Budúcnosť ľahkej konštrukcie Efektívne a cenovo dostupné - správa o inováciách

konštrukcie

Ľahká konštrukcia je a zostane kľúčovou technológiou pre mnoho priemyselných odvetví, od technológie vozidiel a lietadiel až po stavbu lodí a vesmírne cestovanie. Vďaka prístupu redukcie hmotnosti zároveň ponúka veľký potenciál úspor, pokiaľ ide o emisie škodlivé pre klímu. Doteraz boli pomerne vysoké náklady prekážkou.

V rámci projektu EÚ ALLIANCE sa výrobcovia automobilov, dodávatelia a výskumné inštitúcie spojili, aby to zmenili - koordinuje ich Daimler a Fraunhoferov inštitút pre štrukturálnu odolnosť a spoľahlivosť systému LBF.

Z hľadiska zmeny podnebia je dôležité znížiť škodlivé emisie z automobilov. Jedným z prístupov je zníženie ich hmotnosti - inými slovami ľahká konštrukcia. Doteraz však vysoká cena komponentov stála v ceste veľkému použitiu, ľahké komponenty sú pre lacné modely automobilov jednoducho príliš drahé. Ak má u väčšiny inštalovaných automobilových komponentov prevažovať ľahká konštrukcia, musí sa otočiť cenová skrutka.

Znížte emisie CO2 o 25 percent

Presne to dosiahli mnohí partneri v projekte EÚ ALLIANCE, skratka pre AffordabLe Lightweight Automobiles AlliaNCE: Vyzvali, aké sú možné úspory nákladov, a vyvinuli zodpovedajúce technológie. Bolo zapojených šesť známych výrobcov automobilov, šesť dodávateľov komponentov a materiálov a rôzne výskumné inštitúcie.

Projekt koordinovali Daimler a Fraunhoferov inštitút pre štrukturálnu odolnosť a spoľahlivosť systému LBF v Darmstadte. „Spoločne sme dokázali, že je možná lacná ľahká konštrukcia!“ Hovorí profesor Thilo Bein, vedúci vedeckého manažmentu spoločnosti Fraunhofer LBF. Ako tajomník projektu koordinoval partnerov, sledoval výsledky, organizoval stretnutia a podobne.

»Podarilo sa nám ušetriť viac ako 30 percent hmotnosti jednotlivých komponentov a znížiť tak ich podiel na emisiách CO2 o 25 percent - so zvýšením nákladov iba o 2,67 eura na kilogram priemerne ušetrených na komponent, čo je pre výrobcu automobilov prijateľné je. «Ak vezmete do úvahy bilanciu CO2 a energetickú bilanciu od začiatku, náklady môžu byť podľa výsledku projektu ešte znížené.

Od návrhu až po proces spájania

Vedci z Fraunhofer LBF do projektu prispeli nielen z hľadiska koordinácie, ale aj vlastnej výskumnej práce, napríklad pri navrhovaní komponentov. Ak používate na výrobu automobilových komponentov nové materiály, musia sa znova optimalizovať parametre ako hrúbka steny, vlastná frekvencia komponentov - čo je dôležité pre vývoj hluku - alebo hmotnosť.

Často sa to robí pomocou metódy konečných prvkov: Napríklad virtuálny blatník je rozdelený na veľa malých jednotiek a potom je vypočítané a optimalizované jeho fyzické správanie. Tieto modely sú však veľmi zložité. „Vo Fraunhofer LBF sme preto vyvinuli parametrizovaný model, ktorý tento postup mimoriadne zjednodušuje,“ hovorí Bein.

Princíp: Odborníci znižujú zložitosť modelu pri zachovaní parametrov, ako je hmotnosť, vlastná frekvencia alebo hrúbka steny. Tento model používajú na optimalizáciu - čo je oveľa jednoduchšie - a potom výsledky prenášajú späť do pôvodného modelu konečných prvkov.

„Túto viacparametrovú optimalizáciu je možné použiť tak v počiatočnej fáze konceptu, ako aj v neskoršom podrobnom návrhu,“ hovorí Bein. Vedci už svoju metódu vyskúšali vo virtuálnom demonštračnom module pre front-endový komponent od spoločnosti Opel.

Výsledok: iteračné kroky v dizajne sa znížia, lepšie sa dosiahnu požadované parametre.

Súčasťou projektu ALLIANCE bol aj vývoj vhodných procesov spájania s cieľom spoľahlivo a bezpečne spojiť ľahké komponenty: Výsledkom je 14 rôznych procesov spájania. Odborníci spoločnosti Fraunhofer prispeli svojimi odbornými znalosťami v oblasti testovania únavy. Napríklad pre procesy hybridného spájania - nitovacie v kombinácii s lepením - podrobili vzorky podobné komponentom rôznym cyklickým zaťaženiam a skúmali, ako dobre spoje vydržia tento postup.

Vedci z Fraunhofer LBF vykonali ďalší test prevádzkovej stability na plastovom podklade od spoločnosti Toyota. Oba testy priniesli dobré výsledky.

Projekt sa skončil. Sú definované ďalšie potreby výskumu zo strany konzorcia - pripravuje sa následný projekt. „Výsledky budú začlenené do vývoja produktov v priebehu niekoľkých nasledujúcich rokov,“ je si istý Bein.