A gépkocsi karosszériak anyagai

A gépkocsi karosszériák anyagai

Az anyagfelhasználás irányzatai a karosszériagyártásban: A személygépkocsi - gyártás elve: "Versenyképes gyártás _ Kiváló minőségű gépkocsi." A gépjármű üzem szempontjából biztonságos és gazdaságos, valamint kis költséggel gyártható legyen a személygépkocsi. A gazdaságos üzem feltétele a gépkocsi tömegének, valamint - ezzel - az üzemanyag- felhasználás csökkentése. A gépjármű tömegének a csökkentése nem új törekvés. A személygépkocsikban a nagyobb terek, fokozott komfort, a biztonság és a környezeti követelmények miatt az elmúlt évtizedekben azok egyre nagyobb tömegűekké váltak. Ezt három, sorozatban gyártott gépkocsi példáján mutatjuk be. A gépjármű nagyságát nem akarják csökkenteni, viszont a tömeg csökkentésére keresik a lehetőséget. Ezért jelentős feladat a karosszériagyártás feltételeinek, az anyagmegválasztás módjának vizsgálata. A karosszéria tömegének csökkentésére a következő lehetőségek adódnak: ötvözetlen szerkezeti acélok helyett (mikro) ötvözött acélok, acélok helyet alumínium vagy műanyag alkalmazása.

1. Könnyűkarosszéria gyártás nagy szilárdságú acélból: Az ötvözött acélok jobb szilárdsági tulajdonságai lehetővé teszik a konstruktőr 313e45d ök számára, hogy alkalmazásukkal csökkentsék a lemezvastagságot, ezzel a karosszéria tömegét. Az elmúlt tíz évben az acélgyártók különféle nagy szilárdságú acélfajtákat fejlesztettek ki, kifejezetten karosszériagyártás céljára és jelenleg erre a célra több mint húszfajta acélt használnak. Az ötvözött acélok felhasználásával viszont jelentősen megnőtt az acélok alkalmazása az ún. könnyűszerkezetes vagy héjszerkezetű gépkocsikarosszéria-gyártásban. 1975-ig a személygépkocsi gyártásban csaknem kizárólag St 12; St 13; és St 14 (DIN 1623-1972) jelű ötvözetlen acéllemezekből gyártották a gépjárművek karosszériáját. Utána kezdték el a (mikro) ötvözött acélokat használni. Korábban (1988) a Mercedes középosztályú gépkocsi anyagfelhasználása a következő volt: 45,3% St 1403, 26% St 1405,10% St 1203,1,7% ZstE 340 és 1,7 alumínium, vagyis 81,3% ötvözetlen és 17% ötvözött acélt használtak fel, Elvileg már akkor is lehetségesnek tartották a nagyszilárdságú acéllemezhányadot 21-25%-ra növelni. Mercedes-Benz új C- kategóriájú kocsija 22%-ban készül nagyszilárdságú acélból, a BMW új 7-es sorozatú kocsija 40%-ban, a VOLVO 850-nél ez a részarány 38%, a TOYOTA 55%-ot ért el az egyik járművében. Ezek a számok egyébként azt mutatják, hogy a nagy szilárdságú ötvözött acélok alkalmazásában még jelentős fejlesztési lehetőségek vannak. A Porsche cég egy amerikai középkategóriás személygépkocsi karosszériájának a konstrukcióját úgy dolgozta át, hogy (ÁBR.) táblázat szerinti 20%-os tömegcsökkentést értek el. A Porsche cég ugyanennek a vizsgálatnak a keretében egy személygépkocsihoz teljesen újkarosszériát tervezett és 40%-os tömegcsökkentést ért el. A nagy szilárdságú ötvözött acélokból gyártott karosszériaelemek alkalmazása - mint a fenti példák is mutatják ma még erősen eltér a gépkocsi gyártók között.

2. Karosszériaelemek alumíniumból: A gépjármű tömegének a csökkentésére további lehetőség az alumínium alkalmazása. A személygépkocsik karosszériagyártásához felhasznált alumíniumlemez 1995-ben 6 kg volt, a gyártók szerint ez az érték 2002-re 15 és 2011-re 25 kg-ra növekszik, bár rosszabb anyag, mint az acél és a felhasználás növelése ellen hat. A gépkocsik tömegének csökkentése nem új törekvés. Már 1906-ban próbálkoztak azzal, hogy egy amerikai luxus személygépkocsi karosszériájába nagyobb mennyiségű alumíniumlemezt építsenek be. A Meredes-Benz "Ezüst nyila" a BMW 328 Roadster és a francia Ponhard "Dyna" nevű gépkocsijai a 30-as és 50-es évek alumíniumkarosszériával készültek 1982-ben kezdték el az Audi 100 típusú személygépkocsik gyártását teljesen alumíniumkarosszériával, vázszerkezetű (ASF) karosszériával, az eredmény 140 kg tömegcsökkenés volt. Azután az Audi 1994 júniusában jelent meg a piacon az A8-as típusú személygépkocsival, teljesen alumínium- karosszériával, amelynek szerkezete a Honda NSX önhordó alumínium- karosszériájával szemben ún. térszerkezetű kivitelű volt. A térszerkezetes gyártási módnál az alumíniumnak az acélhoz képest korlátozott alakíthatósága kevésbé hátrányos. Az Audi A8-as alumíniumkarosszériája 40%-os tömegcsökkentést eredményezett az acélszerkezettel szemben. Az Audi szerint az A8-as áttörést jelentett az alumínium a gépkocsigyártásban történő alkalmazásában, ami távolról sem igaz. Az Audi 1996-ban piacra hozta az A3-as modellt, amely a Golf - kategóriához tartozik és acélkarosszériával készült. Az Audi 1999-ben az A2-es modelljét, amelynek a kocsiszekrénye szintén alumíniumból készült. A Honda 1989 óta gyártja az NSX sportkocsiját alumíniumból készült önhordó karosszériával, amelynek a tömege 40%-kal csökkent. Az alumíniumot a karosszériagyártásban sokáig díszítőlécként használták. Alapvető változás ment végbe a 90-es években, amikor a díszléc funkciós szerepet kapott és ajtókat, ablakokat, valamint tolótetőt készítettek sajtolt alumíniumprofilból. A Daimler-Benznél motorház- és csomagtér fedelet, a BMW 5 típusú gépkocsikhoz U-alakú tolótető keretet, a Mercedes CLK típusú személygépkocsihoz oldalsó ablakkeretet gyártanak vegyes megoldással profilanyagból és lemezből, a Mercedes-Benz S- osztályához több elemet készítenek alumíniumból. A BMW 2002 típusú személygépkocsi ajtót szintén alumíniumprofilból hegesztik össze. A harmadik lehetőség a gépjárművek tömegének csökkentésére a műanyagok alkalmazása. Hosszú története van a műanyagok alkalmazásának a karosszériagyártásban. Külső borítóelemként nagy sorozatban használtak műanyagokat bár ezek költsége nagyobb az acélénál. A Ford már 1951-ben megépített egy kísérleti járművet műanyag karosszériával és ma ebből gyártják a Chevrolet Camaro és a Renault Espace kiskocsikat. 1953. évben műanyag karosszériát kap a Chevrolet Corvette típusú személygépkocsi. Új lehetőségeket kezdett a karosszériagyártásban a 30%-os tömegcsökkentéssel a Sachsaenning Zwickau cég, amely az "Econic" nevű tehergépkocsi vezetőfülkéjét gyártja alumíniumból és műanyagból. Az egykori rabi-konstruktőrök egyesítették tapasztalataikat a személygépkocsi-gyártás után, a vezetőfülke alumíniumból és műanyagból történő gyártásában. Korábban az ilyen alumíniumszerkezetet öntött csomóponti elemekkel készítették, most a zwickauiak a vezetőfülkét teljesen olcsó sajtolt alumíniumprofilból készítik. Nagysorozatban a műanyagok alkalmazásával kapcsolatos érvek ellenére a felhasználásában növekedés tapasztalható, amint a Mercedes típusú személygépkocsik példája is mutatja. (ÁBR.) A (ÁBR.) a Mercedes-Benz 190 típusú személygépkocsi különböző, elemeiben felhasznált műanyagok mennyiségét mutatjuk be, amely mutatja - a karosszériagyártás kivételével - a műanyagok alkalmazásának a növekvő irányzata a 90-es években folytatódott. A karosszériagyártás igen jelentős piacra ma is az acélgyártóknak. Az alumínium- ötvözetek és a műanyagok lényegesen kisebb szerepet játszanak. A gyártott gépkocsik számát és a karosszériagyártásban felhasznált szerkezeti anyagok mennyiségét a 2. táblázatban foglaltuk össze. A gépjárműkarosszéria-gyártásban felhasznált szerkezeti anyagok mennyiségének változását a 4. ábrán mutatjuk be. Megfigyelhető, hogy az acél mennyisége csökken, de kisebb mértékben, a nagyszilárdságú acélok aránya viszont lényegesen, az alumínium, de különösen a felhasznált műanyagok mennyisége szintén növekszik. A karosszéria gyártás költségei: Megállapíthatjuk, hogy a jövőben a karosszériagyártásban a cél nem változik: a gépjármű tömegét csökkenteni kell. Ezért a nagyszilárdságú acélok, az alumínium és a műanyagok alkalmazási lehetőségeit ki kell dolgozni. Ha a gépkocsi tömegcsökkentésének 10-20 DEM között van az ára, amely többlet költséget jelent. Ezzel szemben a könnyűszerkezetes acélkarosszériával megvalósított tömegcsökkentésének a költségelőnye csak 1-2 DEM értékű. A Porsche szerint a gépkocsi-karosszériánál elérhető mintegy 20%-os tömegcsökkenés karosszériánként 40 USD költségcsökkenést eredményez. Az acéllemez a költségek szempontjából kedvező szerkezeti anyag a karosszériagyártásban. Az acél árát a konjuktrális hatások csak mérsékelten befolyásolják, szemben az alumínium erősebb változásával. Az alumíniumból gyártott lemezek ára ma 4-6 szorosa az acéllemez árának. Az alumínium sorozatban gyártott, sajtolt karosszériaelemek árkülönbözetének figyelembevétele döntő a szerkezeti anyag megválasztásakor. A műanyagok ára kis sorozatban nagyobb, nagy sorozatban kedvezőbb az acél áránál.(ÁBR.) ezt a felhasznált szerszám költsége lényegesen befolyásolja. A karosszériagyártók számára a növelt szilárdságú acélfajták alkalmazása a tömegcsökkentés céljából kedvezőbb, mint az alumínium vagy a műanyagok felhasználása, és már rendelkezésre állnak a konstrukciós és gyártási tapasztalatok is. Az karosszériagyártásban felhasznált anyagok újrahasznosítási lehetőségei Az üzemi és gyártástechnológiai jellemzőkön kívül a szerkezeti anyagok megválasztásában jelentős szempont az anyag ára, és újabban a környezeti hatások is nagy szerepet játszanak. A környezetvédelem szempontjából az anyag újrahasznosításának nagy szerepe van és jelentőssége egyre inkább növekszik. A német gépkocsi ipar erre a célra valamennyi gépkocsit gyártó vállalat bevonásával célcsoportot hívott létre, amely már eddig is egy sor elgondolást alakított ki, amely már eddig is egy elgondolást alakított ki, amelyet be kívánnak vezetni a gépkocsigyártásba. Ebből néhány szempont: - Az újrafelhasználhatóság szempontjából kedvezőbb anyagok alkalmazása, - Az újra nem hasznosítható, illetve csak nehezen és drágán újrahasznosítható anyagokhoz környezetkímélő technológiák alkalmazására. A felhasznált szerkezeti anyag összehasonlításánál figyelembe kell venni a következőket: a begyűjtés, válogatás és az újradolgozás módja. Az acélt a roncsautók hulladékából igen egyszerűen lehet válogatni ma mágneses módszerrel. A válogatott acélhulladék összetétele homogén, viszonylag tiszta és tömöríthető, igen értékes és keresett nyersanyag. Az alumínium gépkocsi karosszéria elemeket válogatás előtt le kell szerelni, különben a válogatás során belőlük csak gyenge minőségű öntvények gyártására használható alumíniumhulladék keletkezik. Az ehhez szükséges eljárásokat nagyipari mértékben azonban még nem próbálták ki. Jelenleg az alumínium felhasználásának a növelésére való törekvés nagyobb, mint a műanyagoké, mivel a műanyagok újrahasznosíthatósága nehezebben megoldható. A műanyag karosszéria elemeket ugyancsak le kell szerelni a gépkocsi roncs válogatása előtt, különben azok a haladékba kerülnek. A műanyaggyártók szerint a kedvező újrahasznosíthatóságot kell előtérbe helyezni. Nagy sorozatban keletkező, viszonylag nagy mennyiségű műanyag, felhasználása a személygépkocsi-gyártásban megkívánja, hogy az újrahasznosítást meg kell oldani. (ÁBR.) a karosszériagyártásban felhasznált szerkezeti anyagok újra- hasznosíthatósági lehetőségéről tájékoztat. A gépkocsik szerkezeti anyagainak az újrahasznosíthatósági hányadát előíró német rendelet tervezett adatait (ÁBR.) foglalja össze. Összefoglalva elmondhatjuk, hogy bár az alumíniumiparnak sikerült elérni, hogy az alumíniumot "korszerű" és "környezetbarát" szerkezeti anyagnak tartsa a közvélemény, az acél ma és a jövőben is a gépkocsi- karosszériák legsokoldalúbb, leggazdaságosabb és a könnyűszerkezetes konstrukció megvalósításával, valamint a kedvező újrahasznosítható- sági lehetőségek szempontjából is a legelőnyösebb és a leggazdaságosabb szerkezeti anyag.