Από τι είναι πραγματικά φτιαγμένο ένα αυτοκίνητο;

Από τι είναι πραγματικά φτιαγμένο ένα αυτοκίνητο;

Ένα αυτοκίνητο με απόλυτο βάρος ενός τόνου αποτελείται από περίπου 600 κιλά χάλυβα, 10 κιλά χυτοσίδηρο και 90 κιλά αλουμίνιο. Ο καθαρός σίδηρος είναι πολύ μαλακός και επομένως ακατάλληλος για την κατασκευή οχημάτων. Με την αφαίρεση του άνθρακα, σκληραίνει και στη συνέχεια επεξεργάζεται σε χάλυβες με διαφορετικές αντοχές. Ο χάλυβας είναι το πιο σημαντικό υλικό στην κατασκευή αυτοκινήτων, καθώς έχει μια μεγάλη ποικιλία τεχνικών ιδιοτήτων που είναι ειδικά προσαρμοσμένες για εφαρμογές στο αμάξωμα, στο πλαίσιο κ.λπ. Ο χάλυβας έχει επίσης πολύ καλές ιδιότητες επεξεργασίας, καλή σχέση τιμής/απόδοσης και καλές επιλογές ανακύκλωσης. 

Οι ιδέες ελαφριάς κατασκευής είναι σε ζήτηση

Προκειμένου να επιτευχθούν οι στόχοι που έχουν τεθεί για την κατανάλωση και τις εκπομπές CO2, οι κινητήρες εσωτερικής καύσης βελτιστοποιούνται και τα αυτοκίνητα πρέπει να γίνουν ελαφρύτερα. 100 κιλά λιγότερο βάρος οχήματος μειώνει την κατανάλωση καυσίμου κατά περίπου. 0,6 λίτρα/100 χλμ. Αυτές οι προσπάθειες μείωσης βάρους αντιμετωπίζονται από τις αυξανόμενες απαιτήσεις για ασφάλεια και άνεση και από έναν αυξανόμενο αριθμό ηλεκτρονικών εξαρτημάτων που απαιτούν ολιστικά μέτρα για τη μείωση του βάρους του οχήματος. Οι ιδέες ελαφριάς κατασκευής γίνονται ευρέως διαδεδομένες στην αυτοκινητοβιομηχανία. Και οδηγούν σε συμβατικά χρησιμοποιούμενα υλικά που αντικαθίστανται από νέα υλικά.  

Βασική βάση για τη μείωση του βάρους των εξαρτημάτων και συνεπώς της κατανάλωσης καυσίμου είναι οι χάλυβες με υψηλότερη αντοχή, οι οποίοι, σε σύγκριση με τις συμβατικές ποιότητες, έχουν μείωση στο πάχος του φύλλου διατηρώντας την ίδια δομική αντοχή και βελτιωμένη συμπεριφορά πρόσκρουσης. Η αναλογία τέτοιων συγκολλημένων τεμαχίων ή «προσαρμοσμένων ακατέργαστων τεμαχίων» στα τρέχοντα οχήματα είναι περίπου 50%. Τα "προσαρμοσμένα κενά" κατασκευάζονται από λεπτά φύλλα διαφορετικών ιδιοτήτων αντοχής και πάχους υλικού, ανάλογα με τη λειτουργική πίεση, για να σχηματίσουν εξαρτήματα του αμαξώματος ενός αυτοκινήτου. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα εξοικονόμηση υλικού και βάρους έως και 20%.

Αλουμίνιο, μαγνήσιο και χάλυβες υψηλής τεχνολογίας

Εκτός από το πολλά υποσχόμενο αλουμίνιο, το μαγνήσιο ανακαλύφθηκε ξανά στην κατασκευή αυτοκινήτων. Αυτό το μέταλλο (με πυκνότητα 1,74 kg/dm3) είναι ένα τρίτο ελαφρύτερο από το αλουμίνιο και 77 τοις εκατό ελαφρύτερο από το ατσάλι. Έχει ήδη χρησιμοποιηθεί σε πολλά οχήματα για την παραγωγή κιβωτίων κινητήρων και κιβωτίων ταχυτήτων. Πολύπλοκα, ευαίσθητα εξαρτήματα μπορούν επίσης να χυτευτούν με μαγνήσιο. Οι νέες ποιότητες φύλλων μαγνησίου και οι νέες τεχνολογίες διαμόρφωσης καθιστούν πλέον δυνατή τη χρήση λεπτών φύλλων μαγνησίου στην κατασκευή οχημάτων. Το μαγνήσιο είναι το ελαφρύτερο μεταλλικό υλικό κατασκευής. 

Ο όμιλος χάλυβα της Άνω Αυστρίας και ο προμηθευτής αυτοκινήτων voestalpine ανταποκρίνεται στη ζήτηση της βιομηχανίας για ολοένα ελαφρύτερα, αλλά και ισχυρότερα και πιο ανθεκτικά στη διάβρωση εξαρτήματα, δημιουργώντας το δικό του πεδίο εξειδίκευσης που ονομάζεται "ultralights". Αυτό προσφέρει μια ολοκληρωμένη σειρά από χάλυβες για ελαφριές κατασκευές αυτοκινήτων, από προηγμένους χάλυβες υψηλής αντοχής (ahss) για ψυχρή μορφοποίηση έως καινοτόμες λύσεις για θερμή μορφοποίηση με χρήση γαλβανισμένων χάλυβων σκληρύνσεως με πίεση (phs).

Δέκα τοις εκατό πλαστικό

Εκτός από την αντικατάσταση του χάλυβα με ελαφριά μέταλλα, το πλαστικό παίζει επίσης σημαντικό ρόλο. Τα πλαστικά έχουν μέση πυκνότητα 1 g/cm³. Πολλές εκατοντάδες εξαρτήματα αυτοκινήτου κατασκευάζονται από αυτό. Σήμερα η αναλογία της ξηράς ουσίας του αυτοκινήτου είναι 8 έως 10%, στην οποία πρέπει να προστεθούν τα πέντε ελαστικά κατά 3%. Το ίδιο ισχύει για εκτιμήσεις σχετικά με τη σταθερότητα των πλαστικών έναντι μηχανικών και χημικών καταπονήσεων ως προς τα μέταλλα. Αν και δεν υπόκεινται σε διάβρωση, απειλούνται από την υπεριώδη ακτινοβολία και τις προκύπτουσες διεργασίες οξείδωσης. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο είναι απαραίτητη η περίπλοκη πρόσθετη χημεία.

Μέσω της ενίσχυσης ινών των εξαρτημάτων, μπορούν να επιτευχθούν υψηλά επίπεδα σταθερότητας, γεγονός που καθιστά δυνατή την κατασκευή αμαξωμάτων αυτοκινήτου από πλαστικό. Εδώ, χρησιμοποιούνται σύνθετα υλικά στα οποία ίνες γυαλιού ή ίνες άνθρακα (ίνες άνθρακα) είναι ενσωματωμένες σε πλαστικά υψηλής ποιότητας όπως πολυεστέρας, εποξικά και πολυαμίδια όπως το Kevlar. Μερικές φορές προκύπτουν προβλήματα κατά την ανακύκλωση παλαιών οχημάτων. 

Το ελαστικό του μέλλοντος

Όσον αφορά την καθαρή μάζα, τα ελαστικά είναι ελάχιστα σημαντικά. Ωστόσο, είναι καθοριστικής σημασίας γιατί είναι η μόνη επαφή μεταξύ του οχήματος και του δρόμου. Ένα μοντέρνο ελαστικό δεν είναι φτιαγμένο μόνο από απλό καουτσούκ. Μάλλον, είναι ένα πολύπλοκο μείγμα από διάφορα φυσικά και συνθετικά καουτσούκ καθώς και πολυάριθμα άλλα χημικά και δομικά υλικά. Γεμιστικά όπως αιθάλη, πυρίτιο, άνθρακας και κιμωλία προστίθενται στη σύνθεση του ελαστικού, ενώ ο χάλυβας, το ρεγιόν και το νάιλον παρέχουν αντοχή. Η εξέλιξη εδώ είναι επίσης συναρπαστική: Το Τα ελαστικά του αύριο μπορούμε να κάνουμε πολλά περισσότερα από όσα μπορούμε να φανταστούμε σήμερα, δεν υπάρχουν σχεδόν όρια στις φαντασιώσεις της βιομηχανίας ελαστικών. 

Σε κάθε περίπτωση, όλες οι προσπάθειες μείωσης του βάρους στις σύγχρονες κατασκευές αυτοκινήτων αντισταθμίζονται από τις αυξανόμενες απαιτήσεις όσον αφορά την ασφάλεια και την άνεση καθώς και από τον αυξανόμενο αριθμό ηλεκτρονικών εξαρτημάτων στα οχήματα. Τα σύγχρονα αυτοκίνητα χρησιμοποιούν από καιρό τους υπολογιστές, πράγμα που σημαίνει ότι τα ηλεκτρονικά προσθέτουν επίσης πολλά στην κλίμακα. Το ηλεκτρικό σύστημα ενός σύγχρονου αυτοκινήτου μεσαίας κατηγορίας (χωρίς υβριδική κίνηση) ζυγίζει εύκολα 50 κιλά και περιλαμβάνει εκατοντάδες καλώδια συνολικού μήκους που μπορεί να μετρηθεί σε χιλιόμετρα. 

1,6 χιλιόμετρα καλωδίου

Ο Αντιπροσωπεία αυτοκινήτων Wolfsburg συγκρίνει σε ένα Ιστολόγιο το Golf 1 με το Golf 7 και καταλήγει στο εξής συμπέρασμα: "Το 1980, συνολικά 191 καλώδια συνολικού μήκους 214 μέτρων τοποθετήθηκαν σε ένα VW Golf 1. Στο VW Golf 7 υπάρχουν σχεδόν 1.000 διαφορετικά καλώδια. Ωστόσο, αυτές τις μέρες τείνουμε να μετράμε σε χιλιόμετρα: το μήκος του δικτύου Golf κατά μέσο όρο είναι 1.6." Αυτό από μόνο του αυξάνει το βάρος. Για να αντιμετωπιστεί αυτό, η διατομή των γραμμών σήματος μειώθηκε από 0,35 σε 0,13 τετραγωνικά χιλιοστά. Υπήρχε επίσης ένας νέος τύπος κράματος χαλκού-κασσιτέρου.

Δεν είναι περίεργο που τα ενσωματωμένα ηλεκτρικά συστήματα γίνονται πιο περίπλοκα: τα διάφορα εξαρτήματα άνεσης, από το ηχοσύστημα μέχρι τον κλιματισμό, ενώνονται με ολοένα και περισσότερα εξαρτήματα που σχετίζονται με την ασφάλεια, όπως ESP, αισθητήρες υπερήχων ή βίντεο και τις συσκευές ελέγχου που απαιτούνται για αυτά. Αυτό καθιστά τα σύγχρονα ακόμα πιο σημαντικά για επισκευές και συντήρηση Διαγνωστικός εξοπλισμός, το οποίο διαβάζει μηνύματα σφάλματος. Ο αυξανόμενος αριθμός ηλεκτρονικών εξαρτημάτων σημαίνει επίσης ότι περισσότεροι από 100 καταναλωτές λαμβάνουν πλέον ηλεκτρική ενέργεια από την αντίστοιχη απαιτούμενη μπαταρία. 

Απώλεια υγρών και εξαρτημάτων

Και μετά υπάρχουν διάφορα υγρά όταν το όχημα είναι έτοιμο για οδήγηση, τα οποία συνολικά μπορεί να φτάσουν τα 60 κιλά, ανάλογα με την κατηγορία του οχήματος. Το μεγαλύτερο μέρος είναι το περιεχόμενο της δεξαμενής καυσίμου. Τα μικρότερα αυτοκίνητα έχουν όγκο ρεζερβουάρ περίπου 40 λίτρα, τα μεγαλύτερα οχήματα έχουν περίπου 80 λίτρα. Συγκριτικά, τα τρία με τέσσερα λίτρα λαδιού κινητήρα που απαιτεί ένα παραδοσιακό αυτοκίνητο με κινητήρα εσωτερικής καύσης είναι άσχετα. Το ίδιο ισχύει για πέντε έως δέκα λίτρα ψυκτικού υγρού, καθώς και για ένα ή δύο λίτρα υγρό φρένων ή αντιψυκτικό παρμπρίζ. 

Γενικά, ο αριθμός των επιμέρους εξαρτημάτων από τα οποία αποτελείται ένα αυτοκίνητο εξαρτάται από τον αντίστοιχο τύπο οχήματος. Στην ανώτερη κατηγορία, λόγω του υψηλότερου επιπέδου εξοπλισμού, είναι συνήθως πολύ περισσότερα από ό,τι στα οχήματα της συμπαγούς κατηγορίας. Σύμφωνα με τους ειδικούς, ένα όχημα μεσαίας εμβέλειας αναμένεται να έχει κατά μέσο όρο εγκατεστημένα 10.000 μεμονωμένα εξαρτήματα. Για τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα, ο αριθμός των ανταλλακτικών μειώνεται δραστικά. Μόνο ένας κινητήρας καύσης αποτελείται από περισσότερα από 2.000 εξαρτήματα, ενώ ένας ηλεκτροκινητήρας αποτελείται μόνο από περίπου 250. Τα υγρά που αναφέρονται επίσης αφαιρούνται σε μεγάλο βαθμό, αλλά οι μπαταρίες ζυγίζουν μεταξύ 300 και 750 κιλά, ανάλογα με το συγκεκριμένο μοντέλο. Προσοχή όμως: Η ηλεκτροκίνηση δημιουργεί επίσης νέες πηγές κινδύνου στο συνεργείο Αξιολόγηση εργασιακής ασφάλειας και χώρου εργασίας πρέπει να ληφθούν υπόψη.