ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ

Σε ανορεξία το σύγχρονο αυτοκίνητο!

Renault_47456_global_en

Το τελευταίο χόμπι των ειδικών έχει να κάνει με την μείωση του βάρους. Όχι το δικό τους αλλά των αυτοκινήτων που σχεδιάζουν…

1956 Cadillac 75 commercial chassis advert_mx_Η αλήθεια είναι πως τα αυτοκίνητα δεν ήταν εξαρχής τόσο βαριά όσο ακούγεται. Ωστόσο, όσο περνούσαν τα χρόνια η ανάγκη για περισσότερη ασφάλεια έφερε ενισχυμένα πλαίσια με αρκετά περισσότερα κιλά χάλυβα υψηλής αντοχής. Η ανάγκη για περισσότερη άνεση δημιούργησε νέα κομφόρ όπως το σύστημα κλιματισμού, μονώσεις, βαρύτερα κρύσταλλά κ.α. Μέχρι την ενεργειακή κρίση της δεκαετίας του 1970 η έννοια του βάρους απασχολούσε κυρίως τους μηχανικούς που σχεδίαζαν αγωνιστικά με στόχο την καλύτερη επιτάχυνση και την υψηλότερη τελική ταχύτητα.

Audi Pre-Space Frame 1985Για μερικά χρόνια οι ειδικοί έδωσαν τη πρέπουσα σημασία στην εξοικονόμηση κιλών χρησιμοποιώντας εκτενέστερα πολυμερή και συνθετικά υλικά (πέρα από π.χ. τις χειρολαβές και τα θερμοπλαστικά του ταμπλό) προχωρώντας στη κατασκευή πλαστικών προφυλακτήρων, θυρών, φτερών, ρεζερβουάρ κ.α. Σύντομα, τα νέας σύνθεσης πλαστικά βρήκαν εφαρμογή σε επιμέρους τμήματα του κινητήρα και της μετάδοσης αντικαθιστώντας παραδοσιακά υλικά (όπως το ελαφρύ αλλά ακριβό μαγνήσιο στο καπάκι των βαλβίδων, την μεταλλική πολλαπλή εισαγωγής κ.α.) συνδυάζοντας υψηλή αντοχή και μικρό βάρος. H μεγάλη πρόοδο στην τεχνολογία των πλαστικών συμπίπτει χρονικά με την περίοδο που καθιερώθηκαν τα συστήματα ψεκασμού πολλαπλών σημείων (MPFI, Multi Point Fuel Injection) την δεκαετία 1980-90.

Audi A3 - ultra-LeichtbauΑπό την στιγμή όμως που η τάση για μείωση βάρους (ή η διατήρηση αν θέλετε στα ίδια και λίγο μικρότερα επίπεδα) έγινε επιτακτική ανάγκη τουλάχιστον στην Ευρώπη ελέω των συνεχώς αυστηρότερων προδιαγραφών σχετικά με τους ρύπους η υπόθεση ήταν μονόδρομος για τους κατασκευαστές. Ειδικά με το διοξείδιο του άνθρακα (CO2) υπήρχε από τότε μεγάλο θέμα καθώς σε πολλές χώρες αποτελεί πλέον φορολογικό αλλά και περιβαλλοντικό κριτήριο.

Έτσι, για να μειωθεί η περιεκτικότητα CO2 στα καυσαέρια έπρεπε α) οι κινητήρες να γίνουν αποδοτικότεροι και β) τα αμαξώματα πιο αεροδυναμικά και ελαφρύτερα. Μάλιστα, η όλη υπόθεση με το βάρος έχει ξεκινήσει ένα αγώνα διάκρισης μεταξύ των εταιριών για το ελαφρύτερο εκείνο… το άλλο… Ο χάλυβας άρχισε να εκτοπίζεται από αρκετά σημεία του πλαισίου –από το ελαφρύτερο και με εφάμιλλες μηχανικές ιδιότητες αλουμίνιο που έκανε την εμφάνιση στο εξ ολοκλήρου αλουμινένιο πλαίσιο ASF (Audi Space Frame) του Audi A8 (1994).

The first carbon monocoque McLaren MP41 1980Από την άλλη, τα πλεονεκτήματα της χρήσης ανθρακονημάτων ήταν γνωστά από την εποχή που εμφανίστηκε (το 1980) η McLaren MP4/1, το πρώτο μονοθέσιο της F1 με εξ ολοκλήρου ανθρακονημάτινο μονοκόκ πλαίσιο. Ακόμη και στις μέρες μας όμως η μέθοδος κατασκευής μερών με νήματα από ίνες άνθρακα παραμένει εξεζητημένη και ακριβή για ευρύτερη παραγωγή (π.χ. ίσως να θυμάστε το 2007 την ανθρακονημάτινη οροφή της BMW M3). Έτσι, ο χάλυβας έχει παραμείνει το βασικό υλικό ενός πλαισίου αλλά αυτό που έχει αλλάξει σημαντικά είναι η σχεδίαση και η κατεργασία των δομικών στοιχείων που το απαρτίζουν καθώς και η μέθοδος συγκόλλησης τους. Ενδεικτικό παράδειγμα αποτελεί η ευέλικτη πλατφόρμα MQB της VW που εξασφαλίζει τουλάχιστον 40 kg λιγότερα στα μοντέλα που χρησιμοποιείτα,  η EMP2 του ομίλου PSA με βασικά υλικά τον χάλυβα, το αλουμίνιο και το μαγνήσιο, η πλατφόρμα CMF των Renault/Nissan κ.α.

BMW CFRP 00 (1)Στα επόμενα χρόνια θα δούμε να διεισδύει όλο και περισσότερο η μέθοδος CFRP (Carbon-Fibre Reinforced Plastic – πολυμερή ενισχυμένο με ανθρακόνημα). Η βασική σκέψη είναι η δημιουργία ενός υλικού με ακαμψία και αντοχή παρόμοια με αυτήν του χάλυβα, αλλά με ελαφρύτερο βάρος και βέβαια μικρότερο κόστος πρώτης ύλης. Η βάση κατασκευής του υλικού είναι ανθρανονήματα με θερμοπλαστικό ύφασμα. Με μια περίπλοκη διαδικασία πολλαπλών σταδίων τα διάφορα συστατικά στοιχεία του νήματος αφαιρούνται, με αποτέλεσμα να απομένει ένα νήμα που αποτελείται από σχεδόν καθαρό άνθρακα με σταθερή δομή γραφίτη.

BMW CFRP 00 (21)Τα παραγόμενα ανθρακονήματα έχουν πάχος μόλις επτά microns (0,007 mm). Μια ανθρώπινη τρίχα, για παράδειγμα, έχει διάμετρο 50 microns. Για εφαρμογή στο αυτοκίνητο, περίπου 50.000 ξεχωριστά νήματα πλέκονται δημιουργώντας τα λεγόμενα «βαριά σχοινιά». Φύλλα από ανθρακονήματα με διαφορετικό προσανατολισμό των ινών ταξινομούνται σε στρώσεις με διάφορες κατευθύνσεις πριν διαμορφωθεί το τελικό σχήμα τους. Τα φύλλα αυτά αποτελούν την πρώτη ύλη για την κατασκευή εξαρτημάτων και πάνελ.

BMW CFRP 00 (2)Στη συνέχεια τα φύλλα θερμαίνονται για να αποκτήσουν σταθερή δομή. Μετά την προ-διαμόρφωση και ένωση ακολουθεί το επόμενο στάδιο της διαδικασίας: χύτευση με ψεκασμό ρητίνης υπό υψηλή πίεση (Resin Transfer Moulding ή RTM). Καθώς τα νήματα με τη ρητίνη συγκολλώνται και στη συνέχεια σκληραίνουν, το υλικό αποκτά την ακαμψία που είναι βασική για τις ιδιότητές του. Τηρώντας με ακρίβεια προκαθορισμένες παραμέτρους χρόνου, πίεσης και θερμοκρασίας, οι πρέσες CFRP ασκούν πίεση μέχρι 4.500 τόνων, μέχρις ότου αλληλεπιδράσει πλήρως η ρητίνη με το σκληρυντικό και «στεγνώσει» και η ρητίνη. Το πρώτο αυτοκίνητο ευρείας παραγωγής «χτισμένο» με βάση αυτό το υλικό είναι το νέο BMW i3, καθώς και το BMW i8.

BMW-i8_2015_1000 avbηλεκτροϋβριδικά αποτελούν επίσης ένα μοχλό πίεσης για τους «διαιτολόγους» στο χώρο του αυτοκινήτου. Μία από τις μεγαλύτερες προκλήσεις για κάθε ηλεκτροκίνητο είναι οι μπαταρίες του και συγκεκριμένα η βελτίωση της ενεργειακής πυκνότητας. Με άλλα λόγια, να χωρά περισσότερη ενέργεια στον ίδιο ή μικρότερο χώρο. Για την ώρα υπάρχουν διάφοροι περιορισμοί ως προς το βάρος των μπαταριών (π.χ. του Nissan Leaf ζυγίζουν περίπου 300 kg ενώ των Chevrolet Volt / Opel Ampera περίπου 200 kg) με άμεση επίπτωση στην αυτονομία. Ακόμη και η εξοικονόμηση μερικών δεκάδων κιλών μπορεί να δώσει αρκετές δεκάδες χιλιόμετρα επιπλέον κίνησης, αναφέρουν οι ειδικοί. Το σίγουρο πάντως είναι πως στα επόμενα χρόνια έχουν να δουν πολλά τα μάτια μας. Ή μάλλον όχι μιας και η συγκεκριμένη τεχνολογία δυστυχώς τις περισσότερες φορές περνά απαρατήρητη…

Μερικά ενδιαφέροντα…

  • Το προηγούμενο φθινόπωρο η Ford παρουσίασε ένα πρωτότυπο καπό κατασκευασμένο με την τεχνική CFRP (Carbon Fibre Reinforced Plastic, μια τεχνική που συνδυάζει πολυμερή με ανθρακονήματα) το οποίο ζυγίζει 50% λιγότερο από τα χαλύβδινα. Το καπό αυτό προορίζεται για μελλοντικά μοντέλα.
  • Το μαγνήσιο είναι 33% ελαφρύτερο από το αλουμίνιο, 60% από το τιτάνιο και 75% από το χάλυβα. Η GM ανακοίνωσε πως εξελίσσει νέου τύπου θερμική μορφοποίηση (ξεπερνώντας βασικές δυσκολίες της συγκεκριμένης κατεργασίας) για ενιαία πάνελ και σύνθετες δομές που θα μειώσουν το βάρος του αμαξώματος και του πλαισίου.
  • H Corvette αποτελεί το πρώτο πεδίο εφαρμογής μία ιδέας που μπορεί να εξοικονομήσει αρκετά κιλά στο μέλλον…
  • Γραμμάριο το γραμμάριο μπορούν να εξοικονομηθούν αρκετά κιλά. Ειδικά στη περίπτωση που το ζητούμενο είναι οι επιδόσεις η λεπτομέρεια παίζει σημαντικό ρολό. Τόσο μεγάλη που στο RS5 τα δισκόφρενα είναι «φαγωμένα» στις περιφέρειες τους εξοικονομώντας έστω και μερικές εκατοντάδες γραμμάρια!
  • Αν η Alfa Romeo 4C είναι για κάτι γνωστή αυτό δεν είναι άλλο από το πανάλαφρο σασί της χάρη σε νέες τεχνολογίες κατασκευής με συνθετικά υλικά που θα βρουν εκτενή εφαρμογή στα επόμενα χρόνια…
Ετικέτες

Nίκος Ι. Mαρινόπουλος

Πρόκειται για τον δημιουργό και συντονιστή του καρότου με τις περισσότερες τεχνολογικές βιταμίνες σε όλον τον κόσμο!

Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται. Τα υποχρεωτικά πεδία σημειώνονται με *

Back to top button
Close
Close