image/svg+xml

Automobil Revue

Technika

Lehké materiály – Nové požadavky

Pavel Biskup 20.03.2012 11:22

Zkušební modul kabiny BMW i3 z uhlíkových kompozitů

00b-audi 61207Nejprve to byl motoristický sport, v němž se konstruktéři pustili do snižování hmotnosti automobilů. Pro menší spotřebu nyní přicházejí na řadu sériové vozy…

Konstruktéři sáhli u závodních automobilů po alternativních materiálech, používaných ve stavbě letadel. Teprve později našly lehké materiály cestu i do sériových automobilů. Téměř šedesát let poté, kdy se hliníkové slitiny staly materiály závodních vozů, přišla automobilka Audi v roce 1994 s technologií Audi Space-Frame (ASF) pro velký sedan A8, kdy do rámového skeletu různých profilů z hliníkové slitiny byly integrovány hliníkové plošné díly s nosnou funkcí.

Velmi lehké sedadlo BMW, vyrobené z CFKJe to ten nejznámější příklad, hliník však byl využit už pro terénní vozy Land Rover z důvodu poválečného nedostatku oceli ve Velké Británii, a samozřejmě u řady sportovních automobilů… Historie se nyní může opakovat, protože další lehké materiály jsou opět známy z letectví a kosmonautiky. Jde především o kompozity na základě skleněných (GFK – Glasfaserkunstoff), uhlíkových (CFK – Carbonfaserkunstoff) i jiných vláken. Kromě atraktivního hliníku se ovšem jako vhodné lehké materiály dobře uplatňují nejen kompozity, ale také speciální vysokopevnostní oceli a slitiny hořčíku. Pro sériové vozy nařizují automobilkám a jejich dodavatelům stále přísnější limity emisí CO2 z výfuku jednu dietu za druhou. Snížením hmotnosti automobilu o 100 kg klesne spotřeba paliva zhruba o 0,3 l/100 km. Převedeno na množství emisí CO2 jde tedy o redukci sedmi gramů na ujetý kilometr. Ovšem než se lehké materiály rozšíří i na stavbu velkosériových vozů, je třeba ještě vyřešit řadu problémů. Patří k nim náklady na nové technologie a zajištění pozitivní energetické bilance. V tom hraje značnou roli recyklace, kdy např. u hliníku je energetická náročnost při jeho druhém zhodnocení jen zlomkem té, která byla vyložena při primární výrobě.

Zhotovování kompozitních dílů vyžaduje stále velký podíl ruční práce (Lamborghini)U skelných kompozitů GFK jsou primární nároky na energii 13 až 32 MJ/kg výrazně nižší než u uhlíkových kompozitů CFK (183 až 286 MJ/kg). Je tedy logické, že CFK jsou zatím využívány téměř výhradně u kusové výroby supersportovních automobilů, zvláště když je produkce karosářských dílů komplikovaná. Zhotovení jednoho kousku klasickým laminováním trvá totiž čtyři dny. Rohože z uhlíkových vláken se na sebe pokládají tak, aby se vlákna křížila, poté jsou ponořeny do pryskyřice a až do vlastní laminace musí být chlazeny, aby k reakci pryskyřice došlo až ve vyhřáté peci. To je proces, jenž je jen těžko schopen automatizace, i když se blýská na lepší časy, protože novou technologií RTM (Resin Transfer Moulding) je možno zhotovit tyto díly asi do čtyř hodin.

Výroba dílů CFK na lince LamborghiniProti naznačené technologii používané např. u značky Lamborghini (její zkušenosti chce převzít celý koncern Volkswagen) vychází metoda RTM z kuchyně McLarenu ze suchých uhlíkových vláken, držících pospolu jednoduchým sešitím, jež robot uloží v několika vrstvách do negativní formy, ta se uzavře a do vnitřního prostoru je pod tlakem vháněna pryskyřice. K vytvrzení dílů dochází opět zvýšenou teplotou. Ovšem i zkrácení procesu na čtyři hodiny je pro výrobu velkosériového vozu příliš dlouhé. V takovém případě musí stroj pracovat v minutovém taktu, takže lze jen obdivovat odvahu automobilky BMW, že se možností velkosériové výroby dílů z CFK intenzivně zabývá.

Vyjímání kompozitového dílu z formy (pro vozy Lamborghini)Přišli totiž se studií malého elektromobilu BMW i3, u něhož se i při předpokládané sériové výrobě v roce 2013 počítá, že karoserie bude z uhlíkových kompozitů. Společnost BMW Group se už dnes může opřít o zkušenosti, jež ­získala s uhlíkovou střechou pro malou speciální sérii M3 CSL. Měl by být využit proces trvající jen 360 sekund, který vychází z nakrátko rozsekaných a velice tenkých uhlíkových vláken, jež se stlačí, napustí pryskyřicí a následně předtvarují. Tyto díly pak putují do lisu, kde se jeho tlakem zahřejí, což vy­volá vyžadovanou chemickou reakci. Takto vyrobený díl sice údajně nemá všechny vlastnosti, které přináší metoda RTM, nicméně v tuhosti konkuruje oceli, ale přitom vykazuje poloviční hmotnost. Jinou mož­ností je využití podobného postupu jako RTM, ale přísadami do pryskyřice podstatně zredukovat časy potřebné pro vytvrzení.

Samonosná skořepina střední části supersportovního vozu Lamborghini Aventador (CFK)Pokud se správně nastaví cesta k odlehčené konstrukci, mělo by to vyvolat kaskádu možností redukce hmotnosti sériových automobilů. Například lehčí karoserie dovoluje použít lehčí tlumiče, menší hmotnost vozu dává šanci sáhnout po kompaktnější brzdové soustavě atd. V konečné bilanci pak potřebujete menší a samozřejmě i lehčí motor. Toto téma je jednou z priorit firmy ZF, která již nyní přichází s řadou avantgardních námětů náhrady oceli nosných a silně namáhaných podvozkových dílů. Jde třeba o kompletní celky náprav, vyrobené z GFK a CFK, jež jsou až o 30 % lehčí; u jednotlivých komponentů to však může být úspora hmotnosti až 50 %.

Elektromobil BMW i3 bude z uhlíkových kompozitů i v sériové verziAlternativní materiály také přinášejí nové přístupy v konstrukci, výpočtech i provádění zkoušek. Elasticita kompozitů GFK jde vstříc vývojářům pružicích dílů v systémech náprav, jimž je ovšem třeba dát odpovídající tvar, aby podvozek byl jak bezpečný, tak komfortní. Protože zmíněné kompozity reagují na tahová i tlaková zatížení zcela ­jinak než ocel, není možné již osvědčené ­algoritmy pouze převzít, což platí i o metodách simulace funkcí. U společnosti ZF již byly vyvinuty dva zajímavé produkty v lehkém provedení. Jedním z nich je pružicí a tlumicí jednotka systému McPherson s nábojem kola a materiálovou kombinací ocel, hliník a uhlíkový kompozit GFK. Neméně náročná je také představená studie nápravy s příčným listovým perem z materiálu GFK, zvládající všechny tři funkce, tedy pružicí, stabilizující a vodicí, jež u konvenčního ře­šení zajišťuje několik různých dílů. Není tedy pochyb o tom, že v boji za snížení spotřeby paliva se v blízké budoucnosti dočkáme mnoha zajímavých a inovativních řešení.

Převzato z časopisu automobilrevue-logo 61270

Fotogalerie

Vstup do diskuze (0)   Tisk Facebook Twitter



Emil Frey Select

Toyota Corolla COMFORT AT 1.5 Dynamic Force

15 000 km, r. 2025

499.900,- Kč

Toyota RAV4 2.5Hybrid,CZ,Comfort,4x4

100 313 km, r. 2020

689.900,- Kč

Toyota C-HR 1.8Hybrid,CZ,GR Sport

13 934 km, r. 2023

619.900,- Kč

Newsletter

Přejete si odebírat newsletter?



Test

Honda Civic e:HEV – Hybrid, co chytne za srdce

Lukáš Dittrich 15.06.2023 06:09

Honda Civic e:HEV Advance

Čerstvý držitel titulu Auto roku v ČR porotce zaujal především zajímavou technikou a naladěním... >>

Více



Technika

Porsche T-Hybrid (9A3B6) – Turbohybrid

Petr Hanke 16.07.2024 13:32

Uspořádání hybridní hnací soustavy Porsche 911 Carrera GTS. Akumulátor o hmotnosti 27 kg je umístěn vpředu

Porsche elektrifikovalo šestiválcový boxer pro model 911. Zatímco z pohledu marketingu byla... >>

Více



Další články

  • Rétromobile 2025 – Ještě větší

    Ještě větší. Letošní, v pořadí 49. ročník salonu klasických automobilů překonal... >>

  • Plug-in Hybridy Volkswagen – Nově i 4x4

    Nově i 4x4. Plug-in hybridní techniku Volkswagen používá již více než 10 let.... >>

  • Automuseum Dr. Carl Benz – Menší část hvězdy

    Menší část hvězdy. V Ladenburgu nedaleko Mannheimu lze nahlédnout do pestrého... >>

  • Farizon – Elektrické ambice

    Značka Farizon je součástí čínského koncernu Geely a je jejím největším... >>

  • Mobilní plnička Devinn – Vývoj pokračuje

    Koncem roku 2023 představila společnost Tatra Trucks a.s. ve světové premiéře... >>

  • 50 let BMW řady 3 – Kontinuita na sedmou

    Kontinuita na sedmou. Před 50 lety BMW představilo první generaci řady 3, která... >>

  • Lucien Rosengart – Kdo zachrání zachránce?

    Kdo zachrání zachránce? Karl-Heinz Bonk vybudoval a snad ještě provozuje... >>

  • Emanuele Pirro – Pestrá kariéra

    Emanuele Pirro je sympatický usměvavý Ital, který největší úspěchy sbíral... >>




Menu

  • Novinky |
  • Testy |
    • Představujeme
    • Svezli jsme se
    • Náš test
  • Články |
    • Historie
    • Technika
    • Pro řidiče
    • Motorsport
    • Magazín
    • Fotogalerie
    • Listárna
  • Speciály |
  • Tiskové zprávy |
  • Časopisy |
    • Automobil Revue
    • Trucker
    • Doprava a silnice
  • Bazar |
  • Newsletter |
  • Novinky |
  • Testy |
  • Historie |
  • Pro řidiče |
  • Speciály |
  • VOLVO |

Newsletter
Předplatné
O nás

Vyhledávání


Automobil Revue

Novinky | Testy | Články | Speciály | Tiskové zprávy | Časopisy | Bazar | Newsletter |

Všechna práva vyhrazena © | 2011 - 2025 Redakce Automotorevue | Mapa stránek | Redakce stránek | Napište nám | Předplatné | RSS | GDPR | CMP | Autoři
design by skop | system by SABRE |