Gastbeitrag von Alexander Knebel, Deutsche Industrieforschungsgemeinschaft Konrad Zuse e.V. Forschung, die ankommt: Unter diesem Motto agiert die in Berlin ansässige Industrieforschungsgemeinschaft Konrad Zuse. Passend für den Verkehrssektor, denn viele der mehr als 70 Mitgliedsinstitute haben viel Expertise in den Bereichen Verkehrstechnik, Kommunikationstechnologie, Elektromobilität oder Brennstoffzelle aufgebaut.
Anders als es der Namensgeber Konrad Zuse – Deutschlands bekannter Computerpionier – vermuten lässt, sind die Forschungsinstitute des Verbundes breit aufgestellt, von der Biotechnologie über Kunststoffe und Kommunikationstechnologie bis zur Metallforschung.
Gemeinsam haben die Zuse-Institute die Stärkung der praxisnahen Forschung für anwenderorientierten Technologietransfer. Das Beispiel Mobilität zeigt, dass die Institute nicht nur sehr gut im Mittelstand verankert sind, sondern auch hervorragend mit Branchengrößen zusammenarbeiten können. Das gilt z.B. für das Bayerische Laserzentrum (blz). Die Erlanger Laserspezialisten sind mit ihrer Expertise beim Schweißen und Löten für die im E-Motor wichtige Verbindungstechnik gefragt, so wie beim aktuellen 48-Volt-Motor von Continental. Für den im Audi Q5 und im Renault Scenic erhältlichen Mild-Hybrid-Motor greifen die Autohersteller auf blz-Forschungsergebnisse zurück. Das Besondere am Conti-48-V-System: Während herkömmliche E-Motoren gewickelt sind, was Platz und Gewicht kostet, entwickelten die blz-Forscher zusammen mit Continental einen Fügeprozess für sogenannte Hairpins, die an den Enden des Stator, des fest stehenden Teiles des Motors, gebogen und geschweißt werden. Das spart Gewicht und Platz und erhöht die Leistungsdichte der Mild-Hybridmotoren.
Darüber hinaus beschäftigt sich das blz seit vielen Jahren mit der für die Bordelektronik ebenso wichtigen Verbindung aus Kupfer- und Aluminium bei der es darum geht, spröde intermetallische Phasen zu vermeiden. Der Trick: Beschichtungen aus Werkstoffen wie Nickel oder Silber verringern aufgrund ihrer guten Löslichkeit in Aluminium und Kupfer die Bildung intermetallischer Phasen und durch die Modulation der Laserleistung kann auf das Mischungsverhältnis in der Schweißnaht Einfluss genommen werden.
Bipolarplatte für Brennstoffzelle aus Kunststoff entwickeln
Um Metallersatz statt um alternatives Metall geht es dem Aachener Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV), damit maßgeschneiderte Materialien für Brennstoffzellen zum Einsatz kommen. Zentraler Baustein von Brennstoffzellen und Redox-Flow-Batterien ist die Bipolarplatte, welche die Reaktionsmedien in beiden Systemen voneinander trennt, gleichzeitig aber elektrischen Strom und Wärme leitet. Für die Herstellung von Brennstoffzellsystemen und Redox-Flow-Batterien sind gestapelte Einheiten aus Bipolarplatten, sogenannte Stacks, nötig. Diese müssen gasdicht miteinander verbunden sein, um eine hohe Effizienz und Prozesssicherheit bei der Stromerzeugung zu garantieren. Bipolarplatten bestehen bisher meist aus metallischen Werkstoffen. Nachteilig sind jedoch ihr hohes Gewicht, hohe Material- und Herstellkosten sowie eine geringe chemische Beständigkeit. Das IKV will nun zusammen mit mehreren Partnern metallische Systeme durch neu entwickelte elektrisch und thermisch leitfähige kunststoffbasierte Materialien ersetzen. Diese sollen optimal zu verarbeiten sein und gleichzeitig gute mechanische Eigenschaften besitzen. Für die Forscher stehen konkrete Tests der Materialien auf dem Programm.
Vernetzte Mobilität zu See und an Land
Neben den Werkstoffen sind es auch die Kommunikationstechnologien, mit denen sich Mitgliedsinstitute der Zuse-Gemeinschaft für zukunftsweisende Mobilität profilieren. Vernetzte Mobilität für erhöhte Sicherheit und effizientere Fortbewegung mit Hilfe von High-Tech-Assistenzsystemen sind zwei wichtige Trends, die z.B. in Projekten bei den Instituten OFFIS – Institut für Informatik aus Oldenburg und ifak aus Magdeburg gestaltet werden. So hat ein Konsortium um OFFIS ein intelligentes Assistenzsystem entwickelt, das Seeleute und ihre Kollegen an Land bei der Navigation unterstützt, um Kollisionen zu vermeiden. In das Assistenzsystem MTCAS fließen Radardaten und Material aus Automatischen Identifikationssystemen (AIS) ebenso ein wie Methoden zur genaueren Positionserkennung, Verhaltensvorhersagen und Seekarten. Bei MTCAS werden neue lernende Ansätze der künstlichen Intelligenz für Assistenzsysteme in der Seefahrt eingesetzt, die die Nautiker auf See und an Land unterstützen. Dies kann auch als Basis für die künftige Entwicklung autonomer Schiffe dienen.
Für sichere Mobilität auf der Straße unterstützt OFFIS die Prüfung von Assistenzsystemen wie Notbrems- oder Spurhalte-Assistenten. Mit klassischen Testverfahren müssten mehrere hundert Millionen Kilometer gefahren werden. OFFIS arbeitet in verschiedenen Projekten zusammen mit führenden Automobilherstellern, Zulieferern und Forschungsinstituten daran, neue Verfahren für den Sicherheitsnachweis zu entwickeln.
Neue Assistenzsysteme für die Straße
Mit der Entwicklung neuer Assistenzsysteme auf der Straße beschäftigt sich auch das ifak intensiv, so im Projekt fast traffic, in dem eine Vernetzung von Fahrzeugen untereinander und mit der Infrastruktur in Echtzeit erforscht und erprobt wird. Man verspricht sich davon eine massive Erhöhung der Sicherheit im Straßenverkehr. Eine ähnliche Zielrichtung verfolgt das Projekt Sirene, in dem das ifak mit mehreren Partnern an Lösungen arbeitet, um Polizei und Feuerwehr schneller ans Ziel zu bringen. Das funktioniert mit einer Kombination verschiedener Instrumente, darunter ein Navigationssystem speziell für Einsatzfahrzeuge. Gelingen soll der Rollout der neuen Informationstechnologie für die Retter mit sogenannten Car to X-Technologien. Mit ihnen können Fahrzeuge untereinander Daten austauschen. Im Projekt geschieht dies über einen neuen WLAN-Standard und Mobilfunk. Das X im Car to X weist darauf hin, dass nicht nur Autos, sondern auch andere Objekte, z. B. Ampeln, am Informationsaustausch teilhaben.
Neues für Senioren auf zwei Rädern
Die Institute der Zuse-Gemeinschaft sind aber nicht nur in Sachen Automobil-, Luft- und Seeverkehr, sondern auch in der Zweirad-Forschung für neue Mobilität unterwegs. So zeigt das Institut Chemnitzer Maschinen- und Anlagenbau (ICM) mit dem von Partnern auf den Markt gebrachten Elektroroller Innvelo Two, wie umweltfreundliche Mobilität zugleich für mehr Lebensfreude im Alter sorgen kann. Der Elektroroller soll sich gerade auch für Senioren eignen, die sich nicht mehr auf‘s Fahrrad schwingen wollen und auch das Auto lieber stehen lassen. Das von den ICM-Forschern in Kooperation mit Partnern entwickelte Zweirad ist speziell für den Einsatz in Stadtzentren und umliegenden Stadtteilen konzipiert.
Kunststoff für Komfort und Design
Eine Komfort-Innovation für Fahrräder haben Forscher des Würzburger Kunststoff-Zentrums (SKZ) hervorgebracht. Das SKZ sorgt zusammen mit der Firma Glenpro für den perfekten Sitz auf dem Rad, indem eine bionische Struktur auf das Kunststoffbauteil übertragen wird. Das Ergebnis ist ein individualisierter Fahrradsattel. Anhand eines virtuellen Datenmodells fließen persönliche Sitzfläche und Fahrergewicht ein. Auf dieser Basis soll eine optimale Form für den Fahrradsattel herauskommen. Erste Sättel wurden bereits angefertigt und erfolgreich erprobt. Das SKZ fertigte den Fahrradsattel auf einer Lasersinteranlage, bei der das Kunststoffpulver Polyamid per Laser schichtweise aufgeschmolzen wird. Eine nachträgliche Einfärbung ermöglicht die farbliche Abstimmung passend zum Fahrrad.
Für die Institute der Zuse-Gemeinschaft stehen aus technologischer Sicht die Ampeln auf Grün für weitere Projekte mit Partnern aus Wirtschaft und Wissenschaft, um an innovativen Lösungen für die Mobilität von morgen mitzuwirken. Ausgebremst werden die Institute derzeit noch auf Bundesebene. Die Kernforderung der Zuse-Gemeinschaft lautet im vierten Jahr ihres Bestehens: Bessere Förderung durch den Bund für privatwirtschaftlich organisierte Forschungsinstitute.
Konkret will der Forschungsverband einen eigenen Haushaltstitel für die Institute erreichen, denen es an institutioneller Förderung durch den Bund fehlt. Davon würde auch die Mobilitätsforschung in verschiedenen Sparten der Zuse-Gemeinschaft profitieren, sei es in der Werkstofftechnik, bei Produktions- oder Informationstechnologien. „Mit ihren rund 6.000 Mitarbeitern, davon etwa 4.800 in Forschung und Entwicklung, sind die Institute der Zuse-Gemeinschaft ein Garant für Innovationen. Denn die Stärke der Zuse-Institute liegt im effizienten Transfer der Forschung in konkrete neue Produkte, Technologien und Dienstleistungen“, begründet der Präsident der Zuse-Gemeinschaft Dr. Ralf-Uwe Bauer, die Forderung. Für die laufende Legislaturperiode, in der im Koalitionsvertrag von Union und SPD der Transfer von Forschungsergebnissen betont wird, hat sich die Zuse-Gemeinschaft daher noch einiges vorgenommen.