Intelligente Diagnoseschnittstellen für vernetzte IoT-Systeme

Ob im Automobil – gerade in Hinblick auf das autonome Fahren – oder in der Produktion von morgen: Steckverbinder und elektrische Anschlusstechnologien spielen eine zentrale Rolle für die digitale Vernetzung: Sie sind die Hauptschnittstelle zwischen Maschinen, Steuerungen und Datenverarbeitungsanlagen und bilden somit die Grundlage für Funktionalität, einfache Handhabung und Zuverlässigkeit der Automatisierungstechnik. Forschende der Fraunhofer EMFT arbeiten im gleichnamigen Projekt an so genannten Cyber Physical Connectors, einer neuen Generation aktiver, »intelligenter« Steckverbinder.

Ziel ist es, miniaturisierte Sensorsysteme in die Stecker zu integrieren, um unter anderem die Verbindungsqualität überwachen zu können. Langfristig könnten die eingebauten Sensoren eine Art Condition Monitoring für die angeschlossenen Geräte übernehmen und etwa den Energieverbrauch erfassen.

Im Teilprojekt »Foliensensorik« entwickelte das Team ein allgemeingültiges Verfahren, um (gedünnte) siliziumbasierte Sensorik auf flexible bzw. starr-flex Leiterplatten zu applizieren. Diese Systeme lassen sich dank des hohen Miniaturisierungsgrades in nahezu alle Gehäuse von Steckverbindern bzw. Komponenten der Daten- und Leistungsvernetzung integrieren. Die Ergebnisse der Zuverlässigkeitsexperimente liegen über den Anforderungen an Industrieelektronik. Das Verfahren lässt sich mit geringem Aufwand auf beliebige Stecksysteme übertragen und steht Partnern aus Industrie und Forschung zur Verfügung.

Im Teilprojekt »Konzeptstudie Reibkorrosion« konnten wesentliche Erkenntnisse zur Modellierung von Schadensmechanismen an kommerziellen Stecksystemen gewonnen werden. So zeigen die Versuche mit dem Reibkorrosionsprüfstand der Fraunhofer EMFT, dass der Widerstand von Steckverbindern mit fortschreitendem Reibweg intermittierend ansteigt. Dieses Verhalten ist sowohl im schnellen (1 Hz bis 10 Hz Reibfrequenz) sowie im äußerst langsamen Experiment (0,075 Hz Reibfrequenz) festzustellen. Eine detaillierte Untersuchung der Kontaktwiderstände und der Vergleich mit einer gleichzeitigen Messung der Kontaktnormalkraft in Abhängigkeit der relativen Position der beiden Steckerhälften kann dieses Verhalten erklären. Somit leisten die gewonnen Erkenntnisse einen elementaren Beitrag für ein künftiges Diagnosemodell für autonome Fahrzeuge.

Das Ende 2021 abgeschlossene Projekt wurde vom Bayerischen Staatsministerium für Wirtschaft und Medien, Energie und Technologie unter dem Föderkennzeichen AZ 43-6622/532/4 gefördert.