A fogyás energiát takarít meg - műanyag
Az autóknak nagy a súlyuk. Jelenleg egy középkategóriás autó súlya 1,2 és 1,5 tonnás. Egyes modern mechanizmusok, például a légzsákok, a blokkolásgátló fékrendszerek, a parkolássegítő rendszerek, az elektromos ablakemelők, a légkondicionáló és a szervokormány nemcsak növelik a biztonságot és a kényelmet, hanem jelentősen nagyobb súlyt is adnak. Az 1970-es évekből származó hagyományos személygépkocsi súlya azonban 700–900 kilogramm volt.
Minél nagyobb az autó súlya, annál több üzemanyagot fogyaszt és annál több szén-dioxidot bocsát ki a légkörbe, ezért a ritkuló útvonal mind a sofőrök, mind a környezet számára előnyös lenne. Ha eltávolítunk 100 kilogrammot egy autóból, az üzemanyag-fogyasztás 0,3 és 0,6 liter/100 kilométer között csökken, a jármű típusától és a vezetéstől függően, ráadásul a szén-dioxid-kibocsátás kilométerenként hét és tizenkét gramm között csökken . Más előnye is van: a könnyebb autók jobban gyorsulnak és jobb stabilitást kínálnak a kanyarban.
"Azokban az időkben, amikor az erőforrások egyre fogynak és növekszik a környezet iránti aggodalom, a könnyűszerkezetes építés a repülőgép- és gépjárműgyártás és a gépgyártás jövőjének egyik legfontosabb technológiája" - hangsúlyozza Prof. Dr.-Ing. Holger Hanselka, az újonnan létrehozott Fraunhofer Könnyűépítő Szövetség szóvivője, amelyben 14 intézet osztja meg tapasztalatait (lásd a keretet). „A könnyű felépítés azt jelenti, hogy az alkatrész súlyát csökkenteni kell, miközben megtartja annak megfelelő merevségét, dinamikus stabilitását és szilárdságát. Hanselka szerint ily módon biztosítható, hogy a kifejlesztett alkatrészek és struktúrák hasznos élettartama alatt hatékonyan teljesítsék feladatukat. Ezenkívül a megfelelő anyagot használják a megfelelő helyen, ezt hibrid anyagok tervezésével érik el. "A szövetség célja tehát az egész fejlesztési lánc lefedése, az anyagok és termékek fejlesztésétől kezdve az alkatrészek és rendszerek sorozatgyártásáig a termékek jóváhagyása és telepítése érdekében".
Fraunhofer Szövetség a könnyű építésről
Tizennégy intézet egyesítette erőit a Fraunhofer Könnyűépítő Szövetségben (www.allianz-leichtbau.fraunhofer.de). A kutatók új anyagokon és kompozitokon, gyártási és összekapcsolási technikákon, funkcióintegráción, tervezéstechnikán, valamint roncsolásmentes és roncsolásos vizsgálati módszereken dolgoznak a könnyűszerkezetes építéshez.
A Szövetség tagjai a következők Fraunhofer Intézetei:
- Nagy sebességű dinamika, Erns Mach Intézet, EMI, Freiburg
- Kémiai technológia, IKT, Pfinztal
- Lézertechnika, ILT, Aachen
- Gyártástechnika és alkalmazott anyagok tanulmányai, IFAM, Bréma
- Szilikátkutatás, ISC, Würzburg
- Ipari matematika, ITWM, Kaiserslautern
- Anyagmechanika, IWM, Freiburg, Halle
- Gerenda anyaga és technikája, IWS, Drezda
- Szerszámgép és edzéstechnika, IWU, Chemnitz
- Közlekedési és infrastrukturális rendszerek, IVI, Drezda
- Roncsolásmentes tesztelés, IZFP, Saarbrьcken
- Strukturális tartósság, LBF, Darmstadt
- Környezetvédelem, biztonság és energiatechnika, UMSICHT, Oberhausen
- Integrált áramkörök, IIS, Erlangen
Az optimális könnyű anyagok segítenek csökkenteni a súlyt, és az elmúlt években az autógyártók elsősorban az alumínium könnyűszerkezetére összpontosítottak. Míg 2000-ben egy autó körülbelül 100 kilogrammot tartalmazott, addig ez a mennyiség 140 kilogramm. A magnézium súlya még kevesebb, mint az alumíniumé, de sajnos számos hátránya van. Bár könnyű, csak alacsony terheléseket képes ellenállni, és rendkívül gyorsan rozsdásodik is, ezzel csökkentve felhasználási lehetőségeit. A szálas műanyag kompozitok (FCP) különösen könnyűek és nagyon stabilak. Üvegszál, szénszálak vagy más anyagok műanyag mátrixba történő integrálásával készülnek. Az igényektől függően a szálak többféle rétegben, egymástól eltérő irányban helyezhetők el, lehetővé téve ezzel az alkatrészek tulajdonságainak optimális illesztését az adott alkalmazáshoz.
A szénszálerősítésű műanyagok (CFRP) nagyszerű lehetőségeket rejtenek a könnyűszerkezetes kivitelezésben. 60 százalékkal könnyebbek, mint az acél, és körülbelül 30 százalékkal könnyebbek, mint az alumínium. További előnye, hogy nem rozsdásodnak és sokkra hajlamos szerkezetekben alkalmazhatók. A szálerősítésű műanyagok ma már jól elterjedtek a repülőgépgyártásban, és például az Airbus A380-ban a szerkezeti tömeg 20 százalékát teszik ki. A Boeing az első nagy kapacitású repülőgépet építi, nagyrészt szálerősítésű műanyagból. A könnyű konstrukciónak köszönhetően a 787-es - más néven „Dreamliner” - súlya körülbelül 20 százalékkal kisebb lesz, mint a hasonló hagyományos repülőgépeké. Az új Airbus A350 XWB törzse szintén nagyrészt szénszállal erősített műanyagból készül.
A Forma-1-ben évek óta használják a CFRP-t. A versenyautók a motor, a keréktartók és a sebességváltó mellett szinte kizárólag szénszálból készülnek. Összesen akár 20 különböző típusú szénszálas szövetet használnak. Most a pilóták sisakjait is CFRP-ben gyártják; egyikük tavaly megmentette Felipe Massa életét, amikor egy 800 grammos acélrugó a fejébe ütötte a Magyar Nagydíj selejtezőjén. A mindössze 1,3 kilogrammos sisak nagyon jól csillapította az ütést.
Szén sorozatgyártású autókhoz
Azonban továbbra is nagy szükség van a kutatásra és fejlesztésre, mivel a CFRP-ket teljesen más módon gyártják és dolgozzák fel, mint a fémeket. Az anyagok szövik, tapadnak és megkeményednek. Fő előnye, hogy a legösszetettebb alkatrészeket is egy darabban lehet gyártani. A könnyű szálkompozitok kínálta óriási lehetőségek kihasználása érdekében a Fraunhofer kutatói olyan koncepciókon dolgoznak, mint például a szálak és textilek megfelelő konfigurációinak megtervezése, innovatív építési módszerek, új szerkezeti koncepciók, anyagok és technológiák. vonalak, amelyek nagyfokú automatizálást biztosítanak a tömegtermelésben.
"A gépiparban és az autóiparban csak akkor lehet szálas kompozit alkatrészeket gyártani, ha ezeket a csúcstechnológiájú anyagokat olcsóbbá lehet tenni" - hangsúlyozza Dr. Frank Henning professzor. A Fraunhofer Vegyi Technológiai Intézet (ICT) igazgatóhelyettese vezeti a karlsruhei Hybrid Light Construction technológiák innovációs klaszterét, az Ausburg Fraunhofer Integrated Function Light Construction projektcsoport mellett.
Az ICT gyártástechnológián dolgozik a hosszú szálerősítésű hőre lágyuló műanyagok (LFT) helyi gyártásának megerősítése érdekében folyamatos szálak felhasználásával. Ezzel a folyamattal alacsony költség mellett integrált funkcióval rendelkező alkatrészeket lehet gyártani. De vajon az e folyamat nyomán gyártott alkatrészek ellenállnak-e a motoros járműben fellépő igénybevételeknek és terheléseknek? A válasz határozott igen. Az iparági partnerekkel együttműködve az IKT-kutatók egy egyedi LFT technológiát alkalmazó elülső szerelőkeretet gyártottak. Ez a rejtett alkatrész támogatja a fényszórókat, a motorháztető reteszelő rendszerét és a ventilátor burkolatát, és bár fémje nincs, megfelel a 64 km/h sebességnél bekövetkező ütközés specifikációinak.