Audin kevytrakenteet – oppia luonnosta

28.11.2013 | Malte Jürgens / AMS
Audin kevytrakenteet – oppia luonnosta

Audin alumiini- ja kevytrakennekeskuksessa Neckarsulmissa autonrakentamisessa hyödynnetään eläin- ja kasvimaailman oppeja.

Neckarsulmissa on kehitetty vuosien saatossa useita erilaisia kevyiden rakenteiden teknologioita, kuten Audin Space Frame -alumiinirakenteinen korikehikko ja kuitulujitettu muovi (FRP). Tehtaalla testataan eläin- ja kasvikunnan periaatteiden sopivuutta kevytrakenteissa sekä materiaalien lujuudessa. Tarvittaessa teknologiat tuodaan myös sarjavalmistukseen.

Mahtavin esimerkki tehtaalla tehdyn tutkimuksen tuloksista on Audin Space Frame -rakenne, johon perustuvat sekä Audi R8:n että Lamborghini Gallardon mallit. Kehikon painaessa tuskin edes 200 kiloa, voivat Audin insinöörit nostaa sen maasta ilman suurempia tuskia. Samanlainen kehikko tavallisesta teräksestä painaisi vähintään 350 kg.

Audin MSS-alustarakenteen (Modular Sportscar System) vääntöjäykkyys on 40 000 Newtonia. Vanhaan R8:aan verrattuna jäykkyys on kasvanut 10 000 Newtonilla. Audi käyttää useita eri strategioita saavuttaakseen tämän, sillä rakenteessa on yhdistetty useita erilaisia materiaaleja ja liitostekniikoita. Alumiinin lisäksi käytössä on myös komposiittirakenteita, kuten hiilikuitulujitettua muovia (CFRP).

Ohutseinäisestä ja ontosta rungosta sekä komposiittimateriaaleista on tehty rakenne, jolla yritetään saada aikaan mahdollisimman suuri jäykkyys ja samalla alhainen paino. Evoluutio on työstänyt samaa ajatusta jo miljoonia vuosia, jotta selkärankaisten eläinten luusto olisi mahdollisimman kevyt ja jäykkä.

Erilaisten rakenteiden liittämisessä on tutkittu puita ja sen oksia. Erityinen haaste on tehdä liitoskohdista tarpeeksi joustavia, eli muovattavia. Kova ja taipumaton metalliseos olisi syy aikaiseen rikkoutumiseen itsessään jouhevissa ja elastisissa alumiinikannattimissa.

Yhdessä ohjaamon ja konehuoneen välissä olevan hiilikuituvahvisteisen tilanjakajan sekä moottorin päällä olevan hiilikuituisen ristikon avulla muodostuu erittäin vahva elementtirakenne. Siksi tulevien R8:n ja Gallardon avoversiot eivät tarvitse minkäänlaisia lisävahvistusrakenteita tavalliseen malliin nähden.

Katon poistosta johtuvia suurempia vääntövoimia hallitaan lisääntyneillä tukirivoilla ovikynnyksessä. Esikuvia tälle löytyy luonnossa useita. Harmonikan kaltainen poimutus alumiiniprofiileissa vastaanottaa energiaa kolaritilanteissa optimaalisesti.

Michael Wolf, luonnonmukaisten muovien ja luonnonkuitujen asiantuntija, on vastuussa Audin tavoitteesta tehdä koko auton tuotantoprosessi hiilineutraaliksi. R8:n tulisi olla ympäristöystävällinen tavallisen käytön lisäksi myös valmistusvaiheessa.

JUTTU JATKUU MAINOKSEN JÄLKEEN

Nykyaikainen auto sisältää muovia n. 230–250 kiloa. Wolfin mukaan on realistista, että seuraavan kymmenen vuoden aikana kestävän kehitykseen perustuvien ja luonnonmukaisten muovien osuus nousee 5–8 prosenttia.

Wolf esittelee mm. varapyöränkoteloa, joka on tehty polyamidi 10/10:stä, joka puolestaan on tehty risiinistä. Polyamidi on autoteknisesti ideaali materiaali, sillä se on kevyttä ja ei kerää kosteutta. Se on esimerkiksi erinomainen aine polttoaineen johtamisessa. Materiaalin käyttämisen puolesta puhuvat myös alhaiset valmistuskulut sekä tietenkin alhainen paino.

Yhtä lupaavalta vaikuttavat tutkimukset komposiittirakenteiden parissa. Audi TT:n tavallinen teräsjousi painaa n. 2,8 kiloa. Audin kevytrakentamisen asiantuntijat ovat kehittäneet muoville yllättävän käyttökohteen ja luoneet kierrejouset muovista, jotka painavat vain 1,6 kiloa. Kun tämä lasketaan kaikkien neljän pyörän kesken, kertyy painonsäästöä melkein viisi kiloa.

Muovijouset eivät murene pidemmässä käytössä, vaikka joutuvat kokomaan useita erilaisia voimia. Audin asiantuntijat ovat testanneet jousia kunnolla ja heidän päämääränsä on ollut selvä: korvata teräsjouset lasikuitulujitetuilla muovijousilla.

Tämä vaati kuitenkin perusteellista tutkimusta. Lasikuitulujitetut jouset, jotka on kehitetty yhdessä patentinomistaja Sogefin kanssa, eroavat selvästi tavallisista teräsjousista. Jousen esikuvana toimii palmupuun kuiturakenne. Erittäin joustava ontto runko voi taipua myrskyssä jopa 90 astetta, mutta tyynellä säällä palautua taas tikkusuoraksi.

Lasikuitulujitettu muovi on osoittautunut hyväksi materiaaliksi, sillä se on täysin immuuni korroosiolle, kiveniskemille ja eri kemikaaleille, kuten vanteidenpuhdistusaineille. Tämän lisäksi valmistaja säästää energiaa.

Bioniikan avulla avataan uusia ovia tulevaisuuteen kevytrakentamisen saralla. Se kuka rakentaa luonnonmukaisesti, eikä sitä vastaan, on tulevaisuudessa tekniikan edelläkävijä.

Seuraa Tuulilasin tallin ja automaailman tapahtumia Facebookissa

Kommentit

Kommentoi artikkelia

Sinun tulee kirjautua palveluun voidaksesi kommentoida.