Alternativní materiály pro lehčí vozy

Výrobní trendy v automobilovém průmyslu dnes do značné míry podléhají přáním zákazníků, a právě tyto nevyzpytatelné spotřebitelské preference určují, kudy se bude vývoj ubírat. Pro potenciálního zákazníka je dnes nejpodstatnějším rozhodujícím faktorem cena, která je však v určité nesouměřitelnosti doprovázena požadavkem co nejvyšší bezpečnosti, výkonu a komfortu.

Jak tedy najít optimální řešení? Řešením by mohly být vylehčené alternativní konstrukční materiály. Výrobní linky automobilek dnes prožívají období zásadní diety, kdy se zvažuje snižování hmotnosti prakticky každého dílu, protože váha jednotlivých součástek ovlivňuje zásadní měrou spotřebu vozu. A při užití konvenčních materiálů nemůžete snižovat hmotnost součástek, aniž abyste současně dodrželi bezpečnostní požadavky dané normou. Pokud ale nahradíte „bytelné“ železo a ocel kompozitovými součástmi, plasty, hliníkem usazeným do kostry z vysokopevnostní oceli, jste na dobré cestě k efektivnějšímu a ekonomičtějšímu provozu vozidla, a tím i blíž k zákazníkovi.


LEHKÁ KONSTRUKCE – TĚŽKÉ SOUČÁSTKY

Materiálová substituce, tedy nahrazení starých a těžkých moderními a lehkými prvky, je pochopitelně do značné míry závislá na mechanických vlastnostech konkrétních součástek, limitována jejich cenou a samotnou náročností výroby. Je však klíčová pro další etapu vývoje automobilového průmyslu. Snížená spotřeba paliv v důsledku snížené hmotnosti je tu vlastně jen sekundárním faktorem. Vylehčená konstrukce totiž především umožňuje instalaci nových „těžkých“ součástek – systémů pro uchovávání a výrobu energie, baterií a dobíjecích článků elektromobilů.

Mezi nejatraktivnější vylehčovací prvky patří zesílená umělá vlákna (Fiber Reinforced Plastics, FRP) a slitiny s nízkou a ultranízkou hustotou (Sheet Molding Compounds, SMC). Tyto plastové díly jsou o poznání lehčí, než konvenční ocelové materiály. Průměrné snížení hmotnosti karoserie, dosažené za užití těchto materiálů, se pohybuje mezi 25-35 %. Není proto divu, že se při konstrukčních řešeních nových typů vozů stále častěji potkáváme s „dlouhovláknovými“ a zesílenými uhlíkovými vlákny (Carbon Fiber-Reinforced Plastics, CFRP) prvky ve strukturálních dílech nebo větší mírou užití plastů při konstrukci krytů karoserie.

OČEKÁVANÉ NOVINKY

Typickým příkladem nastupujících trendů je využití vysokopevnostní oceli (Advanced High-Strength Steel Sheet, AHSS), a především rostoucí zapojení prvků z hliníku a hořčíku. Jako první tento koncept prosadili v General Motors, kde začali technici a designéři pracovat s hořčíkovou slitinou AE44. Ve srovnání s tradičními kovovými a ocelovými díly dokázala vylehčit konstrukci o pětatřicet procent. Inovační trend se však nezastavil. Prakticky polovina vozů značky Ford je již vyrobena s „hliníkovou kuklou“, a podobně je na tom i Audi A4. Také nová Mazda má být o sto kilo (15 %) lehčí, než její předchůdci. Na hliník a hořčík se teď soustředí většina výrobců z Kanady, USA a Číny. To ale zdaleka není všechno.

V konceptu CFRP a odlehčení rámu karoserie vozu jsou stále populárnější polykarbonát (PC) a polymethylmethaakrylát (PMMA), určené k „zasklení“ střechy a zadní části vozu. Odvozené formy polyamidů, jako například nylon, nalézají uplatnění při konstrukci lehké „zastřešující“ karoserie. Narazíme také na výplně založené na „pěnovém a korálkovém“ modelu, které snižují hustotu jednotlivých součástí a také častější prvky „organické hybridní technologie“, která účelně propojuje kovové díly s plastovými součástkami.

MATERIÁLOVÉ SROVNÁNÍ

Není to ale jen o „snižování hmotnosti za každou cenu“ – kilogram hliníku teoreticky nahradí 3-4 kilogramy oceli, ale zapotřebí je také pevnost a odolnost konstrukce vůči mechanickému opotřebení a fyzickému poškození. Tam, kde je tedy zapotřebí „síla a bezpečnost“, nahradí kilogram hliníku jen asi dva oceli.

Dobře je to vidět na materiálovém srovnání. Objem 6,54 kg oceli můžeme nahradit hliníkovou slitinou 5182. Té by bylo při stejném designovém určení zapotřebí jen 3,38 kg, hmotnost tedy snižujeme o 48 %. Polyamidová skleněná vlákna (PA6/6 GF30) by byla ekvivalentem stejnému množství oceli při hmotnosti 2,87 kg, hubneme tedy o 56 %. Polypropylenová skleněná vlákna (PP GF30) by vážila 2,35 kg a snížení váhy dosahuje 64 %. Nejlépe ze srovnání vychází hořčíkové slitiny, konkrétně AZ31. Ta by vážila jen 2,18 kg a dosáhlo by se snížení hmotnosti o 67 %. Pochopitelně, překážkou by tu byla cena materiálu.

Jedna inovace podporuje druhou. Přibližně 15 % hmotnosti vozu zabírá brzdný systém, nezbytná součást vozu. Pokud však snížíme celkovou hmotnost vozu, můžeme si dovolit i „lehčí“ brzdný systém. Vylehčováním konstrukce vozu užitím alternativních materiálů se tedy otevírá celý prostor pro modernizaci. Alternativní materiály se stávají synonymem pro nižší spotřebu vozu, tím pádem i nižší emise, což současně značí ekonomický a ekologický provoz. Experti se proto jistě nemýlí, pokud tvrdí, že v příštích pěti letech by se podíl užití alternativních materiálů v automobilech měl více než zdvojnásobit.

První komerčně vyráběný elektrosolární hybrid Venturi Astrolab je vybaven malinkatým 16 kW elektromotorem, který však dokáže díky využití velice lehkých karbonových materiálů vyvinout rychlost až 120 km/h při dojezdu 110 km.

Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *