Über zwei Millionen für bessere Bordnetze

Die Warnmeldung, die angibt, dass ein Besuch in der Werkstatt nötig ist, oder der Motor, der sich an der Ampel ausschaltet: Ohne Signal- und Leistungsnetze kommt kein Auto aus. Doch auch in Zügen und Flugzeugen, Maschinen, Telekommunikationssystemen und Computern, Haushaltsgeräten und Unterhaltungselektronik, Windkraft- und Photovoltaikanlagen sowie der Steuerungstechnik und medizin-technischen Geräten sind sie unerlässlich.

Wissenschaftler der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) forschen daran, wie hochkomplexe Bordnetze immer höheren Anforderungen gerecht werden können. Der Europäische Fonds für Regionale Entwicklung fördert das Projekt „E|Connect – effiziente Signal- und Leistungsvernetzung in mechatronischen Systemen“ mit 2,2 Millionen Euro.

In den kommenden vier Jahren untersuchen die Lehrstühle für Fertigungsmesstechnik, für Hochfrequenztechnik und für Korrosions- und Oberflächentechnik unter der Führung des Lehrstuhls für Fertigungsautomatisierung und Produktionssystematik, wie Bordnetze, die für die Stromversorgung und den Informationsfluss zwischen Komponenten und Steuergeräten zuständig sind, optimiert werden können.

Besonders eng wollen die Wissenschaftler dabei mit kleineren und mittleren Unternehmen in strukturschwachen Gebieten zusammenarbeiten und so den Wissenstransfer fördern, denn gerade in Firmen dieser Größe fehlen häufig das Wissen und die Kapazitäten dafür.

Bordnetze nutzen komplexe Kabelsysteme, um elektrische und optische Signale von Sensoren, Aktoren und Steuerungen zu verknüpfen – sie sind damit das Nervensystem aller modernen mechatronischen Systeme. Dabei müssen Bordnetze Informationen in immer höheren Übertragungsraten übermitteln – bis zu 50 Gbit pro Sekunde werden bereits heute diskutiert.

Außerdem bestehen sie aus immer mehr Netzwerkknoten, müssen zum Beispiel in Flugzeugen oder Windkraftanlagen vergleichsweise große Entfernungen überbrücken, sicher gegen jegliche Störung sein und über viele Jahre zuverlässig funktionieren.

Doch damit nicht genug: Bordnetze stellen auch die Energie für alle elektrischen Verbraucher in einem mechatronischen System – insbesondere für Antriebe, Prozesse, Beleuchtungs- sowie Informationssysteme. Sie sind damit auch eine Art elektronischer Blutkreislauf. Und der muss immer höhere Leistungen erbringen:

Die wichtigsten Gründe dafür sind die ungebrochene Dezentralisierung der Energieerzeugung, die zunehmende Elektrifizierung der Mobilität und die steigende Automatisierung in der Produktion, Logistik, Medizin oder im Haushalt. Zudem müssen sowohl Kabel- als auch Stecksysteme leicht zu bauen sein, in großer Varianz bei zugleich geringen Stückzahlen – häufig als Einzelstück – hergestellt werden können und darüber hinaus kostengünstig sein.

Um Lösungen auf diese vielfältigen Herausforderungen zu finden, konzentrieren sich die FAU-Wissenschaftler gemeinsam mit verschiedenen Unternehmen auf sieben Forschungsfelder: Intelligenzsteigerung der Bordnetze, Funktionsintegration in mechanische Bauteile, Übertragung von Signalen über Bus- und Drahtlossysteme, Entwicklung neuer Automatisierungslösungen, rechnergestützte Technologien für die Produkt- und Prozessentwicklung, Entwicklung innovativer Werkstoffe sowie Zuverlässigkeitsanalyse und Lebensdauermodelle.

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