die erste eigene Leiterplatte

Die erste eigene Platine bringt Bauteile, Stromversorgung, Antenne und Firmware in annähernd finaler Größe zusammen. Jetzt zeigen sich Probleme, die Entwicklungsboards verdecken: Antennenleistung im Gehäuse, ein Ruhestrom, der wegen einer einzigen Leckstelle zehnmal höher ist als erwartet, oder ein Steckverbinder, der nicht passt. Mindestens eine Platinenrevision sollte eingeplant sein.

4. EVT: erfüllt das Design die Spezifikation?

EVT-Muster entstehen mit serienreifen Bauteilen und nahezu finalem Layout, meist in kleiner Stückzahl. Jede Anforderung wird geprüft und dokumentiert: Funktionen, Stromaufnahme in jedem Betriebszustand, Funkleistung, Sensorgenauigkeit, Firmwareverhalten. Fehler sind hier noch vergleichsweise günstig zu beheben. Ein häufiger Fehler ist, bereits jetzt teure Serienwerkzeuge wie Spritzgussformen zu bestellen.

5. DVT: Umweltprüfungen und Zulassung

DVT-Muster sollten mit serienreifen Prozessen und Werkstoffen gebaut werden, denn sie durchlaufen die Umweltprüfungen (Temperatur, Feuchte, Vibration, Fall, Wasser und Staub) sowie Vorab- und Zulassungsmessungen. Bei vernetzten Geräten ist die Zulassung oft die größte einzelne Verzögerung – es lohnt sich, sie von Anfang an einzuplanen.

Was für Deutschland, Österreich und die EU gilt

• CE-Kennzeichnung: Für Geräte mit Funk gilt die Funkanlagenrichtlinie (RED, 2014/53/EU). Seit August 2025 gehören dazu für viele internetfähige Funkgeräte auch Cybersicherheitsanforderungen.
• Cyber Resilience Act: Die EU-Verordnung stellt weitere Anforderungen an Produkte mit digitalen Elementen; die wesentlichen Pflichten gelten ab Dezember 2027. Wer heute ein vernetztes Produkt plant, sollte Update-Fähigkeit und Schwachstellenmanagement von Beginn an berücksichtigen.
• Exportmärkte: Für Großbritannien gilt die UKCA-Kennzeichnung (CE wird für viele Produktgruppen weiter anerkannt), für die USA eine FCC-Zulassung nach Part 15.
• Batterien: Lithiumzellen und -akkus brauchen für den Versand eine Prüfdokumentation nach UN 38.3.

Vorzertifizierte Funkmodule, ein Antennendesign nah an der Referenz des Modulherstellers und Vorab-Messungen vor der formalen Prüfung senken das Risiko eines späten Fehlschlags deutlich.

6. PVT: die Fertigung nachweisen

PVT ist der erste Lauf auf der echten Fertigungslinie mit finalen Werkzeugen, Prüfadaptern und Prozessen. Die Frage lautet nicht mehr „funktioniert das Design?“, sondern „funktioniert jedes Gerät, und können wir es belegen?“. Dafür müssen Entscheidungen zu fertigungs- und prüfgerechtem Design früh gefallen sein: Testpunkte auf der Leiterplatte, eine Programmier- und Kalibriervorrichtung, ein Endtest und die Erfassung von Seriennummer, Firmwarestand und Prüfergebnis je Gerät.

Firmware läuft parallel zur Hardware

Die Firmwareentwicklung wartet nicht auf die finale Hardware. Sie beginnt auf Entwicklungsboards und reift mit jedem Muster. Zwei Funktionen sollten früh eingeplant werden: sichere Over-the-Air-Updates, damit Geräte im Feld ohne Rückruf korrigiert werden können – auch im Hinblick auf den Cyber Resilience Act –, und Ferndiagnose mit Akkuspannung, Signalstärke und Reset-Ursachen.

Wo IoT-Hardwareprojekte typischerweise scheitern

• Anforderungen ohne Einsatzumgebung oder Zielmärkte.
• Serienwerkzeuge, bevor das Design validiert ist.
• Zulassung als letzter Schritt statt als Designvorgabe.
• Akkulaufzeit im Labor gemessen statt unter realen Funk- und Temperaturbedingungen.
• Kein Konzept für Prüfung in der Fertigung und Updates im Feld.

Landwirtschaft und Tiere: zusätzliche Anforderungen

Geräte für Höfe und Tiere bringen eigene Randbedingungen mit: große Temperaturschwankungen, Schlamm, Wasser und Ammoniak, Tiere, die beißen, scheuern und treten, weite Wege zum nächsten Gateway – und Nutzer, die eine ganze Saison ohne Wartung erwarten. Diese Punkte gehören vom ersten Tag an in die Anforderungen, denn sie bestimmen Gehäuse, Akku und Funkwahl.

Häufige Fragen

Wie lange dauert die Entwicklung eines IoT-Geräts?

Das hängt von Komplexität, Zulassungsumfang und der Zahl der Platinenrevisionen ab – Vorsicht also bei pauschalen Zusagen. Für ein vernetztes Gerät mit eigener Leiterplatte, Funk und Gehäuse erstreckt sich der Weg von den Anforderungen bis zur Serie häufig über viele Monate. Zulassungsprüfungen, Gehäusewerkzeuge und Bauteil-Lieferzeiten sind oft die längsten Posten und gehören deshalb von Anfang an in die Planung.

Was bestimmt die Entwicklungskosten?

Die wichtigsten Faktoren sind die Zahl der Funktionen und Sensoren, die eingesetzten Funktechnologien, die Zielmärkte (jeder bringt Zulassungsaufwand), Umweltanforderungen wie Wasserdichtheit, das Gehäuse mit seinen Werkzeugen sowie die Stückzahl. Klare Anforderungen senken die Kosten zuverlässiger als alles andere, weil sie Neukonstruktionen vermeiden.

Kann ein Entwicklungsboard oder Modul direkt ins Produkt?

Für sehr kleine Stückzahlen oder Pilotprojekte kann ein fertiges Modul oder System-on-Module eine sinnvolle Abkürzung sein. In der Serie ist eine eigene Leiterplatte meist kleiner, günstiger pro Stück und besser auf Gehäuse, Akku und Antenne abgestimmt. Viele Produkte kombinieren beides: ein vorzertifiziertes Funkmodul auf einer eigenen Trägerplatine.

Muss das Produkt geprüft werden, wenn das Funkmodul zertifiziert ist?

Ja. Ein vorzertifiziertes Modul vereinfacht den Funkteil der Konformität, aber das fertige Produkt muss die geltenden Anforderungen als Ganzes erfüllen – etwa EMV, elektrische Sicherheit und in der EU die Funkanlagenrichtlinie für das vollständige Gerät. Die Modulzertifizierung ist ein Vorsprung, kein Ersatz.

Worauf sollten Unternehmen in Deutschland und Österreich besonders achten?

Neben CE-Kennzeichnung und Funkanlagenrichtlinie rückt die Cybersicherheit in den Vordergrund: Sichere Updates, ein Prozess für den Umgang mit Schwachstellen und eine nachvollziehbare Dokumentation der Softwarestände sollten schon in der Entwicklung angelegt werden, damit spätere Pflichten aus dem Cyber Resilience Act nicht zu einer Neukonstruktion führen.

Was gehört in ein Lastenheft für ein IoT-Gerät?

Mindestens: Einsatzzweck und Nutzer, die Umgebung (Temperaturbereich, Feuchte, Staub, mechanische Belastung), die geforderte Laufzeit bei einem konkreten Meldeintervall, die verfügbare Funkversorgung am Einsatzort, Zielmärkte und damit die nötigen Zulassungen, Gehäusevorgaben wie Größe, Gewicht und Schutzart, Anforderungen an Updates und Datenschutz sowie Zielkosten und geplante Stückzahlen. Je konkreter diese Punkte sind, desto belastbarer werden Angebot, Zeitplan und Architektur – und desto seltener muss später nachkonstruiert werden.