smartCast

smartCAST – digitale Gussteile mit Zustandsüberwachung für autonome Fahrzeuge

Im Zuge des Projekts "smartCAST" werden piezoresistive Sensoren zur direkten Einbettung in sicherheitsrelevante Aluminiumbauteile in autonomen Fahrzeugen entwickelt. Durch die integrierten Sensoren sollen kritische Belastungen überwacht und ein bevorstehendes Bauteilversagen frühzeitig identifiziert werden.

Projektbeschreibung

Die zunehmende Verbreitung von autonomen Fahrzeugen im Straßenverkehr stellt neue Anforderungen an die Fahrzeugsicherheit. Durch die physische Trennung des Lenkrads vom Fahrer beim autonomen Fahren überlässt der Fahrer die Gefahrenkontrolle künftig ganz dem Fahrzeug. Eine Verschärfung des Problems ergibt sich aus dem unaufhaltsam voranschreitenden Trend zum Carsharing und dem damit verbundenen Rückgang des Verantwortungsbewusstseins gegenüber dem Fahrzeug. Ein auftretender Schaden - und damit einhergehend das erhöhte Sicherheitsrisiko - wird direkt an den nachfolgenden Fahrer übertragen. Dadurch entsteht ein erheblicher Bedarf an intelligenten Bauteilen, die ihren thermischen und mechanischen Zustand mit Hilfe integrierter Sensoren selbst überwachen können.

In diesem Projekt werden am IMSAS neuartige Kombinationen von Techniken und Werkstoffen erforscht, die die Herstellung von Sensoren ermöglichen, welche den Randbedingungen des Fertigungsprozesses des Host-Bauteils standhalten. Dabei ist die Einbettung des Sensors in den Aluminiumguss eine der größten Herausforderungen der materialintegrierten Sensorik. Bei der In-Prozess Integration ist der zu integrierende Sensor den hohen thermischen und mechanischen Belastungen der rauen und heißen Gießumgebung ausgesetzt. Gleichzeitig wirkt der eingebettete Sensor wie ein Fremdkörper im Bauteil und hat unmittelbare Auswirkungen auf die mechanische Festigkeit und die Wärmeleitfähigkeit, die es zu reduzieren gilt.

Im Rahmen des DFG geförderten Projektes „SINA – Sensorintegration in Aluminiumguss“ wurden erste Grundlagen zum direkten Eingießen von auf Dickschicht-Technologie basierenden Lastsensoren im Aluminiumguss erarbeitet. Durch das Prinzip des piezoresistiven Sensors lassen sich sowohl während der Betriebsphase als auch bei der Inbetriebnahme Daten in Echtzeit erfassen. So kann jederzeit eine Kontrolle auf Verformung oder Beschädigung des Gussteils durchgeführt werden. In diesem Vorhaben werden diese grundlegenden Erkenntnisse im Hinblick auf konkrete Anwendungsszenarien und Gussteile für autonome Fahrzeuge übertragen und gemeinsam mit dem Forschungspartner IFAM sowie den beiden Industriepartnern KSM Casting Group GmbH und MAGMA Gießereitechnologie GmbH für eine künftige Serienanwendung vervollständigt.

Projektpartner

Prof.. Dr.-Ing. habil. Matthias Busse, Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM

Dipl.-Wi.-Ing. Christoph Pille, Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM

Dr.-Ing. Dirk Lehmhus, Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM

Dipl.-Ing. Olaf Middelmann, KSM Castings Group GmbH

Dr.-Ing. Götz Hartmann, MAGMA Gießereitechnologie GmbH

Das Projekt wird von der DFG - Deutsche Forschungsgemeinschaft seit 2020 unter der Projektnummer 440971991 über drei Jahre gefördert.

DFG - GEPRIS - smartCAST – Digitale Gussteile mit Zustandsüberwachung für autonome Fahrzeuge

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