Pierderea în greutate economisește energie - Plastic
Mașinile au multă greutate. În prezent, o mașină de nivel mediu cântărește între 1,2 și 1,5 tone. Acest lucru se datorează faptului că unele mecanisme moderne, cum ar fi airbag-urile, sistemele de frânare antiblocare, sistemele de asistență la parcare, geamurile electrice, aerul condiționat și servodirecția nu numai că sporesc siguranța și confortul, dar adaugă și mai multă greutate. Cu toate acestea, un autoturism convențional din anii 1970 cântărea între 700 și 900 de kilograme.
Cu cât o mașină cântărește, cu atât consumă mai mult combustibil și cu atât emite mai mult dioxid de carbon în atmosferă, prin urmare o cale de subțiere ar fi benefică atât pentru șoferi, cât și pentru mediu. Prin eliminarea a 100 de kilograme dintr-o mașină, consumul de combustibil scade cu între 0,3 și 0,6 litri la 100 de kilometri, în funcție de tipul vehiculului și de tipul de conducere și, în plus, emisiile de dioxid de carbon sunt reduse între șapte și doisprezece grame pe kilometru . Are și alte avantaje: mașinile mai ușoare accelerează mai bine și oferă o stabilitate mai bună la virare.
„În vremurile în care resursele scad și preocuparea pentru mediu este în creștere, construcția ușoară este una dintre cele mai importante tehnologii pentru viitorul producției de avioane și automobile și inginerie mecanică”, subliniază prof. Dr. Ing. Holger Hanselka, purtător de cuvânt pentru noua Alianță Fraunhofer pentru construcții ușoare, în care 14 institute își împărtășesc experiența (vezi caseta). „Construcția ușoară înseamnă reducerea greutății unei componente, menținând în același timp rigiditatea, stabilitatea dinamică și rezistența acesteia. Potrivit lui Hanselka, acest lucru asigură faptul că componentele și structurile dezvoltate își îndeplinesc sarcina în mod eficient pe tot parcursul vieții lor utile. În plus, materialul potrivit este utilizat la locul potrivit, fapt care se realizează prin proiectarea materialelor hibride. „Obiectivul alianței este, prin urmare, să acopere întregul lanț de dezvoltare, de la dezvoltarea de materiale și produse până la producția în serie a componentelor și sistemelor pentru aprobarea și desfășurarea produselor”.
Fraunhofer Alliance pentru construcții ușoare
Paisprezece institute și-au unit forțele în Alianța Fraunhofer pentru construcții ușoare (www.allianz-leichtbau.fraunhofer.de). Cercetătorii lucrează la noi materiale și compozite, tehnici de producție și îmbinare, integrare funcțională, inginerie de proiectare și metode de testare nedistructive și distructive pentru aplicare în construcții ușoare.
Membrii Alianței sunt Institutele Fraunhofer din:
- Dinamică de mare viteză, Institutul Erns Mach, EMI, Freiburg
- Tehnologie chimică, TIC, Pfinztal
- Tehnologie laser, ILT, Aachen
- Studii de inginerie de fabricație și materiale aplicate, IFAM, Bremen
- Silicate Research, ISC, Würzburg
- Matematică industrială, ITWM, Kaiserslautern
- Mecanica materialelor, IWM, Freiburg, Halle
- Beam Material and Technique, IWS, Dresda
- Masini-unelte și tehnologie de formare, IWU, Chemnitz
- Sisteme pentru transport și infrastructuri, IVI, Dresda
- Testare nedistructivă, IZFP, Saarbrьcken
- Durabilitate structurală, LBF, Darmstadt
- Tehnologii de mediu, siguranță și energie, UMSICHT, Oberhausen
- Circuite integrate, IIS, Erlangen
Materialele ușoare optime contribuie la reducerea greutății, iar în ultimii ani, producătorii de mașini s-au concentrat în primul rând pe construcția ușoară din aluminiu. În timp ce în 2000 o mașină conținea aproximativ 100 de kilograme din acest material, astăzi această cantitate este de 140 de kilograme. Magneziul cântărește chiar mai puțin decât aluminiul, dar, din păcate, are numeroase dezavantaje. Deși este ușor, poate rezista doar la sarcini reduse și, de asemenea, ruginește extrem de rapid, reducându-și potențialul de utilizare. Compozitele din fibră plastică (FCP) sunt deosebit de ușoare și, de asemenea, foarte stabile. Acestea sunt fabricate prin integrarea fibrelor de sticlă, a fibrelor de carbon sau a altor materiale într-o matrice de plastic. În funcție de cerințe, fibrele pot fi așezate una peste cealaltă în mai multe straturi cu aliniere diferite, permițând astfel proprietățile componentelor să fie ajustate în mod optim la aplicația specifică.
Materialele plastice armate cu fibră de carbon (CFRP) au un potențial mare pentru construcții ușoare. Acestea sunt cu 60% mai ușoare decât oțelul și cu aproximativ 30% mai ușoare decât aluminiul. Alte avantaje sunt că nu ruginesc și pot fi utilizate în structuri predispuse la șocuri. Materialele plastice armate cu fibre sunt acum bine stabilite în fabricarea aeronavelor și în Airbus A380, de exemplu, ele reprezintă 20% din greutatea structurală. Boeing construiește prima aeronavă de mare capacitate folosind în mare măsură plastic ranforsat cu fibre. Datorită construcției ușoare, modelul 787 - numit și „Dreamliner” - va cântări cu aproximativ 20% mai puțin decât avioanele convenționale similare. Fuzelajul noului Airbus A350 XWB va fi, de asemenea, fabricat în mare parte din plastic armat cu fibră de carbon.
În Formula 1, ei folosesc CFRP de ani de zile. Pe lângă motor, suporturi de roți și transmisie, mașinile de curse sunt fabricate aproape exclusiv din fibră de carbon. În total sunt utilizate până la 20 de tipuri diferite de țesături din fibră de carbon. Acum, de asemenea, căștile piloților sunt fabricate în CFRP; unul dintre ei i-a salvat viața lui Felipe Massa anul trecut, când un arc de oțel de 800 de grame l-a lovit în cap în timpul sesiunii de calificare pentru Marele Premiu al Ungariei. Casca care cântărea doar 1,3 kilograme a amortizat impactul foarte bine.
Carbon pentru mașinile produse în serie
Cu toate acestea, există încă o mare nevoie de cercetare și dezvoltare, deoarece CFRP-urile sunt fabricate și prelucrate într-un mod total diferit de metale. Materialele se țes, aderă și se întăresc. Principalul său avantaj este că chiar și cele mai complexe componente pot fi fabricate dintr-o singură bucată. Pentru a profita de potențialul enorm oferit de construcția ușoară a compozitelor din fibre, cercetătorii Fraunhofer lucrează la concepte precum proiectarea configurațiilor adecvate pentru fibre și textile, metode inovatoare de construcție, noi concepte structurale și materiale și tehnologii. linii care asigură un grad ridicat de automatizare în producția de masă.
„În industria ingineriei mecanice și a automobilelor va fi posibilă producerea în masă a componentelor compozite din fibre numai atunci când aceste materiale de înaltă tehnologie pot fi mai ieftine”, subliniază profesorul Dr. Frank Henning. Directorul adjunct al Institutului Fraunhofer pentru Tehnologie Chimică (TIC) conduce grupul de inovare a tehnologiilor pentru construcția de lumină hibridă situat în Karlsruhe, pe lângă grupul de proiect Fraunhofer Integrated Function Light Construction din Ausburg.
TIC desfășoară lucrări privind tehnologiile de producție pentru a consolida producția locală de termoplastice întărite cu fibre lungi (LFT) folosind fibre continue. Cu acest proces este posibil să se producă componente cu funcție integrată la un cost redus. Dar, componentele care sunt fabricate în urma acestui proces pot rezista la solicitări și sarcini care apar într-un vehicul cu motor? Răspunsul este un da răsunător. În cooperare cu partenerii din industrie, oamenii de știință din domeniul TIC au fabricat un suport de asamblare frontală utilizând tehnologia LFT personalizată. Această componentă ascunsă suportă farurile, sistemul de blocare a capotei și carenajul ventilatorului și, deși nu are metal, îndeplinește cerințele stabilite de specificațiile pentru un accident la 64 km/h.