E-mobilitás A könnyű konstrukció nem csupán akkumulátor-választék

Az e-autók a jövőben is könnyebbek lesznek
Az akkumulátor diéta

Tobias Meyer
Szabadúszó riporter Nürnberg közelében

Néhány évvel ezelőtt a könnyűszerkezetes konstrukciót még mindig fontos pillérnek tekintették a jövő autóiparában - akkor az e-mobilitás bombaként ütött: A zöld lándzsahegynek tekintett járművek fél tonna akkumulátort szeretnek a föld alatt cipelni. Úgy tűnik, mintha a belső égésű motorban korábban fáradságosan megtakarított kilók most teljesen lényegtelenek lennének. Ferdinand Dudenhöffer - annak idején a Duisburg-Essen Egyetem professzora - kísérlete, amely 2017-ben nagy médiafigyelmet kapott, kimutatta, hogy az erősen megterhelt e-autók fogyasztása alig nőtt az üres utakhoz képest. Ennek fő oka az energia-visszanyerés (visszanyerés) fékezéskor, amikor a generátor súlya is több villamos energiát termel, és így nagyban kompenzálja a hasznos terhet.

Christoph Wagener a Kirchhoff Automotive szerkezeti alkatrész-beszállítótól kifejti, hogy ez nem azt jelenti, hogy a teljes könnyűszerkezeti koncepció azonnal elavult, hanem azt, hogy a Dudenhöffer eredményei lényegében helyesek: „100 kg súlymegtakarítással csak 0,46 kWh több maradna az akkumulátorban 100 km távolságon A gyógyulás még nincs benne. A dízel és a benzin esetében 100 kg-mal kevesebbet csak 0,12–0,16 liter körül lehet megtakarítani. ”Mivel azonban egy ilyen hatalmas súlycsökkentés nagyon költséges, Wagener az e-járművek jövőbeni könnyű karosszéria-felépítésének céljait is valószínűbbnek tartja az erőforrások megőrzésében kevesebb anyag felhasználásával, ami viszont azt is jelenti, hogy más alkatrészek, például a tengelyek is soványabbá tehetők. Nagyobb járműtömeg is hátrányos baleset esetén, mivel több energiát kell elvezetni. "A jövőben ennélfogva még inkább a költséghatékony, holisztikus és szisztémás könnyűszerkezetekre összpontosítunk" - jósolja Wagener.

Biztonság elérés előtt

Különösen egy elektromos járművel bekövetkező baleset esetén a tűzveszély mindig kérdés, az akkumulátor kémiai tulajdonságait nehéz ellenőrizni. Ezért Wagener szerint a jövőben az egész testet még jobban optimalizálni kell, hogy ütközés esetén a becsapódási energia lehető legnagyobb része az akkumulátor körül kerüljön vezetésre. Fontos az ütközési teljesítmény integrálása közvetlenül az akkumulátor házába is. Itt is a könnyű konstrukciós koncepcióknak van meghatározó szerepük, mivel a vastag páncélzat nem egyszerűen alkalmazható mindenhol.

Az Edag termékfejlesztési szakembertől Michael Begert is ismeri az e-mobilitás és a könnyű konstrukció témáját, akinek kijelentése szerint figyelembe kell venni, hogy a sokat kritizált akkumulátor súlyának körülbelül egyharmadát annak háza és rögzítései teszik ki, ahol még mindig nagyon sok lehetőség van kihasználni. „A könnyű építkezésre jelenleg kevés figyelmet fordít a felső vezetés, és a fejlesztési költségvetés csökken. Másrészt elsőbbséget élvez a digitalizálás, a villamosítás és az autonóm vezetés ”- folytatja Begert. Az elektromos autók szegmensében - véleménye szerint - jelenleg inkább a lehető leggyorsabb piacra lépésről van szó, ami gyors fejlődést igényel. Itt egy néhány kilogrammal könnyebb futómű hamarabb kap elsőbbséget, mint az égési szegmensben, ahol minden gramm CO2-ért harcolni kell.

Könnyű szálak az akkumulátorhoz

A Schuler sajtógyártó elkötelezettsége megmutatja, mennyire globálisan gondolkodik az ipar. A gépek fémipari alkatrészeket gyártanak az autóipar, a vasút és a repülés, valamint az egyéb ipari ágazatok számára, és több mint 180 országban verítenek érméket. A fém formába hozása eddig a csoport alapvető kompetenciája volt. Mivel a kompozit anyagok is egyre inkább a középpontba kerülnek a könnyűszerkezetes építéssel, a hagyományos göppingeni vállalat itt is egyre inkább részt vesz. „A jelenlegi kihívások itt a nem hatékony anyagfelhasználás, a magas visszautasítási arány és egyes esetekben a folyamatos minőségbiztosítás hiánya. Ezenkívül a folyamatok csak kis és közepes méretű gyártási mennyiségekre alkalmasak ”- magyarázza Patric Winterhalter, a Schuler termékmenedzsere kompozitjai.

Jelenleg főleg a gyantainjekciós eljárást (RTM) alkalmazzák, amelyben az előre összeállított szálat - a hulladékkal együtt - egy formába helyezik, majd gyantával injektálják. Az RWTH Aacheni Egyetem Aacheni Integratív Könnyűszerkezetes Központjában (AZL) az iComposite 4.0 projekt most más partnerekkel együttműködve csökkenti a költségeket a felére. Demonstrátorként egy jármű padlóját állítják elő, amelynek falvastagsága 2,15 mm: Az első lépésben az üvegszálakat egy robot injektálja a negatív formába, ami minimális hulladékmennyiséget biztosít. Jelenleg folyamatban van a szálak valós idejű mérésének mérése, és a digitális iker segítségével azonosítják a releváns gyenge pontokat. Ezeket pontosan beillesztett szénszalagokkal lehet kompenzálni. Ezután a szokásos RTM folyamat következik. A prediktív minőség-ellenőrzést minden egyes alkatrészre közvetlenül a gyártási folyamat során hajtják végre, ezáltal mindegyik minimálisan egyedi, de a szükséges merevség mindig garantált. "A sorozatfolyamatban évi 35 000 alkatrésszel kevesebb, mint 150 euró egységköltségünk lenne" - mondja Winterhalter.

A vállalatok könnyű CFRP akkumulátorházakon dolgoznak

Néhány gyártó már gyárt kompozit anyagból készült szerkezeti alkatrészeket: A wiesbadeni SGL Carbon vállalat különféle partnerekkel dolgozik szénszálerősítésű műanyagból (CFRP) készült akkumulátor dobozok fejlesztésén. A kínai Nio autógyártó első prototípusainak 2018-as gyártása után a közelmúltban nagy megrendelés érkezett egy észak-amerikai gyártótól szén- és üvegszállal erősített műanyagból készült akkumulátorházak burkolatának és alapjának sorozatgyártására nagy mennyiségben. A közelmúltban érkeztek további megrendelések egy európai sportautó-gyártótól, valamint a BMW-től: Üvegszálas alapú burkolatot készítenek az akkumulátorház számára a müncheni székhelyű vállalat számára. „Az elektromos autók hagyományos akkumulátordobozai elsősorban alumíniumból és acélból készülnek. Ehhez képest a CFRP akkumulátortok körülbelül 40% -kal könnyebb ”- magyarázza Sebastian Grasser, az SGL Carbon Composites - Rostok és Anyagok divíziójának autóipari szegmensének vezetője.

Itt sem a súlyt tekintik a könnyű konstrukció egyedüli mozgatórugójának: az alkatrészeknek szintén nagyfokú merevséggel kell rendelkezniük a menetdinamika támogatása érdekében. Ezenkívül az anyagnak meg kell védenie az aljzatot a lebomlástól, hozzá kell járulnia az optimális hőkezeléshez, kiváló tűzvédelmet kell nyújtania, és meg kell felelnie a víz és a gáz tömörségi követelményeinek. Az SGL-Carbon szerint a kompozit anyagok sokkal jobban megfelelnek ezeknek a követelményeknek, mint bármely más anyag.

A könnyű konstrukció a jármű lábnyomát is befolyásolja

A VDMA hibrid könnyűsúlyú technológiáival foglalkozó munkacsoport éves ülésén a szakértők a Dudenhöffer fent említett súlykísérletére tekintettel rámutattak arra, hogy az eredmények alapvetően helyesek, de a következtetéseket tovább kellene gondolni: Mert ha egy e-autót eleve könnyebben építenek a motort gyengébbre lehet tervezni, az akkumulátort pedig kisebbre, ami összességében kevesebb alapanyagot használ fel.

A jövőben a könnyű konstrukció tehát már nem csak a súlycsökkentés koncepciója lesz, amelynek közvetlen célja a nagyobb hatótávolság, hanem maga a jármű lábnyoma is javulni fog. A koncepció már nem csak magát a járművet befolyásolja, hanem a gyártási folyamatait is. Mivel a kibocsátásukra a jövőben is nagyobb figyelmet fordítanak: a hangsúly továbbra is az akkumulátorokon van, amelyeket a közvélemény tudatában egyre inkább „zöldebben” gyártanak. Azonban más alkatrészeket, például az alumíniumot és a műanyagokat, a jövőben nagyobb összefüggésben is figyelembe kell venni, ezért van értelme az erőforrás-megtakarítású könnyű konstrukciónak az elektromos autókban is. Christoph Wagener karosszéria-szakértő számára ennek alapvető előfeltételei mindig is megvannak: „Akár könnyű szerkezet, akár nem, a mérnök valójában nem teszi fel magának ezt a kérdést. Számunkra az a természet, hogy a lehető legkevesebb anyagból és a lehető legkönnyebben gyártunk egy alkatrészt. "

Tudjon meg többet a következőkről: