Ελαφριά υλικά χρησιµοποιούνται όλο και περισσότερο στην παραγωγή επιβατικών και επαγγελµατικών οχηµάτων. Όµως οφέλη προκύπτουν όχι µόνο από τα υλικά, αλλά επίσης από έξυπνες εφαρµογές και µεθόδους επεξεργασίας…
Στους αµερικανούς αρέσουν πραγµατικά τα µεγάλου µεγέθους «µικρά» φορτηγά, τα λεγόµενα pik-up. Το Ford F-150 µε αµάξωµα από αλουµίνιο π.χ, µε διαστάσεις τουλάχιστον 5,30 µέτρα µήκος και 2,20 µέτρα πλάτος, σίγουρα δεν είναι ένα συµπαγές αυτοκίνητο. Βέβαια, το δηµοφιλές όχηµα των ΗΠΑ θα µπορούσε να γίνει µικρότερο αλλά αντί αυτού η Ford προτίµησε να µειώσει το βάρος του, για να καταναλώνει λιγότερα καύσιµα. Σαν αποτέλεσµα, η νέα γενιά του µοντέλου έχει γίνει ένα πρωτοπόρο ελαφρύ αυτοκίνητο, προσφέροντας ένα αµάξωµα ολικό από αλουµινίο και ένα πλαίσιο χάλυβα υψηλής αντοχής. Χάρη σε αυτή τη «δίαιτα», το F-150 ζυγίζει έως 320 κιλά λιγότερο από τον προκάτοχό του. Επίσης το νέο SUV Audi Q7 ανήκει σε αυτή την κατηγορία βάρους, αν και δεν είναι pik-up, έχασε επίσης έως 325 κιλά σε σύγκριση µε τον προκάτοχό του.

Τα οχήµατα γίνονται σταθερότερα, µεγαλύτερα και ελαφρύτερα
Σε απάντηση αυστηρότερων ορίων εκποµπών CO2, οι αυτοκινητοβιοµηχανίες εντείνουν τις προσπάθειές τους στον τοµέα των ελαφρών κινητήρων. Η Ford και Audi ισχυρίζονται ότι τα νέα τους µοντέλα, καταναλώνουν περίπου 30% λιγότερα καύσιµα από τους προκατόχους τους, επιδιώκοντας ωστόσο δύο διαφορετικούς τρόπους-υλικά κατασκευής.
Η Ford για παράδειγµα, καταναλώνει 350.000 τόνους φύλλων αλουµινίου ανά έτος, καθιστώντας τη τον µεγαλύτερο αγοραστή αυτού του υλικού στον κλάδο της αυτοκινητοβιοµηχανίας.
Αντίθετα η Audi έχει επιλέξει να χρησιµοποιεί ένα έξυπνο µίγµα υλικών, το οποίο αποτελείται από αλουµίνιο, ενισχυµένο µε ίνες σύνθετων υλικών και χάλυβα διάφορων βαθµών σκληρότητας.
Επίσης, οι ελαφρύτεροι κινητήρες, είναι µια ακόµα επιλογή της αυτοκινητοβιοµηχανίας για να κατασκευάσει όχι µόνο ελαφρά επιβατικά και µικρά βάν, αλλά και για τα επαγγελµατικά οχήµατα, αφού το βάρος των ρυµουλκούµενων, ηµιρυµουλκούµενων και τρακτόρων, µπορεί να µειωθεί και αυτό µέχρι 30%. Ένα ακόµα πλεονέκτηµα στις κατασκευές αυτών των αυτοκινήτων είναι το χαµηλότερο κέντρο βάρος του αυτοκινήτου, το οποίο αυξάνει την ικανότητα του φορτίου.

Αλουµίνιο: ένα διαχρονικό υλικό
Το αλουµίνιο είναι και πάλι «µοντέρνο» υλικό. Το 1978 τα οχήµατα που κατασκευάζονταν στην Ευρώπη περιείχαν κατά µέσο όρο 32 κιλά από αυτό το ελαφρύ µέταλλο. Το ποσοστό αυτό αυξήθηκε σε 120 κιλά το 2002 και 160 κιλά το 2015. Η εξίσωση φαίνεται να είναι απλή µε την πρώτη µατιά, επειδή µεγάλο µέρος των διαφόρων µερών του αµαξώµατος, κατασκευάζονται από αλουµίνιο και ζυγίζουν έως 50% λιγότερο από εκείνα που κατασκευάζονται από χάλυβα. Σαν αποτέλεσµα, πολυτελή αυτοκίνητα έχουν τώρα πόρτες και φτερά αλουµινίου ως βασικό χαρακτηριστικό. Η κατάσταση είναι διαφορετική µε τα φέροντα µέρη του αµαξώµατος που είναι τοποθετηµένα στη ζώνη παραµόρφωσης, σε περίπτωση σύγκρουσης. Στο B-πυλώνα, µεταξύ εµπρός και πίσω πόρτας, ο ειδικός χάλυβας υψηλής αντοχής, µπορεί πραγµατικά να είναι ελαφρύτερος από τα µέρη αλουµινίου που εξυπη ρετούν τον ίδιο σκοπό.

Ίνες από άνθρακα

Οι ίνες από άνθρακα ή αλλιώς ανθρακονήµατα, είναι ακόµη ελαφρύτερες και ισχυρότερες από το αλουµίνιο. Μετά την έναρξη παραγωγής δύο µικρών µοντέλων, BMW i3 και BMW i8, µε αµαξώµατα που αποτελούνται εξ ολοκλήρου από ίνες άνθρακας CFRP -ενισχυµένο πολυµερές- η BMW χρησιµοποιεί τώρα CFRP σε οχήµατα µαζικής παραγωγής για πρώτη φορά. Στη νέα BMW Σειρά 7, το ινώδες αυτό υλικό, µειώνει το βάρος του αµαξώµατος κατά 70 κιλά.
Όταν χρησιµοποιούνται έξυπνα οι ίνες άνθρακα, µπορούν να ζυγίζουν περίπου το ένα τρίτο λιγότερο από εξαρτήµατα αλουµινίου. Ωστόσο, αυτό το πλεονέκτηµα δεν ωφελεί, εκτός αν το αµάξωµα του αυτοκινήτου έχει σχεδιαστεί µε τρόπο, ώστε να επωφελείται από τα υλικά αυτά, που βρίσκονται µε τη µορφή «σάντουιτς», µεταξύ ενός υλικού θερµικής επεξεργασίας και σκληρού χάλυβα.
Για παράδειγµα, οι µεσαίες κολόνες στην BMW σειρά 7, είναι κατασκευασµένες από CFRP και χάλυβα υψηλής αντοχής. Αυτό καθιστά το αµάξωµα πολύ ανθεκτικό σε σύγκρουση και παράλληλα αυξάνει την ευχαρίστηση της οδήγησης σε δρόµους µε στροφές, καθώς και στις ευθείες των αυτοκινητόδροµων υψηλής ταχύτητας.
Το αµάξωµα του νέου Audi R8 ζυγίζει µόνο 200 κιλά, παρόλο που είναι εξαιρετικά άκαµπτο και ανθεκτικό σε περίπτωση σύγκρουσης. Η Audi Space Frame (ASF) αποτελείται από 79% αλουµίνιο και 13% ίνες άνθρακας-ενισχυµένο πολυµερές. Γι αυτό και οι τεχνικοί της AUDI, όταν αναφέρονται σε αυτά τα υλικά λένε, «χρησιµοποιούµε το σωστό υλικό, τη σωστή ποσότητα, στο σωστό µέρος».

Σάντουιτς υλικά σαν εναλλακτική λύση
Ωστόσο, µπορεί να µειωθεί το βάρος, όχι µόνο µέσω των ελαφρών υλικών, αλλά και µέσω της χρήσης «σάντουιτς» υλικών στο αµάξωµα του οχήµατος. Τέτοια υλικά είναι ιδιαίτερα επωφελή και στην κατασκευή εµπορικών οχηµάτων, αν και πρόκειται για µια πολύ δαπανηρή κατασκευή, αφού απαιτούν πάρα πολύ υλικό όταν χρησιµοποιούνται σε µεγάλη κλίµακα,π.χ. σε φορτηγά. Αντίθετα, η χρήση των νέων σύνθετων υλικών, µπορεί να περιορίσει τα… πάχη των τοίχων «σάντουιτς», και ταυτόχρονα το βάρος του οχήµατος, χωρίς να θυσιάζεται η φέρουσα ικανότητα.
Η εταιρεία Stadur στο Hammah της Γερµανίας, είναι ένας από τους µεγαλύτερους και πιο καινοτόµους κατασκευαστές στοιχεία «σάντουιτς» στην Ευρώπη, σε στενή συνεργασία µε κορυφαίους κατασκευαστές αυτοκινήτων, ανάπτυξε το κέλυφος και τη δοµή των πατωµάτων των οχηµάτων. Τα στοιχεία «σάντουιτς» είναι τοποθετηµένα µε τέτοιο τρόπο, ώστε τα βέλτιστα βάρη, δυνάµεις και φαινόµενα, επιτυγχάνονται σύµφωνα µε τις απαιτήσεις του εκάστοτε πελάτη. Για παράδειγµα, η χρήση Stadur υλικών «σάντουιτς» µειώνει το βάρος του σώµατος ειδικά στα ταχυδροµικά οχήµατα σχεδόν κατά 40%, αυξάνοντας αντίστοιχα το ωφέλιµο φορτίο του οχήµατος.
Τα οφέλη αυτά έχουν διπλό ενδιαφέρον στον τοµέα των επαγγελµατικών οχηµάτων, στην αναδυόµενη εποχή της ηλεκτροκίνησης. Η βάση για αυτό αποτελεί µια οδηγία της ΕΕ, η οποία ορίζει ότι οι παραδόσεις εµπορευµάτων στα αστικά κέντρα θα πρέπει να είναι απαλλαγµένες από CO2 -δηλαδή να πραγµατοποιούνται µε ηλεκτρικά οχήµατα- έως το 2030. Δυστυχώς όµως, οι µπαταρίες αυξάνουν σηµαντικά το βάρος των οχηµάτων διανοµής, µειώνοντας έτσι τα ωφέλιµα φορτία τους. Με δύο λόγια, όσο βαρύτερο είναι το σύστηµα κίνησης, µειώνεται και η αποτελεσµατικότητά του, όταν λειτουργεί ηλεκτρικά, γι αυτό και οι κατασκευαστές αυτοκινήτων πρέπει να κάνουν ότι µπορούν για να µειώσουν το βάρος των εξαρτηµάτων των οχηµάτων τους.
Η ελαφριά µηχανή λοιπόν, απαιτεί καινοτοµία εδώ και τώρα και έξυπνες τεχνικές λύσεις, επειδή το βάρος του αυτοκινήτου εξαρτάται από το υλικό που χρησιµοποιείται στην κατασκευή του.

Facebook

Twitter