Autonomes Fahren Steckverbinder gegen Vibrationen und Hitze abhärten

Viele Prüfanlagen im Labor für Feinsystemtechnik haben die Wissenschaftler der TH Ostwestfalen-Lippe selber entwickelt. Prof. Jian Song kontrolliert hier die Simulation von Mikrobewegungen, die die Steckverbinder durchlaufen.
Viele Prüfanlagen im Labor für Feinsystemtechnik haben die Wissenschaftler der TH Ostwestfalen-Lippe selber entwickelt. Prof. Jian Song kontrolliert hier die Simulation von Mikrobewegungen, die die Steckverbinder durchlaufen.

Wenn Sensoren Daten erfassen, müssen diese in Netzwerken übermittelt werden: Über Funk oder Leitungen. Der Weg per Leitung ist zuverlässiger. Schwachpunkte gibt es aber dort, wo Kabel per Steckverbindung zusammengeführt werden. Steckverbinder sollen nun gegen Vibrationen und Hitze abgehärtet werden.

In fünf bis zehn Jahren fahren Autos autonom auf deutschen Straßen – davon geht Professor Dr. Jian Song aus. Der Leiter des Labors für Feinsystemtechnik an der Technischen Hochschule Ostwestfalen-Lippe arbeitet gemeinsam mit seinem Team daran, dass bis dahin die Technik ausreichend robust ist, damit der Verkehr sicher fließt.

Die Sinnesorgane des autonomen Autos

Seit Juli 2019 forschen die Lemgoer Wissenschaftler gemeinsam mit der Fraunhofer-Einrichtung für Mikrosysteme und Festkörper-Technologien EMFT an zuverlässigeren Steckverbindern.

In autonomen Fahrzeugen gibt es viele Sensoren. Die von ihnen erfassten Daten werden an einen Steuercomputer übertragen. Jede Leitung braucht zwei Steckverbinder. Fällt ein Sensor aus – oder werden seine Daten fehlerhaft übertragen, hat das Auto ein Problem: „Ein Sinnesorgan funktioniert nicht mehr“, veranschaulicht Song

Bei autonomen Fahrzeugen würde das Auto einfach angehalten. Während ein menschlicher Fahrer bei einer gelben Warnleuchte in der Regel entscheidet, zumindest bis nach Hause oder zur Werkstatt zu fahren, stoppt das autonome Auto sofort: „Bei autonomen Fahrzeugen haftet der Autohersteller für die Sicherheit. Deshalb werden sie schon bei der kleinsten sicherheitsrelevanten Störung angehalten“, so Song.

Weil der Mensch als Kontrolleur und Entscheider wegfällt, muss die Technik besonders robust sein. Für die Zuverlässigkeit der Steckverbinder beim autonomen Fahren gibt es sogar eine weltweit gültige Vorschrift: Erlaubt ist ein Fehler pro einer Milliarde Betriebsstunden. „Das klingt sehr streng – aber man muss beachten, dass jedes Auto bis zu 5.000 Steckverbinder hat“, erklärt Song und rechnet vor: Während der von den Herstellern angenommenen Lebensdauer eines Autos von 15 Jahren darf in einem von 30 Fahrzeugen eine Steckverbindung ausfallen.

Vibrationen und Hitze fordern Verbindungen heraus

Schäden in Steckverbindungen können vor allem durch Vibrationen und Hitze entstehen. Fährt ein Auto etwa über ein Schlagloch, so kommen alle Bauteile ins Schwingen. Auch der Motor selber sorgt für Vibrationen. Probleme mit Hitze können beispielsweise auftreten, wenn unterschiedliche Materialien verwendet sind, die sich bei Wärme verschieden stark ausdehnen. Bisher ist nicht erforscht, welche Art von Vibrationen schädlicher ist für die Steckverbinder: schnelle oder langsame, wechselnde oder gleichförmige.

Die Lemgoer Wissenschaftler wollen diese Lücke schließen und testen die Bauteile auf Prüfständen, mit denen sie die Belastungen im Fahrzeug simulieren. Viele der Anlagen im Labor für Feinsystemtechnik sind Maßanfertigungen der Lemgoer Forscher. Auch für das aktuelle Projekt müssen sie zunächst einen passenden Prüfstand entwickeln und diesen dann aufbauen und testen.    sd