Nagyobb, nehezebb, nem praktikus – ez a negatív trend jellemző az autógyártásra, és ezt a divatot csak a könnyűszerkezetes felépítmények elterjedésével lehet megfordítani. Hogyan és milyen anyagokkal lehetséges ez, az alábbi összefoglalóból megtudhatják.

A legtöbb modern autó túlsúlytól szenved. Ez a divat az összes járműosztályban. Minden új járműgenerációval nő az úszógumi. A 70-es évek végén egy VW Golf 1-es 750 kg-ot nyomott, annyit, mint napjainkban egy Smart fortwo. Az aktuális Golf modell gyári súlya 1,23 tonna.

Mi vezetett az automobilok elhízásához? Az egyik ok a magasabb biztonsági követelmények bevezetése. A merevebb és robosztusabb szerkezetek jobban védenek balesetkor, amit csak több és nehezebb anyagokkal tudtak megoldani. A másik fontos súlynövelő tényező a komfortosabb felszereltség. Míg az első Golfot anno gyakran rádió nélkül szállították, a mai modellt legtöbbször már navigációval, minden ajtóban elektromos ablakemelővel, fedélzeti számítógéppel, hővédő üvegezéssel és klímával szerelik fel.

95 gramm szén-dioxid 2020-tól
A harmadik ok pedig onnan ered, hogy minden modell már szinte megszokásból nagyobb lesz, mint az elődje. Hogy a kocsik ne legyenek egyre nehezebbek, a gyártók csökkentik az anyagvastagságot, egybeolvasztják a különböző funkciókat egy és ugyanaz felépítmény elembe. De a legtöbbször nem érnek el vele többet, mint a status quo megtartását. Ehhez jön még a törvényalkotó nyomása a fogyasztási adatok terén. 2020-tól ugyanis az egyes gyártók autói darabonként átlagosan 95 gramm szén-dioxidot bocsáthatnak ki kilométerenként.

A karosszéria súlyának már csak azért is szükségszerű a drasztikus csökkentése, mert a hatékonysági technológia a legtöbbször többletsúly formájában valósul meg – így van ez a hibrid és az elektromos hajtásnál is. Egy kompakt e-autónál, mint a tervezett BMW i3, az elektromos hajtómű az akkumulátorral együtt több, mint 100 kiló, ami egyébként több mint a hagyományos járműnél a meghajtó szerkezet súlya. Igaz, hogy már elavultnak számít a régi hagyományos karosszéria anyagok alkalmazása, de mégis segíthet a súlycsökkentésben. A magas szilárdságú acél azonos merevséget biztosít kevesebb súlynál és ezáltal kitűnően alkalmazható elsősorban a gyűrődési zónában.

A Mazda ezt a szempontot olyan konzekvensen követi, mint mostanság semelyik másik autógyártó. A kompakt Mazda 2 után a japánok 2012-ben hozzák Magyarországra a CX-5 kompakt hobbiterepjárót, amelyben acél könnyűszerkezetet használtak fel. Mindkettő több mint 100 kilóval könnyebb, mint a konkurensek hasonló modelljei. Az alumíniumból és termoplasztból készült motorháztető és ajtóburkolat vagy a magnéziumos műszerfal is hozzájárul a súlycsökkentési törekvésekhez.

A beszállítók további fogyókúrás ötlettel is előálltak: a Continental poliamidból készült motortartó bakot épített be a Porsche Panamerába, illetve egy sebességváltó kereszttartót is készített hasonló anyagból, amit a BMW az 550i GT-nél is használ. A Johnson Controls egy hátsóülés-szerkezetet fejlesztett ki vékonylemez és alumínium összeragasztásból, ami egyharmad súlycsökkenést eredményezett. Az IFC Composite Már 1,3 millió üvegszállal megerősített műanyag laprugót adott el 40 tonnás teherautókba, ami 66 kg (acél) helyett 17 kg-ot nyom a mérlegen.

Diákmunka
Már régóta aktívan részt vesznek az ilyen jellegű fejlesztésekben az egyetemek és főiskolák. A VW a drezdai könnyűszerkezetű felépítmény és műanyag-feldolgozóipari intézettel közösen kutatja nagy teherbírású, könnyűszerkezetű elemek előállítását textil-megerősítésű termoplasztból.

Különösen a szénszálas technológia keresett. A szakzsargonban karbonnak nevezett anyag műgyanta és a karbonszál (CFK) keverékéből áll össze. A négykerekűeknél a CFK-t eddig csak és kizárólag a versenysportban alkalmazták nagy ráfordítást igénylő kézi munkával. A know-how-tól függően a szénszálas anyag 80 százalékkal könnyebb, mint egy hasonló keménységű acéldarab.

A CFK az ára miatt a közeljövőben továbbra is csak a prémium szektor vagy az imídzshordozók privilégiuma marad. A nagybani használata még túl drága lenne. Szakértők az acélból, alumíniumból, magnéziumból és műanyagokból összerakott felépítményt látják az ideális megoldásnak.  Ettől függetlenül a BMW az új i3 karosszériáját karbonból készítteti.

Évente tízezer BMW i3
A BMW 2013-tól tízezer i3 gyártását tervezi úgynevezett transfer molding eljárással. Ez azt jelenti, hogy az előre leszőtt karbonszövet negatív formába helyezése és a műgyanta befecskendezése, valamint a nyomás és magas hőmérséklet alatti megszilárdulása között csak pár perc telhet el – az eljárás ismerői kevesebb, mint 10 percről beszélnek, ami az iparágban konkurencianélküli gyorsaságnak számít.

A drezdai intézetnek ezzel szemben csak harminc másodpercre van szüksége ahhoz, hogy előállítson egy elemet termoplaszt szálakból. A szénszálakat és a műgyanta csíkokat egymásba fonják és lapokat préselnek belőlük. Ezeket felforrósítják, formába öntik, majd alacsony hőmérsékleten és nyomás alatt lehűtik.

Karbon
Hogy milyen szerepet játszik a karbonszál az autógyártásban, jól látszik a BMW és az SGL-csoport közötti együttműködésből. Éppen most avattak fel egy gyárat az Egyesült Államokban, hogy ott költséghatékony karbonszál-gyártást végezzenek a BMW i családjához. Az SGL-nél a múlt évben az autóiparnak készített alkalmazások még csak a bevétel öt százalékát tették ki. Úgy számolnak, hogy 2015-ig ez a részesedés megháromszorozódik. Susanne Klatten nagyrészvényesen keresztül a BMW 22,5 százalékkal rendelkezik az SGL-ben. Noha VW a részvények 9,9 százalékos tőkerészesedéssel bír az SGL-ben, még sincs fejlesztési együttműködés. A VW leányvállalata az Audi ezzel ellentétben a Voith autóipari beszállítóval a karbonszál-technológia területén együttműködést kötött, hasonlóan mint a Mercedes a Toray vegyipari óriással.

A fogyasztás témája azonban nem az egyedüli mozgatórugója a súlycsökkentésnek – ez ugyanis csak az aerodinamika és a meghajtási hatékonyság összekapcsolásával hatékony. Ahhoz, hogy ezt bebizonyítsák, egy Seat Ibiza Cuprát először csak egy sofőrrel, utána 100 kg plusz súllyal egy előre meghatározott fogyasztási szakaszra küldtek. A különbség: 0,1 liter/100 kilométer többletfogyasztás volt. A gyorsításnál, fékezésnél és a keresztdinamikában a megrakodott tesztautó ezzel szemben érezhetően rosszabbul reagál.

Szénszálas szerviz
A szénszálas technológiák alkalmazásával átalakul a karosszéria-szervizelés. A balesetek után már maga a kár lokalizálása is kényes. Drezdában a karbon-elemeket ezért computer-tomográfiai (CT) vizsgálatnak vetik alá. Az alumínium autókhoz hasonlóan külön karbon javító központokra lesz szükség. Már most kezd kirajzolódni egy új iparág, mely a karbon-elemek újrahasznosítására specializálódik és granulátumot készít belőle. A tiszta karbon helyett a tömeggyártásban a kevert eljárás fog érvényesülni. Így például egy kabriónál az A-oszlop szénszállal megerősített műanyagból készülhetne és így megfelelhetne a biztonsági követelménynek az autó felborulásakor. Egy hasonló alkalmazási terület lenne a B-oszlop merevítése szénszállal, ahelyett, hogy az egészet magas szilárdságú acélból gyártanák.

Úgynevezett space-frame keretet alumíniumból - amilyet például az Audi használ- egy CFK-ból készült padlóaljzattal lehetne összeragasztani. Ez még pluszban pénzt spórolna az összeszerelésnél, mivel kevesebb felépítési lépésre lenne szükség. A szénszálas kompozitokat a jövőben elsősorban ott fogják alkalmazni, ahol a felépítmény elemei a gyorsítást végzik, úgy mint a motor, a kardántengely, felnik és futómű lengéscsillapítók – itt a könnyűszerkezetű felépítménnyel drasztikus fogyást érhetnek el.