Súlyos téma – első rész

Nemcsak a modellek figyelnek oda minden grammra. Autógyárak, repülőgép gyártók, az ipar valamennyi szereplője akkurátusan figyeli, vizsgálja termékei súlyadatait. Minél kevesebbet mutat a mérleg, annál jobb fogyasztási értékkel és károsanyag kibocsátással számolhatnak tervezők és felhasználók egyaránt.

A kompozit anyagok rendkívül tág teret biztosítanak a könnyűépítéshez. Ám míg egy anyag nagy szériában is bevethetővé válik, számos kísérleti és fejlesztési munkaórának kell eltelnie. Ki kell alakítani a kedvező feltételek mellett folytatható sorozatgyártás részleteit éppúgy, mint az előállítandó részegységek egységes vizsgálati eljárásait. Mivel ezek folyamatosan változnak, fejlődnek, a Fraunhofer Társaság 14 intézete közösen – egy platformba tömörülve - vizsgálja a könnyűépítés technológiáját és annak jövőjét.

Fogyókúra autóknak – könnyűépítés az energiatakarékosságért

Napjaink középkategóriás autói hozzávetőlegesen 1,2 - 1,5 tonnát nyomnak. Hiszen a légzsákok, a blokkolásgátló, a parkolás-segítő asszisztens, az elektromos ablakemelők, a klímaberendezés és a szervokormány nemcsak a biztonságot és a komfortot növelik. Összehasonlításképpen a 70-es években egy megegyező kategóriájú autó átlagosan 700-900 kg súlyú volt. Ám minél nehezebb egy autó, annál többet fogyaszt és annál több károsanyaggal terheli a környezetet.   
Az autófogyókúra tehát vezetőnek és környezetének egyaránt hasznos procedúra: 100 kg leadásával – típustól és vezetési stílustól függően – 0,3 – 0,6 liter üzemanyag megspórolása érhető el. Ez kilométerenként 7-12 grammal kevesebb széndioxid levegőbe eregetését jelenti. E két kiemelten fontos tényezőn túl a diétának további kedvező hatásai is vannak: például jobb gyorsulás és stabilabb útfekvés a kanyarban. 

„A megfogyatkozó energiaforrások és az egyre növekvő környezettudatosság korában a könnyűépítés a jövő egyik legfontosabb technológiája.” – hangsúlyozza Holger Hanselka professzor, a Fraunhofer Társaság frissen alakult platformjának szóvivője. „Az általunk létrehozott szövetségben a társaság 14 intézete egyesíti ismereteit és dolgozik új anyagok, új kompozitok, új gyártási- és illesztési technológiák, valamint új konstrukciók és vizsgálati módszerek kifejlesztésén.”

„A könnyűépítés a szerkezeti elemek olyan irányú súlycsökkentését jelenti, mellyel a szükséges merevség, dinamikai stabilitás és szilárdság tökéletesen elérhető. A hibrid anyagok tervezése során ennek megfelelően kiemelten ügyelni kell arra, hogy a megfelelő anyagot a megfelelő helyen alkalmazzuk. Az intézetek összefogásának célja a fejlesztési folyamatok teljeskörű vizsgálata – az anyagszerkezet-és termékfejlesztéstől a szerkezeti elemek szériagyártásán át a késztermék végső ellenőrzéséig és piaci bevezetéséig.”

Karbontréning – az alumíniumtól a szénszálas technológiákig

Súlycsökkentést az optimálisan kiválasztott alacsony tömegű anyagok felhasználásával lehet kivitelezni. Az autógyártók az elmúlt években leginkább az alumínium alkalmazását preferálták. Míg 2000-ben átlagosan 100 kg-ot építettek be alumíniumból egy autóba, ez az érték mára meghaladja a 140 kg-ot. Az alumíniumnál még könnyebb a magnézium, ám egyes tulajdonságai hátráltatják alkalmazását: bár könnyű, kevéssé terhelhető és különösen gyorsan korrodálódik.

Különösen könnyűek, ugyanakkor nagy stabilitással bírnak a kompozit műanyagok. Ezek üveg, szén vagy más anyagszálakból épülnek fel és ún. műanyag mátrixba ágyazódnak. A szálak helyzetét és rétegszámát az igények határozzák meg, vagyis az anyag tulajdonságait a tervezett felhasználási területéhez lehet hangolni. Még több lehetőség rejlik a polimer kompozitok erősítő anyagaiban, melyek nagyjából 60 százalékkal könnyebbek a vasnál és 30 százalékkal az alumíniumnál, ugyanakkor nem rozsdásodnak és magas rugalmassági modulussal rendelkeznek.

A repülőgépgyártás már elképzelhetetlen a nagyteljesítményű műanyagok nélkül. Jó példa erre az Airbus A380, melynek tömegét 20 százalékban ilyen anyagok alkotják. Gőzerővel dolgozik új fejlesztésén a Boeing is: a gép szerkezetének túlnyomó részét szén-és üvegszálas anyagok teszik majd ki - de már a bemutatott 787-es is legalább 20 százalékkal könnyebb, mint kategóriatársai. De a Forma 1-es mérnökök is évek óta kompozitok alkalmazásával terveznek és fejlesztenek. A versenyautó – a motor, a kerékfelfüggesztés és a hajtás kivételével –, de még a versenyzők bukósisakja is szinte kizárólag szénszálas műanyagból készül.

A ismeretek folyamatos bővülésének és a technika fejlődésének köszönhetően a személyautók szériagyártásába is rövidesen meg kell érkezzen az új korszak. A Mercedes már évekkel ezelőtt szénszálas műanyagból építette az SLR McLaren-t: az alumíniumból készült frontrésztől eltekintve a teljes karosszéria a jövő anyagait kölcsönözte. Nem gondolkodik eltérően a nagy rivális bajor gyártó sem: a BMW az SGL-el, a világ egyik legnagyobb szénszálas termékeket előállító vállalatával épít közös karbon-gyárat - majdan ott előállított komponensek a BMW elektromos autóiba kerülhetnek.

A Lamborghini már a 80-as évektől használ szénszálas műanyagokat. A Gallardoban pedig többek között a hátsó légterelő, a lökhárítók, illetve az alaplemez egyes részei készültek könnyű elemekből. Az olasz-német gyártó sem tétlenkedik: a Boeinggel végez közös kutatást a szénszálas konstrukciókban rejlő lehetőségek feltérképezésére.

A cikk a következő számban folytatódik…

Forrás: www.scinexx.de