Lys, effektiv, overkommelig – formen på ting, der kommer i komponenter

Letvægtsteknologi har længe været og vil helt sikkert forblive en grundpille i bil- og rumfartsteknik, skibsbygning og en lang række andre industrier. Lettere materialer og komponenter kan også hjælpe med at reducere emissioner, der driver klimaændringerne. Men lettere muligheder er dyrere, og de relativt høje omkostninger har forhindret deres vedtagelse. Det er ved at ændre sig takket være indsatsen fra et konsortium af bilproducenter, leverandører og forskningsinstitutter. Kaldet ALLIANCE og koordineret af Daimler og Fraunhofer Institute for Structural Durability and System Reliability LBF, dette projekt har nogle gode nyheder til designere:Som det viser sig, det er fuldt ud muligt at bygge komponenter, der er op til 33 procent lettere til en merpris på mindre end tre euro pr. sparet kilogram.

Hvis vi vil tackle klimaforandringerne, vi bliver nødt til at begrænse bilernes skadelige emissioner. En måde at gøre dette på er at bygge lettere køretøjer. Bilproducenter har været langsomme til at gå den vej, fordi letvægtskomponenter er dyre. De er simpelthen for dyre til budgetmodeller. Hvis letvægtsdesign skal gå mainstream og udgøre størstedelen af ​​de installerede komponenter, ingeniører bliver nødt til at finde en måde at få priserne ned på.

CO ₂ emissioner reduceret med 25 procent

Det er præcis, hvad de talrige partnere, der er engageret i EU's Affordable LEight-weight Automobiles AlliANCE-projekt – eller kort sagt ALLIANCE – satte sig for at gøre. De undersøgte potentialet for besparelser og udviklede teknologier for at gribe de mest lovende muligheder. Seks store bilproducenter, seks komponent- og materialeleverandører, og forskellige forskningsinstitutter deltog i dette projekt koordineret af Daimler og Fraunhofer Institute for Structural Durability and System Reliability LBF i Darmstadt. "Sammen, vi var i stand til at fastslå, at omkostningseffektivt letvægtsdesign er muligt, " siger prof. Thilo Bein, Head of Knowledge Management hos Fraunhofer LBF. Som udpeget projektsekretær, han var i forbindelse med partnere, sporede resultater, organiserede møder, og lignende. "Vi formåede at gøre individuelle komponenter mere end 30 procent lettere, og derved reducere deres andel af CO ₂ emissioner med 25 procent – ​​hvor omkostningerne pr. komponent i gennemsnit kun stiger med 2,67 € pr. kilogram sparet, hvilket er acceptabelt for bilproducenter." Dette projekts hovedpersoner fandt ud af, at omkostningerne kan være endnu lavere, hvis CO ₂ og energibalancer er indregnet fra starten.

Design først, sluttede sig til sidst

Forskerne ved Fraunhofer LBF gjorde mere end blot at hjælpe med at koordinere projektet. De tog også deres forskningsfærdigheder til udtryk i komponenternes design. Ingeniører skal optimere fra bunden af ​​alle nye materialer i bildele. De finjusterer disse komponenters vægt, tykkelsen af ​​deres vægge, og deres naturlige frekvenser, som er vigtige for at håndtere støj, blandt andre parametre. De bruger ofte finite-element-metoden til dette formål. Tage, for eksempel, en fender. Dens designer ville først skabe en virtuel model, og opdel det derefter i mange små enheder for at beregne og optimere denne dels fysiske adfærd. Ulempen ved disse modeller er, at de er frygtelig komplekse. "Det er grunden til, at vi udviklede en parametriseret model hos Fraunhofer LBF, der forenkler denne procedure enormt, " siger Bein. Disse eksperter strømlinede modellen, reducerer dets kompleksitet, men bevarer parametre som vægt, egenfrekvens eller vægtykkelse. Denne enklere model tjener til at optimere parametre, som derefter kanaliseres tilbage til den oprindelige finite-element model. "Denne multi-parameter optimering kan bruges både i den tidlige konceptuelle fase og senere ved detaljering af designet, " siger Bein. Tester deres metode på et virtuelt demonstratormodul til en Opel front-end komponent, forskerne fandt, at det var en stor hjælp:det gør det muligt at designe komponenter med færre iterative trin og giver en bedre måde at opnå målparametre på.

Sammenføjningsmetoder var også på ALLIANCE-projektets dagsorden. Disse skulle forbinde letvægtskomponenter på en sikker og fast måde. Udviklingsindsatsen identificerede 14 forskellige egnede sammenføjningsprocesser. Fraunhofers eksperter bragte deres specifikke viden til bordet, da det var tid til at teste for strukturel holdbarhed. Har til opgave at undersøge hybridsammenføjningsprocesser, der kombinerer nitter med klæbende bindinger, de udsatte komponentlignende prøver for forskellige cykliske belastninger for at bestemme, hvor godt samlinger ville holde til slid. Fraunhofer LBF-forskere testede også en Toyota-undervogn i plast for strukturel holdbarhed. Resultaterne af begge tests var gode.

Dette projekt har kørt sit forløb, men konsortiet besluttede at forgrene sin forskning, så et opfølgende projekt er i støbeskeen. "Resultaterne vil flyde ind i produktudvikling i løbet af de næste par år, " siger Bein, taler med sikkerhed.