A könnyű konstrukció jövője Hatékony és megfizethető - Innovációs jelentés
A könnyű kivitelezés kulcsfontosságú technológia marad és marad számos iparág számára, a jármű- és repülőgép-technológiától a hajóépítésig és az űrutazásig. Ugyanakkor a súlycsökkentő megközelítésnek köszönhetően nagy megtakarítási lehetőségeket kínál az éghajlatra káros kibocsátások tekintetében. Eddig a viszonylag magas költségek jelentettek akadályt.
Az EUI ALLIANCE projektben az autógyártók, a beszállítók és a kutatóintézetek összefogtak ennek megváltoztatására - a Daimler és a Fraunhofer Strukturális Tartóssági és Rendszermegbízhatósági Intézet koordinálásával LBF.
Az éghajlatváltozásra tekintettel fontos csökkenteni az autók káros kibocsátását. Az egyik megközelítés a súlyuk csökkentése - más szóval, a könnyű konstrukció. Eddig azonban az alkatrészek magas ára akadályozta a nagyüzemi felhasználást, a könnyű alkatrészek egyszerűen túl drágák az olcsó autómodellekhez. Ha a beépített autóalkatrészek többségénél könnyű konstrukció érvényesül, az árcsavart el kell fordítani.
Csökkentse a CO2-kibocsátást 25 százalékkal
Pontosan ezt tette az AffilabLe Lightweight Automobiles AlliaNCE rövidítésű EUI ALLIANCE projekt számos partnere: Kihangsúlyozták, milyen költségmegtakarítás lehetséges, és kifejlesztették a megfelelő technológiákat. Hat ismert autógyártó, hat alkatrész- és anyagszállító és különféle kutatóintézet vett részt.
A projektet a Daimler és a Fraunhofer Institute for Structure Structure and System Reliability LBF koordinálta Darmstadtban. "Együtt meg tudtuk mutatni, hogy olcsó könnyű konstrukció lehetséges!" - mondja Prof. Thilo Bein, a Fraunhofer LBF tudományos menedzsment vezetője. Projekttitkárként koordinálta a partnereket, nyomon követte az eredményeket, találkozókat szervezett és hasonlókat.
»Sikerült megtakarítanunk az egyes alkatrészek tömegének több mint 30 százalékát, és ezáltal 25 százalékkal csökkenteni a szén-dioxid-kibocsátás részarányát - az alkatrészenként átlagosan megtakarított kilogrammonkénti költség mindössze 2,67 euróval nőtt, ami elfogadható az autógyártó számára "Ha a kezdetektől fogva figyelembe vesszük a CO2-egyensúlyt és az energiamérleget, akkor a költségek még tovább csökkenthetők, a projekt eredményének megfelelően.
A tervezéstől a csatlakozási folyamatig
A Fraunhofer LBF kutatói nemcsak a koordináció terén járultak hozzá a projekthez, hanem a saját kutatási munkájukhoz is hozzájárultak, például az alkatrészek tervezésénél. Ha új anyagokat használ az autóalkatrészek gyártásához, újra kell optimalizálni azokat a paramétereket, mint a falvastagság, az alkatrészek természetes frekvenciája - ami fontos a zaj fejlődéséhez - vagy a tömeg.
Sok esetben ez a végeselem módszerrel történik: Például a virtuális sárvédőt sok kis egységre osztják, majd kiszámítják és optimalizálják fizikai viselkedését. Ezek a modellek azonban nagyon összetettek. "A Fraunhofer LBF-nél ezért kidolgoztunk egy paraméterezett modellt, amely rendkívül leegyszerűsíti ezt az eljárást" - mondja Bein.
Az elv: A szakértők csökkentik a modell komplexitását, miközben megtartják azokat a paramétereket, mint a súly, a természetes frekvencia vagy a falvastagság. Ezt a modellt optimalizálják - ami sokkal könnyebb -, majd az eredményeket visszahelyezik az eredeti végeselemes modellbe.
"Ez a többparaméteres optimalizálás mind a koncepció korai szakaszában, mind a későbbi részletes tervezés során felhasználható" - mondja Bein. A kutatók már tesztelték módszerüket az Opel front-end alkatrészeinek virtuális demonstrációs moduljában.
Az eredmény: a tervezés során az iterációs lépések lecsökkennek, a kívánt paraméterek jobban elérhetők.
Az ALLIANCE projekt magában foglalta a megfelelő csatlakozási folyamatok kidolgozását is annak érdekében, hogy a könnyű alkatrészeket szilárdan és biztonságosan összekapcsolhassa egymással: Az eredmény 14 különböző összekapcsolási folyamat. A Fraunhofer szakértői hozzá járultak a fáradtság teszteléséhez. Például hibrid csatlakozási folyamatoknál - szegecseléssel és ragasztással kombinálva - különböző ciklikus terhelésnek vetették alá az alkatrészszerű mintákat, és megvizsgálták, hogy a kapcsolatok mennyire bírják ezt az eljárást.
A Fraunhofer LBF kutatói az üzem stabilitásának további vizsgálatát végezték a Toyota műanyag aljzatán. Mindkét teszt jó eredményeket hozott.
A projektnek vége. Meghatározzák a konzorcium további kutatási igényeit - nyomonkövetési projekt készül. "Az eredményeket a következő néhány évben beépítik a termékfejlesztésbe" - bizonyos Bein.