Електронната мобилност Леката конструкция е нещо повече от обхват на батериите

Електронните автомобили също ще бъдат по-леки в бъдеще
Диетата на батерията

Тобиас Майер
Репортер на свободна практика близо до Нюрнберг

Преди няколко години леката конструкция все още се възприемаше като важен стълб в автомобилната индустрия на бъдещето - тогава електронната мобилност удря като бомба: Превозните средства, възприемани като зелено върхово копие, обичат да носят половин тон батерии под земята. Изглежда, че килограмите, които преди това са били спестени трудоемко в двигателя с вътрешно горене, сега са напълно без значение. Експеримент на Фердинанд Дуденхьофер - по това време професор в Университета на Дуйсбург-Есен - който получи голямо внимание от медиите през 2017 г., показа, че консумацията на силно натоварени електронни автомобили едва ли се е увеличила в сравнение с празните пътувания. Основната причина за това е енергийното оползотворяване (възстановяване) при спиране, при което теглото на генератора също произвежда повече електричество и по този начин до голяма степен балансира товара.

Кристоф Вагенер от доставчика на структурни части Kirchhoff Automotive обяснява, че това не означава, че цялата концепция за лек дизайн е незабавно остаряла, а че резултатите на Dudenhöffer са по същество правилни: Оздравяването все още не е включено. В случай на дизел и бензин, 100 кг по-малко биха могли да спестят само около 0,12 до 0,16 л. “Тъй като обаче такова огромно намаляване на теглото е много скъпо, Wagener вижда и целите на бъдещата лека конструкция на каросерията в електронните превозни средства по-вероятно при опазването на ресурсите чрез използване на по-малко материали, което от своя страна означава, че други компоненти като оси също могат да станат по-фини. По-голямата маса на превозното средство също е неблагоприятна в случай на катастрофа, тъй като трябва да се разсейва повече енергия. „Следователно в бъдеще фокусът ще бъде още по-рентабилен, цялостен и системен олекотен строеж“, прогнозира Вагенер.

Сигурност преди достигане

Особено в случай на инцидент с електрическо превозно средство, рискът от пожар винаги е проблем, химията на батерията се счита за трудна за контрол. Следователно, според Вагенер, цялото тяло ще трябва да бъде оптимизирано в бъдеще, за да се гарантира, че възможно най-голяма част от енергията на удара се провежда около батерията в случай на катастрофа. Също така е важно да се интегрира ефективността на катастрофата директно в корпуса на батерията. И тук концепциите за лека конструкция играят решаваща роля, тъй като дебелата броня не може просто да се приложи навсякъде.

Майкъл Бегерт от специалиста по разработване на продукти Edag също познава темата за електронната мобилност и олекотената конструкция, според чието изявление трябва да се вземе предвид, че около една трета от много критикуваното тегло на батерията се дължи на корпуса и приставките, където все още има много потенциал за използване. „Леката конструкция в момента получава малко внимание от висшето ръководство и бюджетите за развитие падат. От друга страна, приоритет се дава на цифровизацията, електрификацията и автономното шофиране “, продължава Бегерт. По негово мнение в сегмента на електрическите автомобили понастоящем става въпрос за възможно най-бързото навлизане на пазара, което изисква бързо развитие. Тук шасито, което е с няколко килограма по-леко, бързо получава по-малък приоритет, отколкото в сегмента на горенето, където се бори всеки грам CO2.

Леки влакна за батерията

Ангажиментът на производителя на преса Schuler показва колко глобално мисли индустрията. Машините произвеждат ламаринени части за автомобилния, железопътния и авиационния сектор, както и за други индустриални сектори, и те секат монети за повече от 180 страни. Привеждането на метала във форма досега беше основната компетентност на Групата. Тъй като композитният материал също все повече се фокусира във фокуса с леката конструкция, традиционната компания от Göppingen също става все по-ангажирана и тук. „Настоящите предизвикателства тук са неефективно използване на материалите, високи нива на отхвърляне и в някои случаи липса на постоянно осигуряване на качеството. Освен това процесите са подходящи само за малки и средни производствени обеми “, обяснява Патрик Винтерхалтер, продуктов мениджър Composites в Schuler.

В момента се използва предимно процесът на инжектиране на смола (RTM), при който предварително сглобеното влакно - с отрязъци - се поставя в матрица и след това се инжектира със смола. В Центъра за интегративно олекотено строителство в Аахен (AZL) към университета RWTH в Аахен, проектът iComposite 4.0 вече работи с други партньори, за да намали разходите наполовина. Като демонстратор ще бъде произведен под на автомобила с дебелина на стената 2,15 мм: В първата стъпка стъклените влакна се инжектират върху отрицателна форма от робот, което гарантира минимални отпадъци. В момента се работи за измерване на подравняването на влакната в реално време и с помощта на цифровия близнак се идентифицира къде са съответните слаби места. Те могат да бъдат компенсирани с прецизно поставени въглеродни ленти. След това следва редовният RTM процес. Прогнозният контрол на качеството се извършва за всеки отделен компонент директно в производствения процес, като всеки от тях е минимално индивидуален, но необходимата твърдост винаги е гарантирана. „В серийния процес, с 35 000 компонента годишно, ще имаме единични разходи под 150 евро“, казва Winterhalter.

Компаниите работят по леки CFRP корпуси на батерии

Някои производители вече произвеждат структурни части, изработени от композитен материал: Компанията SGL Carbon от Висбаден работи с различни партньори по разработването на кутии за батерии от пластмаса, подсилена с въглеродни влакна (CFRP). След производството на първите прототипи за китайския автомобилен производител Nio през 2018 г., наскоро беше получена голяма поръчка от северноамерикански OEM за серийно производство на капака и основата на корпусите на батериите от армирана с въглерод и стъклени влакна пластмаса в големи количества. По-нататъшни поръчки дойдоха наскоро от европейски производител на спортни автомобили, както и от BMW: За базираната в Мюнхен компания ще бъде произведено покритие за корпус на акумулатор на базата на фибростъкло. „Конвенционалните кутии за акумулатори за електрически автомобили са основно изработени от алуминий и стомана. За сравнение, корпусът на батерията CFRP е с около 40% по-лек “, обяснява Себастиан Грасър, ръководител на автомобилния сегмент в отдела за композити - влакна и материали в SGL Carbon.

И тук теглото не се разглежда като единственият двигател на олекотената дизайнерска концепция: компонентите трябва да имат и висока степен на твърдост, за да поддържат динамиката на шофиране. Освен това материалът трябва да предпазва под-пода от разрушаване, да допринася за оптимизирано управление на топлината, да предлага отлична противопожарна защита и да отговаря на изискванията за херметичност за вода и газ. Според SGL-Carbon композитните материали биха отговорили на всички тези изисквания много по-добре от всеки друг материал.

Леката конструкция също влияе върху отпечатъка на автомобила

Поради това на годишното заседание на работната група по хибридни леки технологии на VDMA експертите посочиха с оглед на споменатия по-горе експеримент с теглото на Dudenhöffer, че резултатите са по същество правилни, но че заключенията трябва да се обмислят по-нататък: Защото ако е-автомобил е бил направен по-лек от самото начало двигателят може да бъде проектиран да бъде по-слаб и батерията по-малка, което консумира по-малко суровини като цяло.

Следователно в бъдеще олекотената конструкция вече няма да бъде само концепция за намаляване на теглото с пряка цел да се увеличи обхватът, а ще подобри самия отпечатък на автомобила. Концепцията вече влияе не само върху самото превозно средство, но и върху неговите производствени процеси. Тъй като техните емисии също ще получат по-голямо внимание в бъдеще: в момента фокусът все още е върху батериите, които се произвеждат по все по-„екологичен“ начин по начин, който привлича обществеността. Други компоненти като алуминий и пластмаси обаче също ще трябва да се разглеждат в по-широк контекст в бъдеще, поради което спестяващата ресурси лека конструкция има смисъл и при електронните автомобили. За експерта по каросерия Кристоф Вагенер основното изискване за това винаги е било дадено: „Независимо дали е с лека конструкция или не, инженерът всъщност не си задава този въпрос. За нас е в природата на нещата да произвеждаме компонент от възможно най-малко материал и възможно най-леко. "

Можете да научите повече за: