E-mobilitate Construcția ușoară este mai mult decât autonomia bateriei

Mașinile electronice vor fi, de asemenea, mai ușoare în viitor
Dieta cu baterii

Tobias Meyer
Reporter independent lângă Nürnberg

Cu câțiva ani în urmă, construcția ușoară era încă văzută ca un pilon important în industria auto din viitor - atunci mobilitatea electronică a lovit ca o bombă: vehiculele, văzute ca vârful de lance verde, le place să transporte jumătate de tonă de baterii sub pământ. Se pare că kilogramele salvate anterior laborios în motorul cu ardere sunt acum complet irelevante. Un experiment al lui Ferdinand Dudenhöffer - la vremea respectivă profesor la Universitatea din Duisburg-Essen - care a primit multă atenție media în 2017 a arătat că consumul de mașini electronice încărcate puternic crește cu greu în comparație cu călătoriile goale. Principalul motiv pentru aceasta este recuperarea energiei (recuperare) la frânare, prin care greutatea generatorului produce și mai multă energie electrică și astfel compensează în mare măsură sarcina.

Christoph Wagener de la furnizorul de piese structurale Kirchhoff Automotive explică faptul că acest lucru nu înseamnă că întregul concept de construcție ușoară este imediat depășit, ci că rezultatele lui Dudenhöffer sunt în esență corecte: „Prin economisirea a 100 kg în greutate, doar 0,46 kWh mai mult ar rămâne în baterie pe o distanță de 100 km Recuperarea nu este încă inclusă. În cazul motorinei și benzinei, cu 100 kg mai puțin s-ar putea economisi doar aproximativ 0,12-1,16 l. ”Cu toate acestea, întrucât o reducere atât de imensă a greutății este foarte complexă, Wagener vede, de asemenea, obiectivele viitoarei caroserii ușoare în vehiculele electrice. în conservarea resurselor prin utilizarea unui material mai redus, ceea ce înseamnă, la rândul său, că alte componente, cum ar fi axele, pot fi, de asemenea, mai slabe. O masă mai mare a vehiculului este, de asemenea, dezavantajoasă în caz de accident, deoarece trebuie disipată mai multă energie. „În viitor, prin urmare, accentul va fi și mai mult pe construcții ușoare, rentabile, holistice și sistemice”, prezice Wagener.

Securitate înainte de a ajunge

Mai ales în cazul unui accident cu un vehicul electric, riscul de incendiu este întotdeauna o problemă, chimia bateriei este considerată dificil de controlat. Prin urmare, potrivit Wagener, în viitor întregul corp va trebui optimizat și mai mult, astfel încât o cantitate cât mai mare de energie de impact să fie condusă în jurul bateriei în cazul unui accident. De asemenea, este important să integrați performanța de impact direct în carcasa bateriei. Și aici, conceptele de construcție ușoare joacă un rol decisiv, deoarece armura groasă nu poate fi aplicată pur și simplu peste tot.

Michael Begert, de la specialistul în dezvoltarea produselor Edag, cunoaște, de asemenea, subiectul e-mobilității și al construcției ușoare, conform declarației căruia trebuie luat în considerare faptul că aproximativ o treime din greutatea bateriei mult criticată este explicată de carcasa și accesoriile sale, unde există încă un potențial de exploatat. „Construcțiile ușoare primesc în prezent puțină atenție din partea conducerii superioare, iar bugetele de dezvoltare scad. Pe de altă parte, se acordă prioritate digitalizării, electrificării și conducerii autonome ”, continuă Begert. În segmentul mașinilor electrice - în opinia sa - în prezent este vorba mai mult de a intra pe piață cât mai repede posibil, ceea ce necesită o dezvoltare rapidă. Aici, un șasiu cu câteva kilograme mai ușor primește rapid mai puțină prioritate decât în segmentul de ardere, unde se luptă pentru fiecare gram de CO2.

Fibre ușoare pentru baterie

Angajamentul producătorului de presă Schuler arată cât de globală gândește industria. Mașinile produc piese din tablă pentru sectoarele auto, feroviar și aviatic, precum și pentru alte sectoare industriale și produc monede pentru mai mult de 180 de țări. Aducerea metalului în formă a fost până acum competența de bază a Grupului. Întrucât materialul compozit se strecoară tot mai mult prin construcția ușoară, compania tradițională din Göppingen devine tot mai implicată și aici. „Provocările actuale aici sunt utilizarea ineficientă a materialelor, ratele ridicate de respingere și, în unele cazuri, lipsa asigurării continue a calității. În plus, procesele sunt potrivite doar pentru volumele de producție mici și mijlocii ", explică Patric Winterhalter, director de produs compozite la Schuler.

În acest moment, se utilizează în principal procesul de injectare a rășinii (RTM), în care fibra pre-asamblată - cu tăieturi - este plasată într-o matriță și apoi injectată cu rășină. La Centrul pentru construcții ușoare integrative din Aachen (AZL) de la Universitatea RWTH Aachen, proiectul iComposite 4.0 lucrează acum cu alți parteneri pentru a reduce costurile cu aproximativ jumătate. O demonstrație de podea a vehiculului cu grosimea peretelui de 2,15 mm va fi produsă: în prima etapă, fibrele de sticlă sunt injectate pe o matriță negativă de către un robot, ceea ce asigură risipa minimă. În prezent se lucrează pentru măsurarea alinierii fibrelor în timp real și utilizarea gemenei digitale pentru a identifica unde sunt punctele slabe corespunzătoare. Acestea pot fi compensate prin benzi de carbon inserate cu precizie. Apoi urmează procesul RTM obișnuit. Controlul predictiv al calității se efectuează pentru fiecare componentă individuală direct în procesul de fabricație, prin care fiecare este minim individuală, dar rigiditatea necesară este întotdeauna garantată. „În procesul de serie, cu 35.000 de componente pe an, am avea costuri unitare mai mici de 150 de euro”, spune Winterhalter.

Companiile lucrează la carcase ușoare pentru baterii CFRP

Unii producători produc deja piese structurale din material compozit: compania SGL Carbon de la Wiesbaden lucrează cu diverși parteneri la dezvoltarea de cutii pentru baterii din plastic armat cu fibră de carbon (CFRP). După producerea primelor prototipuri pentru producătorul chinez de automobile Nio în 2018, a primit recent o comandă mare de la un OEM din America de Nord pentru producția în serie a capacului și a bazei pentru carcasele bateriilor din plastic armat cu fibră de carbon și sticlă în număr mare. Alte comenzi au venit recent de la un producător european de mașini sport, precum și de la BMW: Pentru compania din München va fi produs un capac pe bază de fibră de sticlă pentru carcasa bateriei. „Cutiile de baterii convenționale pentru mașinile electrice sunt fabricate în principal din aluminiu și oțel. În comparație, carcasa bateriei CFRP este cu aproximativ 40% mai ușoară ", explică Sebastian Grasser, șeful segmentului auto din divizia Compozite - Fibre și materiale la SGL Carbon.

Și aici, greutatea nu este văzută ca singurul motor al conceptului de design ușor: componentele trebuie să aibă, de asemenea, un grad ridicat de rigiditate pentru a susține dinamica de conducere. În plus, materialul trebuie să protejeze pardoseala împotriva defectării, să contribuie la gestionarea termică optimizată, să ofere o protecție excelentă împotriva incendiilor și să îndeplinească cerințele de etanșeitate pentru apă și gaz. Conform SGL-Carbon, materialele compozite ar îndeplini toate aceste cerințe mult mai bine decât orice alt material.

Construcția ușoară influențează, de asemenea, amprenta unui vehicul

Prin urmare, la reuniunea anuală a Grupului de lucru pentru tehnologii ușoare hibride ale VDMA, experții au subliniat, în vederea experimentului de greutate al lui Dudenhoeffer menționat mai sus, că rezultatele sunt practic corecte, dar concluziile ar trebui gândite mai departe: pentru că dacă o mașină electronică ar fi construită mai ușor de la început motorul poate fi proiectat pentru a fi mai slab și bateria mai mică, care folosește mai puține materii prime în general.

În viitor, construcția ușoară nu va mai fi, așadar, doar un concept de reducere a greutății, cu scopul direct de a se extinde, dar va îmbunătăți însăși amprenta vehiculului. Conceptul nu mai influențează doar vehiculul în sine, ci și procesele sale de producție. Deoarece emisiile lor vor avea, de asemenea, o atenție sporită în viitor: accentul este pus în prezent pe baterii, care sunt produse din ce în ce mai „ecologice” în conștientizarea publicului. Dar alte componente precum aluminiu și materiale plastice vor trebui, de asemenea, luate în considerare într-un context mai larg în viitor, motiv pentru care construcția ușoară care economisește resurse are sens și în mașinile electrice. Pentru expertul în caroserii Christoph Wagener, premisele de bază pentru aceasta au fost întotdeauna date: „Fie că este o construcție ușoară sau nu, un inginer nu își pune de fapt această întrebare. Pentru noi este în natura lucrurilor să fabricăm o componentă din cât mai puțin material și cât mai ușor posibil. "

Puteți afla mai multe despre: