nove tehnologije
Hibridna karoserija
Avtomobilska industrija uporablja
pri izdelavi avtomobilov čedalje
več novih, sodobnejših materialov,
ki prinašajo številne prednosti, pa
tudi nove izzive
Pri novem Audiju A6 so z učinkovitim kombiniranjem materialov
naredili hibridno karoserijo in
zmanjšali težo vozila
že pravo znanost, brez dvoma
izstopa Audi, kar dokazuje z nekaj
zaporednimi modeli, vključno z najnovejšim vozilom A6, ki se ponaša
s tako imenovano hibridno karoserijo. Z vgradnjo velikega števila
aluminijastih komponent in visokotehnoloških jekel so v primerjavi
poskušajo konstruktorji najti pravo s predhodnikom težo karoserije
Avtomobili postajajo večji in
mešanico materialov, da bi bili
zmanjšali za 30 kilogramov. Kljub
imajo čedalje več različne opretej shujševalni dieti pa zagotavljajo,
me. Brez ustreznih »shujševalnih« najbolj primerni in učinkoviti za
da je karoserija maksimalno čvrsta
ukrepov bi postali pretežki, vendar posamezne naloge, ki jih morajo
opravljati. To mešanje materialov
in varna. Poleg tega naj bi uporaba
pa je avtomobilska industrija pri
seveda še zdaleč ni omejeno le
novih sodobnih materialov in novih
ukrepih za zmanjševanje teže
na karoserijo vozila, ampak tudi
konstrukcijskih metod vplivala tudi
svojih izdelkov na srečo precej
na druge sestavne dele in sklope. na nizek nivo hrupa v notranjosti
uspešna.
Drži pa dejstvo, da lahko prav pri
potniške kabine, zagotavljala
karoseriji zaradi njene velikosti
natančno prilagoditev vseh komSkozi več kot stoletje dolgo
ponent in bolj učinkovito blažila
zgodovino razvoja avtomobilov se prihranijo velik del teže.
tresljaje med vožnjo.
je sama konstrukcija avtomobilov
Med izdelovalci, ki so iz ustvarin uporaba različnih konstrukjanja ustrezne mešanice materialov
cijskih materialov močno spreza izdelavo serijskih vozil naredili
menila. V sodobnih avtomobilih
Pri Audiju sledijo sloganu »Pravi material na
pravem mestu za optimalno učinkovitost«.
Zato pri hibridnih karoserijah uporabljajo
različne materiale.
Aluminijaste plošče
Aluminijasti vlivki
Aluminijasti profili
Vroče oblikovano jeklo
Hladno oblikovano jeklo
4
Mehanik in voznik • maj 2011
MARKO KRAUTBERGER
Foto Audi
Dolgoletna zgodovina
razvoja
Učinkovite uporabe novih
materialov seveda ni bilo mogoče
doseči čez noč. Razvoj lahkih
konstrukcij sega pri nemškem
Audiju v začetek devetdesetih let
minulega stoletja. Leta 1994 so
namreč prvič javno predstavili
tako imenovano konstrukcijo ASF
(Audi Space Frame), namenjeno
največji hišni limuzini A8. Izdatna
uporaba aluminija je bila revolucionarna novost, ki je na nek način
celo zasenčila celotno ozadje,
povezano z uvajanjem novega
materiala. Uporaba aluminija je
namreč poleg prednosti prinesla
tudi nove tehnološke izzive. Skoraj
najpomembnejši izziv je bil nov
način spajanja posameznih delov.
Izkušnje, ki so jih pridobili, so
dandanes še kako dobrodošle, ko
je treba učinkovito spojiti čedalje
več različnih materialov v končno
karoserijo in nenazadnje nanjo
pritrditi še vrsto drugih sestavnih
delov.
Povsem »čistokrvnih« aluminijastih karoserij, naslednic ASF, so
doslej izdelali že več kot 550 tisoč
in jih je danes namreč mogoče
najti pri limuzini A8 in športniku
R8. Nadomešča jih hibridna
karoserija, ki jo imajo športnik TT,
kombilimuzina A7 Sportback in
najnovejša limuzina A6. Pri Audiju
za tovrstne hibride uporabljajo
tudi izraz MSF (Multimaterial
Space Frame) in poudarjajo, da je
karoserija MSF razvojno nadaljevanje karoserije ASF.
aluminijasti vlivki
aluminijasti profili
aluminijaste plošče
jeklene plošče
Deleži uporabe materialov pri
nagrajeni karoseriji za TT.
Ker konstruktorji lahko izberejo različne materiale za izdelavo
karoserije in ostalih sestavnih
Prednosti hibridnih
delov, imajo tudi več manevrskega prostora za uresničevanje
karoserij
svojih idej, ki naj bi dale izdelku
večjo uporabnost in učinkovitost.
Uporaba različnih materialov
Hibridna karoserija je tudi glede
pomeni, da pri izdelavi hibridih
stroškov bolj primerna za velikokaroserij lahko izkoristijo dobre
serijsko proizvodnjo kot aluminilastnosti in prednosti posameznih
materialov za točno določene vloge jasta ali ogljikovih vlaken (CFRP
in na določenem mestu karoserije. - Carbon Fiber Reinforced Plastic).
Pričakovati je celo, da se bo
Karoserija mora namreč opravljati
različne naloge: zagotavljati trdnost, združevanje različnih materialov
blažiti tresljaje, nositi druge sestav- v karoserijsko celoto še stopnjene dele in varovati potnike oziroma valo in da bodo pri Audiju tako
preusmerjati uničevalno energijo, ki hibridno karoserijo namenili tudi
drugim svojim modelom vozil.
nastane pri trčenju.
Izdelava hibridnih karoserij je zahtevala tudi razvoj in
uporabo novih tehnologij za spajanje sestavnih delov, saj
klasičnega varjenja, primernega za jeklo, pri teh materialih skorajda ni mogoče uporabiti.
Audijev center za hujšanje
Središče razvoja lahkih karoserij in zmanjševanje teže pri vozilih
je Audijev center ALDC (Audi Lightweight Design Center), v katerem dela približno 180 strokovnjakov. Rezultate njihovega dela je
mogoče videti v številnih patentih, serijskih modelih in nagradah.
Centru je evropski patentni urad leta 2008 podelil naziv Evropski
inovator leta, štirikrat pa so že osvojili tudi prestižno evropsko
nagrado za najboljšo karoserijo.
Njihovo delo temelji na skoraj stoletju izkušenj avtomobilskih
znamk, ki so bile ali so še pod okriljem matične hiše. Kljub uradnemu rojstvu sodobne aluminijaste karoserije ASF leta 1994, to le ni
bila prva aluminijasta karoserija v zgodovini te družbe. Leta 1913 je
NSU izdelal avtomobil Type 8/24, ki je imel karoserijo v celoti izdelano iz aluminija. Deset let kasneje je imel Audi Type K prvi svojo
zunanjo kožo v celoti izdelano iz aluminijastih plošč, ki so postale
zaščitni znak ročno oblikovanih dirkalnikov iz tridesetih let minulega
stoletja. Auto Union Type C je leta 1936, pripravljen na dirko, tehtal
le 825 kilogramov in glede na vgrajen motor z 280 kilovati (520
KM) dosegel odlično razmerje med težo in močjo, primerljivo s
tistim, ki ga danes dosegajo Audijevi dirkalniki za preizkušnjo 24 ur
Le Mansa.
Tradicijo lahkih dirkalnikov so pri Audiju nadaljevali tudi športni avtomobili iz devetdesetih let, pri katerih so izdatno uporabljali
sestavne dele iz plastike in ogljikovih vlaken. Vsi ti avtomobili so bili
temelj za preizkušanje novih tehnologij, da so jih lahko uporabili v
serijskih izdelkih, kot so Audijevi modeli A8, R8, TT, A6 …
Mehanik in voznik
5
Združevanje različnih sistemov v
MMI tretje generacije
Nosilec zadnjega
stekla iz aluminija
Varnostna celica iz
visokokakovostnega
jekla
Aluminijasti modularni prečni
nosilec
Aluminijasti pokrov
motorja
Zniževanje teže motorja
in prenosov z uporabo aluminija
in magnezija
Ohišje vzmetenja
iz vlitega aluminija
Aluminijasti
pokrov motorja
Lita platišča koles
Vrata iz aluminija
Zvočnik iz lahkih
materialov
Aluminijasto
vzmetenje
Aluminijasti blatnik
Kabli iz aluminija
Lažji quattro pogon
Sestavni deli prednje
osi iz aluminija
Lahki kompozitni zavorni diski
Audijevi konstruktorji so skupno težo novega A6 zmanjšali s številnimi posegi in uporabo lažjih materialov.
Zniževanje teže posameznih sestavnih delov ali sklopov
pogosto pozitivno vpliva tudi na druge in odpira nove
možnosti zmanjševanje teže.
51,8%
jeklo
4,5%
tekočine
17,0%
lahke litine
0,3%
elektronika
2,7%
barvne kovine
18,7%
polimerni
materiali
1,5%
obdelani polimeri
3,5%
ostali materiali
Zniževanje teže s hibridno karoAvtomobili bodo lažji
serijo pa je še posebej aktualno
pri konstrukciji vozil na električni
S hibridno konstrukcijo so
pogon, kjer morajo inženirji skrbeti dosegli, da je bil Audijev športni
za zmanjševanje teže osnovnega
avtomobil TT druge generacije
vozila zaradi zelo težkih baterij.
v primerjavi s prvo že lažji za 90
6
Mehanik in voznik • maj 2011
Uporaba različnih materijalov med drugim omogoča
konstruktorjem lažjo izvedbo njihovih idej.
kilogramov. Podoben rezultat so
dosegli pri novem A6, ki je za
približno 80 kilogramov lažji od
prejšnje različice. Novinci tudi
zaradi »hujšanja« dosegajo do
21 odstotkov nižjo porabo
goriva - na sto kilometrov
popijejo 3 ali 5 decilitrov goriva
manj.
Lahke hibridne karoserije sprožijo pravi shujševalni plaz. Manjša
teža karoserije namreč pomeni,
da lahko vgradijo bolj kompaktne
in lažje zavore, uporabijo manjše
motorje, zaradi manjših motorjev
so lažji tudi izpušni sistemi, manjši
so rezervoarji za gorivo. Vse to
pa ne vpliva na zmogljivost vozila
Audi je leta 1994 s karoserijo ASF izzval veliko zanimanje
za uvajanje novih materialov in tehnologij za izdelavo teh
materialov.
in ne zmanjšuje pričakovanega
dosega vozila. Uporaba aluminija
za pokrov prtljažnika na primer
pomeni tudi, da lahko vgradijo
lažje vzmeti na zadnjih kolesih, ker
nosijo manjšo težo karoserije.
Manjša teža prinaša več dinamike. Konstruktorji poudarjajo, da
avtomobil, težak 1.200 kilogramov,
ki pospeši z mesta, doseže hitrost
100 kilometrov na uro šest metrov
pred vozilom, ki je težje za sto
kilogramov. Na videz malenkost,
a seštevanje podobnih koščkov,
iz katerih je sestavljen lažji avtomobil, seveda prinese precej bolj
opazen končni rezultat.
Razvoj novih hibridnih karoserij temelji na dolgoletnih
izkušnjah, ki so jih inženirji prestižne nemške znamke
nabirali pri izdelavi protipov in serijskih modelov.
Manjša teža pa prinaša prednost tudi pri morebitnem trčenju,
kar pojasnjujejo že osnovni fizikalni zakoni. Lažje je vozilo, manj
kinetične energije se v primeru
trčenja spremni v uničevalno
energijo, ki vpliva na samo vozilo,
na potnike in druge udeležence v
prometu.
Kot je debelosti nevarna za
zdravje ljudi, tako je prevelika teža
»nevarna« tudi za avtomobile.
Lažji avtomobili so bolj učinkoviti,
manj onesnažujejo okolje; in ker
manj onesnažujejo okolje, manj
škodijo tudi zdravju ljudi, ljudje
pa so v manjši nevarnosti tudi, če
pride do trčenja takega vozila.
Mehanik in voznik
7