Πτυχιακή Εργασία ΘΕΜΑ ‘ΥΛΙΚΑ ΚΑΙ ΜΟΝΤΕΡΝΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ...

Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Καβάλας Σχολή Τεχνολογικών Εφαρμογών

Τμήμα Μηχανολογίας Τομέας Ενέργειας και Περιβάλλοντος

Πτυχιακή Εργασία

ΘΕΜΑ

‘ΥΛΙΚΑ ΚΑΙ ΜΟΝΤΕΡΝΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗΣ ΠΛΑΙΣΙΩΝ Ι.Χ. ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΩΝ’

Σπουδαστές: 1) ΤΣIΛΙΓΚΗΡ ΦΕΡΔΗ ΑΕΜ 4956 2) ΜΠΟΥΜΠΟΥΝ ΟΖΔΕΝ ΑΕΜ 4931

Επιβλέπων: Ιωάννης Θ. Αραμπατζής

ΚΑΒΑΛΑ IANOYAΡΙΟΣ 2013

Υλικά & μοντέρνες μέθοδοι κατασκευής πλαισίων Ι.Χ. επιβατικών αυτοκινήτων

ΤΣΙΛΙΓΚΗΡ ΦΕΡΔΗ, ΜΠΟΥΜΠΟΥΝ ΟΖΔΕΝ Σελίδα ii

Π ρ ό λ ο γ ο ς

Η παρούσα Πτυχιακή Εργασία πραγματοποιήθηκε στα πλαίσια του προπτυχια-

κού προγράμματος σπουδών του Τμήματος Μηχανολογίας του Τ.Ε.Ι. Καβάλας, υπό την επίβλεψη και καθοδήγηση του Καθηγητή μας κ. Ιωάννη Αραμπατζή, τον οποίο και ευ-χαριστούμε για τις πολύτιμες συμβουλές και υποδείξεις του.

Σκοπός της εργασίας είναι η μελέτη των νέων υλικών και των μεθόδων κατα-σκευής των πλαισίων των Ι.Χ. επιβατικών αυτοκινήτων και να εξεταστεί εάν τα νέα υλικά που αντικαθιστούν τα παλαιά προσφέρουν καλές ιδιότητες και την απαιτούμενη αντοχή στα μέρη του αυτοκινήτου που χρησιμοποιούνται.

Με την ευκαιρία αυτή θέλουμε, επίσης, να ευχαριστήσουμε όλους εκείνους που επί σειρά ετών βρίσκονται πλάι μας, για την ανεξάντλητη υπομονή τους και την αμέρι-στη συμπαράσταση στο έργο μας.


ΤΣΙΛΙΓΚΗΡ ΦΕΡΔΗ, ΜΠΟΥΜΠΟΥΝ ΟΖΔΕΝ Σελίδα iii

ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΩΝ

ΕΞΩΦΥΛΛΟ i

ΠΡΟΛΟΓΟΣ ii

ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΩΝ iii

ΠΙΝΑΚΑΣ ΣΧΗΜΑΤΩΝ vi

ΠΕΡΙΛΗΨΗ ΕΡΓΑΣΙΑΣ 7

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1

1.1. ΑΦΡΟΣ ΑΛΟΥΜΙΝΙΟΥ 8

1.2 ΙΣΤΟΡΙΚΗ ΑΝΑΔΡΟΜΗ ΣΤΗΝ ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΤΩΝ ΜΕΤΑΛΛΙΚΩΝ ΑΦΡΩΝ 8

1.3 ΜΕΘΟΔΟΙ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ 9

1.3.1 LM FOAMS: ΑΦΡΟΙ ΜΕΤΑΛΛΙΚΩΝ ΤΗΓΜΑΤΩΝ 9

1.3.2 ΡΜ FOAMS: ΑΦΡΟΙ ΑΠΟ ΜΕΤΑΛΛΙΚΕΣ ΠΟΥΔΡΕΣ 11

1.4 ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΤΩΝ ΑΦΡΩΝ ΑΛΟΥΜΙΝΙΟΥ 14

1.4.1 ΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ 15

1.4.2 ΑΝΤΟΧΗ ΤΩΝ ΔΟΜΏΝ ΣΑΝΤΟΥΙΤΣ - ΑΠΟΡΡΟΦΗΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ 17

1.4.3 ΜΕΤΡΟ ΕΛΑΣΤΙΚΟΤΗΤΑΣ 18

1.4.4 ΦΥΣΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ 19

1.4.5 ΧΗΜΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ 20

1.5 ΚΑΤΕΡΓΑΣΙΕΣ ΑΦΡΩΝ 20

1.6 ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ 21

1.6.1 ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΣΤΑ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΑ 21

1.6.2 ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΣΤΗΝ ΑΕΡΟΔΙΑΣΤΗΜΙΚΗ 24

1.6.3 ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΣΤΗΝ ΝΑΥΣΙΠΛΟΪΑ 24

1.6.4 ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΣΤΙΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΕΣ 24

1.7 ΑΝΑΚΥΚΛΩΣΗ 25

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2

ΠΑΘΗΤΙΚΗ ΑΣΦΑΛΕΙΑ

2.1. ΑΣΦΑΛΙΣΤΙΚΑ ΜΕΤΡΑ 25

2.2. H ΕΞΕΛΙΞΗ ΤΩΝ ΕΙΔΩΝ 26

2.3 ΔΟΚΙΜΕΣ ΠΡΟΣΚΡΟΥΣΗΣ 27

2.4 OΙ ΑΕΡΟΣΑΚΟΙ ΣΥΜΠΛΗΡΩΝΟΥΝ ΤΙΣ ΖΩΝΕΣ ΑΣΦΑΛΕΙΑΣ 27

2.4.1 ΠΙΣΤΕΥΕΤΕ ΟΤΙ ΠΡΕΠΕΙ ΝΑ ΑΥΞΗΘΕΙ Η ΤΑΧΗΤΥΤΑ

ΠΡΟΣΚΡΟΥΣΗΣ ΤΩΝ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΩΝ ΣΤΑ ΚΡΑΣ-ΤΕΣΤ, ΟΠΩΣ ΓΙΑ

ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ ΓΙΝΕΤΑI ΣΤΟ ΠΛΑΙΣΙΟ ΤΟΥ EURO NCAP*;

2.4.2 ΣΤΙΣ ΔΟΚΙΜΕΣ ΠΡΟΣΚΡΟΥΣΗΣ ΤΟΥ EURO NCAP ΠΡΟΚΥΠΤΟΥΝ ΣΥΧΝΑ

ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΣΕ ΟΤΙ ΑΦΟΡΑ ΣΤΗΝ ΕΞΩΤΕΡΙΚΗ ΠΑΘΗΤΙΚΗ ΑΣΦΑΛΕΙΑ,

ΔΗΛΑΔΗ ΣΤΗΝ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ ΤΩΝ ΠΕΖΩΝ. 27

2.4.3 ΕΞΟΜΟΙΩΝΕΤΕ ΣΤΙΣ ΔΟΚΙΜΕΣ ΠΡΟΣΚΡΟΥΣΗΣ ΤΗ ΒΥΘΙΣΗ ΤΟY


ΤΣΙΛΙΓΚΗΡ ΦΕΡΔΗ, ΜΠΟΥΜΠΟΥΝ ΟΖΔΕΝ Σελίδα iv

ΑΜΑΞΩΜΑΤΟΣ ΠΟΥ ΠΡΟΚΥΠΤΕΙ ΑΠΟ ΤΗΝ ΕΝΤΟΝΗ

ΕΠΙΒΡΑΔΥΝΣΗ ΤΟΥ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟΥ; 28

2.4.4 ΕΙΝΑΙ ΠΙΟ ΕΥΚΟΛΗ Η ΣΧΕΔΙΑΣΗ ΤΗΣ ΠΑΘΗΤΙΚΗΣ ΑΣΦΑΛΕΙΑΣ ΣΕ 28

ΕΝΑ ΧΩΡΟΔΙΚΤΥΩΜΑ;

2.4.5 ΠΟΙΕΣ ΕΙΝΑΙ ΟΙ ΤΑΣΕΙΣ ΕΞΕΛΙΞΗΣ ΤΗΣ ΠΑΘΗΤΙΚΗΣ 28

ΑΣΦΑΛΕΙΑΣ; ΠΡΟΣ ΤΟ ΠΑΡΟΝ ΒΛΕΠΟΥΜΕ ΜΟΝΟΝ ΕΝΑ.

2.4.6 KΑΠΟΙΟΣ ΣΥΝΑΔΕΛΦΟΣ ΣΑΣ ΕΙΧΕ ΑΜΦΙΣΒΗΤΗΣΕΙ ΑΚΟΜΗ ΚΑΙ 28

ΤΗΝ ΑΝΑΓΚΗ ΥΠΑΡΞΗΣ ΤΟΥ ΑΕΡΟΣΑΚΟΥ ΣΥΝΟΔΗΓΟΥ...

2.4.7 TΙ ΘΑ ΣΥΜΒΟΥΛΕΥΑΤΕ ΤΟΥΣ ΟΔΗΓΟΥΣ ΠΟΥ ΘΕΛΟΥΝ 28

ΝΑ ΚΙΝΗΘΟΥΝ ΜΕ ΑΣΦΑΛΕΙΑ;

2.5. ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ ΑΣΦΑΛΕΙΑ 29

2 .6 ΑΛΟΥΜΙΝΙΟ 31

2.6.1 Η ΧΡΗΣΗ ΤΟΥ ΑΛΟΥΜΙΝΙΟΥ ΚΑΙ ΟΙ ΝΕΕΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ 31

ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ

2.7 ΑΛΟΥΜΙΝIΟ ΕΝΑΝΤΙΟΝ ΧΑΛΥΒΑ 32

2.7.1 ΑΟΥΝΤΙ Α8 ― ΑΠΟΔΕΙΞΗ ΟΤΙ Η ΜΑΖΙΚΗ ΠΑΡΑΓΩΓΗ 33

ΕΙΝΑΙ ΔΥΝΑΤΗ.

2.7.2 ΑΟΥΝΤΙ Α2 ― ΑΛΟΥΜΙΝΕΝΙΟ ΑΜΑΞΩΜΑ ΠΡΟΣΙΤΟ ΣΕ ΠΕΡΙΣΣΟΤΕΡΟΥΣ 34

2.7.3 ΚΑΛΑ, ΠΩΣ ΕΙΝΑΙ ΔΥΝΑΤΟΝ ΝΑ ΑΝΤΕΧΕΙ ΟΣΟ ΚΑΙ ΤΟ ΑΤΣΑΛΙ; 34

2.8. ΛΕΖΑΝΤΕΣ 36

2.8.1. KINHTHPAΣ 36

2.8.2. ANAPTHΣH 36

2.8.3. ΠΛAIΣIO 36

2.8.4. POMΠOT 36

2.8.5. ΓPAMMH ΠAPAΓΩΓHΣ 36

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3

ΑΦΡΩΔΗ ΜΕΤΑΛΛΑ-ΝΕΑ ΑΦΡΩΔΗ ΥΛΙΚΑ

3.1 ΜΕΘΟΔΟΙ ΠΑΡΑΣΚΕΥΗΣ – ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ – ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ 37 3.2 ΑΦΡΟΙ ΜΕΤΑΛΛΩΝ 38

3.3 ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΑΦΡΟΥ ΣΕ ΥΓΡΟΠΟΙΗΜΕΝΑ ΜΕΤΑΛΛΑ 38

3.3.1 ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΑΦΡΟΥ ΣΕ ΥΓΡΟΠΟΙΗΜΕΝΑ ΜΕΤΑΛΛΑ 38

ΜΕ ΔΙΟΧΕΤΕΥΣΗ ΑΕΡΙΟΥ (CYMAT / METCOMB).

3.3.2 ΕΥΤΗΚΤΙΚΗ ΣΤΕΡΕΟΠΟΙΗΣΗ ΜΕΤΑΛΛΟΥ – ΑΕΡΙΟΥ 40

(GASAR/LOTUS).

3.4 ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΜΕΤΑΛΛΙΚΩΝ ΑΦΡΩΝ ΜΕΣΩ 40

ΠΡΟΣΧΗΜΑΤΙΣΜΕΝΩΝ ΑΦΡΙΖΟΝΤΩΝ ΠΑΡΑΓΟΝΤΩΝ

3.4.1 ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΑΦΡΟΥ ΑΠΟ ΤΗΓΜΑ ΜΙΓΜΑΤΟΣ 40

ΚΟΝΕΩΝ (FOAMINAL/ALULIGHT).

3.4.2 ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΑΦΡΟΥ ΜΕ ΤΗΞΗ 2 ΣΤΑΔΙΩΝ ΜΙΓΜΑΤΟΣ 41

ΚΟΝΕΩΝ (THIXOFOAM).

3.4.3 ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΑΦΡΟΥ ΣΕ ΤΗΓΜΑ ΜΕΤΑΛΛΟΥ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΡΙΝΙΣΜΑ 41

ΤΩΝ ΥΔΡΙΔΙΩΝ (FORMGRIP/FORMCARP).

3.4.4 ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΑΦΡΟΥ ΜΕΣΩ ΤΩΝ ΠΑΡΑΓΟΜΕΝΩΝ ΑΕΡΙΩΝ ΚΑΤΑ 42

ΤΗ ΠΑΡΑΓΩΓΙΚΗ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ.

3.5. ΟΙ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΚΑΙ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΩΝ ΑΦΡΩΝ 42


ΤΣΙΛΙΓΚΗΡ ΦΕΡΔΗ, ΜΠΟΥΜΠΟΥΝ ΟΖΔΕΝ Σελίδα v

3.6 ΑΦΡΩΔΕΙΣ ΖΩΝΕΣ ΠΑΡΑΜΟΡΦΩΣΗΣ 43

3.7 ΑΦΡΩΔΕΙΣ ΖΩΝΕΣ ΠΑΡΑΜΟΡΦΩΣΗΣ...ΛΙΓΑ ΛΟΓΙΑ ΠΑΡΑΠΑΝΩ 44

3.7.1 ΣΥΓΚΡΙΤΙΚΟΣ ΠΙΝΑΚΑΣ ΙΔΙΟΤΗΤΩΝ ΜΕΤΑΛΛΙΚΩΝ ΑΦΡΩΝ 45

3.8 ΑΦΡΩΔΗ ΑΜΑΞΩΜΑΤΑ 46

3.9 ΑΦΡΩΔΗ ΨΥΓΕΙΑ ΚΑΙ INTERCOOLER 47

3.10. ΒΛΗΜΑΤΑ VS ΑΦΡΟΙ ΜΕΤΑΛΛΩΝ 50

3.11. ΑΥΞΗΤΙΚΟΙ ΑΦΡΟΙ 51

3.12 ΑΦΡΩΔΗ ΚΕΡΑΜΙΚΑ – ΑΦΡΟΙ ΆΝΘΡΑΚΑ 52

3.13 ΑΣΦΑΛΕΙΑ ΑΠΟ ΑΦΡΟ! ΜΕΤΑΛΛΙΚΟΙ ΑΦΡΟΙ- ΛΥΣΗ ΣΤΟ 53

ΠΡΟΒΛΗΜΑ ΤΗΣ ΠΑΘΗΤΙΚΗΣ ΑΣΦΑΛΕΙΑΣ ΣΤΑ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΑ

3.14 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ _ ΕΠΙΛΟΓΟΣ 55

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4

ΖΗΜΙΕΣ ΑΥΤΟΦΕΡΟΜΕΝΗΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗΣ

4.1. ΔΙΑΤΟΜΕΣ ΚΥΡΙΩΝ ΜΕΡΩΝ ΑΥΤΟΦΕΡΟΜΕΝΩΝ ΑΜΑΞΩΜΑΤΩΝ 57

4.1.1. ΣΚΑΡΙΦΗΜΑΤΙΚΗ ΑΠΕΙΚΟΝΙΣΗ 60

4.1.2. ∆ΙΑΤΟΜΕΣ ΚΥΡΙΩΝ ΜΕΡΩΝ ΦΕΡΟΥΣΑΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗΣ 62

4.1.3. ΛΕΠΤΟΜΕΡΕΙΕΣ ΛΥΟΜΕΝΩΝ ΣΥΝΔΕΣΕΩΝ 63

4.2. ΖΗΜΙΕΣ ΠΛΑΙΣΙΟΥ ΑΜΑΞΩΜΑΤΟΣ 63

4.2.1. ΑΠΕΙΚΟΝΙΣΗ ΖΗΜΙΩΝ ΣΕ ΣΚΑΡΙΦΗΜΑ 63

4.2.2. ΑΠΟΤΥΠΩΣΕΙΣ ΖΗMΙΩΝ MΕΤΑ ΑΠΟ MΕΤΡΗΣΕΙΣ 65

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5

ΤΑ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΑ ΜΑΣ ΕΙΝΑΙ ΕΝΑ ΤΕΛΕΙΟ ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ ΓΙΑ ΤΟ

ΠΩΣ Η ΕΞΥΠΝΑΔΑ ΜΠΟΡΕΙ ΝΑ ΔΑΜΑΣΕΙ ΤΗΝ ΑΚΑΤΕΡΓΑΣΤΗ ΔΥ-

ΝΑΜΗ.

5.1. Η ΕΜΠΕΙΡΙΑ ΜΑΣ ΣΑΣ ΠΡΟΣΤΑΤΕΥΕΙ 68

5.2. ΤΑ ΘΥΜΑΤΑ ΤΩΝ ΤΡΟΧΑΙΩΝ 69

5.3. ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ MERCEDES BENZ 69

5.4. ΤΟ FIA INSTITUTE ΕΞΕΛΙΞΕ ΤΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΑΥΞΗΜΕΝΗΣ 71

ΠΡΟΣΤΑΣΙΑΣ ΕΠΙΒΑΤΩΝ ΣΕ ΠΛΑΓΙΕΣ ΣΥΓΚΡΟΥΣΕΙΣ

5.5. ΑΥΤΟΦΕΡΟΜΕΝΟ ΠΛΑΙΣΙΟ ΚΑΙ ΖΩΝΕΣ ΠΑΡΑΜΟΡΦΩΣΗΣ 72

5.5.1. ΑΣΦΑΛΕΙΑ ΠΕΖΩΝ ΚΑΙ ΠΡΩΤΟΠΟΡΙΑ 73

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6

ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ AUDI SPACE FRAME (ASF) 74

6.1 ΑΦΡΩΔΕΣ ΑΛΟΥΜΙΝΙΟ 74

6.2 ΜΑΘΗΜΑΤΑ ΟΙΚΟΝΟΜΙΑΣ …ΑΝΑΛΩΣΙΜΩΝ 77

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7

ΥΠΑΡΧΕΙ ΚΑΙ Η ΕΛΛΑΔΑ ΠΟΥ ΔΗΜΙΟΥΡΓΕΙ 86


ΤΣΙΛΙΓΚΗΡ ΦΕΡΔΗ, ΜΠΟΥΜΠΟΥΝ ΟΖΔΕΝ Σελίδα vi

Πίνακας Σχημάτων

Σχήμα 1. Μέθοδος παραγωγής alcanlnorsk hydro 10 Σχήμα 2. Τεχνολογία παραγωγής alporas 10 Σχήμα 3. Διαστολή με ένα αέριο που εκλύεται 12 Σχήμα 4. Παραγωγή αφρού αλουμινίου με την τεχνολογία mepura 13 Σχήμα 5. Παραγωγή αφρού αλουμινίου με πολύπλοκο σχήμα 14 Σχήμα 6. Διάγραμμα τάσης παραμόρφωσης 16 Σχήμα 7. Διάγραμμα τάσης παραμόρφωσης με κλειστά κελιά 17 Σχήμα 8. Τύποι σωλήνων 17 Σχήμα 9. Μέτρο ελαστικότητας 18 Σχήμα 10: Συγκόλληση με Laser 21 Σχήμα 11: Διατομή AFS 23 Σχήμα 12 Πρωτότυπο σώμα αυτοκινήτου από αφρό αλουμινίου 23 Σχήμα 13. Ηχοαπορροφητικά υλικά σε γέφυρες 25 Σχήμα 14. Υγροποιημένα μέταλλα (Cymat / Metcomb). 38 Σχήμα 15. Παραγωγή αφρών Alporas 39 Σχήμα 16. Αφροί τύπου ALPORAS με κλειστές κυψέλες 40 Σχήμα 17. Δύναμη Συμπίεσης – Ποσοστό Συμπίεσης – Απόδοση 44 Σχήμα 18. Εσωτερική ενίσχυση με μεταλλικό αφρό 46 Σχήμα 19. μέγιστη υποχώρηση της κολόνας 47 Σχήμα 20. Αφρώδεις εναλλάκτες 48 Σχήμα 21. Συμβατικός εναλλάκτης 49 Σχήμα 22. Αυξητικοί αφροί 51 Σχήμα 23. Εμποτισμός αφρού με ένα μίγμα ρητινών 53 Σχήμα 24. Μεταλλικοί αφροί 55 Σχήμα 25. Ζηµιές αυτοφερόµενου αµαξώµατος 56 Σχήμα 26. ∆ιατοµές κύριων µερών αυτοφερόµενου αµαξώµατος 57 Σχήμα 27. Σύνθλιψη αυτοφερόµενου αµαξώµατος 58 Σχήμα 28. Κάµψη αυτοφερόµενου αµαξώµατος 58 Σχήμα.29 Παραµόρφωση αµαξώµατος από πλαγιοµετωπική σύγκρουση 59 Σχήμα 30. Παραµόρφωση µετά από περιστροφή 59 Σχήμα 31. Μορφές ανεξαρτήτων πλαισίων αµαξωµάτων 61 Σχήμα 32. Μορφές διατοµών πλαισίων 62 Σχήμα 33. Σύνδεση πλαισίου και αµαξώµατος 63 Σχήμα 34. Στρεβλώσεις πλαισίου στο οριζόντιο επίπεδο σε σκαρίφηµα 64 Σχήμα 35. Έλεγχος µετατόπισης των µηκίδων ενός πλαισίου 66 Σχήμα 36. Ανάρτηση ελεγκτήρων ευθυγράµµισης πλαισίων 69

Σχήμα 37: Τι μπορεί να κάνει κανείς … 75 Σχήμα 38: Πρώτες μορφές του AUDI 77 Σχήμα 39: Η δομή του Αudi Srace Frame 78 Σχήμα 40: Αμάξωμα από αλουμίνιο στο Audi A8 79 Σχήμα 41: Kατασκευαστικές λεπτομέρειες του Αudi Srace Frame 81 Σχήμα 42: Το μηχανικό πλαίσιο του Powler με και χωρίς μηχανικά μέρη 84 Σχήμα 43: Μέσα μέρος του καπό του νέου Αudi A8 85 Σχήμα 44: Το νέο Αudi A8 85


ΤΣΙΛΙΓΚΗΡ ΦΕΡΔΗ, ΜΠΟΥΜΠΟΥΝ ΟΖΔΕΝ Σελίδα 7

ΠΕΡΙΛΗΨΗ

Ενα κινούμενο όχημα είναι γεμάτο ενέργεια. Εάν ξαφνικά συγκρουστεί με κάτι,

όλη αυτή η ενέργεια πρέπει να διοχετευθεί κάπου και το καλύτερο μέρος είναι μακριά από τους επιβάτες. Γι αυτό και τα σύγχρονα αυτοκίνητά είναι σχεδιασμένα να απορρο-φούν την ενέργεια σε όλα τα σωστά σημεία.

Αυτό πετυχαίνεται από ειδικές ζώνες παραμόρφωσης στο μπροστινό και πίσω μέρος ώστε να απορροφούν όσο το δυνατόν περισσότερη ενέργεια από τη σύγκρουση. Η υπόλοιπη ενέργεια διασκορπάται στο αμάξωμα. Αυτή η δομή απορρόφησης ενέργει-ας έχει ως αποτέλεσμα την προστασία της καμπίνας των επιβατών.

Το βασικότερο πρόβλημα είναι η μεταβαλλόμενη (μη σταθερή) συμπεριφορά των μεταλλικών μερών των οχημάτων κατά την κατάρρευσή τους λόγω της σύγκρου-σης. Τα συνήθη δηλαδή μεταλλικά προφίλ έχουν σημαντική αντοχή στη συμπίεση, αλλά από τη στιγμή της έναρξης της κατάρρευσης και έπειτα, απορροφούν πολύ μικρά ποσά ενέργειας. Έτσι λοιπόν τα πολύ ενισχυμένα μεταλλικά προφίλ δεν μπορούν να απορ-ροφήσουν σημαντικά ποσά ενέργειας στις μικρής και μέσης σφοδρότητας συγκρούσεις (όπου ουσιαστικά δεν παραμορφώνονται) ενώ τα πολύ αδύναμα μεταλλικά προφίλ επι-τρέπουν την διάλυση της ζώνης παραμόρφωσης του οχήματος όταν η σύγκρουση είναι λίγο περισσότερο σφοδρή από το ιδανικό. Βέβαια δοκιμάζονται συνεχώς νέες λύσεις, πχ πλαστικά υλικά, κυψελωτά υλικά και νέα προφίλ ‘’ελεγχόμενης παραμόρφωσης’’ οι οποίες έχουν πολύ βελτιωμένη συμπεριφορά..

Εδώ λοιπόν έρχονται οι αφροί αλουμινίου να δώσουν τη λύση στο πρόβλημα των συγκρούσεων παρουσιάζοντας ταυτόχρονα μηδενικά μειονεκτήματα. Οι μεταλλικοί λοιπόν αφροί έχουν την ιδιότητα να παραμορφώνονται σταθερά απαιτώντας κατά τη διάρκεια της παραμόρφωσης πολύ μεγάλες πιέσεις. Όταν προσπαθήσουμε με μια πρέ-σα να συμπιέσουμε ένα αφρώδες μεταλλικό τεμάχιο διαπιστώνουμε πως η παραμόρ-φωση ξεκινά όταν εφαρμοστεί αρκετά μεγάλη δύναμη, κατά τη διάρκεια της παραμόρ-φωσης και μέχρι να συμπιεστεί το τεμάχιο κατά 60% περίπου, η ασκούμενη δύναμη παραμένει σταθερά υψηλή. Ενώ έπειτα από το 60% της παραμόρφωσης ο αφρός αρχί-ζει να συμπεριφέρεται σαν συμπαγές μέταλλο.

Την ίδια στιγμή το βάρος τους είναι ελάχιστο, μπορούν να χυτευτούν πολύ εύ-κολα και με οποιαδήποτε μορφή ενώ ανάλογα με το πορώδες και τη σύσταση του βασι-κού τους μετάλλου, μεταβάλλεται και η απαιτούμενη πίεση συμπίεσης. Με τη μέθοδο αυτήν, που εξελίσσεται διαρκώς και τα αποτελέσματά της βελτιώνονται

συνεχώς μέχρι τις μέρες μας, έγινε δυνατή σημαντική εξοικονόμηση βάρους με ταυτό-

χρονη αύξηση της ακαμψίας των αυτοφερόμενων πλαισίων. Η αυξημένη ακαμψία συ-

ντελεί στην καλύτερη συνεργασία πλαισίου-αναρτήσεων, με αποτέλεσμα και τη βελτίω-

ση της οδικής συμπεριφοράς



ΑΦΡΟΣ ΑΛΟΥΜΙΝΙΟΥ

1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ

Τα τελευταία χρόνια το ενδιαφέρον για τους μεταλλικούς αφρούς έχει αυξηθεί ι-

διαίτερα. Ο κυριότερος λόγος για αυτή την αύξηση είναι κυρίως για εφαρμογές όπου χρειαζόμαστε μειωμένο βάρος υλικών.

Γενικά τα τελευταία 40 χρόνια έχουν γίνει πολλές προσπάθειες για να φτιαχτούν δομές μεταλλικών αφρών, οι οποίες όμως δεν βρήκαν εφαρμογή λόγω του υψηλού κό-στους. Επίσης ένα άλλο πρόβλημα ήταν το ότι δεν μπορούσαν να παραχθούν δομές με αναπαραγόμενες ιδιότητες. Αυτό μπορεί να οφειλόταν παραδείγματος χάριν στην χαμη-λή αφριστικότητα του λειωμένου μετάλλου, στην μεγάλη διασπορά, στο μέγεθος των πόρων ή στην συρρίκνωση κατά την στερεοποίηση. Μετά από εκτεταμένη έρευνα, ανα-καλύφθηκαν καινούργιες τεχνολογίες παραγωγής μεταλλικών αφρών οι οποίες έχουν μειώσει στο ελάχιστο ή έχουν εξαλείψει αυτά τα προβλήματα, με αποτέλεσμα την παρα-γωγή αφρών υψηλής ποιότητας.

Οι μεταλλικοί αφροί έχουν χαρακτηριστικές ιδιότητες όπως, χαμηλό βάρος, ικα-νότητα απορρόφησης ενέργειας και ήχου, επίσης είναι άφλεκτοι. Υπάρχουν φυσικά πολλές εφαρμογές στις οποίες χρησιμοποιούνται οι μεταλλικοί αφροί, όπως στην αυτο-κινητοβιομηχανία στη μηχανολογία, στις οικοδομές, στις οικιακές συσκευές και στην βι-ομηχανία των χημικών.

Προς το παρόν οι αφροί αλουμινίου παράγονται από λίγες εταιρίες ανά τον κό-σμο, σε μικρή κλίμακα και για συγκεκριμένες εφαρμογές.

1.2 ΙΣΤΟΡΙΚΗ ΑΝΑΔΡΟΜΗ ΣΤΗΝ ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΤΩΝ ΜΕΤΑΛΛΙΚΩΝ Α-ΦΡΩΝ

Η παραγωγή μεταλλικών αφρών έγινε για πρώτη φορά στα τέλη της δεκαετίας του 1940 από τον Benjamin Sosnickι. Η μέθοδος του εκμεταλλευόταν το γεγονός ότι σε κράματα που οι διαφορετικές φάσεις έχουν μεγάλη διαφορά στο σημείο τήξης και βρα-σμού, οι φάσεις μπορούν να τάκουν και να βράσουν ανεξάρτητα η μια από την άλλη. Η διαδικασία έχει ως εξής: ένα πολυφασικό κράμα θερμαίνεται, με την σύσταση του κρά-ματος να είναι τέτοια ώστε το ένα συστατικό να βράζει ενώ το άλλο μόλις έχει αρχίσει να λιώνει. Το κράμα κατά την διάρκεια της θέρμανσης βρίσκεται μέσα σε ένα αυτόκλειστο( εφαρμογή υψηλής πίεσης), έτσι ώστε το μέταλλο στην αέρια φάση να μην μπορεί να φύγει από το υγρό μέταλλο. Μείωση της πίεσης οδηγεί σε ξαφνικό βρασμό του κράμα-τος, το οποίο στην συνέχεια μπορεί να ψυχθεί και να δώσει ένα στερεό γεμάτο από κλειστούς πόρους. Οι προτεινόμενες χρήσεις αξιοποιούσαν την βελτιωμένη αντοχή σε κρούση του κράματος καθώς και την θερμομόνωση και ηχομόνωση.

Προφανώς μόνο λίγα κράματα ήταν κατάλληλα για αυτή τη διαδικασία, αφού μια από τις φάσεις έπρεπε να έχει εξαιρετικά χαμηλό σημείο βρασμού με αποτέλεσμα η σύνθεση του κράματος να περιλαμβάνει στοιχεία όπως ο ψευδάργυρος, το κάδμιο και ο υδράργυρος, στοιχεία σχετικά πτητικά και εκρηκτικά. Η όλη διαδικασία ήταν αρκετά δα-πανηρή και έδινε μικρή ποσότητα μη κανονικού αφρού που περιείχε μερικά επικίνδυνα μέταλλα Ίσως για αυτούς τους λόγους αυτή η διαδικασία δεν χρησιμοποιήθηκε ποτέ ευ-ρέως. Στα τέλη της δεκαετίας του 1950 έγινε και η παραγωγή μεταλλικών αφρών με α-



νοιχτούς πόρους. Το 1959 έγινε μια μεγάλη καινοτομία στην παραγωγή των μεταλλικών αφρών από τους ερευνητές της United Aircraft Corporation.

Στην καινούργια αυτή μέθοδο αναμιγνύουμε ένα κονιοποιημένο μέταλλο μαζί με ένα υλικό σε σκόνη που χρησιμεύει στην παραγωγή αερίων. Το υλικό που θα παράγει το αέριο πρέπει να το διαλέξουμε προσεκτικά ώστε κοντά στην θερμοκρασία τήξης του μετάλλου να αποσυντίθεται και να παράγει μεγάλη ποσότητα αερίου. Ένα μειονέκτημα της μεθόδου αυτής ήταν ότι παρουσίαζε προβλήματα κατά την διαδικασία της ψύξης του αφρού. Το 1963 οι Hardy και Peisker παρουσίασαν μια καινούργια μέθοδο στην οποία προσθέτανε κατευθείαν τον αφριστικό παράγοντα στο τήγμα του μετάλλου. Αυτή η μέ-θοδος ήταν πολύ πιο φθηνή από εκείνη που χρησιμοποιούσε κονιοποιημένο μέταλλο.

Σε γενικές γραμμές όμως η παραγωγή των μεταλλικών αφρών ήταν ακριβή, μη αξιόπιστη και γινόταν περισσότερο στα εργαστήρια των Πανεπιστημίων για εκπαιδευτι-κούς σκοπούς.

Οι προερχόμενοι από τήξη αφροί επικράτησαν στην εμβρυακή αγορά με διάφο-ρες εταιρίες ανά τον κόσμο να προσφέρουν καινοτόμα προϊόντα. Ακόμα και σήμερα η αγορά των μεταλλικών αφρών είναι περιορισμένη λόγω του υψηλού κόστους παραγω-γής αφρών υψηλής ποιότητας. Σήμερα σχεδόν όλη η ερευνητική δραστηριότητα επικε-ντρώνεται στους αφρούς αλουμινίου (λόγω της χαμηλής πυκνότητας, της αντίστασης σε διάβρωση και ενός σχετικά χαμηλού σημείου τήξης το οποίο τους δίνει υψηλή κατεργα-σιμότητα). Παρ' όλα αυτά έχουν κατασκευαστεί και αφροί από σίδερο, νικέλιο και μόλυ-βδο. Οι αφροί του νικελίου χρησιμοποιούνται σαν χημικά φίλτρα ενώ οι άλλοι έχουν αμ-φίβολη ποιότητα και απασχολούν τους ερευνητές πιο πολύ ερευνητικά.

1.3 ΜΕΘΟΔΟΙ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ

Αν και πολλές μέθοδοι έχουν αναπτυχθεί για την παραγωγή των μεταλλικών α-φρών, δεν είναι όλες κατάλληλες για βιομηχανική παραγωγή. Οι τεχνολογίες παραγω-γής των μεταλλικών αφρών μπορούν λοιπόν να χωριστούν σε αυτές που ξεκινάνε με το μέταλλο σε υγρή μορφή ή σε σκόνη.

1.3.1 LM foams: Αφροί μεταλλικών τηγμάτων

Οι παρακάτω μέθοδοι έχουν σαν κοινό γνώρισμα το ότι ξεκινάνε με την τήξη του μετάλλου που θέλουμε να αφροποιήσουμε.



α) Τεχνολογία παραγωγής Alcan/Norsk Hydro

Σχήμα 1. Μέθοδος παραγωγής alcanlnorsk hydro

Στο πιο πάνω σχήμα φαίνεται η μέθοδος παραγωγής AlcanlNorsk Hydro, η οποία εισάγει αέρια άμεσα στο υγρό μέταλλο. Στην αρχή προστίθεται στο υγρό Al, SiC ή Al

2O

3

(10 με 15%) για να αυξήσει το ιξώδες του. Στη συνέχεια ένα αέριο (άζωτο ή αργό) εισά-γεται στο τήγμα υπό ανάδευση χρησιμοποιώντας μια περιστρεφόμενη προπέλα. Τέλος το επιπλέον υγρό απομακρύνεται συνεχώς από την επιφάνεια του τήγματος. Με αυτόν τον τρόπο μπορούν να παραχθούν χελώνες αφρού σημαντικού μεγέθους (π.χ. 0,lx1x10rn). Με αυτή την τεχνολογία το τελικό προϊόν είναι ένα πορώδες φύλλο με πο-ρώδες που κυμαίνεται από 80% έως 97%. β) Τεχνολογία παραγωγής Alporas

Σχήμα 2. Τεχνολογία παραγωγής alporas



Η εταιρία Shinko Wire (Osaka, Japan) έχει αναπτύξει μια άλλη μέθοδο, η οποία

περιλαμβάνει την προσθήκη ασβεστίου (1,5%) στο τήγμα του αλουμινίου για την αύξη-ση του ιξώδους. Το ασβέστιο εισάγεται στο τήγμα του αλουμινίου στους 680°C, στην συνέχεια το τήγμα αναδεύεται για έξι λεπτά σε κανονικό περιβάλλον. Το πυκνότερο τήγμα του αλουμινίου μεταγγίζεται σε ένα καλούπι χύτευσης και αναδεύεται μαζί με ένα πρόσθετο σκόνης ΤiH

2 (αφριστικός παράγοντας) χρησιμοποιώντας μια περιστρεφόμενη

προπέλα. Ο αφριστικός παράγοντας αποσυντίθεται κάτω από την επίδραση της θερμο-κρασίας και εκλύει αέρια υδρογόνου (μια ικανοποιητική ποσότητα υδριδίου είναι συνή-θως 1,6%). Ως εκ τούτου, ο αφρός διαστέλλεται και γεμίζει το καλούπι μέσα σε 15 λε-πτά. Ψύχεται με την βοήθεια ανεμιστήρων μέσα στο καλούπι και στερεοποιείται σαν χε-λώνα με πορώδες που κυμαίνεται από 89% έως 93%. Μία χυτή χελώνα A1poras έχει

διαστάσεις mm2

και βάρος 160 kg. Η χελώνα κόβεται σε φύλλα με το επιθυμητό πάχος. γ)Άλλες τεχνολογίες παραγωγής

Η διαδικασία GASAR βασίζεται στην σχέση της διαλυτότητας του υδρογόνου με την πίεση. Το μέταλλο τήκεται σε ένα αυτόκλειστο, στην συνέχεια αυξάνουμε την πίεση με αποτέλεσμα ένα υψηλό ποσό υδρογόνου να διαλύεται στο τήγμα. Αυτό το υπέρκορο τήγμα μεταγγίζεται σε καλούπι το οποίο βρίσκεται μέσα στο αυτόκλειστο. Στην συνέχεια κάνουμε κατευθυνόμενη στερεοποίηση σε χαμηλή πίεση. Το αέριο υδρογόνο παγιδεύε-ται σε μακρόστενους πόρους στο μέτωπο της στερεοποίησης. Το μέγιστο πορώδες εί-ναι χαμηλό (5-75%).

Άλλες τεχνολογίες βασίζονται στην δημιουργία αντιγράφου. Για να φτιάξουν ένα καλούπι αυτές οι τεχνολογίες ξεκινάνε με ένα δικτυωμένο αφρό πολυουρεθάνης, που βυθίζεται σε ένα πολτό θερμοανθεκτικού υλικού. Μετά από ξήρανση αφαιρείται το πο-λυμερές και το χυτό μέταλλο εκχύνεται στο τελικό καλούπι Στην συνέχεια παίρνουμε τον παραγόμενο αφρό αφαιρώντας το από το καλούπι χρησιμοποιώντας νερό υπό πίεση. Ο μεταλλικός αφρός που παίρνουμε έχει ακριβώς την ίδια δομή με τον αρχικό αφρό πολυ-ουρεθάνης. Ένα τυπικό πορώδες κυμαίνεται μεταξύ 80% έως 97%. Αυτή η διαδικασία διαφέρει από τις προηγούμενες γιατί παράγει αφρό με ανοιχτούς πόρους. Επίσης είναι δυνατή η παραγωγή αφρών με την έκχυση του τήγματος σε έναν όγκο πληρωτικού υλι-κού με την μορφή ανόργανων κόκκων ή κούφιων σφαιρών.

1.3.2 ΡΜ foams: Αφροί από μεταλλικές πούδρες

Σε αυτές τις τεχνολογίες η διαδικασία παραγωγής έχει μεγάλη σημασία και βασί-ζεται στην χρήση αφριστικού παράγοντα. Στην θέση του αφριστικού παράγοντα μπο-ρούν να παγιδευτούν στο πρόδρομο υλικό και αδρανή αέρια.



α) Διαστολή με ένα αέριο που εκλύεται από έναν αφριστικό παράγοντα (IF ΑΜ, MEPURA)

Σχήμα 3. Διαστολή με ένα αέριο που εκλύεται

Οι τεχνολογίες που βασίζονται στην χρήση αφριστικού παράγοντα (όπως φαίνε-

ται και στο πιο πάνω σχήμα: (παραγωγή αφρού αλουμινίου με την τεχνολογία IF ΑΜ) ξεκινούν με την μίξη μιας μεταλλικής σκόνης (καθαρό μέταλλο, κράμα ή μείγμα πού-δρας) με έναν αφριστικό παράγοντα (για το αλουμίνιο και τα κράματά του συνήθως 0,4-0,6% κατά βάρος TiH

2. Τα πιο συνηθισμένα κράματα που χρησιμοποιούμε για να φτιά-

ξουμε αφρούς είναι τα κατεργάσιμα κράματα της σειράς lxxx (καθαρό αλουμίνιο), 2xxx (AI-Cu) και 6xxx (ΑΙ-Mg-Si) ή τα κράματα χύτευσης π.χ. AlSi7 και AlSi12. Τα τελευταία έχουν εξαιρετική αφριστικότηtα λόγο του χαμηλού σημείου τήξης και των καλών ιδιοτή-των αφροποίησης. Το μείγμα συμπιέζεται σε ένα πυκνό, ημιτελικό προϊόν. Στην IF ΑΜ-διαδικασία το υλικό συμπιέζεται με μονοαξονική συμπίεση, χρησιμοποιώντας έλαση ή διέλαση ανάλογα με το απαιτούμενο σχήμα. Η διαδικασία MEPURA χρησιμοποιεί μια τεχνολογία συνεχούς διέλασης για την συμπίεση του μίγματος. Το επόμενο βήμα είναι μια θερμική κατεργασία κοντά στο σημείο τήξης της μεταλλικής μήτρας και πάνω από την θερμοκρασία αποσύνθεση του αφριστικού παράγοντα. Σε αυτή την θερμοκρασία ο παράγοντας αφροποίησης αποσυντίθεται και εκλύει αέριο υδρογόνο. Το αέριο οδηγεί στην διόγκωση του υλικού με αποτέλεσμα μια δομή με υψηλό πορώδες και κλειστούς πόρους. Η διαδικασία της αφροποίησης σταματάει με ψύξη αρκετά κάτω από το σημείο τήξης. Το πορώδες κυμαίνεται από 60% έως 85%.

Η ποιότητα του τελικού αφρού εξαρτάται από διάφορους παράγοντες π.χ. συν-θήκες συμπίεσης (τεχνολογία, βαθμός παραμόρφωσης, θερμοκρασία, πίεση, χρόνος), ποιότητα της πούδρας (τύπος και μέγεθος κόκκων, κράμα, συνθήκες μίξης), παράμετροι αφροποίησης (θερμοκρασία, ρυθμός θέρμανσης, χρόνο ψύξης, ατμόσφαιρα) και την γεωμετρία του ημιτελούς προϊόντος. Η πυκνότητα του αφρού ελέγχεται με την μεταβολή της περιεκτικότητας σε αφριστικό παράγοντα, της θερμοκρασίας και του ρυθμού θέρ-μανσης.



β)Παραγωγή αφρού αλουμινίου με την τεχνολογία MEPURA

Σχήμα 4. Παραγωγή αφρού αλουμινίου με την τεχνολογία mepura

Για να επιτύχουμε το επιθυμητό σχήμα του αφρού είναι απαραίτητο να εισάγουμε

το πρόδρομο (ημιτελικό) υλικό μέσα σε ένα καλούπι. Διαφορετικά το αποτέλεσμα θα ή-ταν ένα κομμάτι μεταλλικού αφρού με ακαθόριστο σχήμα, Κάνοντας την αφροποίηση μέσα σε κλειστά καλούπια μπορούμε να πάρουμε σχεδόν όλα τα σχήματα. Κατά την δι-αδικασία της αφροποίησης μπορούν να ενωθούν κομμάτια αφρού με κομμάτια μετάλ-λου Π.χ. μπορούμε να γεμίσουμε σωλήνες με αφρό αλουμινίου με διάφορους τρόπους,

Μια άλλη μέθοδος είναι η παραγωγή φύλλων σάντουιτς που περιέχουν αφρο-ποιημένο μέταλλο στο εσωτερικό τους. Μπορούμε να παράγουμε τα σάντουιτς κολλώ-ντας τα φύλλα σε ένα φύλλο αφρού ή με έλαση φύλλων αλουμινίου ή σιδήρου που έ-χουν τοποθετηθεί πάνω και κάτω από ένα αφροποιήσημο πρόδρομο υλικό. Με την τε-λευταία μέθοδο παράγουμε σάντουιτς με μεταλλικούς δεσμούς στις επαφές μετάλλου-αφρού. Το πρόδρομο σάντουιτς μπορεί να μορφοποιηθεί πριν από την αφροποίηση Π.χ. με βαθιά κοίλανση.

γ)Παραγωγή αφρού αλουμινίου με αρκετά πολύπλοκο σχήμα.

Αρκετά πολύπλοκα σχήματα μπορούν να παραχθούν αν εισάγουμε ένα διογκω-μένο, υγρό αφρό σε ένα κατάλληλο καλούπι και κάνουμε εκεί τη τελική διόγκωση. Τα

τελικά προϊόντα έχουν πυκνότητες μεταξύ 0,5 gr/cm3

και 1 gr/cm3

. Το πρώτο βήμα αυ-τής της τεχνολογίας μπορεί να συγκριθεί με αυτό της διαδικασίας MEPURA π.χ. μίξη πούδρας αλουμινίου με τον αφριστικό παράγοντα και συνεχής διέλαση σε ένα συμπα-γές αφροποιήσημο πρόδρομο υλικό. Μόνο που σε αυτή την περίπτωση το πρόδρομο υλικό θερμαίνεται σε ένα θάλαμο αφροποίησης έως το σημείο τήξης του κράματος. Αυτό οδηγεί στην δημιουργία υγρού αφρού, ο οποίος χυτεύεται με ένα ελεγχόμενο τρόπο σε ένα μεταλλικό καλούπι ή σε ένα καλούπι άμμου. Αυτό επιτρέπει την παραγωγή σε με-



γάλη ή σε μικρή κλίμακα και την δημιουργία πρωτοτύπων σε ικανοποιητικό κόστος. Τέ-τοια κομμάτια αφρού μπορούν να χρησιμοποιηθούν σαν πυρήνες στην χύτευση υπό πίεση του αλουμινίου.

Σχήμα 5 Παραγωγή αφρού αλουμινίου με πολύπλοκο σχήμα

δ) Τεχνολογίες παραγωγής που χρησιμοποιούν ένα παγιδευμένο αέριο

Σε αυτή την τεχνολογία ένας θάλαμος που κλείνει ερμητικά γεμίζεται με την πού-δρα του αλουμινίου. Στην συνέχεια ένα αέριο π.χ. αργό εισέρχεται υπό πίεση στην πού-δρα και γεμίζει όλα τα κενά ανάμεσα στους κόκκους της. Όταν θερμανθεί το πιο πάνω μίγμα, οι κόκκοι της πούδρας λιώνουν και κολλάνε μεταξύ τους και παγιδεύουν ανάμεσά τους το υπάρχον αέριο. Η παραχθείσα χελώνα υφίσταται έλαση και θερμαίνεται, έτσι το παγιδευμένο αέριο εκτονώνεται και παράγει ένα μεταλλικό αφρό (McDonell Douglas).

1.4 ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΤΩΝ ΑΦΡΩΝ ΑΛΟΥΜΙΝΙΟΥ

Οι αφροί αλουμινίου είναι ισοτροπικά αφρώδη υλικά με αρκετά ασυνήθιστες ιδιό-τητες, που τους κάνουν κατάλληλους για ειδικές εφαρμογές. Χάρη στην χαμηλή τους

πυκνότητα 0,3 gr/cm3

-0,8 gr/cm3

οι αφροί μπορούν να επιπλέουν στο νερό (στην περί-πτωση που έχουμε κλειστούς πόρους).

Οι αφροί παρουσιάζουν χαμηλή θερμική και ηλεκτρική αγωγιμότητα. Η αντοχή τους είναι χαμηλότερη από την αντοχή του συμπαγούς αλουμινίου και μειώνεται με την μείωση της πυκνότητας. Οι αφροί είναι σταθεροί σε θερμοκρασίες μικρότερες από το σημείο τήξης του μετάλλου από το οποίο αποτελούνται. Επίσης είναι άφλεκτοι και μη τοξικοί.



Στις περισσότερες τεχνολογίες παραγωγής αφρών οι ιδιότητες τους διαφέρουν σε μεγάλο βαθμό και εξαρτώνται από τις παραμέτρους της παραγωγής. Δίνονται μερικά παραδείγματα στον πίνακα 1.

Πίνακας 1. Ιδιότητες αφρών

1.4.1 ΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ

Εξαιτίας της κυψελωτής δομής οι αφροί έχουν διαφορετική συμπεριφορά σε σχέ-ση με τα μέταλλα. Αυτό έχει σαν άμεση συνέπεια να μην μπορούν να ελεγχθούν με τα γνωστά συμβατικά τεστ, π.χ. τεστ εφελκυσμού. Τα πιο σημαντικά αποτελέσματα τα δίνει η δοκιμή θλίψης που μας δίνει ένα τυπικό διάγραμμα τάσης παραμόρφωσης που χωρί-ζεται σε 3 μέρη. Έχει βρεθεί ότι αυτή η συμπεριφορά είναι τυπική για τους αφρού ς με ανοιχτούς ή κλειστούς πόρους. Το διάγραμμα δείχνει μια γραμμική αύξηση της παρα-μόρφωσης στην αρχή της επιβολής της τάσης και ένα κομμάτι σχεδόν αμετάβλητης τά-σης στην μέση, που ακολουθείται από μια απότομη αύξηση της τάσης παραμόρφωσης .

Το πρώτο στάδιο δεν είναι συνέπεια μόνο της ελαστικής παραμόρφωσης, όπως

στην περίπτωση των μετάλλων, αλλά και της πλαστικής παραμόρφωσης. Στους αφρούς μη αντιστρεπτή παραμόρφωση μπορεί να συμβεί και σε χαμηλή τάση. Το σχεδόν ευθύ-γραμμο κομμάτι εμφανίζεται λόγο μιας ομογενούς πλαστικής παραμόρφωσης.



Σχήμα 6. Διάγραμμα τάσης παραμόρφωσης

Το τρίτο στάδιο οφείλεται στην κατάρρευση των κελιών. Οι απέναντι τοίχοι των κελιών αρχίζουν να αγγίζουν ο ένας τον άλλο. Η τάση που οι αφροί με ανοιχτούς και με κλειστούς πόρους εμφανίζουν ”πλατό” είναι περίπου η ίδια όταν συγκρίνουμε αφρούς με την ίδια πυκνότητα και με την ίδια μήτρα.

Οι ιδιότητες των αφρών επηρεάζονται επίσης και από την επιφάνειά τους. Οι α-φροί που δοκιμάζονται χωρίς την πιο πυκνή εξωτερική επιφάνεια (π,χ, έχει αφαιρεθεί με κοπή) έχουν χαμηλότερη αντοχή, Η εξήγηση για αυτή την συμπεριφορά είναι ότι η εξω-τερική επιφάνεια λειτουργεί σαν μέσο σκλήρυνσης όπως και στην δομή του σάντουιτς, Η ίδια συμπεριφορά χαρακτηρίζει και τους σωλήνες που στο εσωτερικό τους έχουν α-φρό αλουμινίου. Η κατεύθυνση του αφρού δεν παίζει κάποιο ρόλο, γιατί ουσιαστικά οι αφροί είναι ισοτροπικά υλικά. Στους μεταλλικούς αφρούς μπορούμε να κάνουμε θερμι-κές κατεργασίες αλλά είναι δύσκολο και υπάρχουν αρκετά προβλήματα με αποτέλεσμα να μην μπορούμε να αυξήσουμε σημαντικά την αντοχή. Μερικά προβλήματα είναι η χα-μηλή θερμική αγωγιμότητα και το ότι δεν μπορεί να επιτευχθεί ο ίδιος ρυθμός ψύξης σε όλο το υλικό. Σαν μέσο ψύξης χρησιμοποιείται πεπιεσμένος αέρας που δίνει όμως αρ-γούς ρυθμούς ψύξης σε σχέση με το νερό, το οποίο όμως δεν μπορεί να χρησιμοποιη-θεί σαν μέσο ψύξης γιατί καταστρέφει τα κελιά.



1.4.2 ΑΝΤΟΧΗ ΤΩΝ ΔΟΜΏΝ ΣΑΝΤΟΥΙΤΣ - ΑΠΟΡΡΟΦΗΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ

Όπως προαναφέρθηκε η εξωτερική επιφάνεια αυξάνει την αντοχή των αφρών. Χρησιμοποιώντας μεταλλικά φύλλα σιδήρου ή αλουμινίου που περιβάλουν τον αφρό μπορούμε να αυξήσουμε την αντοχή του αφρού δημιουργώντας μια δομή σάντουιτς. Επίσης μπορούμε να επιτύχουμε μεγαλύτερη αντοχή και ακαμψία στους σωλήνες αν τους γεμίσουμε με αφρό αλουμινίου.

Σχήμα 7. Διάγραμμα τάσης παραμόρφωσης με κλειστά κελιά

Σχήμα 8. Τύποι σωλήνων



Στο προηγούμενο σχήμα φαίνονται τα αποτελέσματα της δοκιμής θλίψη ς σε διάφορους σωλήνες που περιέχουν ή δεν περιέχουν αφρό αλουμινίου στο εσωτερικό τους. Στην περίπτωση των σωλήνων με τον αφρό αλουμινίου η τάση του “πλατό” είναι μεγαλύτερη, όπως επίσης και η περιοχή κάτω από το “πλατό”. Αυτό σημαίνει ότι αυτοί οι σωλήνες είναι καλύτεροι για εφαρμογές που απαιτείται απορρόφηση ενέργειας κρού-σης. Μπορούν δηλαδή να χρησιμοποιηθούν σαν απορροφητές ενέργειας σύγκρουσης στα αυτοκίνητα. Γεμάτοι σωλήνες με μικρότερη διάμετρο μπορούν να απορροφήσουν την ίδια ενέργεια με σωλήνες με μεγαλύτερη διάμετρο, δηλαδή μπορούμε να έχουμε το ίδιο όφελος καταλαμβάνοντας λιγότερο χώρο. Aυτό ενδιαφέρει ιδιαίτερα την αυτοκινη-τοβιομηχανία. Ο αφρός του αλουμινίου προστατεύει τον σωλήνα από μια πρόωρη κα-τάρρευση ή πλαστική παραμόρφωση. Αν στην συνέχεια ο σωλήνας λυγίσει ή παρα-μορφωθεί με κάποιο τρόπο ο αφρός συμπιέζεται - με αποτέλεσμα να μετριάζει την πε-ραιτέρω παραμόρφωση. Μερικά παραδείγματα σωλήνων με γέμιση αφρού αλουμινίου φαίνονται στο παραπάνω σχήμα.

1.4.3 ΜΕΤΡΟ ΕΛΑΣΤΙΚΟΤΗΤΑΣ

Σχήμα 9. Μέτρο ελαστικότητας



Το μέτρο ελαστικότητας, σε συνδυασμό με την γεωμετρία είναι ένα σημαντικό μέσο χαρακτηρισμού ενός τελικού προϊόντος, από το οποίο μπορούμε να εκτιμήσουμε την αντοχή του. Το ειδικό μέτρο ελαστικότητας (Ε/ρ) του αφρού αλουμινίου είναι πολύ χαμηλότερο από αυτό του “πυκνού” αλουμινίου. π.χ. το ειδικό μέτρο ελαστικότητα ς για

ένα αφρό Α1 99,5% είναι 6GPa cm3

/gr (δηλαδή Ε=2,4GPa για μια πυκνότητα αφρού

d=0,4gr/cm3

ενώ το ειδικό μέτρο ελαστικότητας για το “πυκνό” αλουμίνιο είναι 25GPa

cm3

/gr (δηλαδή Ε = 67GPa για μια πυκνότητα d=2,7gr/cm3

. Όπως φαίνεται στο πιο πάνω σχήμα το μέτρο ελαστικότητας των αφρών αυξάνει

με την αύξηση της πυκνότητας. Αυτό ισχύει για όλους τους αφρούς ανεξαρτήτως από το αν έχουμε ξεκινήσει από τήγμα ή πούδρα. Άρα μπορούμε να προσαρμόσουμε το μέτρο ελαστικότητας ανάλογα με την εφαρμογή μεταβάλλοντας την πυκνότητα του αφρού,

1.4.4 ΦΥΣΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ

Οι φυσικές και χημικές ιδιότητες των αφρών διαφέρουν από αυτές των “πυκνών” μετάλλων. Αυτό όμως μπορεί να λειτουργήσει θετικά σε κάποιες περιπτώσεις ανάλογα με την εφαρμογή. α) Αγωγιμότητα. Η ηλεκτρική και η θερμική αγωγιμότητα των αφρών είναι γενικά χαμη-λότερη από αυτή των “πυκνών” μετάλλων. Ο λόγος είναι ότι το μεταλλικό κομμάτι του αφρού (τοιχώματα κελιών) καταλαμβάνει πολύ μικρότερο όγκο σε σύγκριση με τους γε-μάτους αέρια πόρους. Επίσης τα τοιχώματα των κελιών είναι επικαλυμμένα με ένα στρώμα οξειδίου, το οποίο όπως είναι γνωστό δεν είναι αγώγιμο. Είναι λογικό λοιπόν η αγωγιμότητα να αυξάνεται με την αύξηση της πυκνότητας του αφρού.

Η θερμική αγωγιμότητα εκτιμάται ότι είναι δέκα φορές μικρότερη στους αφρούς απ' ότι στα “πυκνά” μέταλλα. Επίσης με μια κατεργασία οξείδωσης η θερμική αγωγιμό-τητα μπορεί να μειωθεί κι άλλο. Ο συντελεστής θερμικής διαστολής είναι ίδιος για τους αφρούς όπως και για τα “πυκνά” μέταλλα, δηλαδή οι αφροί σε υψηλές θερμοκρασίες δεν χάνουν το σχήμα τους απλά διογκώνονται ελάχιστα. Εξαιτίας της χαμηλής θερμικής τους αγωγιμότητας οι αφροί μπορούν να χρησιμοποιηθούν σαν μονωτικά υλικά. β) Ηχομονωτικές ιδιότητες Ένα άλλο πλεονέκτημα των αφρών είναι η εξαιρετική ικα-νότητά τους να απορροφούν τον ήχο. Στους αφρούς τα ηχητικά κύματα ανακλώνται από την ακανόνιστη δομή των πόρων. Η κυματική τους ενέργεια προκαλεί κάποιες μικρές παραμορφώσεις στα τοιχώματα των κελιών και μετατρέπεται σε θερμική ενέργεια. Με αυτόν τον τρόπο μειώνεται η ένταση των ανακλώμενων ηχητικών κυμάτων. Τα αποτε-λέσματα διαφόρων ερευνών έχουν δείξει ότι η απορρόφηση (ηχομονωτική ικανότητα) αυξάνεται όταν έχουμε ομογενείς πόρους. Επίσης βελτίωση παρατηρείται όσο αυξά-νουν οι συνδέσεις μεταξύ των πόρων. Φαίνεται ότι οι αφροί με ανοιχτούς πόρους είναι πιο αποτελεσματικοί στην απορρόφηση των ήχων. Οι μελέτες του συντελεστή απορρό-φησης ήχου του Alporas δείχνουν ότι το Alporas που έχει γίνει με έλαση έχει ένα υψηλό συντελεστή απορρόφησης ήχου, ισοδύναμο με αυτό του γυαλιού ή του ξύλου.



1.4.5 ΧΗΜΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ

Οι αφροί αλουμινίου είναι άφλεκτοι. Κάτω από την επίδραση θερμότητας δεν ε-κλύουν τοξικά αέρια. Η συμπεριφορά στην διάβρωση είναι ανάλογη της συμπεριφοράς των “πυκνών” κραμάτων αλουμινίου. ΣΗΜΑΝΤΙΚΉ ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΗ: Όλες οι ιδιότητες των αφρών εξαρτώνται από την συγκε-κριμένη δομή του υλικού. Αυτή η δομή αναπτύσσεται στην διάρκεια της παραγωγικής διαδικασίας και εξαρτάται άμεσα από αυτή. Οι αφροί που παράγονται με διαφορετική τεχνολογία έχουν διαφορετικές ιδιότητες ακόμα και αν έχουν παραχθεί από το ίδιο κρά-μα. Επομένως είναι χρήσιμο για μια εφαρμογή να κάνουμε πρώτα μια λίστα με τις απαι-τούμενες ιδιότητες και μετά να διαλέξουμε την τεχνολογία παραγωγής και το κράμα.

1.5 ΚΑΤΕΡΓΑΣΙΕΣ ΑΦΡΩΝ

Οι αφροί αλουμινίου μπορούν να υποστούν διάφορες κατεργασίες χωρίς πρό-βλημα. Οι παραγόμενες χελώνες αφρού μπορούν να κοπούν και να τρυπηθούν. Σε ένα αφρό είναι εύκολο να ανοίξουμε τρύπες ή να τον καρφώσουμε. Εξαίρεση αποτελούν οι αφροί που περιέχουν σωματίδια SiC ή Α1

2Ο

3 λόγω της σκληρότητας αυτών των σωμα-

τιδίων. Οι αφροί αλουμινίου εύκολα χρησιμοποιούνται σε συνδυασμό με άλλα υλικά. Χρησιμοποιώντας χημικές κόλλες μπορούμε να κολλήσουμε τους αφρούς αλουμινίου μεταξύ τους ή με άλλα υλικά. Οι αφροί μπορούν να συνδεθούν με πυκνά υλικά με μηχα-νικό τρόπο. Η συγκόλληση είναι δυνατή, αλλά μπορεί να προκαλέσει προβλήματα διά-βρωσης εξαιτίας της απομάκρυνσης του πυκνού στρώματος του οξειδίου. Επίσης μπο-ρούμε να κάνουμε συγκόλληση με λέιζερ. Αυτή η τεχνολογία είναι συμφέρουσα γιατί ει-σάγει χαμηλό ποσοστό ενέργειας στον αφρό, με άμεση συνέπεια η δομή του αφρού να είναι σταθερή. Το πληρωτικό υλικό τοποθετείται μπροστά από την κεφαλή του λέιζερ κατά μήκος της διεύθυνσης της συγκόλλησης. Ειδικά για τις συγκολλήσεις αφρών έχου-με καλύτερα αποτελέσματα όταν δουλεύουμε με παλμικό λέιζερ και με λέιζερ συνεχόμε-νης ακτινοβολίας. Τα πειράματα δείχνουν ότι αυτή η συγκόλληση έχει καλά αποτελέ-σματα για την συνένωση αφρών αλουμινίου με φύλλα μετάλλου. Συγκριτικά με δείγματα, στα οποία η συνένωση έγινε με χρήση κόλλας η ανθεκτικότητα της συγκόλλησης ήταν μεγαλύτερη. Μπορούμε να βάψουμε τους αφρού ς αλουμινίου με οργανικές ή ανόργα-νες βαφές. Η βαφή δεν θα επηρεάσει την ικανότητα του αφρού να απορροφά τους ή-χους.



Σχήμα 10. Συγκόλληση με Laser

1.6 ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ

Υπάρχουν πολλές πιθανές εφαρμογές για τους μεταλλικούς αφρούς όπως ελα-φριές κατασκευές, ηχομόνωση, θερμομόνωση και εφαρμογές απορρόφησης ενέργειας. Όπως αναφέρεται και πιο πάνω, οι αφροί αλουμινίου μπορούν να χρησιμοποιηθούν για εφαρμογές στην αυτοκινητοβιομηχανία και στην αεροδιαστημική, αλλά και στην εφαρ-μοσμένη μηχανική και σε κατασκευές. Η χρήση αφρών μπορεί να ικανοποιήσει την α-παίτηση πολλών κλάδων της βιομηχανίας για ελαφριές κατασκευές. Συγκριτικά με τα συνθετικά υλικά (πλαστικά, αφρούς πολυουρεθάνης) οι αφροί αλουμινίου έχουν κάποια ιδιαίτερα προτερήματα: την καλή αντοχή στην θερμότητα, μεγαλύτερη αντοχή, είναι ά-φλεκτοι και μπορούν να ανακυκλωθούν εύκολα. Έως τώρα οι αφροί αλουμινίου έχουν μικρή εφαρμογή, κυρίως για επίδειξη και δοκιμές, αλλά διάφορες ιδέες εξετάζονται και μερικές εμπορικές χρήσεις γίνονται ήδη. Επειδή οι μεταλλικοί αφροί είναι σχετικά ακρι-βοί, η χρήση τους παρακινείται από το άθροισμα των ιδιαίτερων ιδιοτήτων τους. Βέβαια αναμένεται ότι η τιμή τους θα πέσει στα επόμενα χρόνια όσο θα αυξάνει η μαζική παρα-γωγή.

1.6.1 ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΣΤΑ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΑ

Σήμερα υπάρχει μια τάση για την μείωση του βάρους των αυτοκινήτων. Κυρίως οφείλεται στις ανησυχίες για την προστασία του περιβάλλοντος και τις καινούργιες νο-μοθετικές ρυθμίσεις που απαιτούν λιγότερη μόλυνση του περιβάλλοντος. Μια άλλη τάση είναι η βελτίωση της παθητικής προστασίας των αυτοκινήτων, που κυρίως επηρεάζεται



από την επιλογή των υλικών και τον σχεδιασμό. Επίσης σημαντικός παράγοντας είναι και η ανακύκλωση των υλικών.

Έχοντας υπόψη αυτά, τις καλές ηχομονωτικές ιδιότητες και την δυνατότητα α-πορρόφησης της ενέργειας οι αφροί αλουμινίου μπορούν κάλλιστα να χρησιμοποιηθούν στα επιβατικά αυτοκίνητα. Τρεις είναι οι κύριες εφαρμογές των μεταλλικών αφρών στα αυτοκίνητα: Η απορρόφηση ενέργειας, οι ελαφριές κατασκευές και η μόνωση.

1. Η πρώτη εφαρμογή γίνεται κατανοητή στην περίπτωση των μπροστινών και πλαγίων προφυλακτήρων. Είναι γεγονός πως πολλά από τα σημερινά αυτοκίνητα πε-ριέχουν παραμορφώσιμα εξαρτήματα στην δομή τους. Αυτά τα εξαρτήματα που βρί-σκονται στην περιοχή πρόσκρουσης, πρέπει να απορροφήσουν την ενέργεια κρούσης έτσι ώστε η κρούση να μην φτάσει στον θάλαμο των επιβατών. Αυτές οι κατασκευές προστασίας (π.χ. μπροστινός ή πλαϊνός προφυλακτήρας, φτερά, κατασκευές των τόξων ασφαλείας δίπλα στην πόρτα ή άλλα εξαρτήματα που κινδυνεύουν να παραμορφωθούν ή να συνθλιβούν σε μια κρούση ή που πρέπει να απορροφήσουν μεγάλα ποσά ενέργει-ας) μπορούν να γεμίσουν με αφρό αλουμινίου. Στα φορτηγά οι αφροί αλουμινίου μπο-ρούν να χρησιμοποιηθούν για να αυξήσουν την ακαμψία των προστατευτικών μερών της κάτω πλευράς. Με την βοήθεια αυτών των εξαρτημάτων μπορούμε να δημιουργή-σουμε μια ελεγχόμενη, προγραμματισμένη παραμόρφωση στην ζώνη κρούσης των αυ-τοκινήτων με την μέγιστη δυνατή απορρόφηση ενέργειας. Αυτό είναι πολύ σημαντικό ιδίως στην περίπτωση των καινούριων, μικρών αυτοκινήτων της πόλης, όπου τα εξαρ-τήματα που χρησιμοποιούνται για την απορρόφηση ενέργειας πρέπει να καταλαμβά-νουν το μικρότερο δυνατό όγκο.

2. Η καλή σχέση ανάμεσα στο βάρος και την σκληρότητα στους αφρούς, τους ε-πιτρέπει να χρησιμοποιηθούν και στο αμάξωμα ή σε άλλα δομικά μέρη, σε περιοχές του αυτοκινήτου που απαιτούν μεγάλη σταθερότητα. Μερικά παραδείγματα είναι τα μη ορ-γανικά εξαρτήματα πάνω στον κινητήρα και οι οροφές. Όλα αυτά τα μέρη δεν πρέπει να υφίστανται καμία ελαστική παραμόρφωση από τα αέρια ρεύματα. Οι δονήσεις πρέπει να αποφεύγονται. Οι αφροί αλουμινίου λόγω των καλών μονωτικών τους ιδιοτήτων είναι μια καλή λύση για αυτά τα μέρη του αυτοκινήτου.

3. Στην τρίτη ομάδα ανήκουν εφαρμογές που χρησιμοποιούν τις καλές ηχο-θερμομονωτικές ιδιότητες των αφρών αλουμινίου. Οι ηχομονωτικές ιδιότητες κάνουν τους αφρούς χρήσιμους για την ηχομόνωση του τμήματος της μηχανής του αυτοκινή-του. Ο στόχος σε αυτή την περίπτωση είναι να μην έχουμε μεταφορά των θορύβων στον θάλαμο των επιβατών και στο περιβάλλον.



Σχήμα 11. Διατομή AFS

Μια ενδιαφέρουσα ιδέα έχει αναπτυχθεί από την Κarmann στην Γερμανία. Το AFS είναι ένα φύλλο αλουμινίου γεμάτο με αφρό αλουμινίου. Παράγεται από ένα πρό-δρομο αφροποιήσιμο υλικό και δυο φύλλα αλουμινίου, τα οποία παίρνουν το επιθυμητό σχήμα με έλαση. Μετά από την διαδικασία της έλασης το υλικό τοποθετείται σε ένα κλί-βανο για να γίνει η αφροποίηση. Το πάχος του αφρού κυμαίνεται από 8 έως 12mm ενώ τα εξωτερικά φύλλα του αλουμινίου έχουν πάχος περίπου 1mm. Το AFS είναι 50% ελα-φρύτερο και 10 φορές πιο δύσκαμπτο από ένα φύλλο σιδήρου. Συγκριτικά με το “πυ-κνό” αλουμίνιο προσφέρει 95% μεγαλύτερη ηχομόνωση. Ο συνδυασμός αυτών των ιδι-οτήτων κάνει τα AFS εξαιρετικά υλικά για τα σώματα των αυτοκινήτων. Εξαιτίας της υ-ψηλής αντοχής στην στρέψη και της ακαμψίας μπορούν να μειωθούν τα μέρη που πρέ-πει να συναρμολογηθούν σε ένα σώμα αυτοκινήτου.

Σχήμα 12. Πρωτότυπο σώμα αυτοκινήτου από αφρό αλουμινίου



Ένα παράδειγμα είναι το σώμα αυτοκινήτου από αφρό αλουμινίου που έχει φτια-χτεί σαν πρωτότυπο και φαίνεται στο πιο πάνω σχήμα. Τα μέρη από AFS σε συνδυα-σμό με το “διαστημικό” πλαίσιο αυξάνουν την ακαμψία στο σώμα του αυτοκινήτου. Η σταθερότητα αυτού του “διαστημικού” πλαισίου είναι 30% μεγαλύτερη χάρη στα κομμά-τια από AFS. Το “διαστημικό” πλαίσιο είναι μεταλλικός σκελετός παρόμοιος με εκείνο γύρω από το οποίο χτίζονται τα αεροσκάφη. Τα πάνελ του σώματος του αυτοκινήτου συνδέονται σε αυτόν τον σκελετό στα σκληρά σημεία, και έτσι προσθέτουν αντοχή κα-θώς επίσης καθιστούν τη δομή αεροδυναμική. Το μεγαλύτερο μέρος του διαστημικού-πλαισίου διαμορφώνεται από τμήματα των οποίων τα πάχη ποικίλλουν για να διανεί-μουν τις πιέσεις ομοιόμορφα.

1.6.2 ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΣΤΗΝ ΑΕΡΟΔΙΑΣΤΗΜΙΚΗ

Χάρη στο χαμηλό τους βάρος οι αφροί αλουμινίου μπορούν να χρησιμοποιηθούν στην αεροδιαστημική. Παραδείγματος χάριν φύλλα σάντουιτς ή αφρού αλουμινίου μπο-ρούν να αντικαταστήσουν τις δομές “honeycomb”. Αυτό θα είχε πολλά πλεονεκτήματα, όπως μειωμένο κόστος, απουσία κολλήσεων, η οποία θα βοηθούσε ώστε να παραμείνει η δομή ακέραια σε περίπτωση φωτιάς. Παρόλα αυτά αναμένονται πολλά αποτελέσματα από την έρευνα που γίνεται πάνω στην συμπεριφορά των αφρών στην κόπωση.

1.6.3 ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΣΤΗΝ ΝΑΥΣΙΠΛΟΪΑ

Στην ναυσιπλοΐα η ανάγκη για μείωση του βάρους είναι επίσης σημαντική. Αλλά σε σχέση με την αυτοκινητοβιομηχανία, χρειάζεται και υψηλή ευελιξία στην παραγωγή των υλικών, επειδή τα πλοία δεν κατασκευάζονται σε γραμμή παραγωγής με τυποποιη-μένα μέρη. Γι΄ αυτό τα πάνελ αφρού αλουμινίου πλεονεκτούν. Προϋπόθεση όμως για την χρήση τους, αποτελεί η ανάπτυξη κατάλληλων στοιχείων σύνδεσης και η έρευνα της διάβρωσης των αφρών αλουμινίου σε θαλασσινό νερό. Έρευνες που βρίσκονται σε αρ-χικό στάδιο έχουν δείξει ότι στους ΡΜ-αφρούς αλουμινίου με κλειστούς πόρους, διάλυ-μα χλωριούχου νατρίου μπορεί να εισχωρήσει μόνο επιφανειακά χωρίς να προκαλεί α-τέλειες στην δομή του υλικού.

1.6.4 ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΣΤΙΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΕΣ

Στα κτήρια και στις κατασκευές υπάρχει μια μεγάλη πιθανότητα χρήσης των α-φρών αλουμινίου, κυρίως εξαιτίας της καλής αντίστασης στην διείσδυση της φωτιάς και των θερμομονωτικών ιδιοτήτων. Παραδείγματος χάριν προφίλ από αφρό αλουμινίου μπορούν να χρησιμοποιηθούν σαν εξωτερικές προσόψεις κτηρίων ή σαν καλύμματα των εσωτερικών τοίχων. Και στις δυο περιπτώσεις οι αφροί βοηθάνε στην εξοικονόμηση ενέργειας χάριν στις καλές θερμομονωτικές τους ιδιότητες. Μια άλλη ιδιότητα των α-φρών αλουμινίου που μπορούμε να εκμεταλλευτούμε στις κατασκευές είναι η ηχομόνω-ση. Οι αφροί αλουμινίου μπορούν να χρησιμοποιηθούν σαν ηχοαπορροφητικά υλικά σε σιδηροδρομικά τούνελ, κάτω από γέφυρες στις εθνικές οδούς ή μέσα σε κτήρια.



Σχήμα 13. Ηχοαπορροφητικά υλικά σε γέφυρες

Ένα άλλο πεδίο εφαρμογών είναι τα χαμηλού βάρους δομικά στοιχεία. Αυτά μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε κινητές γέφυρες ή σε κατασκευές που βρίσκονται ψηλά για να

μην χρησιμοποιούμε ανυψωτικά μηχανήματα (π.χ σε οροφές ή τοίχους). 1.7 ΑΝΑΚΥΚΛΩΣΗ

Οι αφροί αλουμινίου ανακυκλώνονται με την ίδια ευκολία όπως και το “πυκνό” αλουμίνιο. Σε κάποιες περιπτώσεις όταν έχουμε πολύ χαμηλή πυκνότητα ή πολύ μεγά-λα κομμάτια είναι καλύτερα αυτά να συμπιεστούν πριν την τήξη. Η ανακύκλωση γίνεται όχι μόνο για περιβαλλοντολογικούς λόγους αλλά και γιατί είναι μια επικερδής διαδικασία για την βιομηχανία του αλουμινίου.



Κεφάλαιο 2

ΠΑΘΗΤΙΚΗ ΑΣΦΑΛΕΙΑ 2.1 Ασφαλιστικά μέτρα

H άποψη που συσχετίζει την ασφάλεια των επιβατών ενός αυτοκινήτου με μία άκαμπτη μάζα σιδερικών έχει εκλείψει οριστικά. H «ελαστικότητα» των σύγχρονων αυ-τοκινήτων, παράλληλα με τον εξελιγμένο, πλέον, εξοπλισμό παθητικής ασφάλειας, είναι ένας συνδυασμός που, κυριολεκτικά, σώζει ζωές.

Tα πρώτα τεχνολογικά βήματα, σχετικά με την παθητική ασφάλεια, έγιναν με την τοποθέτηση ζωνών ασφαλείας, αρχικά μόνο στα εμπρός και στη συνέχεια και στα πίσω καθίσματα των αυτοκινήτων. Oι πρώτες ζώνες, στην ουσία, βοηθούσαν μερικώς στην αποφυγή του «μοιραίου». O τρόπος λειτουργίας τους, όμως, δεν απέτρεπε (ίσως και να προκαλούσε) τους τραυματισμούς στον αυχένα, στους ώμους ή στο θώρακα. Mία άλλη προσπάθεια για τη βελτίωση της παθητικής ασφάλειας, που όμως δεν έμελλε να καθιε-ρωθεί, ήταν το σύστημα Procon-ten της Αουντι. H καινοτομία του συστήματος έγκειται στην απομάκρυνση του τιμονιού από τον οδηγό σε περίπτωση σύγκρουσης.

Στα περισσότερα αυτοκίνητα, σε περίπτωση μετωπικής ή πλαγιομετωπικής σύ-γκρουσης, ο κινητήρας μετακινείται προς τα πίσω και, αντίστοιχα, μετατοπίζει προς την ίδια κατεύθυνση και το τιμόνι. Mε το σύστημα Procon-ten, οι μηχανικοί της Αουντι συνέ-δεσαν τον κινητήρα και το τιμόνι με κατάλληλα τοποθετημένα συρματόσχοινα, τα οποία, τη στιγμή της πρόσκρουσης, εκμεταλλεύονται την κίνηση του κινητήρα προς τα πίσω και έλκουν το τιμόνι προς τα εμπρός, αποτρέποντας τον τραυματισμό του οδηγού πάνω σε αυτό.

2.2 H εξέλιξη των ειδών

Σήμερα, οι ζώνες ασφαλείας των περισσότερων αυτοκινήτων είναι εξοπλισμένες ―τουλάχιστον για τα εμπρός καθίσματα― με προεντατήρες. Oι προεντατήρες τοποθε-τούνται κάτω από τα καθίσματα και αποτελούνται από έναν πυροδοτικό μηχανισμό, συνδεδεμένο με ένα συρματόσχοινο που καταλήγει στην πόρπη της ζώνης. Tη στιγμή της πρόσκρουσης, ένας αισθητήρας επιτάχυνσης ενεργοποιεί το μηχανισμό, ο οποίος εκρήγνυται και, στην ουσία, σφίγγει τη ζώνη, με αποτέλεσμα να μην επιτρέπει καμία ε-λευθερία κινήσεων στο σώμα. Tέλος, η δυνατότητα (ανάλογα με το μοντέλο) ρύθμισης του ύψους των ζωνών, αποκλείει την πιθανότητα τραυματισμού του θώρακα. Oι αε-ρόσακοι αποτελούν ακόμη μία τεχνολογική δημιουργία που παίζει καθοριστικό ρόλο στην παθητική ασφάλεια. Λειτουργούν με πυροδοτικό μηχανισμό ανάλογο με αυτόν των προεντατήρων, που παίρνει επίσης εντολή από τον αισθητήρα επιτάχυνσης.

Αρχικά, τα αυτοκίνητα εξοπλίζονταν μόνο με αερόσακο οδηγού, αλλά σήμερα δι-αθέτουν έως και οκτώ (οδηγού, συνοδηγού, 4 πλευρικούς, 2 κεφαλής). Σε ό,τι αφορά το αμάξωμα, οι κατασκευαστές φροντίζουν πλέον για την αύξηση της αντοχής και στις τρεις κολόνες (εμπρός, μεσαία, πίσω), και τις εγκάρσιες δοκούς του δαπέδου. Για τις πλευρικές συγκρούσεις, πέρα από τους πλευρικούς αερόσακους, οι πόρτες ενισχύονται με διαμήκεις δοκούς και αφρώδη υλικά που απορροφούν ενέργεια. Στο εσωτερικό, τα καθίσματα, που υποχρεωτικά πλέον είναι εξοπλισμένα με προσκέφαλα, κατασκευάζο-νται από υλικά που τα κάνουν ιδιαίτερα ανθεκτικά σε μεγάλα φορτία. Όλα τα παραπάνω ολοκληρώνουν τον τομέα παθητικής ασφάλειας σε συνδυασμό με την αλλαγή του σχε-διασμού και των υλικών ενός αυτοκινήτου. Πιο συγκεκριμένα, τα σύγχρονα αυτοκίνητα



κατασκευάζονται έτσι, ώστε σε περίπτωση σύγκρουσης το μεγαλύτερο ποσοστό κινητι-κής ενέργειας να μπορεί να μετατραπεί σε έργο παραμόρφωσης. Έτσι, η κατασκευή των τμημάτων των αυτοκινήτων γίνεται με τρόπο που τους δίνει τη δυνατότητα να μπο-ρούν να απορροφούν μεγάλα ποσοστά ενέργειας, αποφεύγοντας, όσο γίνεται, τις φθο-ρές στο χώρο των επιβατών. Tα παραπάνω εξαρτώνται από τη ζώνη ελεγχόμενης πα-ραμόρφωσης κάθε αυτοκινήτου, η οποία, με τη σειρά της, εξαρτάται από το μέγεθός του, τους τροχούς, τους άξονες και τον κινητήρα. Όσο μεγαλύτερο είναι το μήκος της ζώνης ελεγχόμενης παραμόρφωσης, τόσο μικρότερη και προοδευτικότερη θα είναι η επιτάχυνση που θα δεχτούν οι επιβάτες μέσα στην καμπίνα.

2.3 Δοκιμές πρόσκρουσης

Mε βάση τις οδηγίες της Ευρωπαϊκής Ένωσης, όλα τα νέα μοντέλα πρέπει να περάσουν από δοκιμές πρόσκρουσης. H απαιτούμενη δοκιμασία περιλαμβάνει πλαγιο-μετωπική πρόσκρουση που καλύπτει το 40% της επιφάνειας του αυτοκινήτου, με ταχύ-τητα 56 χλμ./ώρα (35 μίλια/ώρα), καθώς και πλευρική πρόσκρουση με ταχύτητα 48 χλμ./ώρα (30 μίλια/ώρα). Πολλοί κατασκευαστές βέβαια ―θέλοντας να κατοχυρώσουν την ασφάλεια του «προϊόντος» τους― κάνουν κι άλλες δοκιμές πρόσκρουσης, με πιο συνηθισμένες αυτές της ανατροπής και τις οπίσθιες, αλλά και πλαγιομετωπικές που, όμως, καλύπτουν μεγαλύτερο ποσοστό (έως 50%) της μετωπικής επιφάνειας του αυτο-κινήτου.

Kατά τη διάρκεια των δοκιμών, στις καμπίνες των αυτοκινήτων τοποθετούνται ει-δικά ανδρείκελα (dummies) εξοπλισμένα με ηλεκτρονικά συστήματα και αισθητήρες α-κριβείας, η πρόσκρουση καταγράφεται από ειδικές κάμερες υψηλής ταχύτητας λήψης και, στη συνέχεια, αναλύεται λεπτομερώς σε ηλεκτρονικούς υπολογιστές. Oι αισθητήρες που διαθέτουν τα ανδρείκελα βοηθούν τους κατασκευαστές να παίρνουν, κατά τη διάρ-κεια της πρόσκρουσης, τιμές επιτάχυνσης για κάθε μέλος του σώματος ξεχωριστά. Aπό αυτές τις τιμές εξαρτάται, σε μεγάλο βαθμό, ο σχεδιασμός και εξοπλισμός του αυτοκινή-του, αφού ο κατασκευαστής πρέπει να «επιτύχει» τιμές επιτάχυνσης τέτοιες που να μην υπερβαίνουν τα όρια που προβλέπουν οι ισχύουσες προδιαγραφές. Aνάλογα, έχουν κατασκευαστεί και ειδικοί εξομοιωτές με προγράμματα πρό-σκρουσης, που όμως δεν θεωρούνται ακριβή υποκατάστατα πρόσκρουσης. Εντούτοις, ακόμη και αυτά τα προγράμματα βάζουν το λιθαράκι τους στον τομέα της παθητικής ασφάλειας, βοηθώντας ουσιαστικά στην καλύτερη σχεδίαση του αμαξώματος. Ορισμένα από τα παραπάνω μέτρα παθητικής ασφάλειας μπορεί σήμερα να μας εντυπωσιάζουν. Aυτό δεν σημαίνει ότι θα παραμείνουν ως επιλογές για τον εξοπλισμό των αυτοκινήτων επ άπειρον.

Σε δύο δεκαετίες μπορεί οι αερόσακοι οροφής να αποτελούν μακρινό παρελθόν και τη θέση τους να έχουν πάρει νέες τεχνολογικές λύσεις που θα προστατεύουν τους επιβάτες ακόμη περισσότερο.

2.4 «Oι αερόσακοι συμπληρώνουν τις ζώνες ασφαλείας» Συνέντευξη με τον επικεφαλής Τμήματος Παθητικής Ασφάλειας, Bέρνερ Σμιτ 2.4.1 Πιστεύετε ότι πρέπει να αυξηθεί η ταχύτητα πρόσκρουσης των αυτοκινήτων στα κρας-τεστ, όπως, για παράδειγμα, γίνεται στο πλαίσιο του Euro NCAP*;



Πιστεύω ότι δεν θα εξυπηρετούσε στη συμβατότητα αυτοκινήτων διαφορετικού

βάρους, γιατί σε μια σύγκρουση ενός μεγάλου αυτοκινήτου με ένα μικρό οι επιβάτες του δεύτερου θα βρίσκονταν σε μειονεκτική θέση. Σημαντικότερο από την αύξηση της ταχύ-τητας είναι η εξέλιξη της συμβατότητας που προανέφερα σε μια σχέση περίπου 1:1,6. 2.4.2 Στις δοκιμές πρόσκρουσης του Euro NCAP προκύπτουν συχνά προβλήμα-τα σε ό,τι αφορά στην εξωτερική παθητική ασφάλεια, δηλαδή στην προστασία των πεζών. Πώς δραστηριοποιείστε σε αυτόν τον τομέα;

Θα χώριζα τον τομέα της εξωτερικής παθητικής ασφάλειας σε δύο τμήματα. Αυτό που αφορά το ίδιο το αυτοκίνητο και αυτό της εν γένει σχεδίασης των δρόμων, αλλά και της κυκλοφοριακής παιδείας των πεζών. Για παράδειγμα, στην Σουηδία όλα τα παιδιά κυκλοφορούν στους δρόμους με σχολικές τσάντες με αντανακλαστικά. Βέβαια, και τα αυτοκίνητα επιδέχονται ακόμη αρκετές βελτιώσεις και δουλεύουμε εντατικά σε αυτόν τον τομέα.

2.4.3 Εξομοιώνετε στις δοκιμές πρόσκρουσης τη βύθιση του αμαξώματος που προκύπτει από την έντονη επιβράδυνση του αυτοκινήτου;

Στις κανονικές δοκιμές, όχι. H κλίση του εμπρός τμήματος δεν επηρεάζει τη συ-μπεριφορά των ζωνών ελεγχόμενης παραμόρφωσης ή των υπόλοιπων συστημάτων παθητικής ασφάλειας. Aυτό γίνεται μόνο σε μία ειδική δοκιμή πρόσκρουσης, προσο-μοίωση σύγκρουσης αυτοκινήτου με φορτηγό, όπου το αυτοκίνητο έχει την τάση να χω-θεί κάτω από το φορτηγό, θέτοντας σε κίνδυνο τη ζωή των επιβατών. 2.4.4 Είναι πιο εύκολη η σχεδίαση της παθητικής ασφάλειας σε ένα χωροδικτύω-μα;

Στο χωροδικτύωμα μπορούμε να ενισχύσουμε τα καίρια σημεία χρησιμοποιώ-ντας κατάλληλα υλικά στην ενδεδειγμένη μορφή, βελτιώνοντας έτσι σχετικά εύκολα τη συμπεριφορά σε περίπτωση μετωπικής, πλευρικής, οπίσθιας σύγκρουσης ή ακόμη και ανατροπής. 2.4.5 Ποιες είναι οι τάσεις εξέλιξης της παθητικής ασφάλειας; Προς το παρόν βλέπουμε μόνον ένα συνεχώς αυξανόμενο αριθμό αερόσακων.

Επηρεαζόμαστε πολύ από τις στατιστικές τραυματισμών. Στις αρχές της δεκαετί-ας του ΄80 είχαμε μεγάλο αριθμό τραυματισμών στις περιοχές του θώρακα και του κε-φαλιού των επιβατών σε μετωπικές συγκρούσεις, που αντιμετωπίστηκαν με τις ζώνες και τους μετωπικούς αερόσακους. Kατόπιν ασχοληθήκαμε με την ενίσχυση της περιο-χής των πεντάλ και την προστασία των επιβατών σε περίπτωση πλευρικής σύγκρουσης με μπάρες, πλευρικούς αερόσακους και αερόσακους κεφαλής. Eπόμενο βήμα ―σύμφωνα πάντα με τις στατιστικές― είναι η προστασία του αυχένα των επιβατών και η ασφάλεια των πίσω επιβατών. Δεν γνωρίζω αν αυτό θα οδηγήσει σε αύξηση του α-ριθμού των αερόσακων, αλλά σίγουρα δεν θα βάλουμε κι άλλους, μόνο και μόνο για να πούμε ότι έχουμε περισσότερους αερόσακους απ΄ ό,τι οι ανταγωνιστές.



2.4.6 Kάποιος συνάδελφός σας είχε αμφισβητήσει ακόμη και την ανάγκη ύπαρ-ξης του αερόσακου συνοδηγού...

Δέχομαι ότι η πιθανότητα να έρθει σε επαφή ο συνοδηγός με το ταμπλό είναι μι-

κρή, όμως ο αερόσακος έχει και άλλους ρόλους: Tην ομοιόμορφη κατανομή δύναμης στο σώμα του επιβάτη, τη συγκράτηση του κεφαλιού που τείνει να κινηθεί προς τον θώ-ρακα και ―σε μικρότερο βαθμό― την προστασία από τα θραύσματα γυαλιού.

2.4.7 Tί θα συμβουλεύατε τους οδηγούς που θέλουν να κινηθούν με ασφάλεια;

Nα φορούν πάντοτε τη ζώνη ασφαλείας, καθώς οι μελέτες έχουν δείξει ότι η πι-θανότητα τραυματισμού με ζώνη μειώνεται κατά 50%. Άλλωστε, οι αερόσακοι και όλα *Πρόκειται για την Ανεξάρτητη Ένωση Δοκιμών, όπου μετέχουν κυβερνήσεις πέντε ευρωπαϊκών κρατών, τρεις σύνδεσμοι αυτοκινήτου και η Διεθνής Ένωση Καταναλωτών.

τα υπόλοιπα συστήματα ασφαλείας, στην ουσία, συμπληρώνουν τις ζώνες ασφαλείας. -N.K.

2.5 Ηλεκτρονική ασφάλεια

Υψηλός δείκτης προστασίας

«Μπορώ να σας παρουσιάσω το απόλυτα ασφαλές αυτοκίνητο, ακόμα και αύριο αν θέλετε, πρώτα όμως θα πρέπει να σχεδιάσουμε τον απόλυτα σωστό οδηγό» είπε κάποτε ο Μπερνάρ Ντιμά, διευθυντής συντονισμού των ερευνητικών προ-γραμμάτων της Renault. Αφού όμως δεν μπορούν να σχεδιάσουν τον ασφαλή… οδηγό, προσπαθούν να σχεδιάσουν ασφαλή αυτοκίνητα και να τα εφοδιάσουν με ηλεκτρονικά συστήματα ενερ-γητικής ασφάλειας, που βοηθούν στην αποφυγή του ατυχήματος, ή και παθητικής τα οποία θα προστατεύσουν τους επιβάτες όταν συμβεί το μοιραίο. H διαφορά τους είναι ο βαθμός συμμετοχής των επιβατών. Αρκεί να φορέσουν τις ζώνες ασφαλείας και τα συστήματα παθητικής ασφάλειας αναλαμβάνουν να τους προ-στατεύσουν, στο πλαίσιο που έχουν σχεδιαστεί. Αυτό σε καμιά περίπτωση δεν σημαίνει ότι αποκλείεται τραυματισμός ή θάνατος. Αντίθετα, τα συστήματα ενεργητικής ασφάλει-ας απαιτούν τη συμμετοχή του οδηγού και τη συνετή συμπεριφορά του. ABS, ESP και λοιποί συγγενείς.

Ενα από τα θεμελιώδη σύγχρονα συστήματα ενεργητικής ασφάλειας είναι το ABS (Antilock Braking System), που αποτρέπει το μπλοκάρισμα των τροχών στο φρενάρι-σμα. Είναι θεμελιώδες διότι στους αισθητήρες και τη λειτουργία του βασίζονται αρκετά ακόμα συστήματα ενεργητικής ασφάλειας. Το ABS εμφανίστηκε σε αεροπλάνα και τρέ-να από τη δεκαετία του 60. Το 1978 τοποθετήθηκε από την Bosch σε αυτοκίνητο παρα-γωγής -το Mercedes 350S- και λίγο αργότερα στην BMW Σειρά 7. Από το 2004 είναι υποχρεωτικό να υπάρχει σε όλα τα νέα αυτοκίνητα που κυ-κλοφορούν στην Ε.Ε



Βασικός σκοπός του ABS δεν είναι μόνο η μείωση της απόστασης φρεναρίσματος (άλ-λωστε σε χώμα ή χιόνι μεγαλώνει) αλλά η δυνατότητα του οδηγού να «έχει τιμόνι». Ο-ταν σε απότομο φρενάρισμα μπλοκάρουν οι τροχοί το αυτοκίνητο γλιστράει μέχρι να α-κινητοποιηθεί, χωρίς να υπακούει στο τιμόνι. Οσο πιο μεγάλος είναι ο συντελεστής τρι-βής των ελαστικών στην άσφαλτο και όσο πιο μικρό το ποσοστό της ολίσθησης των τροχών, τόσο μικρότερη είναι η απόσταση φρεναρίσματος.

Οταν μπλοκάρει ένας ή περισσότεροι τροχοί το ABS παρεμβαίνει -με τους ειδι-κούς αισθητήρες του- και μειώνει την πίεση που ασκείται στους συγκεκριμένους τρο-χούς, μέχρις ότου ξαναβρούν την πρόσφυσή τους και ξαναρχίσουν να φρενάρουν κανο-νικά υπακούοντας, παράλληλα, στο τιμόνι.

Ολα αυτά είναι αρκετά πολύπλοκα και ελέγχονται από προγράμματα που υπάρ-χουν στον ηλεκτρονικό εγκέφαλο του ABS και δίδουν εντολές στην υδραυλική του μονά-δα από την οποία ρυθμίζεται η τελική υδραυλική πίεση που θα φθάσει στις δαγκάνες των δισκοφρένων ή τα κυλινδράκια των ταμπούρων.

Γι’ αυτό άλλωστε υπάρχει το γνωστό τρέμουλο στο πεντάλ του φρένου. Προσοχή! Δεν πρέπει να αφήσουμε και να ξαναπατήσουμε γιατί η όλη διαδικασία θα υπολογιστεί από την αρχή με αποτέλεσμα χάσιμο χρόνου και μέτρων! Συνεχίζουμε να πατάμε το φρένο δυνατά.

To πρόγραμμα που καθορίζει τον τρόπο και το ρυθμό παρέμβασης του ABS δι-αφέρει από κατασκευαστή σε κατασκευαστή αλλά ακόμη και από μοντέλο σε μοντέλο του ίδιου κατασκευαστή αυτοκινήτου. Ένα π.χ. σπορ Clio RS θέλει άλλου είδους πα-ρέμβαση απ’ ό,τι το απλό οικογενειακό Clio. Επίσης, άλλο προγραμματισμό θέλει ένα τζιπ που κινείται όχι μόνο σε άσφαλτο, αλλά και σε χώμα ή χιόνι, κι άλλο ένα αυτοκίνητο που προορίζεται μόνο για άσφαλτο.

Συμπληρωματικό του ABS είναι το BAS ή Brake Assist System. Μόλις διαγνώ-σει την αρχή απότομου φρεναρίσματος πανικού, ασκεί στο υδραυλικό κύκλωμα των φρένων τη μέγιστη δυνατή δύναμη, κάτι που δεν μπορεί να κάνει ο οδηγός διότι είναι… άνθρωπος και όχι μηχανή. Το CBC (Cornering Brake Control) ελέγχει την κατανομή ι-σχύος των φρένων κατά το φρενάρισμα στις στροφές και το EBD (Electronic Brake Distribution) φροντίζει για την κατανομή της δύναμης του φρεναρίσματος σε κάθε τροχό ξεχωριστά, ανάλογα με το επίπεδο πρόσφυσης. Μέχρι πρότινος αυτό γινόταν μηχανικά.

Το ΑBS, χάρη στη δυνατότητά του να φρενάρει μεμονωμένα όποιον τροχό σπι-νάρει, μπορεί και υποκαθιστά (εν μέρει και όχι πάντα επιτυχημένα) τη λειτουργία του μπλοκέ διαφορικού ή περιορισμένης ολίσθησης. Η εξέλιξη του ABS έφερε τα συστήματα TCS (Tracion Control System) που εμποδίζουν τους κινητήριους τροχούς να σπινάρουν σε απότομη επιτάχυνση ή ολισθηρές επιφάνει-ες.

Ακόμη πιο σημαντική εφαρμογή των αρχών λειτουργίας και των αισθητήρων του ABS γίνεται στα συστήματα ελέγχου της δυναμικής συμπεριφοράς του αυτοκινήτου ESP (Εlectronic Stability Program). Θα είναι υποχρεωτικό σε όλα τα οχήματα που θα κυκλοφορήσουν στην Ε.Ε. από το 2012. Χάρη στο γυροσκοπικό μηχανισμό που διαθέτει είναι σε θέση να ελέγχει το αυτο-κίνητο ως προς τον κατακόρυφο άξονα. Όταν διαπιστωθεί τάση για υποστροφή (άνοιγ-μα της τροχιάς τού εμπρός μέρους προς το εξωτερικό της στροφής) ή υπερστροφή (ά-νοιγμα της τροχιάς τού πίσω μέρους προς το εξωτερικό της στροφής), τότε επεμβαίνει στα φρένα ή και στον κινητήρα για να επαναφέρει το αυτοκίνητο σε ασφαλή πορεία.

Όπως καταλαβαίνετε, σήμερα η εξέλιξη του αυτοκινήτου είναι μια συνεχής εξέλιξη της ενεργητικής ασφάλειας: Φρένα, ενεργητικές αναρτήσεις, συστήματα cruise control



με ραντάρ για να κρατούν σταθερή την προκαθορισμένη απόσταση από τα προπο-ρευόμενα οχήματα επιταχύνοντας και φρενάροντας το όχημα αυτόματα, φώτα, ανιχνευ-τές ύπνου, εργονομικά καθίσματα, ενημέρωση για ακούσια αλλαγή λωρίδας είναι μερικά από αυτά. Παράλληλα εξελίσσονται συστήματα επικοινωνίας μεταξύ των αυτοκινήτων τα οποία θα είναι διαθέσιμα σε λίγα χρόνια. Αν, δηλαδή, έπειτα από μια τυφλή στροφή υπάρχει πάγος και κάποιο όχημα φρενάρισε και ενεργοποιήθηκαν τα διάφορα ABS, ΕSP κ.λπ. θα μπορούν να στέλνουν σήμα στα ανάλογα συστήματα των αυτοκινήτων που πλησιάζουν για ενημέρωση του οδηγού!

2 .6 ΑΛΟΥΜΙΝΙΟ

Είναι μαλακό, ελαφρύ, ακριβό και «δύσκολο» στην παραγωγή του. Δεν σκουριά-ζει, αλλά «κουράζεται», με τον καιρό, στις εναλλασσόμενες καταπονήσεις. Η παρουσία του στο χώρο της αυτοκινητοβιομηχανίας έχει ως αποτέλεσμα τη μείωση της σπατάλης φυσικών πόρων: σε αυτό βασίστηκε, αρχικά, η προσπάθεια των κατασκευαστών για ελαφρύτερα εξαρτήματα ―άρα ελαφρύτερα αυτοκίνητα και, επομένως, μειωμένη κατα-νάλωση― πριν από τη μαζική επέλαση των πλαστικών.

Το αλουμίνιο δεν είναι παίξε-γέλασε: για πολλούς αποτελεί το υλικό του μέλλο-ντος για τα αμαξώματα αυτοκινήτων. Ωστόσο, το αλουμίνιο, ως υλικό κατασκευής αμα-ξωμάτων αυτοκινήτων, είναι μαζί μας εδώ και πολύ καιρό. Τα «Ασημένια Βέλη» της Μερτσέντες, πριν από περίπου μισόν αιώνα, ονομάστηκαν έτσι από το γυμνό αλουμίνιο μέσα στο οποίο ήταν «αμπαλαρισμένα». Τα πριτσινωμένα Λαντ Ρόβερ έγραψαν ιστορία στους λασπόδρομους και τις ερήμους της πάλαι ποτέ βρε-τανικής αυτοκρατορίας, πριν γίνουν σύμβολα πλουτοκρατίας αραγμένα σε κοσμικές πλατείες ― και φυσικά εξακολουθούν να έχουν αμάξωμα από αλουμίνιο (τα κλασικά Defender). Η τελευταία πενταετία χαρακτηρίζεται από την εντυπωσιακή αύξηση της χρήσης του αλουμινίου στην αυτοκινητοβιομηχανία, η οποία έφτασε το 80%. Σύμφωνα με την Αμερικανική Ένωση Αλουμινίου, το 1996 η χρήση του συγκεκριμένου μετάλλου στην αυτοκινητοβιομηχανία έφτασε τα 1,6 εκατομμύρια τόνους, ενώ είναι ιδιαίτερα ση-μαντικό ότι το 58% της ποσότητας αυτής προέρχεται από ανακυκλωμένο αλουμίνιο.

2.6.1 Η ΧΡΗΣΗ ΤΟΥ ΑΛΟΥΜΙΝΙΟΥ ΚΑΙ ΟΙ ΝΕΕΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ

ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ

Το μεγαλύτερο μέρος του υλικού απορροφάται στην κατασκευή κινητήρων ―περίπου 540 εκατομμύρια τόνοι― στην κατασκευή τμημάτων μετάδοσης, όπως κε-λύφη κιβωτίων, σώματα υδραυλικών βαλβίδων κτλ., και στην κατασκευή τμημάτων της ανάρτησης, όπως τα ψαλίδια και οι βραχίονες στις νέες BMW και το Αουντι Α8. Από εκεί και πέρα, ιδιαίτερα μεγάλη κατανάλωση υπάρχει στην κατασκευή ορισμένων εξαρτημά-των, που παραδοσιακά κατασκευάζονται από αλουμίνιο, όπως οι τροχοί αλλά και τα ψυγεία και οι εναλλάκτες θερμότητας. Η χρήση του στην κατασκευή τμημάτων του αμα-ξώματος, καθώς και του αποφερόμενου πλαισίου, όπως στην περίπτωση του Α8 της Audi, εξαρτάται από την εξέλιξη των τεχνολογιών παραγωγής.



Το Panoz AIV Roadster του 1996 αποτελεί χαρακτηριστικό παράδειγμα μιας νέας τεχνολογίας. Με την ονομασία RHT (Retrogression Heat Treatment) είναι εφικτή η πα-ραγωγή και οι συνδέσεις ενός αλουμινένιου πλαισίου χωρίς συγκολλήσεις ή χρήση ειδι-κής κόλλας. Με τον τρόπο αυτόν, επιτυγχάνεται ταχύτερη και αποδοτικότερη συναρμο-λόγηση, έτσι ώστε το διάστημα παραγωγής ενός μικρού σπορ αυτοκινήτου να μη δια-φέρει από αυτό ενός αυτοκινήτου μαζικής παραγωγής. Τα τμήματα από χάλυβα του αυ-τοφερόμενου πλαισίου έχουν αντικατασταθεί από αλουμινένια ελάσματα τα οποία συν-δέονται με πρεσάρισμα, ενώ τα καμπυλωτά τμήματα μορφοποιούνται με τη μέθοδο RHT. Το πλαίσιο «κλείνει» με ένα χαλύβδινο πλαίσιο, ενώ συμπληρώνεται με αλουμινέ-νιες πλάκες, με αποτέλεσμα το αλουμίνιο να καλύπτει, εντέλει, το 65% της κατασκευής. Το βασικότερο πρόβλημα, όμως, του αλουμινίου είναι το υψηλό του κόστος, μιας και κοστίζει τέσσερις φορές περισσότερο από το χάλυβα. Από την άλλη, όμως, η χρήση του επεκτείνεται όσο η τιμή του στην αγορά σταθεροποιείται, όσο βελτιώνονται οι μέθοδοι συγκόλλησής του και εφαρμόζονται πιο εύκολοι τρόποι μορφοποίησης.

2.7 ΑΛΟΥΜΙΝIΟ ΕΝΑΝΤΙΟΝ ΧΑΛΥΒΑ

Εδώ και λίγα χρόνια, η Αουντι με το Α8 αποδεικνύει ότι η «αίσθηση στιβαρότη-τας» (που δεν είναι άλλο από την ικανότητα απόσβεσης ιδιοσυχνοτήτων του αμαξώμα-τος) δεν είναι απαραίτητο να επιτευχθεί με το φόρτωμα κιλών λαμαρίνας στο αμάξωμα αλλά, απλώς, με την αλλαγή υλικού λαμαρίνας. Γιατί, όμως, αλουμίνιο και όχι παραδο-σιακό χάλυβα; Το ειδικό βάρος ενός τυπικού κράματος αλουμινίου είναι περίπου 2,7 gr/cm3, ενώ του χάλυβα 7,86: βλέπουμε ότι το αλουμίνιο είναι περίπου 3 φορές ελαφρύτερο. Η αντοχή, αντίστοιχα, του χάλυβα (ανά μονάδα μάζας) είναι 2-2,5 φορές μεγαλύτερη.

Έτσι, από πρώτη άποψη, βλέπουμε ότι, με τη χρήση αλουμινίου, μπορεί να κερ-δηθεί κάποιο βάρος, αν ξεχάσουμε τον παράγοντα κόστος. Σε «βάρος με βάρος» όμως σύγκριση, το αλουμίνιο υπερτερεί του χάλυβα σε σημαντικότερους τομείς και εκεί είναι όπου εμφανίζονται τα μεγάλα κέρδη.

Για παράδειγμα, ο ρόλος ενός αμαξώματος δεν είναι μόνο να κρατά τους τέσσε-ρις τροχούς σε σταθερές αποστάσεις μεταξύ τους εμφανίζοντας μια προκαθορισμένη ελαστική (ή όχι) παραμόρφωση σε ένα συγκεκριμένο φορτίο. Αν ίσχυε κάτι τέτοιο, όλα τα αυτοκίνητα θα είχαν τις λαμαρίνες ενός 2CV και το βάρος θα ήταν, έτσι κι αλλιώς, ε-λαχιστοποιημένο, προς όφελος των επιδόσεων και της κατανάλωσης, ανεξάρτητα (σχε-δόν) από το αν το υλικό θα ήταν ατσάλι ή αλουμίνιο. Σε ένα αυτοκίνητο με «κλάση» α-νώτερη από το γαλλικό ασχημόπαπο, που, έτσι κι αλλιώς, έχει περάσει στην ιστορία, ο ρόλος του αμαξώματος είναι να αποβαίνει «εσωτερικά» τους κραδασμούς από το δρόμο και τον κινητήρα με ένα ορισμένο τρόπο που προσδίδει την αίσθηση της στιβαρότητας ― για παράδειγμα, ακόμα και το κλείσιμο στις πόρτες πρέπει να θυμίζει χρηματοκιβώτι-ο: αυτός είναι ο ένας από τους δύο λόγους που τα αμαξώματα φορτώνονται με κιλά, έ-τσι ώστε η επιπλέον μάζα μετάλλου να παίζει το ρόλο ενός συνολικού αποσβεστήρα.

Ο άλλος, βέβαια, είναι η πολυσυζητημένη παθητική ασφάλεια στην οποία γίνεται εκτενής αναφορά πιο κάτω. Το αλουμίνιο, εδώ, σε σύγκριση με το χάλυβα... σκίζει! Και χρειάζονται πολύ λιγότερα «πρόσθετα κιλά» για να επιτευχθεί το προσδοκώμενο απο-τέλεσμα. Με όλα αυτά, δεν είναι απορίας άξιο το γεγονός ότι ένα αμάξωμα «κορυφαίας κλάσης» από αλουμίνιο, όπως αυτό του Αουντι Α8, είναι το λιγότερο 140 κιλά ελαφρύ-



τερο από τον άμεσο ανταγωνισμό για την επίτευξη ίσου επιπέδου δυναμικής συμπερι-φοράς.

Κι ας μην ξεχνάμε εδώ ότι το αμάξωμα αποτελεί ένα κλάσμα του συνολικού βά-ρους του αυτοκινήτου, οπότε αυτά τα συνολικά 200-400 κιλά κέρδους αποκτούν άλλη διάσταση, ιδιαίτερα στον τομέα της οδικής συμπεριφοράς. Οι επιδόσεις και η κατανά-λωση, με τη μείωση του βάρους, είναι φυσικό επόμενο να βελτιωθούν. Όλα αυτά, όμως, σε θεωρητικό επίπεδο, δεδομένου ότι το παιχνίδι, εκεί, εξακολουθεί να παίζεται κυρίαρ-χα στη σχεδίαση των θαλάμων καύσης και το ηλεκτρονικό μάνατζμεντ. Βέβαια, αν η πορεία είναι σε ορεινούς δρόμους, το αποτέλεσμα (και το πλεονέκτημα του αλουμινίου) γίνεται, εντέλει, φανερό.

2.7.1 ΑΟΥΝΤΙ Α8 ― ΑΠΟΔΕΙΞΗ ΟΤΙ Η ΜΑΖΙΚΗ ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΕΙΝΑΙ ΔΥΝΑΤΗ.

Η πρωτοπορία στην κατασκευή μαζικά παραγόμενων αυτοκινήτων εξ ολοκλήρου από αλουμίνιο ανήκει δικαιωματικά στην Αουντι. Η εταιρεία που στην αρχή της δεκαετί-ας του 1980 κέρδιζε με την τότε ναυαρχίδα της, το 100, τον τίτλο του κατασκευαστή με τα πιο αεροδυναμικά αμαξώματα, το 1994 πήρε πάλι την πρωτιά στην καθολική χρήση του αλουμινίου, πάλι με μια ναυαρχίδα της, το Αουντι Α8. Η γερμανική εταιρεία, όμως, δεν επαναπαύθηκε, και έτσι φέτος η προσπάθεια, που ξεκίνησε με το Α8, συνεχίζεται με το πολύ πιο προσιτό πολυμορφικό Α2. Σίγουρα, το πιο ενδιαφέρον σημείο του Α8 είναι το αμάξωμά του που είναι κατασκευασμένο από αλουμίνιο. Στο αμάξωμα αυτό, ακόμα και οι επίπεδες επιφάνειες «παραλαμβάνουν» μέρος των φορτίων.

Το αυτοφερόμενο πλαίσιο είναι κατασκευασμένο από ράβδους σε μία ποικιλία διατομών που έχουν κατασκευαστεί από αλουμίνιο με εξέλαση. Οι ράβδοι αυτές συνδέ-ονται μεταξύ τους με ειδικούς, επίσης αλουμινένους, συνδέσμους, χυτευμένους εν κενώ. Το αποτέλεσμα είναι ένα χωροδικτύωμα που σχηματίζει ένα κλειστό κέλυφος. Τα κυριό-τερα πλεονεκτήματα του αλουμινίου, σύμφωνα με τους μηχανικούς της Αουντι, είναι τα ακόλουθα: · Η μείωση του βάρους του αμαξώματος, που έχει αποτέλεσμα τη βελτίωση της κατανά-λωσης,των επιδόσεων και της οδικής συμπεριφοράς. · Η μορφή του αλουμινένιου πλαισίου δημιουργεί έναν ιδιαίτερα άκαμπτο κλωβό ασφα-λείας για τους επιβάτες και επιτρέπει τη βέλτιστη σχεδίαση των ζωνών ελεγχόμενης πα-ραμόρφωσης στο εμπρός και το πίσω τμήμα του αυτοκινήτου. · Η μεγάλη ακαμψία της ελαφριάς αλουμινένιας κατασκευής μειώνει τη διάδοση των ταλαντώσεων και του θορύβου, ενώ, ταυτόχρονα, βελτιώνει τη συμπεριφορά του αυτο-κινήτου στις στροφές · Το αλουμίνιο είναι ένα «οικολογικό» υλικό. Συμβάλλει στην εξοικονόμηση ενέργειας για την κίνηση του αυτοκινήτου και, ταυτόχρονα, ανακυκλώνεται εύκολα, αν απομακρυν-θούν οι ξένες προς αυτό ουσίες.

Η ενέργεια που απαιτείται για την ανακύκλωση του αλουμινίου είναι πολύ μικρό-τερη από αυτήν που χρειάζεται για την παραγωγή νέου αλουμινίου, αλλά και για την παραγωγή χάλυβα. Έτσι, όταν θα έχει κατασκευαστεί σημαντικός αριθμός αλουμινένιων αυτοκινήτων και θα αρχίσουν να ανακυκλώνονται, η ωφέλεια μπορεί να είναι μεγάλη. Όμως, και τώρα που βρισκόμαστε στην αρχή, υπολογίζεται ότι η παραπάνω ενέργεια που απαιτείται για την κατασκευή ενός αλουμινένιου αυτοκινήτου εξοικονομείται μετά από 60.000 χιλιόμετρα, λόγω της μειωμένης του κατανάλωσης. Όπως είπαμε, το αλου-μινένιο πλαίσιο σχηματίζει γύρω από τους επιβάτες έναν ισχυρό κλωβό ασφαλείας, ενώ



τα διαμήκη μέλη που αποτελούν τις ζώνες ελεγχόμενης παραμόρφωσης μπορούν να αντικατασταθούν εύκολα, αφού συνδέονται με βίδες στο υπόλοιπο πλαίσιο.

Ο σχεδιασμός έχει γίνει έτσι, ώστε τα φορτία που αναπτύσσονται κατά τη σύ-γκρουση να διοχετεύονται στο δάπεδο του ιδιαίτερα άκαμπτου και σταθερού κλωβού. Έτσι επιτυγχάνεται η ελάχιστη δυνατή παραμόρφωση της καμπίνας των επιβατών, α-κόμα κι όταν αυτή απορροφά μέρος της κινητικής ενέργειας σε ένα σοβαρό ατύχημα. Ανάλογη είναι και η σχεδίαση του πίσω μέρους. Οι ενισχυμένες «κολόνες» και τα φαρ-διά «μαρσπιέ» στις πλευρές του αυτοκινήτου, σε συνδυασμό με τις ειδικά σχεδιασμένες και ενισχυμένες πόρτες, βελτιώνουν την πλευρική προστασία των επιβατών. Ένα ακόμα πλεονέκτημα του αλουμινένιου αμαξώματος είναι η εύκολη επι-σκευή του στις συνήθεις συγκρούσεις. Τα διαμήκη μέλη που αποτελούν τις ζώνες πα-ραμόρφωσης μπορούν να αντικατασταθούν εύκολα, αφού συνδέονται με βίδες στο πλαίσιο. Βιδωτά είναι και τα περισσότερα τμήματα του αμαξώματος.

Όμως, σε περιπτώσεις που με τη σύγκρουση μεταβληθεί η γεωμετρία του αμα-ξώματος και απαιτείται η χρήση συγκόλλησης, η επισκευή πρέπει να γίνει σε ειδικά ε-

ξοπλισμένο συνεργείο.

2.7.2 ΑΟΥΝΤΙ Α2, ΑΛΟΥΜΙΝΕΝΙΟ ΑΜΑΞΩΜΑ ΠΡΟΣΙΤΟ ΣΕ ΠΕΡΙΣΣΟ-ΤΕΡΟΥΣ

Το Α2 είναι το επόμενο βήμα στην εξέλιξη του αλουμινένιου αμαξώματος. Πρόκει-ται για ένα μικρομεσαίο αυτοκίνητο ενός όγκου, το οποίο ζυγίζει μόλις 895 κιλά, 150 κιλά λιγότερα από τους ανταγωνιστές του στην ίδια κατηγορία. Το Α2 είναι σχεδιασμένο με την εμπειρία που έχει αποκτήσει η Αουντι από το Α8. Έτσι, για παράδειγμα, όπως και στο Α8, οι εξωτερικές επιφάνειες του αμαξώματος συμμετέχουν και αυτές στην παρα-λαβή φορτίων επιτρέποντας τη χρήση μικρότερων διατομών στις κολόνες, τις δοκούς, το δάπεδο και τα λοιπά «αόρατα» μέλη του αμαξώματος. Όμως, έχουν γίνει και αλλαγές απαραίτητες για να είναι δυνατή η παραγωγή του αυτοκινήτου σε περισσότερες από 60.000 μονάδες το χρόνο (αντί για 15.000, που είναι η ετήσια παραγωγή του Α8). Χάρη στην εξέλιξη της τεχνολογίας του αλουμινίου, έγινε δυ-νατή η μείωση του αριθμού των τμημάτων από τα οποία αποτελείται το αμάξωμα. Για παράδειγμα, οι μπροστινές κολόνες αποτελούνται από ένα κομμάτι κατασκευασμένο με χύτευση υπό πίεση, αντί να έχουν κατασκευαστεί με συγκόλληση πολλών φύλλων ελά-σματος αλουμινίου.

Με τον ίδιο τρόπο έχουν κατασκευαστεί και οι δοκοί του πλαισίου της οροφής, ενώ τα πλευρικά πλαίσια είναι μονοκόμματα και έχουν κατασκευαστεί με τη διαδικασία της εξέλασης. Το τελικό αποτέλεσμα είναι ένα αμάξωμα που ζυγίζει 40% λιγότερο από ένα αντίστοιχο συμβατικό. Αυτό θα αποτελέσει τη βάση του οικογενειακού αυτοκινήτου της Αουντι με κατανάλωση μόλις τρία λίτρα ανά 100 χιλιόμετρα, το οποίο έχει ήδη αναγ-γείλει ο Γερμανός κατασκευστής.

2.7.3 ΚΑΛΑ, ΠΩΣ ΕΙΝΑΙ ΔΥΝΑΤΟΝ ΝΑ ΑΝΤΕΧΕΙ ΟΣΟ ΚΑΙ ΤΟ ΑΤΣΑΛΙ;

Πολλοί, ωστόσο, είναι αυτοί που θα αμφισβητήσουν την προστασία που παρέχει το αλουμίνιο στους επιβάτες στην περίπτωση ενός σοβαρού ατυχήματος. Στην πραγμα-τικότητα, δεν υπάρχει λόγος για έναν τέτοιο προβληματισμό. Για να γίνει πιο εύκολα κα-



τανοητό το γιατί, πρέπει πρώτα να εξηγήσουμε τον τρόπο με τον οποίο είναι σχεδια-σμένα όλα τα σύγχρονα αμαξώματα, ανεξάρτητα από το υλικό κατασκευής τους. Η με-γάλη ανάπτυξη των μικροηλεκτρονικών κυκλωμάτων, η επανάσταση που αυτά έφεραν στο χώρο των ηλεκτρονικών υπολογιστών τη δεκαετία του ΄80 και οι ραγδαίες εξελίξεις οδήγησαν στο να πάρουν τα αυτοκίνητα τη σημερινή τους μορφή. Η τεράστια υπολογι-στική ισχύς που ήταν πλέον διαθέσιμη κατέστησε δυνατό τον αναλυτικό υπολογισμό της δομής των αμαξωμάτων σε ό,τι αφορά στην αντοχή, με τη μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων.

Οι δοκοί του πλαισίου και οι λαμαρίνες των επιφανειών μπορούν πλέον να έχουν διαφορετικό πάχος σε κάθε σημείο, ανάλογα με το μέγιστο φορτίο που αναπτύσσεται στο σημείο αυτό. Με τη μέθοδο αυτήν, που εξελίσσεται διαρκώς και τα αποτελέσματά της βελτιώνονται συνεχώς μέχρι τις μέρες μας, έγινε δυνατή σημαντική εξοικονόμηση βάρους με ταυτόχρονη αύξηση της ακαμψίας των αυτοφερόμενων πλαισίων. Η αυξημέ-νη ακαμψία συντελεί στην καλύτερη συνεργασία πλαισίου-αναρτήσεων, με αποτέλεσμα τη βελτίωση της οδικής συμπεριφοράς. Οι σύγχρονοι υπολογιστές παρέχουν, επίσης, τη δυνατότητα υπολογισμού της πλαστικής παραμόρφωσης συγκεκριμένων τμημάτων του αμαξώματος, που υποχωρούν με προκαθορισμένο τρόπο σε περίπτωση σύγκρουσης, απορροφώντας μεγάλος μέρος της κινητικής ενέργειας και μειώνοντας, με αυτόν τον τρόπο, τις επιβραδύνσεις που αναπτύσσονται ―άρα και τις καταπονήσεις― στα σώμα-τα των επιβατών.

Σε μία σοβαρή σύγκρουση, τα φορτία που αναπτύσσονται στο αμάξωμα είναι τό-σο μεγάλα, που τα μέλη του αμαξώματος λυγίζουν σε διάφορα σημεία τους, στα οποία σχηματίζονται πλαστικές αρθρώσεις. Έτσι, σχηματίζεται ένας μηχανισμός που λέγεται «μηχανισμός κατάρρευσης» (collapse mechanism). H μορφή αυτού του μηχανισμού ε-ξαρτάται από τα χαρακτηριστικά της κατασκευής, όπως η διατομή των μελών της, η α-ντοχή του υλικού της και η γεωμετρία της. Γι΄ αυτό, η μορφή του μηχανισμού κατάρρευ-σης μπορεί να προβλεφθεί από πριν με υπολογισμούς. Έτσι, με τους κατάλληλους υ-πολογισμούς, οι μηχανικοί της αυτοκινητοβιομηχανίας μπορούν να σχεδιάσουν το μπροστινό, το πίσω και τα πλαϊνά τμήματα ενός αμαξώματος έτσι, ώστε να παραμορ-φώνονται με το σχηματισμό ενός συγκεκριμένου μηχανισμού κατάρρευσης. Πρόκειται για τις γνωστές ζώνες παραμόρφωσης.

Με αυτόν τον τρόπο, ένα σύγχρονο αμάξωμα είναι χωρισμένο σε δύο ζώνες. Τη ζώνη παραμόρφωσης, που απορροφά την ενέργεια σύγκρουσης, και την άκαμπτη ζώ-νη, που σχηματίζει έναν κλωβό ασφαλείας γύρω από τους επιβάτες, εξασφαλίζοντας γι΄ αυτούς τον αναγκαίο ζωτικό χώρο. Οι υπολογισμοί αυτοί μπορούν να γίνονται για όλους τους τύπους συγκρούσεων. Για τις μετωπικές και τις συγκρούσεις στο πίσω μέρος, τα πράγματα είναι σχετικά εύκολα, αλλά περιπλέκονται στην περίπτωση των πλευρικών συγκρούσεων. Τα σύγχρονα αμαξώματα, λοιπόν, είναι λεπτότοιχες κατασκευές ακριβεί-ας που αντέχουν στις καταπονήσεις λόγω χρήσης πολύ περισσότερο από ό,τι παλιά (ο όρος ευθυγράμμιση πλαισίου τείνει να εκλείψει), αλλά υποχωρούν σαν χάρτινα στα α-τυχήματα, για να προστατέψουν το πολύτιμο περιεχόμενό τους.

Στη σύντομη παρουσίαση της μεθόδου σχεδιασμού που δώσαμε παραπάνω, εί-δαμε ότι για τον, χιλιοστό προς χιλιοστό, υπολογισμό του πάχους της λαμαρίνας τους από τον ηλεκτρονικό υπολογιστή, είναι απαραίτητο να είναι γνωστή μία παράμετρος: η αντοχή του υλικού από το οποίο είναι κατασκευασμένα. Αν, λοιπόν, αντικαταστήσουμε τις τιμές των ιδιοτήτων ενός κράματος χάλυβα με αυτές ενός κράματος αλουμινίου σε ένα τέτοιο πρόγραμμα, ο ηλεκτρονικός υπολογιστής θα δώσει αποτελέσματα διαστασι-ολόγησης ενός αλουμινένιου αμαξώματος, σχεδιασμένου με τα ίδια κριτήρια όσον αφο-



ρά στην προστασία των επιβατών. Έτσι, ένα σύγχρονο αμάξωμα από αλουμίνιο σε τί-ποτα δεν υστερεί από ένα χαλύβδινο στον τομέα της παθητικής ασφάλειας.

Αντίθετα υπερέχει, καθώς, κατά την παραμόρφωσή του, εμφανίζει περισσότερες πτυχές (πλαστικές αρθρώσεις) οι οποίες απορροφούν καλύτερα την ενέργεια μιας πιθα-νής σύγκρουσης. Και στο σχεδιασμό για παθητική ασφάλεια, το ζητούμενο είναι να πα-ραμορφωθεί η ελάχιστη μάζα για μετατροπή συγκεκριμένης ποσότητας κινητικής ενέρ-γειας σε θερμότητα.

2.8.ΛΕΖΑΝΤΕΣ 2.8.1.KINHTHPAΣ

Η πιο διαδεδομένη χρήση του αλουμινίου στην αυτοκινητοβιομηχανία, ακόμα και σήμερα, είναι στην κατασκευή των κινητήρων. Η χρήση του αλουμινίου δεν περιορίζεται μόνο στην κυλινδροκεφαλή και στο μπλοκ, αλλά και σε πολλά εσωτερικά εξαρτήματα.

2.8.2.ANAPTHΣH

Η μείωση των μη φερόμενων μαζών της ανάρτησης επιδρά θετικά στην οδική συ-μπεριφορά. Αυτό είναι γνωστό και αποτελεί το κύριο επιχείρημα για όσους επιλέγουν ζάντες αλουμινίου (εκτός βέβαια από τους λόγους αισθητικής). Η ίδια αρχή μπορεί να επεκταθεί και σε πολλά μέρη του συστήματος ανάρτησης. Τα ψαλίδια, οι βραχίονες και οι μικρότεροι σύνδεσμοι της ανάρτησης, αλλά και το κέλυφος της κρεμαγιέρας, η κολόνα του τιμονιού, το κέλυφος του κιβωτίου ταχυτήτων και η εξάτμιση μπορούν να κατασκευ-αστούν από αλουμίνιο, βελτιώνοντας την οδική συμπεριφορά και εξοικονομώντας βά-ρος.

2.8.3.ΠΛAIΣIO

Το ενδιαφέρον στην κατασκευή αυτοφερόμενων πλαισίων από αλουμίνιο είναι ότι, ενώ το αλουμίνιο χρειάζεται περισσότερη ενέργεια για την αρχική του παραγωγή από όση χρειάζεται ο χάλυβας, στη συνέχεια ανακυκλώνεται πολύ πιο εύκολα. Με άλλα λόγια, όσο περισσότερη είναι η διάδοση του αλουμινίου στην αυτοκινητοβιομηχανία, τόσο θα πέφτει το κόστος, μόνο και μόνο από την ανακύκλωση, χωρίς δηλαδή να υπολογίσουμε και τις οικονομίες κλίμακας που γίνονται σε αυτές τις περιπτώσεις.

2.8.4.POMΠOT

H συγκόλληση των τμημάτων του αλουμινένιου χώρο δικτυώματος του A2 γίνεται με λέ-ιζερ, γεγονός που αυξάνει δραστικά την ακρίβεια των κολλήσεων, αλλά και την ταχύτητα συναρμολόγησης.

2.8.5.ΓPAMMH ΠAPAΓΩΓHΣ



Αλουμίνιο χρησιμοποιείται και σε «συμβατικής» τεχνολογίας αμαξώματα, κυρίως σε τμήματα όπως τα καπό και οι πόρτες του αυτοκινήτου, για λόγους μείωσης του συνολι-κού βάρους.



Κεφάλαιο 3


Αφρώδη Υλικά Η επανάσταση των αφρών!! 3.1 Μέθοδοι Παρασκευής – Ιδιότητες – Εφαρμογές Για τους αναγνώστες του R&D ο όρος ¨αφρός αλουμινίου¨ δεν είναι καθόλου άγνω-στος. Ήδη από το πρώτο τεύχος του περιοδικού στα τέλη του 2002 υπήρχε ένα άρθρο αφιερωμένο σε αυτό το νέο πολλά υποσχόμενο υλικό. Το άρθρο λοιπόν που μόλις ξεκι-νήσατε να διαβάζετε δεν αφορά στην παρουσίαση κάποιας απολύτως νέας τεχνολογίας, αλλά στην εμβάθυνση στην τεχνολογία των αφρωδών υλικών και δη των μεταλλικών αφρών η οποία από το 1998 και έπειτα πραγματοποιεί πραγματικά άλματα.

Επίσης από χρηστικής άποψης το συγκεκριμένο άρθρο αποσκοπεί στην ενημέ-ρωση του τεχνικού και μη αναγνώστη σχετικά με μια κατηγορία υλικών η οποία στα α-μέσως επόμενα χρόνια θα κάνει δυναμική είσοδο σε πάρα πολλά προϊόντα όπως είναι τα τροχοφόρα οχήματα, τα αεροπλάνα, τα τεθωρακισμένα οχήματα και άρματα μάχης, τα πλοία και πολλά άλλα. Το πόσο χρήσιμα θεωρούνται τα αφρώδη μεταλλικά υλικά



μπορεί να το διαπιστώσει ο καθένας αν κάνει μια σύντομη αναζήτηση στο διαδίκτυο, όπου υπάρχει πληθώρα μελετών για τη χρήση των μεταλλικών αφρών στην αυτοκινη-τοβιομηχανία αλλά και ανακοινώσεις τις NASA η οποία κατατάσσει τους αφρούς κραμά-των αλουμινίου και τιτανίου στη λίστα με τα top υλικά που θα καθορίσουν την πορεία της τεχνολογίας στο άμεσο μέλλον.

3.2 Αφροί Μετάλλων

Όπως ίσως θυμάστε και από το άρθρο του 1ου

Τεύχους του R&D, όταν μιλάμε για αφρούς μετάλλων, ουσιαστικά δεν μιλάμε για τίποτα περισσότερο ή λιγότερο από ένα κλασικό σφουγγάρι με τη μόνη διαφορά ότι το δομικό υλικό του είναι ένα μέταλλο ή ένα κράμα μετάλλων αντί για μαλακό πλαστικό. Αυτό ακριβώς το χαρακτηριστικό καθώς και ορισμένες μηχανικές ιδιαιτερότητες καθιστούν αυτό το ‘’σφουγγάρι’’ ιδανικό υλικός για μια πληθώρα χρήσεων.

Το πρώτο φυσιολογικό ερώτημα που μπορεί προκύπτει, σχετίζεται με τον τρόπο που φτιάχνονται αυτά τα μεταλλικά σφουγγάρια. Εδώ λοιπόν είναι που έρχεται η σύγ-χρονη βιομηχανία και μελετά όλους τους τρόπους παρασκευής αφρών, πορωδών υλι-κών και σπόγγων και καταλήγει στο συμπέρασμα πως οι μεταλλικοί αφροί είναι δυνατόν να κατασκευαστούν με πάρα πολλούς τρόπους. Δε μένει λοιπόν παρά να χρησιμοποι-ούμε κάθε φορά τον τρόπο παραγωγής που θέλουμε ανάλογα με τις ιδιότητες που θέ-λουμε να έχει το τελικό μας προϊόν (με αντίστοιχη αύξηση ή μείωση του κόστους παρα-γωγής). Ας δούμε λοιπόν εν συντομία με ποιους τρόπους μπορούν να παρασκευαστούν αφρώδη μέταλλα σήμερα. Κυψελωτά υλικά στο μικροσκόπιο. a) Κυψελωτό αλουμίνιο, b) Αφρός πολυαιθυ-λενίου με κλειστές κυψέλες, c) Αφρός νικελίου με ανοιχτές κυψέλες, d) Αφρώδες γυαλί με κλειστές κυψέλες, e) Αφρός από ζιρκόνιο με ανοιχτές κυψέλες, f) Σύνθετος αφρός με βάση το κολλαγόνο.

3.3 Δημιουργία αφρού σε υγροποιημένα μέταλλα 3.3.1 Δημιουργία αφρού σε υγροποιημένα μέταλλα με διοχέτευση αε-ρίου (Cymat / Metcomb).

Πρόκειται για μία μέθοδο παραγωγής μεγάλων ποσοτήτων αφρού με σχετικά μι-κρό κόστος. Αρχικά στο λουτρό τηγμένου αλουμινίου προστίθενται ορισμένες χημικές ουσίες (π.χ οξείδια του μαγνησίου) έτσι ώστε το τήγμα να αποκτήσει το ιδανικό ιξώδες. Στη συνέχεια διοχετεύεται στο λιωμένο μέταλλο αέρας ή αέριο άζωτο μέσω ειδικά δια-

μορφωμένων περιστρεφόμενων και παλλό-μενων ακροφυσίων, με αποτέλεσμα τη δημι-ουργία χιλιάδων φυσαλίδων κατανεμημέ-νων ομοιόμορφα στη μάζα του τήγματος. Οι φυσαλίδες ανέρχονται προς την ελεύθερη ε-πιφάνεια του λουτρού και σχηματίζουν ένα στρώμα στερεού αφρού από αλουμίνιο. Το στρώμα αυτό συλλέγεται και χρησιμοποιείται αυτούσιο ή υπειττυποποιημένων τμημάτων (π.χ πλάκες, ράβδοι κλ.π). Η μέθοδος Cymat είναι προϊόν

Σχήμα 14 Cymat / Metcomb της καναδικής εταιρείας Cymat Aluminum



Corp. Σημαντικό πλεονέκτημα αυτής της μεθόδου είναι η δυνατότητα χύτευσης αφρω-δών υλικών πολύ χαμηλής πυκνότητας σε περίπλοκα σχήματα με ταυτόχρονη δημιουρ-γία μεταλλικής ‘’επιδερμίδας’’ καθώς και η δημιουργία σύνθετων αφρών όταν στο διάλυ-μα προστεθούν κατάλληλα καρβίδια ή οξείδια αλουμινίου, μαγνησίου κ.λ.π. Η μέθοδος Metcomb είναι ουσιαστικά μια απλή εξέλιξη της Cymat η οποία επιτρέπει τη χύτευση περισσότερο πολύπλοκων κομματιών από αφρώδες αλουμίνιο.

Ο δεύτερος τροπος για να δημιουργηθεί αφρός σε ένα λουτρό τήγματος μετάλ-λου είναι η προσθήκη

Σχήμα15. Παραγωγή αφρών Alporas

ενός παράγοντα ο οποίος στη θερμοκρασία των 680

o

C ο οποίος κάτω από ορισμένες συνθήκες θα απελευθερώσει κάποιο αέριο. Στο λουτρό τήγματος λοιπόν αλουμινίου το

οποίο βρίσκεται στους 680o

C προστίθεται ασβεστούχο οξείδιο του αλουμινίου (CaAl2O

4)

σε ποσοστό περίπου 1.5% κατά βάρος. Μετά από συνεχή ανάμειξη προστίθεται ο αφρί-ζων παράγοντας TiH

2 (υδρίδιο του τιτανίου) απελευθερώνει αέριο υδρογόνο δημιουρ-

γώντας αφρό αλουμινίου. Η τεχνική αυτή χρησιμοποιείται από το 1986 από την ιαπωνι-κή εταιρεία Shinko Wire Co. και έως τώρα η παραγωγή είναι της τάξης των 1000 κιλών αφρού αλουμινίου ημερησίως. Προφανώς οι αφροί Alporas είναι σχετικά ακριβότεροι, ωστόσο το σημαντικό τους πλεονέκτημα είναι το πολύ μεγάλο ποσοστό πόρων που μπορεί να δημιουργηθεί ανά κυβικό μέτρο αφρού (porosity=πορώδες, δηλ. ο αριθμός των πόρων ανά μονάδα όγκου του αφρού) καθώς επίσης και ομοιόμορφη κατανομή των πόρων.



Σχήμα 16. Αφροί τύπου ALPORAS με κλειστές κυψέλες

3.3.2 Ευτηκτική στερεοποίηση μετάλλου – αερίου (Gasar/Lotus). Πρόκειται για μια μέθοδο που πρωτοεμφανίστηκε πριν από περίπου 15 χρόνια από Ρώσους ερευνητές. Εδώ, το λουτρό τηγμένου μετάλλου συμπιέζεται με τη βοήθεια αερί-ου (π.χ. υδρογόνο ή ήλιο) στα 50bar περίπου. Στη συνέχεια μειώνεται σταδιακά η θερ-μοκρασία μέχρι να πέσει κάτω από το σημείο τήξης. Το αέριο παγιδεύεται λοιπόν στο εσωτερικό του στερεού πλέον μετάλλου υπό μορφή μακρόστενων φυσαλίδων (που μοιάζουν με καρπούς λωτού ‘’Lotus’’). Κάτω λοιπόν από κατάλληλες συνθήκες θερμο-κρασίας,πίεσης, χημικής σύστασης τήγματος, ταχύτητας και διεύθυνσης ψύξης κατα-σκευάζεται με αρκετά υψηλό κόστος ένα είδος μεταλλικού αφρού με λίγες, είναι αλήθεια, πρακτικές εφαρμογές λόγω της ανομοιομορφίας των πόρων και της δυσκολίας ελέγχου της αφροποίησης.

3.4 Δημιουργία μεταλλικών αφρών μέσω προσχηματισμένων αφριζό-ντων παραγόντων

3.4.1 Δημιουργία αφρού από τήγμα μίγματος κόνεων (Foaminal/Alulight).

Η διαδικασία ξεκινά με την επιλογή της κατάλληλης πούδρας μετάλλου, ή κράματος η οποία θα αποτελέσει τη βάση του αφρώ-δους υλικού. Στη συνέχεια επιλέγεται πούδρα από έναν ‘’αφρίζο-ντα’’ παράγοντα (π.χ. μεταλλοϋδρίδιο) η οποία και αναμιγνύεται με τη βασική πούδρα δημιουργώντας ένα πλήρως ομογενοποιημένο μίγμα. Ακολουθεί η ισχυρή συμπίεση του μίγματος έτσι ώστε να δημιουργηθεί ένα σύνθετο στερεό που έχει περίπου τη μορφή των MMCs μόνο που αντί για καρβίδια, το μέταλλο περιέχει υδρίδια. Τέ-λος το αντικείμενο θερμαίνεται έως το σημείο τήξης του βασικού



μετάλλου, κατά την οποία και ο παράγοντας απελευθερώνει αέριο σχηματίζοντας αφρό μετάλλου. Η τεχνική αυτή είναι αρκετά οικονομική και επιτυγχάνει υψηλές τιμές πορώ-δους. Η μέθοδος αυτή βρίσκεται στο στάδιο της περιορισμένης παραγωγής και εξελίσ-σεται συνεχώς, κυρίως από ορισμένες γερμανικές εταιρείες όπως είναι η Schunk, η Karmann και η ALM (applied Light-weight Materials). Τα προϊόντα των εταιρειών αυτών κυκλοφορούν με τις ονομασίες Alulight, Foam-in-Al και AFS (Aluminum Foam Sandwich).

3.4.2 Δημιουργία αφρού με τήξη 2 σταδίων μίγματος κόνεων (Thixofoam).

Η βάση της μεθόδου αυτής είναι παρόμοια με την προηγούμενη, μόνο που πλέον η αρχική σταθεροποίηση του μίγματος πούδρας μετάλλου και αφροποιητικού παράγο-ντα δεν γίνεται μόνο με συμπίεση αλλά και με τήξη. Η κατάλληλη λοιπόν επιλογή αφρο-ποιητικών παραγόντων επιτρέπει την κανονική τήξη και χύτευση του μίγματος χωρίς τη δημιουργία αφρού. Στη συνέχεια και ενώ το αντικείμενο είναι ακόμα στο καλούπι του ακολουθεί ισχυρή θέρμανση (πολύ παραπάνω από το σημείο τήξης του βασικού μετάλ-λου) η οποία ενεργοποιεί τον αφροποιητικό παράγοντα ο οποίος εκλύει αέριο μετατρέ-ποντας το μέχρι πρότινος συμπαγές στερεό σε μεταλλικό αφρό. Με τη μέθοδο αυτή επι-τυγχάνεται η πολύ καλή ομογενοποίηση του αφρού και η δημιουργία σχεδόν όμοιων φυσαλίδων σε όλη τη μάζα του αντικειμένου.

3.4.3 Δημιουργία αφρού σε τήγμα μετάλλου με χρήση ρινισμάτων υ-δριδίων (Formgrip/Formcarp).

Με αυτή τη μέθοδο παρακάμπτεται η ανάγκη χρήσης πούδρας από το βασικό μέ-ταλλο, αλλά ακόμα και από τον αφροποιητικό παράγοντα. Σε λιωμένο λοιπόν μέταλλο (κυρίως αλουμίνιο) προστίθεται ρινίσματα υδριδίου του τιτανίου και το μίγμα αναδεύεται συνεχώς έτσι ώστε να επιτευχθεί πλήρης ομογενοποίηση. Κατά τη διάρκεια της ανά-δευσης το μίγμα ψύχεται και στερεοποιείται εγκλωβίζοντας τα ρινίσματα του υδριδίου. Στη συνέχεια ακολουθείται η έντονη θέρμανση του στερεού μίγματος (όπως και στην περίπτωση του Thixofoam) η οποία οδηγεί στην εκ νέου τήξη του βασικού μετάλλου και την απότομη έκλυση υδρογόνου από το υδρίδιο.

Η μετέπειτα στερεοποίηση του μετάλλου παράγει το επιθυμητό αφρώδες υλικό. Η μέθοδος αυτή έχει αρκετά πλεονεκτήματα όσον αφορά το κόστος και την ευκολία πα-ραγωγής, ωστόσο είναι αρκετά δύσκολο να παραχθούν τελείως ομοιόμορφα αφρώδη μεταλλικά τεμάχια ενώ είναι δύσκολο να ελεγχθεί το μέγεθος καθώς και το σχήμα των παραγόμενων φυσαλίδων. Ορισμένες φορές όταν τα ρινίσματα του υδριδίου είναι πολύ μικρά απαιτείται η προσθήκη ενός σταθεροποιητικού υλικού (π.χ. SiC) έτσι ώστε να α-ποτραπεί η απότομη έκλυση υδρογόνου η οποία μπορεί να δημιουργήσει μεγάλα κενά στη μάζα του τεμαχίου. Η διαφορά του Formgrip από του Formcarp αφορά μόνο ένα ε-πιπλέον πρόσθετο (το CaCO

3) που χρησιμοποιείται στη διαδικασία παραγωγής του

Formcarp το οποίο οξειδώνει την επιφάνεια των φυσαλίδων δημιουργώντας ένα προ-στατευτικό στρώμα οξειδίων.



3.4.4 Δημιουργία αφρού μέσω των παραγομένων αερίων κατά τη πα-ραγωγική διαδικασία.

Ένα από τα προβλήματα που προκύπτουν κατά τις διαδικασίες παραγωγής με-ταλλικών αφρών μέσω αφριζόντων παραγόντων (π.χ. υδρίδια) είναι η ακαριαία απελευ-θέρωση του αερίου από το υδρίδιο όταν το τήγμα του μετάλλου βρίσκεται σε πολύ υψη-λή θερμοκρασία. Αυτό το γεγονός περιορίζει τη χρήση των περισσότερων από τις πα-ραπάνω τεχνικές στη δημιουργία αφρών αλουμινίου και άλλων παρεμφερών κραμάτων με χαμηλό σημείο τήξης. Για τη δημιουργία λοιπόν μεταλλικών αφρών από περισσότερο δύστηκτα υλικά έχουν επινοηθεί ορισμένες διαφορετικές τεχνικές. Μία από αυτές, χρη-σιμοποιεί τις διάφορες ουσίες που βρίσκονται αναμεμιγμένες στο λιωμένο μέταλλο κα-θώς επίσης και τη θερμότητα του τήγματος για την πραγματοποίηση χημικής αντίδρα-σης από την οποία θα εκλυθεί αέριο. Έτσι λοιπόν για τη δημιουργία αφρού από χάλυβα, προστίθεται στον λιωμένο χάλυβα ένα οξείδιο του σιδήρου και σκόνη άνθρακα. Η αντί-δραση των δυο αυτών συστατικών (ατελής κάυση) δημιουργεί αέριο μονοξείδιο του άν-θρακα το οποίο δρα ως αφροποιητικός παράγοντας. Παρόμοια διαδικασία χρησιμοποι-είται και για την παρασκευή ορισμένων περισσότερο ‘’ειδικών’’ κραμάτων του αλουμινί-ου όπως είναι το Al-Ni. Τα μοναδικά στοιχεία που μεταβάλλονται είναι οι συστάσεις και οι αναλογίες των διαφόρων ουσιών που προστίθενται στο βασικό λιωμένο μέταλλο.

3.5 Οι ιδιότητες και εφαρμογές των αφρών

Όλα τα παραπάνω αφορούν τις διαδικασίες που ακολουθούν οι ερευνητές ή οι βιομηχανίες για να δημιουργήσουν αφρώδη μεταλλικά αντικείμενα και ιδιαίτερα αντικεί-μενα από αφρώδες αλουμίνιο και διάφορα κράματα αυτού. Γιατί όμως ενδιαφέρεται τό-σος πολύς κόσμος για την παραγωγή αφρού αλουμινίου; Το μυστικό είναι οι εκπληκτι-κές ιδιότητες των προϊόντων αυτής της οικογένειας των μεταλλικών αφρών.

Η βασικότερη και προφανέστερη ιδιότητα των μεταλλικών αφρών αφορά το ειδι-κό βάρος τους. Όλα λοιπόν τα αφρώδη μεταλλικά υλικά είναι πολύ ελαφριά, ή καλύτερα λίγη μάζα μετάλλου καταλαμβάνει πολύ μεγάλο όγκο. Ορισμένοι μεταλλικοί αφροί δε, έχουν πυκνότητα πολύ μικρότερη της μονάδας συνεπώς μπορούν να επιπλέουν στο νερό. Τέλος όλοι οι μεταλλικοί αφροί παρουσιάζουν πολύ καλή θερμική και ηλεκτρική αγωγιμότητα ενώ ταυτόχρονα είναι και άριστα ηχομονωτικά. Τα καλύτερα όμως ακο-λουθούν στη συνέχεια...

Όταν προσπαθήσουμε με μια πρέσα να συμπιέσουμε ένα αφρώδες μεταλλικό

τεμάχιο διαπιστώνουμε πως η παραμόρφωση ξεκινά όταν εφαρμοστεί αρκετά μεγάλη δύναμη, κατά τη διάρκεια της παραμόρφωσης και μέχρι να συμπιεστεί το τεμάχιο κατά 60% περίπου, η ασκούμενη δύναμη παραμένει σταθερά υψηλή. Ενώ έπειτα από το 60% της παραμόρφωσης ο αφρός αρχίζει να συμπεριφέρεται σαν συμπαγές μέταλλο. Ας μελετήσουμε όμως λίγο καλύτερα τη συγκεκριμένη ιδιότητα και τα οφέλη της.



Πίνακας 2. Ειδικό βάρος Μεταλλικών Αφρών

3.6 Αφρώδεις ζώνες παραμόρφωσης

Σχήμα 17. Αφρώδεις ζώνες παραμόρφωσης

Όταν μιλάμε για παθητική ασφάλεια στα οχήματα, ουσιαστικά εννοούμε την κα-

τάλληλη σχεδίαση των οχημάτων έτσι ώστε σε περίπτωση σύγκρουσης ένα μεγάλο κομμάτι του οχήματος να καταρρέει (με συγκεκριμένο τρόπο) απορροφώντας την κινητι-κή ενέργεια της σύγκρουσης. Την ίδια στιγμή ο χώρος των επιβατών πρέπει να διατη-ρείται όσο το δυνατών ανέπαφος και λειτουργικός. Προφανώς υπάρχουν και άλλοι πα-ράγοντες που μπαίνουν στο ‘’παιχνίδι’’ της παθητικής ασφάλειας, όπως είναι ο τρόπος επιβράδυνσης των επιβατών κ.λ.π αλλά όλα αυτά είναι μια άλλη ιστορία. Ας γυρίσουμε λοιπόν πάλι στις λαμαρίνες, τόσο αυτές που πρόκειται να διαλυθούν όσο και αυτές που πρέπει να μείνουν ανέπαφες.

Ποιο είναι λοιπόν το πρόβλημα όλων όσων εμπλέκονται στο σχεδιασμό οχημά-των και ιδιαίτερα των συστημάτων παθητικής ασφάλειας αυτών; Το βασικότερο πρό-βλημα είναι η μεταβαλλόμενη (μη σταθερή) συμπεριφορά των μεταλλικών μερών των οχημάτων κατά την κατάρρευσή τους λόγω της σύγκρουσης. Τα συνήθη δηλαδή μεταλ-λικά προφίλ έχουν σημαντική αντοχή στη συμπίεση, αλλά από τη στιγμή της έναρξης της κατάρρευσης και έπειτα, απορροφούν πολύ μικρά ποσά ενέργειας. Έτσι λοιπόν τα πολύ ενισχυμένα μεταλλικά προφίλ δεν μπορούν να απορροφήσουν σημαντικά ποσά



ενέργειας στις μικρής και μέσης σφοδρότητας συγκρούσεις (όπου ουσιαστικά δεν πα-ραμορφώνονται) ενώ τα πολύ αδύναμα μεταλλικά προφίλ επιτρέπουν την διάλυση της ζώνης παραμόρφωσης του οχήματος όταν η σύγκρουση είναι λίγο περισσότερο σφο-δρή από το ιδανικό. Βέβαια δοκιμάζονται συνεχώς νέες λύσεις, π.χ πλαστικά υλικά, κυ-ψελωτά υλικά και νέα προφίλ ‘’ελεγχόμενης παραμόρφωσης’’ οι οποίες έχουν πολύ βελ-τιωμένη συμπεριφορά, αλλά το πρόβλημα εξακολουθεί να υπάρχει.

Εδώ λοιπόν έρχονται οι αφροί αλουμινίου να δώσουν τη λύση στο πρόβλημα των συγκρούσεων παρουσιάζοντας ταυτόχρονα μηδενικά μειονεκτήματα. Οι μεταλλικοί λοι-πόν αφροί έχουν την ιδιότητα να παραμορφώνονται σταθερά απαιτώντας κατά τη διάρ-κεια της παραμόρφωσης πολύ μεγάλες πιέσεις. Την ίδια στιγμή το βάρος τους είναι ε-λάχιστο, μπορούν να χυτευτούν πολύ εύκολα και με οποιαδήποτε μορφή ενώ ανάλογα με το πορώδες και τη σύσταση του βασικού τους μετάλλου, μεταβάλλεται και η απαι-τούμενη πίεση συμπίεσης.

Στα επόμενα λοιπόν χρόνια θα κυκλοφορήσουν οχήματα με ζώνες παραμόρφω-σης από αφρό αλουμινίου οι οποίες θα καταρρέουν απολύτως προβλέψιμα, θα κατα-λαμβάνουν πολύ μικρότερο όγκο, θα έχουν ελάχιστο βάρος και πολύ μικρό κόστος. Ε-πιπλέον υπάρχει η δυνατότητα δημιουργίας ζωνών παραμόρφωσης που θα ανταποκρί-νονται σε διάφορα επίπεδα δυνάμεων σύγκρουσης.

3.7Αφρώδεις ζώνες παραμόρφωσης...λίγα λόγια παραπάνω

Η χαρακτηριστική συμπεριφορά των μεταλλικών αφρών να συμπιέζονται απαι-τώντας σταθερά μεγάλα ποσά ενέργειας είναι ίσως η πιο σημαντική τους ιδιότητα και αυτή που τους έκανε εξ αρχής γνωστούς. Δεν θα ήταν λοιπόν άσχημο αν λέγαμε λίγα λόγια παραπάνω για τις αφρώδεις ζώνες παραμόρφωσης και γενικότερα για τα βασικά χαρακτηριστικά της ‘’ιδανικής’’ συμπεριφοράς των μεταλλικών αφρών ως προς τη συ-μπίεση.

Το πρώτο πράγμα που πρέπει να επισημανθεί είναι πως μόνο οι αφροί με κλει-στούς πόρους έχουν μηχανικές ιδιότητες που να επιτρέπουν τη χρήση τους σε ζώνες παραμόρφωσης. Συνεπώς στην ανάλυση των αφρωδών ζωνών παραμόρφωσης όλοι οι μεταλλικοί αφροί θεωρούνται κλειστού τύπου. Επίσης πολύ σημαντικοί παράγοντες για την επιλογή αφρού κατά την κατασκευή της ζώνης παραμόρφωσης είναι η πυκνότητα του αφρού (συμβολίζεται με ρ)ή το πορώδες (συμβολίζεται συνήθως με ε) καθώς επί-σης και η σύσταση του βασικού μετάλλου του αφρού.

Σχήμα 17 Δύναμη Συμπίεσης – Ποσοστό Συμπίεσης – Απόδοση



Η γενική συμπεριφορά όλων των μεταλλικών αφρών στη συμπίεση φαίνεται στο σχετικό διάγραμμα (Δύναμη Συμπίεσης – Ποσοστό Συμπίεσης - Απόδοση) και είναι πα-ρόμοια για όλα τα υλικά και τις τιμές πορώδους. Παρατηρούμε λοιπόν ότι ξεκινά η ε-φαρμογή της δύναμης συμπίεσης αλλά η παραμόρφωση του αφρού είναι σχεδόν μηδε-νική έως τη στιγμή που αρχίζει η σταδιακή κατάρρευση του αφρού.

Όταν λοιπόν ο αφρός παραμορφωθεί κατά 5% απαιτείται η μέγιστη δύναμη συ-

μπίεσης ενώ από το 5% έως και το 60% περίπου της παραμόρφωσης, η απαιτούμενη δύναμη συμπίεσης είναι λίγο μικρότερη της μέγιστης δύναμης και παραμένει ουσιαστικά σταθερή. Όταν η συμπίεση φτάσει στο 60%, η αρχική μάζα του μετάλλου έχει περιορι-στεί στο

Εργαστηριακό δοκίμιο και διάγραμμα συμπίεσης– απόδοσης αφρού αλουμινίου – πυριτίου 40% του αρχικού της όγκου, αφού χονδρικά το 60% των φυσαλίδων έχει κα-ταρρεύσει. Συνεπώς η πυκνότητα πλέον είναι αρκετά μεγαλύτερη με αποτέλεσμα να απαιτούνται μεγαλύτερες δυνάμεις για τη συμπίεση του αφρού. Επιπλέον όσο προχωρά η συμπίεση και αυξάνεται η πυκνότητα, τόσο περισσότερο ο αφρός αρχίζει να συμπερι-φέρεται σαν συμπαγές μέταλλο απορροφώντας λιγότερη ενέργεια.

Παρατηρώντας τη δεύτερη καμπύλη του ίδιου διαγράμματος βλέπουμε ότι από το 5% έως το 60% της παραμόρφωσης η απόδοση του αφρού σχετικά με την απορρόφη-ση ενέργειας είναι λίγο παραπάνω από 80%!!! (Σημείωση: Ως απόδοση του αφρού ορί-ζεται ο λόγος της ενέργειας που απορρόφησε ο αφρός προς την ενέργεια που θα α-πορροφούσε ένας ιδανικός θεωρητικός αποσβεστήρας.

Στην παραπάνω μαθηματική σχέση η είναι η απόδοση και Fmax

(s) η μέγιστη δύ-

ναμη που αναπτύσσεται κατά την παραμόρφωση s). Τα ακόλουθα διαγράμματα έρχονται να αποδείξουν αυτό που προκύπτει από τη

λογική και την εμπειρία, ότι δηλαδή όσο μεγαλύτερο είναι το πορώδες ενός αφρού τόσο πιο εύκολα αλλά ομαλά καταρρέει. Αντίθετα αφροί ίδιας σύστασης με μεγαλύτερη αρχι-κή πυκνότητα (μικρότερο πορώδες) απορροφούν μεγαλύτερα ποσά ενέργειας λόγω με-γαλύτερης δομικής αντοχής αλλά απαιτούν την άσκηση μεγαλύτερων δυνάμεων σε σχέση με τους αφρούς χαμηλής πυκνότητας. Γι’ αυτό λοιπόν οι βιομηχανίες δοκιμάζουν την παραγωγή τεμαχίων από αφρό αλουμινίου μεταβλητού πορώδους τα οποία θα μπορούν να παραμορφώνονται ελεγχόμενα λόγω μικρών δυνάμεων (π.χ μικροσυ-γκρούσεις ή προστασία πεζών από μικροατυχήματα) ή να καταρρέουν (πάλι ελεγχόμε-να και καθορισμένα) απορροφώντας περισσότερη ενέργεια και σε περισσότερο χρόνο, έτσι ώστε να προστατευθούν οι επιβάτες του οχήματος σε σφοδρότερες συγκρούσεις.



Βασικό Κράμα Α199.5 foam

AlCu4 foam A199.5

solid

Γενικές Ιδιότητες

Παράγοντας αφροποίησης - TiH2 TiH

2 -

Θερμική επεξεργασία αφρού - καμία σκλήρυνση -

Πυκνότητα G cm-3

0,4 0,7 2,7

Μέση διάμετρος πόρων mm 4 3 -

Μηχανικές Ιδιότητες

Αντοχή στη συμπίεση MPa 3 21 -

Απορρόφηση ενέργειας στο 30% της παραμόρφωσης

MJ m-3

KJ kg-1

0,72 1,8

5,2 7,4

-

Συντελεστής Young GPa 2,4 7 67

Ηλεκτρικές & Θερμικές ιδιότητες

Ηλεκτρική αγωγιμότητα m(Ω.mm

-

2)

2,1 3,5 34

Ειδική ηλεκτρική αντίσταση ΜΩ.cm

-1 48 29 2,9

Θερμική αγωγιμότητα W(m.K)

-1 12 - 235

Συντελεστής θερμικής διαστολής 1/K 23.

10-6

24.

10-6

23,6.

10-6

Πίνακας 3. Συγκριτικός Πίνακας Ιδιοτήτων Μεταλλικών Αφρών

3.8 Αφρώδη αμαξώματα

Τα τελευταία χρόνια παρατηρείται μια έντονη στροφή της αυτοκινητοβιομηχανίας προς το αλουμίνιο, το οποίο χρησιμοποιεί τόσο για την κατασκευή κινητήρων όσο και για την κατασκευή πλαισίων και άλλων δομικών μονάδων. Το αλουμίνιο είναι αναμφι-σβήτητα ένα μέταλλο με πολλές και σημαντικές μηχανικές και φυσικές ιδιότητες. Η αυ-τοκινητοβιομηχανία αντιμετωπίζει πολύ θετικά το αλουμίνιο, κυρίως λόγω του μικρού του βάρους σε σχέση με το χάλυβα το οποίο επιτρέπει την κατασκευή ελαφρύτερων και λιγότερο ενεργοβόρων οχημάτων. Ωστόσο οι μηχανικές ιδιότητες του αλουμινίου είναι σημαντικά υποδεέστερες αυτών του χάλυβα. Έτσι οι μηχανικοί προσπαθούν να σχεδιά-σουν με κατάλληλο τρόπο τα αλουμινένια τεμάχια χρησιμοποιώντας διάφορες τεχνικές (π.χ. πολλαπλές εσωτερικές νευρώσεις) ώστε να είναι σημαντικά ελαφρύτερα από τα αντίστοιχα χαλύβδινα έχοντας όμως παραπλήσια ή και μεγαλύτερη αντοχή.

Εδώ λοιπόν έρχονται τα αφρώδη υλικά να δώσουν νέες λύσεις. Οι ερευνητές του πανεπιστημίου Kookmin στη Σεούλ της Κορέας διαπίστωσαν μετά από σχετικές έρευνες πως η εσωτερική ενίσχυση με μεταλλικό αφρό (ή ακόμα και με απλή πολυουρεθάνη) του πλαισίου σε ορισμένα κρίσιμα σημεία μπορεί να επιφέρει τεράστιες βελτιώσεις στην δομική του αντοχή.



Σχήμα 18. Εσωτερική ενίσχυση με μεταλλικό αφρό

Σε πραγματικές δοκιμές και υπολογιστικές προσομοιώσεις διαπιστώθηκε μια αύ-ξηση κατά 50% στην αρχική δύναμη παραμόρφωσης της κύριας κολόνας (Β-pillar) του οχήματος. Επιπλέον ενώ η μη ενισχυμένη κατασκευή καταρρέει λόγω κάμψης σταθερά κάτω από την επίδραση δύναμης περίπου ίσης με την αρχική δύναμη πρόσκρουσης, η ενισχυμένη κολόνα απαιτεί συνεχώς μεγαλύτερη δύναμηγια την παραμόρφωσή της. Στο σχετικό διάγραμμα διαπιστώνουμε ότι για τη μέγιστη υποχώρηση της κολόνας κατά 20 εκατοστά απαιτείται δύναμη περίπου διπλάσια της δύναμης που προκάλεσε την αρχική παραμόρφωση.

Με την τεχνική αυτή μπορούν να κατασκευαστούν πάρα πολύ ανθεκτικά πλαίσια από αλουμίνιο τα οποία θα διαθέτουν στο εσωτερικό τους κάποιο ελαφρύ αφρώδες (με-ταλλικό ή μη) υλικό.

Σχήμα 19. Μέγιστη υποχώρηση της κολόνας

Γενικά θεωρείται σίγουρη η υιοθέτηση της συγκεκριμένης τεχνικής από τις αυτο-

κινητοβιομηχανίες αφού το κόστος της είναι πολύ χαμηλό, ενώ αντίθετα μια άριστη βαθ-μολόγηση στο Euro-NCAP μπορεί να αποφέρει τεράστια κέρδη.



3.9 Αφρώδη ψυγεία και intercooler

Έως τώρα ασχοληθήκαμε κυρίως με τους μεταλλικούς αφρούς και ιδιαίτερα τους αφρούς κραμάτων αλουμινίου οι οποίοι έχουν ένα κοινό γνώρισμα, έχουν κλειστές κυ-ψέλες. Ωστόσο υπάρχει ακόμα μια κατηγορία μεταλλικών αφρών τα προϊόντα της ο-ποίας χαρακτηρίζονται από το ότι διαθέτουν ανοιχτές κυψέλες (πόρους) και μοιάζουν κάπως με το συρμάτινο σφουγγάρι που χρησιμοποιούμε για να καθαρίσουμε τις κατσα-ρόλες...Βέβαια εδώ όλο το υλικό είναι ενιαίο και συνεχές και δεν αποτελείται από πλεγ-μένα ή μπερδεμένα μεταλλικά φύλλα. Οι αφροί ανοιχτού τύπου δεν έχουν μεγάλη αντο-χή στην συμπίεση όπως οι αφροί κλειστού τύπου οπότε δεν είναι χρήσιμοι για την α-πορρόφηση συγκρούσεων. Έχουν όμως ένα πολύ σημαντικό χαρακτηριστικό που τους καθιστά πολύτιμους για μία διαφορετική χρήση. Το χαρακτηριστικό αυτό δεν είναι άλλο από την τεράστια ελεύθερη επιφάνεια για δεδομένη μάζα μετάλλου και η χρησιμότητά τους, σε οποιαδήποτε εφαρμογή απαιτεί μεγάλη ελεύθερη επιφάνεια. Η πρώτη εφαρμο-γή που έρχεται στο μυαλό των περισσοτέρων είναι οι εναλλάκτες θερμότητας.

Σχήμα 20. Αφρώδεις εναλλάκτες

Τις φοβερές δυνατότητες των μεταλλικών αφρών ανοικτού τύπου αντιλήφθηκαν

και οι ερευνητές του Ομοσπονδιακού Ινστιτούτου Τεχνολογίας της Σουηδίας και άρχισαν να πειραματίζονται με αφρώδεις εναλλάκτες. Κατά τη διάρκεια των πειραμάτων ανέκυψε η ανάγκη υπολογισμού (προσεγγιστικά αλλά με αρκετή ακρίβεια) της επιφάνειας εναλ-λαγής θερμότητας ενός αφρώδους εναλλάκτη. Μετά τους σχετικούς υπολογισμούς προέκυψαν τα παρακάτω εντυπωσιακά αποτελέσματα. Ένας εναλλάκτης από αφρό α-νοικτού τύπου (παρόμοιος με αυτόν των παρακάτω εικόνων) με μέση διάμετρο πόρου της τάξης των 2.5mm κατασκευασμένος από κράμα αλουμινίου Τ-6106 και διαστάσεις 40mm X 40mm Χ 2mm (προκύπτει από έναν κύβο 40Χ40Χ40 με συμπίεση της μιας πλευράς έως το πάχος των 2mm) έχει λόγο ελεύθερης επιφάνειας εναλλαγής θερμότη-

τας προς όγκο της τάξης των 10.000 m2

/m3

. Η τιμή αυτή είναι 2-3 φορές μεγαλύτερη από αυτή που επιτυγχάνουν οι πιο καλοσχεδιασμένοι συμβατικοί εναλλάκτες. Ενώ την ίδια στιγμή οι μετρήσεις των ερευνητών έδειξαν ότι η πτώση πίεσης που δημιουργείται στο ρευστό που διαπερνά τον αφρώδη εναλλάκτη είναι συγκρίσιμη με των συμβατικών εναλλακτών. Η συνολική απόδοση του πειραματικού εναλλάκτη αφρού ήταν περίπου 2



φορές μεγαλύτερη έναντι του καλύτερου συμβατικού εναλλάκτη, ακόμα και όταν ο συμ-βατικός εναλλάκτης λειτουργούσε στις ιδανικές συνθήκες για τις οποίες είχε σχεδιαστεί (ιδανικό θερμικό φορτίο, ταχύτητα ρευστών κ.λ.π).

Σχήμα 21. Συμβατικός εναλλάκτης

Είναι λοιπόν θέμα χρόνου η παρουσία των πρώτων υπερ-αποδοτικών εμπορι-κών ψυγείων και intercooler αφρού για αυτοκίνητα και λοιπά οχήματα. Επιπλέον όλα δείχνουν πως οι αφροί μετάλλων θα υιοθετηθούν σιγά-σιγά σε όλες τις εφαρμογές εναλ-λαγής θερμότητας μικρής κλίμακας (π.χ. ψύξη ηλεκτρονικών), μεσαίας κλίμακας (ψυγεί-α-εναλλάκτες οχημάτων) αλλά και μεγάλης κλίμακας (π.χ βιομηχανικά ψυγεία, βιομηχα-νικοί εναλλάκτες).



3.10. Βλήματα VS Αφροί Μετάλλων

Όπως είπαμε παραπάνω, οι μεταλλικοί αφροί συμπεριφέρνονται ιδανικά όταν καλούνται να απορροφήσουν δυνάμεις πρόσκρουσης αφού παραμορφώνονται κατανα-λώνοντας σταθερά υψηλή ενέργεια. Βέβαια τα οχήματα δεν είναι οι μοναδικές εφαρμο-γές στις οποίες ενίοτε σημειώνονται συγκρούσεις και απαιτείται κάποιο μέσο για την απόσβεσή τους. Μια πολύ σημαντική (όχι για εμάς τους απλούς πολίτες...) εφαρμογή των μεταλλικών αφρών εμφανίζεται και στη στρατιωτική βιομηχανία οχημάτων. Αρκετές εταιρείες στρατιωτικών εφαρμογών όπως η United Defense δοκιμάζουν εντατικά πολλά είδη μεταλλικών αφρών στις θωρακίσεις των οχημάτων τους. Συνήθως χρησιμοποιούν αφρούς κραμάτων αλουμινίου τους οποίους εμποτίζουν με συνθετικές ρητίνες έτσι ώστε να βελτιωθούν περαιτέρω οι μηχανικές τους ιδιότητες.

Οι ενισχυμένοι αυτοί σύνθετοι αφροί αποκτούν πλέον απίστευτες ιδιότητες, τόσο

ως προς την απορρόφηση συγκρούσεων μέσω παραμόρφωσης όσο και σχετικά με τη διαχείριση δυνάμεων, πιέσεων και τάσεων χωρίς να παραμορφώνονται. Οι βλητικές δο-κιμές των πρωτοποριακών αυτών σύνθετων θωρακίσεων παρουσίασαν εξαιρετικά απο-τελέσματα. Πλέον, πολύ ελαφρύτερες θωρακίσεις αποτελούμενες από πολλαπλά στρώματα κεραμικών υλικών και ενισχυμένου αφρού αλουμινίου είναι σε θέση να απο-σβέσουν την κινητική και θερμική ενέργεια βλημάτων, θραυσμάτων και όλμων πολύ αποτελεσματικά.



3.11 Αυξητικοί αφροί

Σχήμα 22. Αυξητικοί αφροί

Πολλά πράγματα αποτυπώνονται στο μυαλό μας με ένα συγκεκριμένο τρόπο και

είναι αδύνατον να δεχθούμε μία πρόταση που είναι αντίθετη σε κάποιο από αυτά τα ‘’α-ξιώματα’’. Έτσι π.χ. είναι αδύνατο να κατανοήσουμε μια μηχανή με βαθμό απόδοσης 110% ή μια μπάλα που αναπηδώντας φτάνει συνεχώς σε μεγαλύτερα ύψη. Τις περισ-σότερες φορές η εμπειρία μας είναι ορθή και επιβεβαιώνεται θεωρητικά και από τις σχε-τικές επιστήμες. Ωστόσο ορισμένες φορές η απάντηση της επιστήμης είναι τελείως α-ναπάντεχη και μας αφήνει πραγματικά άφωνους. Κάτι τέτοιο συμβαίνει και με τα αυξητι-κά υλικά.

Όλα τα ελαστικά υλικά χαρακτηρίζονται εκτός των άλλων και από μια σταθερά, τη σταθερά του Poisson. Ουσιαστικά ο αριθμός Poisson δεν είναι τίποτα άλλο από το λόγο της εγκάρσιας τάσης συστολής προς τη διαμήκη τάση επιμήκυνσης. Με απλά λόγια δη-λαδή ο αριθμός αυτός περιγράφει το πόσο πιο λεπτό θα γίνει ένα ελαστικό τεμάχιο όταν επιμηκυνθεί κατά Χ. Γενικότερα τα περισσότερα στερεά έχουν αριθμό Poisson με τιμή από 0,2 έως και 0,4. Υπάρχει ωστόσο και μια κατηγορία υλικών στην οποία οι τιμές του αριθμού Poisson είναι αρνητικές. Αυτό απλά σημαίνει ότι όσο επιμηκύνονται τα υλικά αυτά, τόσο παχαίνουν (αυξάνει η διατομή τους)!!! Ακούγεται παράλογο όμως είναι πέρα για πέρα αληθινό. Ακόμα πιο παράξενο είναι το ότι αυτά τα αυξητικά υλικά είναι αρκετά και καλύπτουν ένα πολύ μεγάλο εύρος κλιμάκων μεγέθους. Υπάρχουν λοιπόν κάποια

μοριακά αυξητικά υλικά (με μέγεθος της τάξης του 10-9

m), ορισμένα πολυμερή ή κυψε-

λωτά υλικά (με μέγεθος της τάξης του 10-6

m έως 10-2

m) και τέλος ορισμένες σύνθετες κατασκευές πολύ μεγάλου μεγέθους.

Τι σχέση όμως μπορεί να έχουν όλα αυτά τα όμορφα πράγματα με τους αφρούς μετάλλων; Απλά ορισμένοι μεταλλικοί αφροί μπορούν να παραχθούν με τέτοιο τρόπο ώστε να έχουν αυξητικές ιδιότητες. Με κατάλληλες λοιπόν παραγωγικές διαδικασίες, η κυψελωτή δομή των αφρωδών αυτών υλικών αλλάζει σχήμα και πλέον οι κυψέλες



παίρνουν τέτοια μορφή ώστε η ενδεχόμενη εφελκυστική καταπόνηση που θα υποστούν να οδηγήσει σε εγκάρσια έκταση της δομής του υλικού.

Οι έρευνες πάνω στα αυξητικά υλικά πραγματοποιούνται εδώ και αρκετά χρόνια, τόσο στα εργαστήρια της NASA όσο και σε ορισμένα πανεπιστημιακά ιδρύματα (π.χ. University of Iowa, University of Wisconsin-Madison, Technical University of Denmark, Harvard University κ.α.) αλλά και στα τμήματα ερευνών μεγάλων εταιρειών (π.χ. Boeing, British Nuclear Fuels plc, ICI Chemicals & Polymers, Ciba-Geigy κ.α.). Οι ε-φαρμογές των αυξητικών υλικών και ειδικότερα των αυξητικών αφρών και των αυξητι-κών νανο-υλικών είναι ατελείωτες και αφορούν ηλεκτρονικές μικροεπαφές, ιατρικά όρ-γανα, ενεργές αντιβαλλιστικές θωρακίσεις, αυξητικά νήματα, βλήματα μεταβλητής δια-τομής, αντισεισμικούς κοχλίες μεταβλητής διατομής έως και γιγαντιαία καλύμματα πυ-ρηνικών αντιδραστήρων τα οποία μεταβάλουν το πάχος τους στα σημεία που καταπο-νούνται περισσότερο κάθε στιγμή.

3.12 Αφρώδη Κεραμικά – Αφροί Άνθρακα

Η τεράστια επανάσταση που έφεραν τα ανθρακονήματα και τα σύνθετα υλικά στις σύγχρονες κατασκευές είναι γνωστή. Ωστόσο, ενώ οι τεχνολογίες αυτές έχουν γίνει εδώ και αρκετά χρόνια εμπορικές, το κόστος τους παραμένει αρκετά υψηλό λόγω κυρί-ως των πολύπλοκων διαδικασιών παραγωγής. Επιπλέον είναι γνωστό ότι οι εξαιρετικές ιδιότητες των υλικών αυτών οφείλονται κυρίως στη δομή των ινών του γραφίτη (άνθρα-κα) που περιέχουν. Στο Εθνικό Εργαστήριο Τεχνολογίας Υλικών στο Oak Ridge των Η.Π.Α ξεκίνησαν εδώ και λίγα χρόνια τις έρευνες για την παραγωγή ενός φτηνού γραφι-τούχου υλικού με τις ιδιότητες των ανθρακονημάτων. Παρατηρώντας την εξέλιξη των αφρωδών μετάλλων, αποφάσισαν να δοκιμάσουν να κατασκευάσουν αφρώδη γραφίτη. Τελικά μετά από αρκετές δοκιμές και πειραματισμούς πέτυχαν να κατασκευάσουν (με πολύ απλό και φθηνό τρόπο) ένα αφρώδες γραφιτικό υλικό με ανοιχτούς πόρους και

ειδικό βάρος 1.26g/cm3

. Η διαδικασία παραγωγής είναι απλή και φθηνή αφού περιλαμβάνει την έντονη

ανάδευση ενός γραφιτούχου διαλύματος το οποίο αφρίζει. Στη συνέχεια ο αφρός θερ-

μαίνεται έτσι ώστε να σταθεροποιηθεί και ‘’ψήνεται’’ στους 2800ο

C παρουσία αερίου Ar (Αργό) για περίπου 1 ώρα. Ανάλογα με τις απαιτούμενες μηχανικές και θερμικές ιδιότη-τες μπορεί να ακολουθήσει ο εμποτισμός του αφρού με ένα μίγμα ρητινών και σταθε-

ροποιητών. Το τελικό προϊόν έχει πυκνότητα περίπου 0.54 g/cm3

(ως απλός αφρός) ή

1.3 g/cm3

(εάν εμποτιστεί με ρητίνες) και μέση διάμετρο πόρων της τάξης των 100μm. Πρόκειται δηλαδή για ένα πορώδες γραφιτικό υλικό με μικροσκοπικούς ανοικτούς πό-ρους. Βέβαια όμοια με τους μεταλλικούς αφρούς έτσι και εδώ η δομή του αφρώδη άν-θρακα είναι απόλυτα συνεχής, με αποτέλεσμα να παρουσιάζει πολύ μεγάλη θερμική αγωγιμότητα ενώ εμφανίζει και τεράστια αντοχή στις μηχανικές καταπονήσεις (περίπου 30 φορές μεγαλύτερη αντοχή στη συμπίεση από τον αφρό αλουμινίου). Επιπλέον ο τε-ράστιος αριθμός/cm!!! ανοικτών πόρων αυτού του υλικού δημιουργεί ελεύθερη επιφά-

νεια της τάξης των 5m2

/g ή περίπου 10m23



Ήδη από τα παραπάνω είναι εμφανές ότι το πεδίο εφαρμογής του αφρώδη άνθρακα είναι τεράστιο. Η χρήση αφρώδη άνθρακα ως γέμισμα στο εσωτερικό των αλουμινένιων αυ-τοφερόμενων πλαισίων των οχημάτων θα εκτόξευε της τιμές στρεπτικής α-καμψίας τους, δημιουργώντας ουσια-στικά έναν άκαμπτο κεραμικό κλωβό

ασφαλείας. Η ύπαρξη αραιού αφρώδη άνθρακα στο εσωτερικό α-λουμινένιων χυτών τεμαχίων (π.χ. πι-στόνια, μπλοκ, άξονες κ.α) θα προκα-λούσε δραματική βελτίωση στις μηχα-νικές ιδιότητες αυτών των τεμαχίων. Ενώ οι πιο

Σχήμα 23.Μίγμα ρητινών προωθημένες ιδέες αναφέρονται σε πλαστικούς κινητήρες οι οποίοι θα απάγουν θερμότητα μέσω του θερμικά αγώγιμου πυρήνα τους (από αφρώδη άνθρακα) ενώ θα έχουν βάρος πολύ μικρότερο των μεταλ-λικών λόγω των επικαλύψεων από πολυμερή.

Επιπλέον ιδιαίτερα θετικές είναι και οι προβλέψεις για τη χρήση του αφρώδη άν-θρακα σε διατάξεις εναλλαγής θερμότητας. Ειδικότερα στους εναλλάκτες θερμότητας που διαχειρίζονται αέρια ρευστά η αντικατάσταση των κυψελών εναλλαγής θερμότητας με αφρώδη άνθρακα θα εκτοξεύσει την αποδοτικότητά τους ενώ ταυτόχρονα θα μειωθεί το βάρος, το κόστος και ο όγκος τους.

Το μόνο που μένει είναι να οργανωθούν οι παραγωγικές διαδικασίες, όπως έγινε με τον αφρό αλουμινίου τα τελευταία χρόνια έτσι ώστε να γίνει εμπορικά διαθέσιμος και ο αφρώδης άνθρακας. Όταν όμως υπάρχει η φθηνή τεχνολογία και το προϊόν είναι τόσο επαναστατικό, η βιομηχανία συνήθως κινείται με γοργούς ρυθμούς. Άρα δεν θα ήταν και πολύ παράλογο να πει κανείς ότι μέσα στα επόμενα 3-4 χρόνια ο αφρώδης άνθρακας είναι πιθανόν να κάνει την εμφάνισή του στις ‘’ειδικές’’ εμπορικές εφαρμογές (π.χ. Formula 1, αεροδιαστημική.κ.λ.π).

3.13 ΑΣΦΑΛΕΙΑ ΑΠΟ ΑΦΡΟ! ΜΕΤΑΛΛΙΚΟΙ ΑΦΡΟΙ- ΛΥΣΗ ΣΤΟ ΠΡΟ-ΒΛΗΜΑ ΤΗΣ ΠΑΘΗΤΙΚΗΣ ΑΣΦΑΛΕΙΑΣ ΣΤΑ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΑ

Όταν μιλάμε για αφρούς μετάλλων, ουσιαστικά δεν μιλάμε για τίποτα περισσότε-

ρο από ένα σφουγγάρι με τη μόνη ιδιαιτερότητα ότι το δομικό υλικό του είναι ένα μέταλ-λο ή ένα κράμα μετάλλων, αντί για μαλακό πλαστικό. Αυτό ακριβώς το χαρακτηριστικό καθώς και ορισμένες μηχανικές ιδιότητες καθιστούν αυτό το ‘σφουγγάρι’ ιδανικό υλικό για μια πληθώρα χρήσεων.Οι μεταλλικοί αφροί είναι κυψελωτοί αφροί, αφροί με ανοι-χτές κυψέλες ή κλειστές κυψέλες, αφροί πορωδών μετάλλων ή σύνθετα μεταλλικά σφουγγάρια.

Μια από τις συνήθεις μεθόδους παρασκευής μεταλλικών αφρών, κυρίως αλουμι-νίου, είναι η μέθοδος Cymat. Στο λουτρό τηγμένου αλουμινίου προστίθενται ορισμένες χημικές ουσίες (π.χ. οξείδια του μαγνησίου) έτσι ώστε το τήγμα να αποκτήσει το ιδανικό ιξώδες.

Στη συνέχεια διοχετεύεται στο λιωμένο μέταλλο αέρας ή αέριο άζωτο μέσω ειδικά διαμορφωμένων περιστρεφόμενων και παλλόμενων ακροφυσίων, με αποτέλεσμα τη



δημιουργία χιλιάδων φυσαλίδων κατανεμημένων ομοιόμορφα στη μάζα του τήγματος. Οι φυσαλίδες ανέρχονται προς την ελεύθερη επιφάνεια του λουτρού και σχηματίζουν ένα στρώμα στερεού αφρού από αλουμίνιο. Το στρώμα αυτό συλλέγεται και χρησιμο-ποιείται. Η μέθοδος Cymat είναι προϊόν της καναδικής εταιρείας Cymat Aluminum Corp.

Ένας δεύτερος τρόπος σχηματισμού αφρού σε ένα λουτρό τήγματος μετάλλου είναι η τεχνική Alporas. Στο λουτρό τήγματος λοιπόν Al προστίθεται ασβεστούχο οξείδιο του αλουμινίου σε ποσοστό περίπου 1.5% κατά βάρος. Μετά από συνεχή ανάμειξη προστίθεται αφρίζον υδρίδιο του τιτανίου, το οποίο στη θερμοκρασία των 680oC απε-λευθερώνει αέριο υδρογόνο δημιουργώντας αφρό αλουμινίου. Η τεχνική αυτή χρησιμο-ποιείται από το 1986.

Η βασικότερη ιδιότητα των μεταλλικών αφρών αφορά το ειδικό βάρος τους. Όλα λοιπόν τα αφρώδη μεταλλικά υλικά είναι πολύ ελαφριά. Ορισμένοι μεταλλικοί αφροί δε, έχουν πυκνότητα πολύ μικρότερη της μονάδας συνεπώς μπορούν να επιπλέουν στο νερό. Τέλος όλοι οι μεταλλικοί αφροί παρουσιάζουν πολύ καλή θερμική και ηλεκτρική αγωγιμότητα ενώ ταυτόχρονα είναι και άριστα ηχομονωτικά.

Η πιθανότερη ευρεία εφαρμογή των μεταλλικών αφρών είναι η αυτοκινητοβιομη-χανία, καθώς φαίνεται πως η κατηγορία αυτή των υλικών θα λύσει το πρόβλημα της παθητικής ασφάλειας. Τα συνήθη μεταλλικά προφίλ έχουν σημαντική αντοχή στη συ-μπίεση, αλλά από τη στιγμή της έναρξης της κατάρρευσης και έπειτα, απορροφούν πο-λύ μικρά ποσά ενέργειας. Έτσι τα πολύ ενισχυμένα μεταλλικά προφίλ δεν μπορούν να απορροφήσουν σημαντικά ποσά ενέργειας στις μικρής και μέσης σφοδρότητας συ-γκρούσεις (όπου ουσιαστικά δεν παραμορφώνονται), ενώ τα πολύ αδύναμα μεταλλικά προφίλ επιτρέπουν την διάλυση της ζώνης παραμόρφωσης του οχήματος όταν η σύ-γκρουση είναι λίγο περισσότερο σφοδρή από το ιδανικό.

Οι αφροί αλουμινίου πιθανόν να δώσουν λύση στο πρόβλημα των συγκρούσεων, παρουσιάζοντας ταυτόχρονα μηδενικά μειονεκτήματα. Οι μεταλλικοί, λοιπόν, αφροί έ-χουν την ιδιότητα να παραμορφώνονται σταθερά απαιτώντας κατά τη διάρκεια της πα-ραμόρφωσης πολύ μεγάλες πιέσεις. Την ίδια στιγμή το βάρος τους είναι ελάχιστο, μπο-ρούν να χυτευτούν πολύ εύκολα και σε οποιαδήποτε μορφή. Στα επόμενα λοιπόν χρό-νια ίσως δούμε οχήματα με ζώνες παραμόρφωσης από αφρό αλουμινίου, οι οποίες θα καταρρέουν απολύτως προβλέψιμα, θα καταλαμβάνουν πολύ μικρότερο όγκο, θα έχουν ελάχιστο βάρος και πολύ μικρό κόστος.



Μεταλλικός αφρός σε μεγέθυνση

Οι μεταλλικοί αφροί για απόθεση καταλυτικού υλικού

Σχήμα 24. Μεταλλικοί αφροί

3.14 Συμπεράσματα - Επίλογος

Αυτό που τελικά διαπιστώνει κανείς από όλα τα παραπάνω είναι το γεγονός πως οι αφροί μετάλλων αποτελούν μια ομάδα ‘’νέων υλικών’’ τα οποία αναμφίβολα θα γνω-ρίσουν μεγάλη επιτυχία τόσο στο άμεσο όσο και στο απώτερο μέλλον. Οι εφαρμογές αυτών των υλικών φαντάζουν πραγματικά ατελείωτες και το μόνο που μένει είναι απλά να σκεφτούμε ‘’Ποια πράγματα γύρω μας θα μπορούσαν τα επωφεληθούν από τις ιδιό-τητες των μεταλλικών αφρών;’’, η συνέχεια είναι μάλλον απλή, αφού η τεχνολογία υ-πάρχει...

http://www.texnikanea.gr/files/news/photos/123_357.jpg





Κεφάλαιο 4

Ζηµιές αυτοφερόµενης κατασκευής

Η σχεδίαση και κατασκευή του αµαξώµατος προβλέπει ζώνες ελεγχόµενης

παραµόρφωσης, οι οποίες βρίσκονται µπροστά και πίσω από την καµπίνα των

επιβατών, για την απορρόφηση µέρους της ενέργειας παραµόρφωσης που

αναπτύσσεται κατά τη σύγκρουση, ώστε να προστατευθούν οι επιβάτες.

Οι δυνάµεις που αναπτύσσονται σε µία σύγκρουση και η έκταση των ζηµιών

εξαρτώνται από το είδος της σύγκρουσης. Η σύγκρουση ενός αυτοκινήτου µπορεί να

είναι µετωπική, πλευρική, πλαγιοµετωπική, µπροστά και πίσω ταυτόχρονα

(σύνθλιψη) και περιστροφή ως προς τον διαµήκη άξονα (ντελαπάρισµα), µε

αποτέλεσµα την ανάπτυξη θλιπτικών, καµπτικών και στρεπτικών τάσεων

Σχήμα 25. Ζηµιές αυτοφερόµενου αµαξώµατος



4.1 ∆ιατοµές κύριων µερών αυτοφερόµενων αµαξωµάτων

Για την αύξηση της αντοχής του αµαξώµατος, την εξασφάλιση της σχετικής

ακαµψίας των διαφόρων τµηµάτων του και τη δηµιουργία ζωνών ελεγχόµενης

παραµόρφωσης, το αµάξωµα κατασκευάζεται από κατάλληλα διαµορφωµένα ελάσµατα,

τα οποία συγκολλούνται µεταξύ τους, για να µας δώσουν τις κατάλληλες διατοµές.



Σχήμα 26. ∆ιατοµές κύριων µερών αυτοφερόµενου αµαξώµατος

Απεικόνιση ζηµιών σε σκαρίφηµα

Στο σχήµα 27, φαίνεται σε σκαρίφηµα η σύνθλιψη ενός u945 αυτοφερόµενου



αµαξώµατος µετά από σύγκρουση και η παραµόρφωσή του, λόγω των

αναπτυσσόµενων θλιπτικών τάσεων.

Σχήμα 27. Σύνθλιψη αυτοφερόµενου αµαξώµατος µετά από σύγκρουση

Στο σχήµα 27, φαίνεται σε σκαρίφηµα η κάµψη, σε οριζόντιο επίπεδο, ενός

αυτοφερόµενου αµαξώµατος, µετά από πλευρική σύγκρουση.

Σχήμα 28. Κάµψη αυτοφερόµενου αµαξώµατος µετά από πλευρική σύ-

γκρουση



Στο σχήµα 29, φαίνεται σε σκαρίφηµα η παραµόρφωση ενός αυτοφερόµενου

αµαξώµατος, µετά από µια πλαγιοµετωπική σύγκρουση.

Σχήμα.29 Παραµόρφωση αυτοφερόµενου αµαξώµατος από

πλαγιοµετωπική σύγκρουση

Στο σχήµα 30, φαίνεται σε σκαρίφηµα η παραµόρφωση ενός αυτοφερόµενου

αµαξώµατος, µετά από περιστροφή, ως προς τον διαµήκη άξονα (ντελαπάρισµα) ενός

οχήµατος.



Σχήμα 30 Παραµόρφωση αυτοφερόµενου αµαξώµατος, µετά από

περιστροφή, ως προς τον διαµήκη άξονα (ντελαπάρισµα)

Πλαίσιο αµαξώµατος επιβατικών αυτοκινήτων

4.1.1 Σκαριφηµατική απεικόνιση

Το πλαίσιο είναι µια ισχυρή µεταλλική κατασκευή, στην οποία στηρίζεται το

αµάξωµα και οι µηχανισµοί ενός αυτοκινήτου. Σήµερα, το ανεξάρτητο u960 πλαίσιο

χρησιµοποιείται σε µερικούς τύπους σπορ και µεγάλου κυβισµού αυτοκινήτων.

Στο σχήµα 26, φαίνονται διάφορες µορφές ανεξάρτητων πλαισίων µε την

ονοµασία τους, σε αξονοµετρική σχεδίαση και σε σκαριφηµατική απεικόνιση

"παραλληλόγραµµο"



"σκάλας"

.

"χιαστί"

"σωληνωτό ή µε κεντρική δοκό"

Σχήμα 31. Μορφές ανεξαρτήτων πλαισίων αµαξωµάτων



Το ανεξάρτητο παραλληλόγραµµο πλαίσιο αποτελείται από δύο κατά µήκος

δοκούς (µηκίδες) και µερικές εγκάρσιες δοκούς (διαδοκίδες). Στο πλαίσιο τύπου

"σκάλας", η απόσταση των µηκίδων είναι µικρότερη στο µπροστινό µέρος, για

διευκόλυνση της στροφής των τροχών, ενώ στο "χιαστί" πλαίσιο, έχουµε σύγκλιση

και απόκλιση των παραλλήλων δοκαριών. Στο σωληνωτό πλαίσιο, υπάρχει µια

κεντρική δοκός µε ένα δίχαλο στο ένα άκρο, όπου τοποθετείται ο κινητήρας.

4.1.2 ∆ιατοµές κύριων µερών φέρουσας κατασκευής

Οι µηκίδες των πλαισίων είναι συνήθως διαφόρων διατοµών όπως ορθογωνική,

σχήµατος "U", διπλού "Τ" και κυκλική (σχήµα 31). Οι ορθογωνικές (κιβωτοειδείς)

διατοµές παρουσιάζουν πολύ καλή αντοχή σε κάµψη και στρέψη και συνήθως

χρησιµοποιούνται στα πλαίσια αµαξωµάτων επιβατικών αυτοκινήτων.

Σχήμα 32. Μορφές διατοµών πλαισίων



4.1.3 Λεπτοµέρειες λυόµενων συνδέσεων

Η στήριξη του αµαξώµατος, πάνω στο πλαίσιο, γίνεται µε ελαστικά δακτυλίδια και

κοχλίες. Στο σχήµα 33, φαίνονται τα µέρη ενός ελαστικού συνδέσµου αµαξώµατος και ο

τρόπος στήριξης επάνω στο αµάξωµα.

1. Κοχλίας

2. Πάνω ελαστική βάση

3. Μεταλλική κυλινδρική προσθήκη

4. Κάτω ελαστική βάση

5. Περικόχλιο

Σχήμα 33. Σύνδεση πλαισίου και αµαξώµατος

4.2 Ζηµιές πλαισίου αµαξώµατος 4.2.1 Απεικόνιση ζηµιών σε σκαρίφηµα

Το πλαίσιο των αµαξωµάτων, µετά από µια σύγκρουση, µπορεί να στρεβλωθεί

(παραµορφωθεί) στο οριζόντιο αλλά και στο κατακόρυφο επίπεδο.

Στο οριζόντιο επίπεδο, οι πιο συνηθισµένες στρεβλώσεις είναι η µετατόπιση τη µιας

µηκίδας ως προς την άλλη ή η κάµψη του αµαξώµατος. Οι στρεβλώσεις αυτές



προέρχονται από πλαγιοµετωπικές ή πλευρικές συγκρούσεις. Στο σχήµα 34

φαίνονται, σε σκαρίφηµα, οι στρεβλώσεις στο οριζόντιο επίπεδο.

µετακίνηση µηκίδων σε οριζόντιο επίπεδο

κάµψη µηκίδων σε οριζόντιο επίπεδο

Σχήμα 34. Στρεβλώσεις πλαισίου στο οριζόντιο επίπεδο σε σκαρίφηµα

Στο κατακόρυφο επίπεδο, η παραµόρφωση του πλαισίου οφείλεται σε κάµψη ή

σε συστροφή των δύο δοκών. Η συστροφή των δύο δοκών συµβαίνει, όταν οι

παράλληλοι δοκοί του πλαισίου δε βρίσκονται στο ίδιο οριζόντιο επίπεδο, αλλά η µια

δοκός βρίσκεται ψηλότερα και η άλλη χαµηλότερα ως προς την κανονική θέση του

πλαισίου. Στο σχήµα 35, φαίνονται, σε σκαρίφηµα. οι στρεβλώσεις στο κατακόρυφο ε-

πίπεδο.



κάµψη στο κατακόρυφο επίπεδο

συστροφή

Σχήμα 35. Οι στρεβλώσεις στο κατακόρυφο επίπεδο.

4.2.2 Αποτυπώσεις ζηµιών µετά από µετρήσεις

Ο έλεγχος της µετατόπισης των µηκίδων, στο οριζόντιο επίπεδο, γίνεται µε

απευθείας µετρήσεις στο πλαίσιο, µε χρήση των ειδικών ελεγκτήρων µέτρησης

µηκών αµαξωµάτων ή µε έµµεση µέτρηση του ίχνους συµµετρικών σηµείων του πλαισί-

ου, που προβάλλονται στο δάπεδο, µε τη βοήθεια νήµατος

στάθµης. Στην περίπτωση αυτή, εάν το πλαίσιο δεν έχει παραµόρφωση, τα σηµεία

τοµής των διαγωνίων των συµµετρικών σηµείων του πλαισίου θα πρέπει να

τέµνονται επάνω στον άξονα συµµετρίας (χ-χ') (σχήµα 35).



Σχήμα 35. Έλεγχος µετατόπισης των µηκίδων ενός πλαισίου, µε έµµεση

µέτρηση των διαστάσεων του ίχνους των σηµείων του

Ο έλεγχος ευθυγράµµισης του πλαισίου, από οριζόντια ή κάθετη στρέβλωση,

γίνεται µε τρεις τηλεσκοπικούς ελεγκτήρες µε πείρο σκόπευσης στο κέντρο, οι οποίοι

αναρτώνται από το πλαίσιο. Όταν οι πείροι σκόπευσης είναι σε ευθεία το πλαίσιο

είναι κανονικό, εάν είναι παράλληλα µετατοπισµένοι έχουµε οριζόντια στρέβλωση

και όταν είναι υπό γωνία έχουµε κάθετη στρέβλωση.



Ανάρτηση ελεγκτήρων ευθυγράµµισης πλαισίων

ελεγκτήρες σε ευθεία ελεγκτήρες παράλληλα ελεγκτήρες σε γωνία

(πλαίσιο κανονικό µετατοπισµένοι (πλαίσιο µε (πλαισιο με καθετη

οριζόντια στρέβλωση) στρεβλωση).

Σχήμα 36. Ανάρτηση ελεγκτήρων ευθυγράµµισης πλαισίων

Κεφάλαιο 5 ΤΑ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΑ ΜΑΣ ΕΙΝΑΙ ΕΝΑ ΤΕΛΕΙΟ ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ ΓΙΑ ΤΟ ΠΩΣ Η ΕΞΥΠΝΑΔΑ ΜΠΟΡΕΙ ΝΑ ΔΑΜΑΣΕΙ ΤΗΝ ΑΚΑΤΕΡΓΑΣΤΗ ΔΥΝΑΜΗ.

Ένα κινούμενο όχημα είναι γεμάτο ενέργεια. Εάν ξαφνικά συγκρουστεί με κάτι, όλη αυτή η ενέργεια πρέπει να διοχετευθεί κάπου και το καλύτερο μέρος είναι μακριά από εσάς. Γι αυτό και τα αυτοκίνητά μας είναι σχεδιασμένα να απορροφούν την ενέρ-γεια σε όλα τα σωστά σημεία.



5.1 Η εμπειρία μας σας προστατεύει

Για να το πετύχουμε αυτό, τα αυτοκίνητα Toyota έχουν ειδικές ζώνες παραμόρ-

φωσης στο μπροστινό και πίσω μέρος ώστε να απορροφούν όσο το δυνατόν περισσό-τερη ενέργεια από τη σύγκρουση. Η υπόλοιπη ενέργεια διασκορπάται στο αμάξωμα. Αυτή η δομή απορρόφησης ενέργειας έχει ως αποτέλεσμα την προστασία της κα-μπίνας των επιβατών. Τα αυτοκίνητα της Toyota διαθέτουν ενισχυμένα σημεία στα μπροστινά και πλαϊ-νά μέρη σε προσεκτικά υπολογισμένα διαστήματα που επιτρέπουν την παραμόρφωση τους και την αποτελεσματική απορρόφηση της ενέργειας της σύγκρουσης. Οι επιβά-τες προστατεύονται από τις πλάγιες συγκρούσεις από ενισχυμένες μπάρες προστασίας και ειδική ενίσχυση των δαπέδων. Οι πόρτες διαθέτουν ενσωματωμένες μπάρες προ-στασίας που απορροφούν την ενέργεια της σύγκρουσης και μειώνουν το βαθμό εισόδου της πόρτας στην καμπίνα των επιβατών. Συνήθως το εμπρόσθιο και πίσω μέρος ενός αυτοκι νήτου απορροφά την περισσότερη ενέργεια μιας σύγκρουσης, αλλά όσο αυξάνε-ται η ταχύτητα τόσο μειώνεται η αποτελεσματικότητα αυτών των ζωνών παραμόρφω-σης.

Βέβαια δεν υπάρχουν μόνο μετωπικές συγκρούσεις, για αυτό και συνεχίζουμε να βρίσκουμε τρόπους να μειώνουμε τις πιθανότητες σοβαρών τραυματισμών σε όλο και μεγαλύτερες ταχύτητες σύγκρουσης και παράλληλα να προστατεύουμε τους επιβάτες από όσο το δυνατόν περισσότερες μορφές σύγκρουσης. Αλλά, οι ζώνες παραμόρφω-σης είναι μόνο ένα μέρος του ζητήματος. Η καμπίνα των επιβατών πρέπει να είναι ακρι-βώς το αντίθετο - δυνατή και ασφαλής.

Το καλύτερο σενάριο σε περίπτωση μετωπικής σύγκρουσης είναι να παραμορ-φωθεί το εμπρός μέρος του αυτοκινήτου ενώ η καμπίνα των επιβατών να παραμείνει ανέπαφη. Οι ειδικοί της Toyota εργάζονται συνεχώς προς τη ν ανάπτυξη συστημάτων βελτίωσης της ακεραιότητας της καμπίνας των επιβατών χρησιμοποιώντας έξυπνες λύ-σεις που βελτιώνουν την ακαμψία χωρίς να προσθέτουν περιττό βάρος. Η ολοκληρω-μένη αυτή προσέγγιση των θεμ άτων ασφαλείας είναι ο λόγος που τα αυτοκίνητα Toyota έχουν εκπληκτικές αποδόσεις στα crash tests της Euro NCAP - 4 αστέρια για το Camry και το Yaris.

Στο αμάξωμα, οι κατασκευαστές φροντίζουν ώστε, σε περίπτωση σύγκρουσης, το μεγαλύτερο ποσοστό κινητικής ενέργειας να μπορεί να μετατραπεί σε έργο παρα-μόρφωσης. Ετσι, η κατασκευή των τμημάτων των αυτοκινήτων γίνεται με τρόπο που τους δίνει τη δυνατότητα να μπορούν να απορροφούν μεγάλα ποσοστά ενέργειας, α-ποφεύγοντας, όσο γίνεται, την παραμόρφωση στο χώρο των επιβατών. Αυτό έγινε για πρώτη φορά στο Rover 2000 P6, το 1960.

Σήμερα, τα καθίσματα έχουν υποχρεωτικά προσκέφαλα, κατασκευάζονται από υλικά που τα κάνουν ιδιαίτερα ανθεκτικά σε μεγάλα φορτία, με έδρανο «αντιβύθισης» ώστε να μη γλιστρούν οι επιβάτες κάτω από τις ζώνες ασφαλείας.Παράλληλα, υπάρ-χουν και «ενεργά προσκέφαλα» που αν μας τρακάρει κάποιο αυτοκίνητο από πίσω, ση-κώνονται και έρχονται πιο μπροστά περιορίζοντας τραυματισμό του αυχένα.

Mε βάση τις οδηγίες της Eυρωπαϊκής Ενωσης, όλα τα νέα μοντέλα πρέπει να περάσουν από δοκιμές πρόσκρουσης. Στην Ευρώπη υπάρχει μόνο ο οργανισμός EuroNCAP που δουλεύει παράλληλα με τους κατασκευαστές και τη FIA. H απαιτούμενη δοκιμασία είναι πλαγιομετωπική σύγκρουση που καλύπτει το 40% της επιφάνειας του αυτοκινήτου με ταχύτητα 64 χμ/ώ, πλευρική με 50 χμ/ώ και πλευρική πρόσκρουση σε μεταλλικό στύλο με 29 χμ/ώ.



Kατά τη διάρκεια των δοκιμών, στις καμπίνες των αυτοκινήτων τοποθετούνται ει-δικές κούκλες που εξομοιώνουν το ανθρώπινο σώμα, εξοπλισμένες με ηλεκτρονικά συ-στήματα και αισθητήρες ακριβείας για μέτρηση των βλαβών. Η σύγκρουση καταγράφε-ται από κάμερες υψηλής ταχύτητας λήψης και αναλύεται σε υπολογιστές. Aπό τα στοι-χεία αυτά εξαρτώνται ο σχεδιασμός και ο εξοπλισμός του αυτοκινήτου, αφού ο κατα-σκευαστής πρέπει να «επιτύχει» τιμές που να μην υπερβαίνουν τα όρια των ισχυουσών προδιαγραφών. Aνάλογα, έχουν κατασκευαστεί και ειδικοί εξομοιωτές με προγράμματα πρόσκρουσης, που όμως δεν θεωρούνται ακριβή υποκατάστατα πρόσκρουσης. Εντού-τοις, ακόμη και αυτά τα προγράμματα βάζουν το λιθαράκι τους στον τομέα της παθητι-κής ασφάλειας, βοηθώντας ουσιαστικά στην καλύτερη σχεδίαση του αμαξώματος.

Τα σημερινά αυτοκίνητα είναι ιδιαίτερα ασφαλή, αλλά σε καμία περίπτωση ο πα-ράγοντας άνθρωπος δεν μπορεί να προβλεφθεί. Γι’ αυτό το καλύτερο και πιο εξελιγμένο σύστημα ασφάλειας είναι ο ίδιος μας ο εαυτός!

5.2 ΤΑ ΘΥΜΑΤΑ ΤΩΝ ΤΡΟΧΑΙΩΝ Καθημερινά 5 άνθρωποι, κατά μέσο όρο, χάνονται στην Ελλάδα, 300 στην Ευ-ρώπη και 3.242 σε όλο τον κόσμο από τροχαία δυστυχήματα! Αυτή τη ζοφερή πραγμα-τικότητα προσπαθούν να αντιμετωπίσουν εδώ και κάμποσα χρόνια οι κατασκευαστές αυτοκινήτων και -κυρίως- οι συνεργαζόμενοι μ’ αυτούς οίκοι ηλεκτρονικών εφαρμογών. Ο αριθμός αυτός πρέπει να έχει δραστικά μειωθεί στις χώρες της Ε.Ε., βάσει εντολής της Κομισιόν, μέχρι το 2010.

5.3 ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ MERCEDES BENZ

1958: Ασφάλειες θυρών με σφηνοειδή ακίδα. 2 Ιουλίου: Συμπλήρωση αίτησης προς κατοχύρωση πατέντας για τις ασφάλειες θυρών με σφηνοειδή ακίδα και δύο συ-γκρατητήρες. Αυτός ο καινοτομικός σχεδιασμός, ο οποίος εμποδίζει τις πόρτες από το να ανοίξουν βίαια ή να μπλοκάρουν στην περίπτωση ατυχήματος, εφαρμόζεται σε αυ-τοκίνητα παραγωγής το 1959.

1959: Το πρώτο αυτοκίνητο παραγωγής με αμάξωμα ασφαλείας. 11 Αυγούστου:

Ο τύπος συγκεντρώνεται για την παρουσίαση των νέων εξακύλινδρων μοντέλων tail fin 220, 220 S και 220 SE – τα πρώτα αυτοκίνητα παραγωγής παγκοσμίως με αμάξωμα ασφαλείας που διαθέτει ενσωματωμένες ζώνες παραμόρφωσης καθώς και ειδικό εσω-τερικό σχεδιασμό για την ελαχιστοποίηση των κινδύνων τραυματισμού σε ένα ατύχημα (ταμπλώ το οποίο υποχωρεί κατά την πρόσκρουση, τιμόνι με μεγάλη πλακέτα πρό-σκρουσης, εξωτερικούς καθρέπτες ειδικά σχεδιασμένοι για να υποχωρούν με την επα-φή, πολυστρωματικά πρεβάζια παραθύρων, πυλώνες θυρών, αλεξήλια και τασάκια, πλάτες καθισμάτων με ασφαλιστικές συνδέσεις στις βάσεις και εσωτερικές και εξωτερι-κές χειρολαβές θυρών οι οποίες υποχωρούν κατά την πρόσκρουση.

1969: Έναρξη της έρευνας ατυχημάτων. Επίσημη έναρξη των ερευνών από τη

Mercedes-Benz μέσω ανάλυσης πραγματικών ατυχημάτων.

1978: Παγκόσμιο ντεμπούτο του ABS. Το σύστημα κατά της εμπλοκής των τρο-χών AΒS στη Mercedes-Benz S-Class (σειρά 116) βελτιώνει αισθητά την οδική ασφά-λεια. Το σύστημα εμποδίζει τους τροχούς από το να μπλοκάρουν σε καταστάσεις έντο-νης πέδησης και λειτουργεί το ίδιο αξιόπιστα σε βρεγμένο οδόστρωμα όσο λειτουργεί



και σε στεγνό. Χάρη στο ABS, οι οδηγοί μπορούν πλέον να αποφεύγουν ατυχήματα φρενάροντας και οδηγώντας ταυτόχρονα γύρω από τα ενδεχόμενα εμπόδια.

1995: Λανσάρισμα του ηλεκτρονικού προγράμματος ευστάθειας ESP®. Αν το

σύστημα οδηγικής ασφάλειας ESP® αναγνωρίσει μία κρίσιμη οδηγική κατάσταση, μπο-ρεί να ασκήσει ακριβή ισχύ πέδησης σε έναν ή περισσότερους τροχούς, όπως ακριβώς απαιτείται. Επιπλέον, αν το σύστημα κρίνει πως είναι αναγκαίο, μπορεί να ρυθμίσει τη μετάδοση της ροπής του κινητήρα αντίστοιχα. Με αυτόν τον τρόπο, το ESP® βοηθά τον οδηγό να σταθεροποιήσει το όχημα – ιδιαίτερα στις στροφές ή σε απότομους ελιγμούς. Παρ' όλα αυτά, το ESP® μπορεί να βοηθήσει τον οδηγό μόνο μέσα στα πλαίσια του λο-γικού.

1997: Λανσάρισμα του συστήματος υποβοήθησης πέδησης BAS. Μέσα σε προ-

σομειωτή οδήγησης, οι μηχανικοί στη Mercedes-Benz ανακάλυψαν πως, παρ' όλο που οι οδηγοί ασκούν πέδηση έκτακτης ανάγκης ιδιαίτερα γρήγορα, συχνά δεν πατούν το pedal του φρένου με επαρκή δύναμη. Η ανακάλυψη αυτή οδήγησε στην εξέλιξη του Brake Assist το οποίο, σήμερα, αποτελεί βασικό εξοπλισμό όλων των επιβατικών Mercedes-Benz. Το σύστημα παρακολουθεί διαρκώς την ταχύτητα με την οποία ο οδη-γός πατάει το pedal του φρένου και τροφοδοτεί αυτές τις πληροφορίες στη μονάδα ε-λέγχου BAS, η οποία τις συγκρίνει συνεχώς. Αν η ταχύτητα κινητοποίησης είναι σημα-ντικά μεγαλύτερη από τα συνηθισμένα επίπεδα, το Brake Assist ενεργοποιεί μία σωλη-νοειδή βαλβίδα η οποία παράγει και ασκεί τη μέγιστη πίεση πέδησης.

1998: Μία ολοκαίνουρια S-Class. Η S-Class (σειρά 220) έφερε μαζί της περισσό-

τερες από 30 τεχνολογικές καινοτομίες, όπως τους εμπρόσθιους μετωπικούς αερόσα-κους δύο σταδίων ενεργοποίησης, προεντατήρες και περιοριστές ισχύος ζωνών ασφα-λείας για τα οπίσθια καθίσματα, το σύστημα αναγνώρισης παιδικού καθίσματος ACSR και το σύστημα αερανάρτησης AIRMATIC με προσαρμοζόμενη απόσβεση κραδασμών.

2002: Γέννηση του PRE-SAFE®. Μία παγκόσμια πρωτιά στην S-Class (αναβάθ-

μιση σειράς 220): Η εισαγωγή του συστήματος προληπτικής προστασίας επιβατών PRE-SAFE® (με αναστρέψιμους προεντατήρες ζωνών, αυτόματη προσαρμογή θέσης καθισμάτων και αυτόματο κλείσιμο παραθύρων και ηλιοροφής), σηματοδοτεί την αρχή μίας νέας εποχής για την ασφάλεια στη Mercedes-Benz – μία εποχή που χαρακτηρίζε-ται από τη συνεργασία της ενεργητικής και της παθητικής ασφάλειας.

2005: DISTRONIC PLUS και BAS PLUS. Και τα δύο συστήματα πρωτολανσαρί-στηκαν στην S-Class (σειρά 221). Το DISTRONIC PLUS διαθέτει μία νέα, βολική αυτό-ματη λειτουργία ακινητοποίησης και επανεκκίνησης. Οι ενσωματωμένοι αισθητήρες χρησιμοποιούνται και στην αναβάθμιση της λειτουργικότητας του συστήματος Brake Assist. Αν το αυτοκίνητο πλησιάζει επικίνδυνα ένα εμπόδιο, το σύστημα υπολογίζει την απαιτούμενη ισχύ πέδησης για την αποφυγή του ατυχήματος και ακινητοποιεί το αυτο-κίνητο μέσα στην ωφέλιμη απόσταση. Αν ο οδηγός πατήσει το pedal του φρένου καθώς στο αυτοκίνητο πλησιάζει το εμπόδιο, η απόκριση πέδησης καθορίζεται από από την πληροφορία που δίνει ο οδηγός.

5.4 Το FIA Institute εξέλιξε το σύστημα αυξημένης προστασίας επιβατών σε

πλάγιες συγκρούσεις



Eίναι γνωστό ότι ο μηχανοκίνητος αθλητισμός αποτελεί το πεδίο εφαρμογής ό-λων των πρότυπων συστημάτων ασφάλειας που εφευρίσκει η αυτοκινητοβιομηχανία. Από τους προεντατήρες έως το ABS και από τα ενεργά προσκέφαλα έως τις ζώνες πα-ραμόρφωσης έχουν βρει εφαρμογή πρώτα στα αγωνιστικά οχήματα, δοκιμάστηκαν, α-ξιολογήθηκαν και στη συνέχεια τοποθετήθηκαν στα μοντέλα μαζικής παραγωγής. Aλλο ένα νέο σύστημα προστασίας οδηγού και συνοδηγού βρήκε εφαρμογή στα αυτοκίνητα του Παγκόσμιου Πρωταθλήματος Ράλι.

Πρόκειται γα το προηγμένο σύστημα προστασίας επιβατών από τις πλευρικές συγκρούσεις που ήδη δύο ομάδες (Citreon-Ford) που συμμετέχουν στο εφετινό Π.Π. Ράλι της FIA το έχουν τοποθετήσει στα αγωνιστικά τους μοντέλα. Το σύστημα, που εξελίχθηκε από το Ινστιτούτο της Διεθνούς Ομοσπονδίας Αυτοκινήτου - FIA Institute, ενσωματώθηκε στα αυτοκίνητα στο κενό μεταξύ πόρτας και καθίσματος και έχει σχεδιαστεί για να προστατεύει τον οδηγό και τον συνοδηγό από τις επιπτώσεις προσκρούσεων σε περίπτωση ατυχήματος. Το διάκενο μεταξύ της πόρτας-καθίσματος (περίπου 200 χιλιοστά) αποδεικνύεται πολύ χρήσιμο, καθώς βοηθά στην ελαχιστοποίηση της ενέργειας και των δυνάμεων του σώματος του επιβάτη σε περίπτωση σύγκρουσης. Στο διάκενο αυτό «συμπληρώνεται» υψηλής απόδοσης υλικό απορρόφησης ενέργειας, το οποίο επιτρέπει την «εξασθένη-ση» των δημιουργούμενων δυνάμεων και της ενέργειας της σύγκρουσης .

Δύο επιπλέον τμήματα έχουν εγκριθεί από τη FIA για προσθήκη ειδικού αφρού: ένα μέσα στην κοιλότητα κάθε πόρτας και ένα μεταξύ της πόρτας και του καθίσματος. Eτσι επιτυγχάνεται η ενίσχυση της παθητικής ασφάλειας του αυτοκινήτου, συμβάλλο-ντας στη μείωση των αναπτυσσόμενων δυνάμεων.

Ακόμη όλα τα τζάμια (πόρτας-παραθύρων) με τους μηχανισμούς τους έχουν α-φαιρεθεί και έχουν αντικατασταθεί με διαφανή συρόμενα παράθυρα από πολυανθρα-κούχο υλικό, τα οποία μπορούν να βγουν γρήγορα και χωρίς εργαλεία, τόσο μέσα όσο και έξω από το αυτοκίνητο.

Η νέα προδιαγραφή των αγωνιστικών καθισμάτων –η οποία εφαρμόζεται από τα τέλη του 2008– αποτελεί επίσης αναπόσπαστο μέρος στις υπάρχουσες προδιαγραφές για τις ανεπιθύμητες επιπτώσεις της πρόσκρουσης. Eχει σημαντική βελτίωση της ασφάλειας, στην περίπτωση οπίσθιων συγκρούσεων καθώς αυξάνει σημαντικά την προστασία του ισχίου, του ώμου και του κεφαλιού κατά τη διάρκεια της σύγκρουσης με τη μεταφορά των αναπτυσσόμενων δυνάμεων στα σώματα των επιβατών.

Η έδρα του καθίσματος και οι θέσεις των ζωνών ασφαλείας έχουν καθοριστεί για βελτιστοποιημένη γεωμετρία με γωνίες που εξασφαλίζουν αποτελεσματικά τη συγκρά-τηση του σώματος. Μια πραγματική δοκιμή με υψηλές δυνάμεις πρόσκρουσης απέδειξε ότι οι ανεπιθύμητες επιπτώσεις από τις δυνάμεις μέχρι 100 G (!) μπορούν να «συγκρο-τηθούν». Aυτό σημαίνει ότι ο οδηγός και ο συνοδηγός δεν θα έχουν σοβαρούς τραυμα-τισμούς.

5.5 ΑΥΤΟΦΕΡΟΜΕΝΟ ΠΛΑΙΣΙΟ ΚΑΙ ΖΩΝΕΣ ΠΑΡΑΜΟΡΦΩΣΗΣ

Σύστημα προστασίας πεζών από τη Honda



Φιλικό προς του πεζούς καπό από τη Honda

Το νέο σύστημα της Honda σε περίπτωση σύγκρουσης με πεζό ανασηκώνει το κα-

πό του κινητήρα, μειώνοντας έτσι την πιθανότητα σοβαρής πρόσκρουσης με το κεφάλι του πεζού, μιας και δημιουργεί ένα κενό ασφαλείας ανάμεσα σε αυτό και τα σκληρά μέ-ρη του κινητήρα.

Η Honda έχει αφοσιωθεί στην εξέλιξη των τεχνολογιών που έχουν σχεδιαστεί ώστε να βοηθούν στην πρόληψη ατυχημάτων που σχετίζονται με πεζούς. Το νέο της σύστη-μα σε περίπτωση σύγκρουσης με πεζό ανασηκώνει το καπό του κινητήρα, μειώνοντας έτσι την πιθανότητα σοβαρής πρόσκρουσης με το κεφάλι του πεζού και προσφέροντας επιπρόσθετη απόσταση από τα μέρη του κινητήρα. Το εκτινασσόμενο καπό για την α-σφάλεια των πεζών κάνει χρήση τριών αισθητήρων που είναι τοποθετημένοι μέσα στον μπροστινό προφυλακτήρα και ενός αισθητήρα ταχύτητας του αυτοκινήτου, οι οποίοι κα-θορίζουν εάν έχει επέλθει σύγκρουση με κάποιον πεζό. Στη συνέχεια δίνουν σήμα σε ένα μηχανισμό κίνησης ώστε να ανοίξει το μπροστινό μέρος του καπό κατά περίπου 10 εκατοστά. Με αυτό τον τρόπο δημιουργείται χώρος ανάμεσα στο καπό, τον κινητήρα και τα άλλα σκληρά εξαρτήματα του εμπρόσθιου τμήματος του οχήματος ώστε να μειωθεί η πιθανότητα τραυματισμού κυρίως στο κεφάλι του πεζού που είναι και το πιο ευπαθές τμήμα.

Η χρήση του εκτινασσόμενου καπό για την ασφάλεια των πεζών μπορεί να επιφέρει περίπου 40% μείωση των HIC (Κριτήρια Εγκεφαλικών Τραυματισμών) σύμφωνα με εσωτερικές έρευνες της Honda. Με αυτό επιτυγχάνεται μεγαλύτερο επίπεδο ασφαλείας των πεζών ακόμα και σε μοντέλα που ο σχεδιασμός τους καθιστά δύσκολη την παροχή επαρκούς απόστασης ανάμεσα στο καπό, τον κινητήρα και άλλα σκληρά εξαρτήματα του οχήματος.

5.5.1 Ασφάλεια πεζών και πρωτοπορία

Η Honda εγκαινίασε για πρώτη φορά την τεχνολογία Μείωσης Τραυματισμών των Πεζών με το HR-V το 1998, εφαρμόζοντας μια κατασκευή αμαξώματος που είχε σχεδιαστεί ώστε να μειώνει τη δύναμη σύγκρουσης με το κεφάλι του πεζού. Με το λαν-σάρισμα του Civic το 2000 προστέθηκαν επιπλέον μέτρα ώστε να μειώνονται οι τραυ-ματισμοί στα πόδια -ένα μέρος του σώματος που τραυματίζεται συχνά. Κατασκευές α-πορρόφησης της σύγκρουσης εφαρμόζονται στο καπό του κινητήρα, στους μεντεσέδες του καπό, στους μπροστινούς προφυλακτήρες, στους προφυλακτήρες και σε άλλα τμή-ματα του οχήματος. Ιδιαίτερα στον τομέα των ατυχημάτων που σχετίζονται με πεζούς, η Honda ξεπέρασε πολλούς κατασκευαστές, αποκαλύπτοντας το 1998 την πρώτη κούκλα δοκιμών - πεζό -την POLAR I-, ώστε να αποσαφηνίσει την κινηματική των ατυχημάτων που αφορούσαν πεζούς και για να υποστηρίξει την ανάπτυξη τεχνολογιών για την προ-στασία τους. Το 2000 ακολούθησε η POLAR II, η κατασκευή της οποίας πλησιάζει ακό-μα περισσότερο στον άνθρωπο.



ΚEΦΑΛΑΙΟ 6: ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ: Audi Space Frame (ASF)

6.1. ΑΦΡΩΔΕΣ ΑΛΟΥΜΙΝΙΟ

Η εμπορική ονομασία του είναι SmartMetal. Και, από την πρώτη στιγμή που ανακοι-νώθηκε ότι βρέθηκε ο τρόπος οικονομικής παραγωγής του, πολλοί έξυπνοι άνθρωποι άρ-χισαν να νοιώθουν σαν χαζοί, ακριβώς επειδή δεν σκέφτηκαν μια τόσο απλή ιδέα.

Η εμπορική ζωή του δεν ξεπερνά τον ένα χρόνο. Παρόλα αυτά, έχει ήδη προλάβει να ξε-σηκώσει το παγκόσμιο ενδιαφέρον ως το υλικό που θα προσφέρει νέες διαστάσεις στην έ-ρευνα της παθητικής ασφάλειας. (Και, πηγαίνοντας την «προφητεία» ένα βήμα παραπέρα, το Smart Metal ίσως αποδειχθεί ως το υλικό που θα ωθήσει προς τον κάλαθο των αχρή-στων, πολλές από τις γνώσεις, τους αλγόριθμους και τις εφαρμογές λογισμικού που αφο-ρούν στην προσομοίωση της δυναμικής συμπεριφοράς των αυτοφερόμενων πλαισίων κα-τά τη στιγμή της σύγκρουσης!) To SmartMetal δεν είναι τίποτε άλλο από ένα κοινό κράμα αλουμινίου (συνήθως 6061) το οποίο έχει αποκτήσει τη σπογγώδη μορφή του μέσα από μιαν απλούστατη διαδικασία η οποία, σε πολλά σημεία της, φαίνεται σαν να έχει αντιγραφεί κατευθείαν από τη μέθοδο παραγωγής της αφρώδους σοκολάτας!

Αυτό το αφρώδες (και πανάλαφρο) αλουμίνιο, παρουσιάζει μιαν εξαιρετική ιδιότητα: κατά τη διάρκεια της συμπίεσης του, η δύναμη με την οποία αντιστέκεται στην πλαστική του πα-ραμόρφωση είναι σταθερή (ή «περίπου σταθερή») για όσο χρόνο εξακολουθούν να υπάρ-χουν ασυμπίεστες φυσαλίδες στη δομή του. Με βάση αυτό το δεδομένο, μπορεί κανείς να υπολογίσει, αρκετά εύκολα, μέχρι ποιο επίπεδο θλιπτικής παραμόρφωσης ενός κομματιού αυτό θα συνεχίσει να απορροφά δες». Και, από ποιο σημείο και μετά, η περαιτέρω συμπί-εση του θα γίνει αιτία για εμφάνιση διαρκώς αυξανόμενης δύναμης αντίστασης, όπως α-κριβώς και το κοινό, συμπαγές αλουμίνιο.

Το ειδικό βάρος του SmartMetal είναι πολύ χαμηλότερο κι από αυτό του νερού, καθώς κυμαίνεται από 0,4gr/cc έως 0,7gr/cc. To γεγονός αυτό δίνει το κίνητρο σε πολλές αυτο-κινητοβιομηχανίες να έχουν αρχίσει να εξετάζουν τη δυνατότητα να «ενθέσουν» κομμάτια SmartMetal μέσα στη δομή των ατσάλινων αυτοφερόμενων πλαισίων έτσι ώστε να τους αυξήσουν σημαντικά την ικανότητα απορρόφησης ενέργειας, χωρίς, από την άλλη, να τα «φορτώσουν» με παρασιτικές μάζες που θα επηρεάσουν αρνητικά την οδική συμπερι-φορά και την κατανάλωση. Το πόσο αποτελεσματικό έχει αποδειχθεί, από τις πρώτες κιόλας δοκιμές, ένα τόσο απλό υλικό, φάνηκε από την αιφνίδια απόφαση της οργανώτριας αρχής του αμερικανικού πρω-ταθλήματος NASCAR Τον περασμένο Σεπτέμβριο απαίτησε από όλες τις ομάδες να χρη-σιμοποιήσουν μικρότερα τεπόζιτα στους εναπομένοντες αγώνες του πρωταθλήματος του 2002 που θα διεξάγονταν σε οβάλ πίστες με μήκος μεγαλύτερο του ενός μιλίου -και στο χώ-ρο που θα «περίσσευε», επέβαλε την τοποθέτηση δοκών από αφρώδες αλουμίνιο έτσι ώ-στε η περιοχή να μπορεί να απορροφήσει περισσότερη ενέργεια, στην περίπτωση που ένα αυτοκίνητο «φύγει» με το πίσω μέρος του προς τον τοίχο! Με την αρχική μέθοδο δημιουρ-γίας του, το αφρώδες αλουμίνιο παραγόταν στη μορφή πλακών, γεγονός που απαιτούσε τη μηχανική κατεργασία του κομματιού, προκείμενου να αποκτήσει το κατάλληλο σχήμα που θα του )^*'-j«f~ επέτρεπε να «σφηνωθεί» σε συγκεκριμένη θέση. Νεώτερες όμως μέ-θοδοι έχουν επιτρέψει τη χύτευση του αφρώδους αλουμινίου μέσα σε καλούπια, είτε με χαμηλή είτε με υψηλή πίεση, επιτρέποντας έτσι την απευθείας διαμόρφωση του αντι-κειμένου στο τελικό του σχήμα. Και όχι μόνο αυτό, αλλά και αποκτώντας και «δέρμα» από μασίφ αλουμίνιο, στην εξωτερική επιφάνεια του αντικειμένου, έτσι ώστε να εμφανίζει και αυξημένη στρεπτική ακαμψία, πέρα από την ικανότητα του να απορροφά ενέργεια κατά τη συμπίεση του.

Πορευόμαστε προς επανάσταση; Κατά τα φαινόμενα, ναι. Ιδιαίτερα αν σκεφτούμε ότι οι «ενθέσεις» αφρώδους αλουμινίου σε στρατηγικά σημεία του πλαισίου δεν θα αυξήσουν μόνο την παθητική ασφάλεια αλλά και την απορροφητικότητα τους στους κραδασμούς, δί-νοντας έτσι την εντύπωση στους επιβάτες ότι βρίσκονται σε ένα πολύ περισσότερο



Σχήμα 37: Τι μπορεί να κάνει κανείς με ένα τόνο αλουμινίου; Σύμφωνα με κάποιους υπο-

λογισμούς, ένας τόνος αλουμινίου επαρκεί για να κατασκευάσει κανείς 60.000 κουτάκια μπί-

ρας ή 40.000 σκληρούς δίσκους, χωρητικότητας ικανής για να αποθηκευθούν τα πε-

ριεχόμενα από όλα τα βιβλία που έχουν τυπωθεί στη Γη, από το Γουτεμβέργιο μέχρι σή-

μερα.Σύμφωνα με την Audi, όμως, θα μπορούσε να κάνει και κάτι πολύ πιο ενδιαφέρον:

να δημιουργήσει 7 πλαίσια ASF, τη στιγμή που, αν η επιλογή του ήταν το ατσάλι, θα

χρειαζόταν τη διπλάσια ποσότητα

«δεμένο» αλλά και βαρύτερο αυτοκίνητο. Και όλα αυτά, από ένα υλικό που, όταν «μαζι-

κοποιηθεί» η χρήση του, δεν θα κοστίζει πάνω από 2-3 ευρώ ανά κιλό. Και δεν χρειάζονται περισσότερα από 20 κιλά για να «μεταμορφώσουν», κυριολεκτικά, ένα αυτοκίνητο!

Αυτό όμως δεν σημαίνει ότι ένα «αλουμινένιο» αυτοκίνητο θα έχει το μισό βάρος από ένα ατσάλινο. Το πλαίσιο και το αμάξωμα αποτελούν ένα κλάσμα μόνο του συνολικού βά-ρους του αυτοκινήτου και όσο κι αν μειωθεί το βάρος τους, το ποσοστό μείωσης του συ-νολικού βάρους του αυτοκινήτου θα είναι πολύ μικρότερο - σε βαθμό «ασημαντότητας», από πρώτη άποψη, αν αναλογιστούμε τον «μπελά» της υιοθέτησης μίας εντελώς νέας τεχνολογίας.

Μέχρι και πριν από 15 χρόνια, η τάση των εργοστασίων ήταν να μειώνουν συνεχώς το βάρος των αυτοκινήτων (της μεσαίας κλάσης, ιδιαίτερα), αξιοποιώντας την έλευση των υπε-ρυπολογιστών αλλά και των συνεχώς βελτιούμενων υπολογιστικών μεθόδων στη φάση της σχεδίασης των αμαξωμάτων. Ο στόχος ήταν η επίτευξη ολοένα και χαμηλότερων κατανα-λώσεων, χωρίς τα αμαξώματα να στερηθούν της στοιχειώδους αντοχής τους.



Όλα αυτά όμως κράτησαν μέχρι και τις αρχές της δεκαετίας του '90. Αυτό που έκανε τα πράγματα να στραφούν προς την ακριβώς αντίθετη κατεύθυνση, ήταν η καθιέρωση του τεστ πλαγιομετωπικής σύγκρουσης μέσω του οποίου βγήκαν στην επιφάνεια κάποιες «θανάσιμες» ατέλειες στη σχεδίαση της δομής πολλών πλαισίων της εποχής.

Το αποτέλεσμα ήταν, σταδιακά, τα αυτοκίνητα να αποκτούν ολοένα και μεγαλύτερο βά-ρος, έστω κι αν αυτό δεν είχε, στην αρχή τουλάχιστον, σοβαρές αρνητικές επιπτώσεις στην κατανάλωση - κι αυτό, εξαιτίας της γενίκευσης, την εποχή εκείνη, των ψηφιακών συστημά-των διαχείρισης καυσίμου.

Το βάρος όμως δεν σταμάτησε να αυξάνεται, ακόμα και στα αυτοκίνητα των μικρότερων κατηγοριών. Θα μπορούσε μάλιστα να πει κάποιος ότι εκεί ήταν που τα ποσοστά αύξησης του βάρους βρέθηκαν με διψήφια νούμερα.

Η αιτία αυτής της πρόσθετης επιβάρυνσης των αυτοκινήτων, από ένα χρονικό σημείο και μετά, ας αναζητηθεί στις ολοένα και μεγαλύτερες αναβαθμίσεις του βασικού τους εξοπλι-σμού. Ενός εξοπλισμού για τον οποίο μόλις τώρα έχουν αρχίσει οι μελέτες βελτιστοποίη-σης του όγκου και (κυρίως) του βάρους του. Το σίγουρο πάντως είναι ότι το «κουβάλημα» αυτού του εξοπλισμού, βάρους δεκάδων κιλών, επιβαρύνει σημαντικά την κατανάλωση». Το -επίσης δυσάρεστο- γεγονός είναι ότι ο εξοπλισμός αυτός, ακριβώς εξαιτίας της φύσης του, δεν μπορεί να τοποθετηθεί παρά μόνο στα άκρα του μεταξονίου. Ή και έξω από αυτό, στις περισσότερες περιπτώσεις. Το αποτέλεσμα είναι, όσο αυξάνεται το βάρος αυτού του είδους του εξοπλισμού, να αυξάνεται δυσανάλογα και η «πολική αδράνεια» του αυτοκινήτου, κάνοντας το να συμπεριφέρεται σαν να είναι πολύ βαρύτερο συνολικά (και απαιτώντας α-νάλογες ρυθμίσεις στις αναρτήσεις κλπ.)

Κάπου εκεί, τα 50 ή 150 κιλά που μπορεί να εξοικονομήσει κάποιος κατασκευαστής από το συνολικό βάρος του αυτοκινήτου, επιλέγοντας το αλουμίνιο ως υλικό κατασκευής του πλαισίου και του αμαξώματος, αρχίζουν να φαίνονται εξόχως δελεαστικά. Κανείς βέβαια δεν θα επέλεγε ένα αυτοκίνητο της κατηγορίας "D" με προεξάρχον κριτήριο την κατά 10% μει-ωμένη κατανάλωση του εξαιτίας του μικρότερου βάρους του. Θα το επέλεγε όμως αν ήξερε ότι η οδική του συμπεριφορά θα αναβαθμιζόταν κατά το ισόποσο της βελτίωσης που θα πετύχαινε κανείς σε ένα οποιοδήποτε «συμβατικό» αυτοκίνητο της ίδιας κατηγορίας, αν άρ-χιζε να «πετάει» από πάνω του πράγματα, με σκοπό να το ελαφρύνει κατά 10%! Θα το ε-πέλεγε, επίσης, αν ήξερε ότι η «αίσθηση στιβαρότητας» που θα είχε, αν άλλαζε το υλικό κατασκευής (ή τις ενισχύσεις) ενός συμβατικού πλαισίου, θα ήταν ίση με αυτή ενός πολύ βαρύτερου αυτοκινήτου, χωρίς όμως αυτά τα «ενισχυτικά κιλά» να κάνουν την παρουσία τους αισθητή στις στροφές. Ανάμεσα σε αυτά τα δύο ακραία παραδείγματα, η Audi αποφάσισε, πολλά χρόνια πριν, να δημιουργήσει το αλουμινένιο Α8 για πολύ πιο «πρακτικούς» λόγους, κανείς από τους οποίους δεν είχε σχέση με τη δημιουργία ενός σημαντικά ελαφρύτερου αυτοκίνητου από το μέσο όρο του ανταγωνισμού. Αυτό που ήθελε, χρησιμοποιώντας την τεχνολογία ASF, ήταν να δημιουργήσει, σε πρώτη φάση, μια όσο γίνεται μεγαλύτερη καμπίνα επιβατών, χωρίς αυτό να γίνει αιτία για ένα δυσκίνητο (λόγω βάρους) αυτοκίνητο. Αλλά και χωρίς να υπάρξει (το αντίθετο, μάλιστα!) η παραμικρή υποβάθμιση της στρεπτικής στιβαρότητας ή μείωση της προστασίας των επιβατών του στις συγκρούσεις. Το πιο σπουδαίο όμως, για αυτήν, ήταν η δυνατότητα να «φορτώσει» το αυτοκίνητο με το ...σύμπαν, ως βασικό εξο-πλισμό (περιλαμβανομένης και μίας τετρακίνησης με κεντρικό διαφορικό Torsen), χωρίς το αυτοκίνητο να είναι βαρύτερο από τον αμιγώς «πισωκίνητο» ανταγωνισμό. Κι αυτή α-κριβώς η, χωρίς χάντικαπ βάρους, τετρακίνητη «αποκλειστικότητα» του, εί ναι το βασικό εμπορικό ατού του Α8.

«Το κορμί μου, είναι μόνο η αφορμή...», λέει σε κάποια στροφή το γνωστό τραγούδι του Χατζηδάκη, το οποίο «κολλάει» όσο κανένα άλλο στη συγκεκριμένη περίπτωση. Βλέπετε, κανείς δεν θα αγόραζε ένα Α8 επειδή είναι -και καλά...-«αλουμινένιο». Το αγόρασαν όμως ...όσοι ήθελαν να επωφεληθούν από άλλα προσόντα του αυτοκινήτου των οποίων η ύ-παρξη δεν θα ήταν απαλλαγμένη από το «τίμημα του βάρους» αν, στο επίκεντρο της ύ-παρξης του Α8, δεν υπήρχε κάποιος κλωβός από αλουμίνιο!

Για να μπορέσει όμως να υπάρξει, στις μέρες μας, «αλουμινένιο» πλαίσιο με συμπεριφορά ίση ή και καλύτερη από τα αντίστοιχα ατσάλινα της ποιοτικής κατηγορίας στην οποία ανήκει ένα αυτοκίνητο σαν το Α8, έπρεπε να διανυθεί ένας μακρύς ερευνητικός δρόμος, τα τελευ-ταία 20 χρόνια...



Σχήμα 38:Πρώτες μορφές του Audi

6.2.MAΘΗΜΑΤΑ ΟΙΚΟΝΟΜΙΑΣ...ΑΝΑΛΩΣΙΜΩΝ!

Η δομή του Audi Space Frame (ASF) αποτελείται από χυτά κομμάτια (κόκκινο χρώμα), πρε-σαριστά ελάσματα (πράσινο χρώμα) και, τέλος, δοκούς (μπλε χρώμα) κατασκευασμένες είτε από «εξωθημένο» προφίλ είτε από εξελασμένα τμήματα προφίλ, πριτσινωμένα μεταξύ τους. (Σχ. 39) Κάθε ένα χυτό κομμάτι επιτελεί το ρόλο του «τοπικά παραμορφωτική» στοιχείου μέσω του οποίου οι τάσεις διανέμονται σε «αναλώσιμες» δοκούς από προφίλ αλουμινίου οι οποίες, α-κριβώς εξαιτίας του τρόπου κατασκευής τους (εξώθηση σε μήτρα) μπορούν, μέσω της πα-ραμόρφωσης τους, να απορροφήσουν μεγάλα ποσά ενέργειας, συγκριτικά με το βάρος τους. Σε περίπτωση πραγματικά σοβαρού ατυχήματος, στη διαδικασία «απορρόφησης ενέργειας μέσω παραμόρφωσης», αναγκάζονται να συμμετάσχουν και τα χυτά κομμάτια. Ο τρόπος όμως χύτευσης τους είναι τέτοιος που τους επιτρέπει να υποστούν πολύ μεγάλες τοπικές επιμηκύνσεις προτού καταρρεύσουν. Αυτό μεταφράζεται σε δυνατότητα έντονων παρα-μορφώσεων (άρα και ικανότητας απορρόφησης μεγάλων ποσών ενέργειας) χωρίς τον κίν-δυνο θραύσης τους. Η διαδικασία αυτή χύτευσης -σε μεταλλικά καλουπια-αναπτύχθηκε, στη δεκαετία του '80, από την αμερικανική Alcoa ειδικά για το πρώτο Α8 και βασίζεται στη χρήση πολύ υψηλού κενού κατά τη διαδικασία της εισχώρησης του λιωμένου μετάλλου στην κοιλότητα του καλουπιού. Με τη μέθοδο αυτή (που αποκαλείται "Alcoa Vacuum Die Casting"- AVDC) μπορούν να χυτευθούν αλουμινένια κομμάτια πάχους έως και 2 χιλιο-στών με εξαιρετική κρυσταλλική δομή που τους παρέχει και όλη αυτή την παραμορφωσι-μότητα.

Κλασικό παράδειγμα της φιλοσοφίας των Audi-Alcoa ως προς την αξιοποίηση της ικα-νότητας απορρόφησης ενέργειας από το αλουμίνιο (μέχρι «τελικής παραμόρφωσης»), αποτελεί ο τρόπος διαχείρισης των αρχικών φορτίων των ισχυρών μετωπικών συγκρού-σεων. Όπως και στο προηγούμενο Α8, η αποστολή αυτή έχει αναληφθεί από δύο διαμή-κεις δοκούς κυκλικού προφίλ, στα άκρα των οποίων (μέσω χυτών βάσεων) προσαρ-μόζονται (βιδωτά) δύο έντονα παραμορφώσιμες προεκτάσεις οι οποίες και αντικαθίστανται εύκολα. Αν η ένταση της σύγκρουσης είναι ακόμα μεγαλύτερη, αναλαμβάνουν δράση οι δοκοί που στηρίζουν «τρισδιάστατα» τις χυτές άνω βάσεις των γονάτων της ανάρτησης.



Το ζητούμενο, προφανώς, είναι να απορροφηθεί, κατά το δυνατόν, ολόκληρη η ενέργεια της πρόσκρουσης από τα παραμορφώσιμα κομμάτια που βρίσκονται μπροστά από την κα-μπίνα. Χάρις στα σχετικά χαμηλά όρια ελαστικότητας και ροής των κραμάτων αλουμινίου, υπάρχει η δυνατότητα πλήρους παραμόρφωσης των δομικών μελών που βρίσκονται μπροστά από την καμπίνα, χωρίς να «προλάβουν» να μεταφερθούν δυνάμεις προς αυτή. Όπως βλέπουμε, η συμπεριφορά του αλουμινίου διαφέρει σημαντικά από αυτή του ατσα-λιού καθώς το πρώτο έχει τη δυνατότητα της πλήρους, τοπικής, παραμόρφωσης του, προ-τού μεταφερθούν οι δυνάμεις της πρόσκρουσης στις επόμενες, γειτονικές περιοχές. Προ-φανώς, αν και «μαλακότερο» από το ατσάλι, το αλουμίνιο έχει τη δυνατότητα απορρόφησης μεγαλυτέρων ποσών ενέργειας, ανά περιοχή, προτού η παραμόρφωση προχωρήσει στην επόμενη. Το ζητούμενο από τους σχεδιαστές της Audi, στην αξιοποίηση αυτής της ιδιότητας του αλουμινίου, είναι να εξακολουθήσει να παραμένει απολύτως άθικτος ο κλωβός της κα-μπίνας επιβατών, ακόμα και αν η ένταση της σύγκρουσης είναι μεγάλη.

Σχήμα 39: Η δομή του Audi Space Frame (ASF) αποτελείται από χυτά κομμάτια (κόκκινο χρώμα), πρεσαριστά ελάσματα (πράσινο χρώμα) και, τέλος, δοκούς (μπλε χρώμα) κατα-σκευασμένες είτε από «εξωθημένο» προφίλ είτε από εξελασμένα τμήματα προφίλ, πριτσινωμένα μεταξύ τους.

Για ποιο λόγο όμως θα έπρεπε να ενδιαφέρει, όλους εμάς τους υπόλοιπους, αυτού του είδους η τεχνολογία παθητικής ασφάλειας, αν δεν έχουμε ως στόχο να αγοράσουμε ένα βαρύ, ακριβό αυτοκίνητο με αλουμινένιο πλαίσιο; Για τον απλούστατο λόγο ότι, ο τρόπος που απορροφάται η ενέργεια της πρόσκρουσης από το αλουμίνιο, δεν αφορά μόνο την ασφάλεια των επιβατών του Α8 αλλά και αυτών που βρίσκονται στο αυτοκίνητο που τυχόν θα εμπλακεί σε σύγκρουση μαζί του. Χάρις στην απόλυτη «παραμορφωσιμότητα» των αναλώσιμων περιοχών του, το Α8 είναι ένα εξαιρετικά «φιλικό» (έως και σωτήριο, κάποιες φορές) αυτοκίνητο απέναντι στους ..αντιπάλους του! Και αυτό είναι κάτι εξαιρετικά σημαντικό στις μέρες μας όπου ολοένα και περισσότεροι άν-



θρωποι προτιμούν βαριά ατσάλινα αυτοκίνητα, («τζιπ», κατά προτίμηση) ώστε να αυ-ξήσουν τις πιθανότητες επιβίωσης τους σε ένα ατύχημα, έστω και εις βάρος των πιθανοτή-

Σχήμα 40: Αμάξωμα από αλουμίνιο στο Audi 8

των επιβίωσης των επιβατών του ελαφρύτερου αυτοκινήτου που θα βρεθεί στην τροχιά τους. To A8, αντιθέτως, φροντίζει «για όλους», χωρίς η έκταση της παραμόρφωσης του να είναι μεγαλύτερη από αυτή ενός αντίστοιχου μεγέθους αυτοκινήτου ατσάλινης κατασκευής.

«Πα όλους», μεν, πρωτίστως, όμως, για τους δικούς του επιβάτες. Ας δούμε, όμως, στη συνέχεια, πώς η σχεδίαση του κλωβού της καμπίνας της δίνει τη δυνατότητα να παραμείνει άθικτη στις μεσαίας έντασης μετωπικές (κυρίως™) συγκρούσεις. Δύο από τα «θεμέλια» της δομής του Audi Space Frame, είναι οι εξαιρετικά ενισχυμένες στο εσωτερικό τους, χυτές βάσεις για τις μπροστινές κολώνες (Ια, 16) οι οποίες αποτελούνται από δύο κομμάτια η κάθε μία, ανάμεσα στα οποία «εγκλωβίζονται» οι κολώνες του παρμπρίζ και τα μαρσπιέ. Η εγκάρσια σύνδεση αυτών των δύο πρόσθιων βάσεων γίνεται μέσω του χυτού τεπόζιτου των ψυκτικών υγρών του κινητήρα. (Το τεπόζιτο αυτό είναι, τώρα, μονοκόμματο και ζυγί-ζει 3,5 κιλά έναντι 5 κιλών του αντίστοιχου εξαρτήματος στο προηγούμενο Α8 το οποίο αποτελείτο από 7 κομμάτια). Λίγο πιο πίσω, δύο εγκάρσιες δοκοί βρίσκονται στην περιοχή καθενός καθίσματος και αποτελούν τη βάση του. Αν και σκοπό έχουν, οι τραβέρσες αυτές, να αυξήσουν την αντοχή του πατώματος στις πλευρικές προσκρούσεις, εντούτοις συμμε-τέχουν και στην ενίσχυση του κλωβού στις μετωπικές συγκρούσεις, ελαχιστοποιώντας το προς τα εμπρός ελεύθερο μήκος των μαρσπιέ. Η ενίσχυση του εμπρός μέρους ολοκληρώ-νεται από τα πολλαπλά χυτά κομμάτια που ενισχύουν το χώρο κάτω από το παρμπρίζ και τα οποία, πέρα από την αύξηση της στρεπτικής ακαμψίας, μειώνουν και τον κίνδυ-νο «εισβολής» στο χώρο των επιβατών των μηχανικών μερών του χώρου του κινητή-ρα.

Σημαντικά μέλη, τα οποία καθορίζουν τόσο τη συνολική ακαμψία όσο και την τοπική αντοχή στις πλευρικές συγκρούσεις, είναι οι μεσαίες κολώνες (2α, 26) πάνω στις οποίες προσαρμόζονται τα κλείστρα για τις μπροστινές πόρτες και οι με-ντεσέδες για τις πίσω. Οι κολώνες αυτές είναι μονοκόμματα χυτά (AVDC) κομμάτια υψηλής ακαμψίας που διαμοι-ράζουν το φορτίο της πλευρικής πρόσκρουσης ανάμεσα στα μαρσπιέ και τις διαμήκεις δο-κούς της οροφής. Η οροφή, με τη σειρά της, ενισχύεται από δύο εγκάρσιες δοκούς στην περιοχή των πίσω καθισμάτων, οι οποίες σε συνδυασμό με τις (εξαιρετικά μικρού μή-κους) δοκούς που συνθέτουν τις πίσω κολώνες, συνθέτουν έναν «κλω-6ό» προστασίας κατά την ανατροπή ενώ, από την άλλη, προσφέρουν αυξημένη αντοχή στις πλευρικές συγκρούσεις.



Το πίσω μέρος, στο νέο Α8, έχει ανασχεδιαστεί πλήρως, για δύο λόγους. Ο ένας ήταν η ανάγκη αναθεώρησης των βάσεων (4α, 46) των «γονάτων» της νέας ανάρτησης - αλλά δεν ήταν αυτός ο σημαντικότερος...

Ο σημαντικότερος λόγος ήταν η επιθυμία της Audi να αυξήσει την αντοχή του πλαι-σίου στις οπισθομετωπικές συγκρούσεις. Το αποτέλεσμα είναι, το νέο Α8 να ξεπερνά, από τώρα, τις προδιαγραφές της αμερικανικής ντιρεκτίβας FMVSS 301 που θα ισχύσει από το 2005 και προβλέπει την πρόσκρουση του πίσω μέρους σε παραμορφουμενο α-ντικείμενο με ταχύτητα 80 χαω.

Τα «θεμέλια» πάνω στα οποία βασίζεται η δομή αυτής της περιοχής είναι δύο χυτά κομμάτια (3α, 36) μέσω των οποίων συνδέονται οι δοκοί των μαρσπιέ με το αντικαθι-στώμενο πλαίσιο του πορτμπαγκάζ το οποίο αποτελείται, σχεδόν αποκλειστικά, από δοκούς εξελασμένου ή εξωθημένου προφίλ.. Μία εγκάρσια δοκός «δένει», μεταξύ τους, τα δύο χυτά δομικά στοιχεία, προσφέροντας, ταυτοχρόνως, υψηλή αντοχή στις πλευ-ρικές προσκρούσεις, στην περιοχή των πίσω καθισμάτων. Σε σχέση με το πλαίσιο του προηγούμενου Α8, ο νέος κλωβός διαθέτει στατική στρεπτι-κή ακαμψία αυξημένη κατά 60%. Ακόμα μεγαλύτερο όμως ενδιαφέρον παρουσιάζει η αύξηση, κατά 30%, της ιδιοσυχνότητας συντονισμού στις στρεπτικές ταλαντώσεις. Αυ-τό σημαίνει ότι, ακόμα και σε περίπτωση συντονισμού, το πλάτος του κραδασμού θα είναι μειωμένο κατά το αντίστοιχο ποσοστό.

Σημαντικό ρόλο στην αύξηση της ακαμψίας του νέου κλωβού παίζει η αύξηση του ποσοστού (κατά βάρος) των χυτών κομματιών υψηλής αντοχής τα οποία αντικατέστη-σαν αντίστοιχα ελάσματα ή δοκούς. Στο προηγούμενο μοντέλο, το 22% του συνολικού βάρους του πλαισίου αποτελείτο από χυτά εξαρτήματα -το αντίστοιχο ποσοστό στο νέο μοντέλο έχει ανεβεί στο 34%. Από την άλλη, έχει επιτευχθεί σημαντική μείωση του συ-νολικού αριθμού αυτών των χυτών κομματιών, από 50 σε 29 καθώς οι εξελιγμένες τε-χνικές χύτευσης της Alcoa επέτρεψαν την ενσωμάτωση πολλαπλών κομματιών σε ένα ενιαίο, μεγάλου μεγέθους, καταργώντας έτσι τα σημεία «ασυνέχειας» μεταξύ των διαφό-ρων τμημάτων

Ια αμαξώματα από αλουμίνιο δεν είναι κάτι νέο, ούτε καν στα αυ τοκίνητα μαζικής παρα-γωγής. Ούτε ήταν «κάτι νέο», 20 χρόνια πριν, ειδικά αν αναλογιστούμε τις αμέτρητες δεκα-ετίες ζωής του Land Rover Defender ή τα αμαξώματα στα δεκάδες σπορ μοντέλα («δουλε-μένα» στο χέρι, μάλιστα) που δημιούργησαν τα μεγάλα ιταλικά εργοστάσια αλλά κι οι «καρο-σερίστες», από τη δεκαετία του '50 και μετά. Κι όλα αυτά, χωρίς να αναφέρουμε τα καθα-ρά αγωνιστικά αυτοκίνητα τα οποία, πριν από την καθιέρωση του fiber glass, δεν είχαν καμία άλλη ελαφριά εναλλακτική εκδοχή για τα αμαξώματα τους εκτός από το αλουμίνιο. Εκείνο όμως που για την Audi ήταν «καινοτομία», στις αρχές της δεκαετίας του '80, ήταν η απόφαση της να κατασκευάσει ένα αυτοφερόμενο αμάξωμα εξ ολοκλήρου από αλουμίνιο κι όχι να αρκεστεί σε μία αλουμινένια καρότσα, τοποθετημένη πάνω σε ένα ατσάλινο σασί. Με άλλα λόγια, ο στόχος της ήταν να χρησιμοποιήσει, για πρώτη φορά σε επίπεδο μαζικής πα-ραγωγής, το αλουμίνιο ως δομικό υλικό και όχι ως απλό «δέρμα».

Το κόστος έστω και μιας «μελέτης σκοπιμότητας» πάνω σε αυτό το θέμα, ήταν δυσθεώρη-το, ακόμα και για μιαν Audi, της εποχής εκείνης. Η πείρα ήταν μηδενική και θα έπρεπε να ξοδευτούν τεράστια ποσά ώστε να δημιουργηθεί πρώτα μία «πειραματική βιβλιογραφία», προτού αρχίσουν οι όποιες κατασκευαστικές έρευνες. Η Audi ήξερε από αυτοκίνητα αλλά όχι και από ελαφρά κράματα που θα έπρεπε να συμπεριφερθούν σωστά, κατά τη διάρκεια μιας σύγκρουσης».

Χρειαζόταν, επειγόντως, να βρεθεί ένας συνεταίρος που όχι μόνο θα δεχόταν να μοιραστεί τα έξοδα αλλά θα διέθετε και την απαραίτητη εμπειρία από «παρεμφερείς» κατασκευές - μια εμπειρία η οποία θα μπορούσε, με τις κατάλληλες τροποποιήσεις, να μεταφερθεί και οτο χώ-ρο της κατασκευαστικής τεχνολογίας του αυτοκινήτου.



Σχήμα 41: Κατασκευαστικέςλεπτομέρειες του Audi Space Frame.



Ποιος θα μπορούσε να έχει «έννομο συμφέρον» από την πιθανή εμπορική επιτυχία των σχεδίων της Audi; Ποιος άλλος από έναν προμηθευτή πρώτων υλών από αλουμίνιο, ο οποίος, θα έβλεπε τους τζίρους του να απογειώνονται όταν, από μιμητισμό ή καθαρό α-νταγωνισμό, οι υπόλοιποι κατασκευαστές θα άρχιζαν να στρέφουν την προσοχή τους από το ατσάλι στο αλουμίνιο; Ο προμηθευτής αυτός δεν ήταν άλλος από τον ...μεγαλύτερο του κόσμου! Την πολυεθνική Aluminum Company of America, γνωστότερη στον κόσμο και ως Alcoa. H Audi, ως «όχημα προώθησης» της νέας αυτής τεχνολογίας ήταν ό,τι καλύτε-ρο για την εποχή εκείνη. Ήταν γερμανική, ήταν ποιοτική και είχε σχετικά υψηλό γόητρο στην αμερικάνικη αγορά. Άλλωστε, στην «εκ μιμητισμού αφύπνιση» των Αμερικανών αυ-τοκινητοβιομήχανων στόχευε η Alcoa, όταν δέχτηκε να είναι συνταξιδιώτης της Audi σε αυτή την περιπέτεια.

Το μεγάλο πρόβλημα της αποδοχής του αλουμινίου ως υλικού μαζικής κατασκευής αμαξωμάτων από το αυτοκινητικό κατεστημένο, έχει άμεση σχέση με την τεράστια γνώση που έχει συσσωρευτεί, τόσα χρόνια τώρα, στην τεχνολογία πρεσσαρίσματος της ατσαλο-λαμαρίνας.

Αυτή τη στιγμή, το μεγαλύτερο πρόβλημα που ανακύπτει κατά την έναρξη της κατα-σκευής κάθε καινούργιου μοντέλου, είναι η σχεδίαση και κατασκευή των καλουπιών για τις πρέσες. Αν και οι υπολογιστές, μόλις πρόσφατα, άρχισαν να γίνονται, επιτέλους, αποδεκτοί στο χώρο αυτό, τα ηνία εξακολουθούν να τα κρα-τούν οι εξειδικευμένοι «εμπειροτέχνες». Οι άνθρωποι-κλειδιά, οι οποίοι έχουν την «αίσθηση» της λαμαρίνας και μπορούν να προ-βλέψουν επακριβώς πόσο θα παραμορφωθεί κατά το πρεσάρισμα, πόσο θα λεπτύνει σε συγκεκριμένα σημεία, πόσο παραπάνω θα πρέπει να παραμορφωθεί (ελαστικά) ώστε να έχει πάρει το επιθυμητό σχήμα μετά την επενέργεια της πρέσας. Πόσο εύκολο θα ήταν, για τα εργοστάσια, να απαρνηθούν μία ήδη υπάρχουσα γνώση και να μπουν στα σκοτεινά μονοπάτια της πολυδάπανης και χρονοβόρας διαδικασίας του νόμου «δοκιμής- επι-τυχίας»; Η Alcoa αποφάσισε να αποκτήσει αυτή τις κατάλληλες γνώσεις, έναντι οποιουδή-ποτε τιμήματος. Με τον τρόπο αυτό πίστευε ότι, όταν -στο μέλλον-το αλουμίνιο θα γινόταν «μόδα», αυτή θα ήταν και ο αποκλειστικός προμηθευτής των εργοστασίων, καθώς θα βρι-σκόταν στην ευχάριστη θέση, μαζί με τα ρολά αλουμινίου, να προμηθεύσει τα εργοστάσια και με «μασημένη τροφή» για την κατεργασία τους και τη μετατροπή τους σε αυτοκίνητα. ("Ενα πρόβλημα που δεν μπόρεσε, για παράδειγμα, να αντιμετωπίσει, «με την πρώτη», η Jaguar, παρ' όλο που κι αυτή πλέον κατέχει την απαραίτητη τεχνογνωσία για να μετάσχει με αξιώσεις στο παιχνίδι του «αυτοκινήτου εξ ολοκλήρου από αλουμίνιο». Έτσι, όταν η Ford, συνεργαζόμενη με την Alcan (ανταγωνίστρια της Alcoa), αποφάσισε να αποκτήσει κι αυτή μερίδιο στο νέο αυτό χώρο, αρχής γενομένης από τη νέα σειρά "XJ" της Jaguar, οι κακές γλώσσες λένε ότι «ταλαιπωρήθηκε», για ένα διάστημα, το 2001, μέχρι να βρει τον τρόπο να πρεσάρει σε αλουμίνιο τις έντονες καμπύλες του αμαξώματος της βρετανικής λι-μουζίνας. Το πρόβλημα που παρουσιάστηκε, ήταν το ...γνωστό: το «πάνελ» άλλαζε ελαφρά σχήμα, όταν ολοκληρωνόταν το πρεσάρισμά του. Κι αυτό είναι πονοκέφαλος, όταν θέλεις να κατασκευάσεις το αμάξωμα ενός αυτοκινήτου πολυτελείας όπου η «τελειότητα» των αρ-μών είναι ένα από τα πρώτα πράγματα που θα αξιολογηθούν. Παρόμοιο πρόβλημα έχει, βεβαίως, και το ατσάλι αλλά σε πολύ μικρότερο -αλλά και σε πολύ περισσότερο προβλέψι-μο- βαθμό».)

Επιστροφή, όμως, στην Alcoa. Δέκα χρόνια έρευνας αργότερα, μετά την κατάθεση 40 αιτήσεων για πατέντα και τη δημι-ουργία 7 νέων κραμάτων, Alcoa και Audi θεώρησαν ότι ήταν έτοιμες για να προχωρήσουν σε μαζική παραγωγή. Προηγήθηκε το συγκλονιστικό concept car Avus ώστε να «προετοι-μαστεί» η αποδοχή του αλουμινένιου αυτο-φερόμενου αμαξώματος από το κοινό, και, το 1994, ξεκίνησε η παραγωγή του πρώτου Α8 αλλά και η εξέλιξη του αντικαταστάτη του.

Μία τρομερή ώθηση στην εξέλιξη της τεχνολογίας των αλουμινένιων πλαισίων και αμαξω-μάτων των Audi/Alcoa είχε δώσει, από το 1987, η συμφωνία της δεύτερης με το Super-computing Center του Pittsburg, που της έδινε τη δυνατότητα να χρησιμοποιεί τους υπε-ρυπολογιστής του (Cray 90) για την ανάπτυξη υποθετικών σεναρίων διαμόρφωσης των «πάνελς» των αυτοκινήτων στις πρέσες και τη μετέπειτα συμπεριφορά τους. Όταν το λο-γισμικό αυτών των σεναρίων ολοκληρώθηκε, η Alcoa μπόρεσε να περάσει στην αντίπερα όχθη: από ένα σημείο και μετά μπορούσε να δίνει στους υπερυπολογιστές έως και έξι σε-



νάρια πιθανής παραμόρφωσης/συμπεριφοράς ενός πάνελ στην πρέσα και, στη συνέχεια, δημιουργούσε το κράμα που ανταποκρινόταν στο ευνοϊκότερο από αυτά τα σενάρια. Η έ-ρευνα αυτή συνεχίζεται και σήμερα, με αμείωτο ρυθμό, έχοντας προχωρήσει και στην προ-σομοίωση της παραμόρφωσης των δομικών μελών από αλουμίνιο κάτω από κάθε είδους φορτίσεις, μη εξαιρουμένων και των συγκρούσεων. Έτσι, οι άνθρωποι της Audi έφτασαν στο σημείο να μπορούν, πλέον, να δηλώνουν αυτάρεσκα: «Η παραγωγική τεχνογνωσία που έχουμε αποκομίσει εξελίσσοντας το Α8, μας έχει δώσει μια προπορεία τουλάχιστον 5 ετών απέναντι σε οποιονδήποτε άλλο ανταγωνιστή μας στο χώρο του αυτοκινήτου από αλουμίνιο!»

Στο διάστημα όμως που μεσολάβησε από την παρουσίαση του πρώτου Α8 μέχρι σήμε-ρα, η Alcoa δεν έμεινε με σταυρωμένα χέρια. Ούτε και επαναπαύτηκε, βασιζόμενη απο-κλειστικά στην Audi για την προώθηση του πρεστίζ του αλουμινίου ως δομικού υλικού. Α-ντιθέτως, με βάση την τεχνογνωσία του πρώτου Α8, δύο νέα σχέδια ξεκίνησαν, ένα στην Ιταλία και ένα μέσα στην ίδια την Αμερική.

Το πρώτο αφορούσε στην κατασκευή της «εξ ολοκλήρου από αλουμίνιο» Ferrari 360 που θα αντικαθιστούσε τη 355. Η συναρμολόγηση του αμαξώματος της, ανατέθηκε στο εργοστάσιο του καροσερίστα Scaglietti, στη Μόντενα -από εκεί, το «γυμνό» αυτοκίνητο μεταφέρεται στις εγκαταστάσεις της Ferrari όπου γίνεται το βάψιμο και η εγκατάσταση των μηχανικών μερών.

Το κακό ήταν ότι ο Scaglietti, παρά την πείρα του σε αλουμινένια αμαξώματα, δεν είχε ιδέα από μαζική παραγωγή αλουμινένιων σασί - ούτε κι η Ferrari, φυσικά. Τη λύση ανέ-λαβε να δώσει η Alcoa, έστω και εν γνώσει της ότι από τέτοιας μικρής κλίμακας παραγωγή δεν επρόκειτο να αποκομίσει ουσιαστικά οικονομικά οφέλη. Η εμπλοκή της όμως ήταν, για αυτήν, αναπόφευκτη: πότε θα εύρισκε καλύτερη ευκαιρία εξάπλωσης της «ιδέας του ολι-κού αλουμινίου» σε μια κατηγορία υψηλότερη και από αυτή του Α8; Η Ferrari συμφώνη-σε το νέο πλαίσιο να σχεδιαστεί με εφαρμογή, κατά γράμμα, της τεχνολογίας του κλωβού ASF ενώ η Alcoa ανέλαβε, επιπλέον, και την κατασκευή των υποπλαισί-ων και των α-ναρτήσεων.

Η ιδέα που έπεσε στο τραπέζι (και που έγινε αποδεκτή) για τον τρόπο οργάνωσης της διαδικασίας παραγωγής, ήταν μάλλον παράξενη αλλά και τυπική για μια νέα τεχνολογία που βρίσκεται ακόμη στο προ-στάδιο της παραγωγικής ωρίμανσης της, «παίζοντας με τα κουβα-δάκια της». Η Alcoa δεν θα μετέφερε την τεχνογνωσία της ούτε στη Scaglietti αλλά ούτε και στη Ferrari καθώς κανείς από τους δύο δεν είχε την υποδομή υποστήριξης μίας τόσο εξειδικευμένης τεχνολογίας. Έτσι, οι Αμερικανοί δημιούργησαν ένα δικό τους, αυτόνο-μο, εργοστάσιο μέσα στις εγκαταστάσεις της Scaglietti όπου συναρμολογούν, με δικούς τους εργάτες, τα πλαίσια της 360 με εξαρτήματα που η Alcoa κατασκευάζει στο εργοστάσιο που έχει δημιουργήσει στη Γερμανία για την κατασκευή των εξαρτημάτων του Α8! Το πλαί-σιο, στη συνέχεια, περνά στη γραμμή παραγωγής της Scaglietti όπου οι Ιταλοί εργάτες τοποθετούν τα μη-δομικά αλουμινένια κομμάτια του αμαξώματος και κάνουν και τα απα-ραίτητα φινιρίσματα πριν στείλουν το «γυμνό» αυτοκίνητο στη Ferrari για τα περαιτέρω.

Κάπως έτσι, χάρη στην τεχνολογία της Alcoa, η αλουμινένια 360, παρά την κατά 10% μεγα-λύτερη καμπίνα της από την 355, έχει ένα σασί όχι μόνο κατά 28% ελαφρύτερο αλλά και κατά 40% περισσότερο άκαμπτο. Το πιο αστείο όμως γεγονός (που όμως δείχνει και πόσο δρόμο έχει ακόμα να διανύσει η τεχνολογία μέχρι να αντιληφθεί πλήρως τη ...«φύση των απλών πραγμάτων») είναι το κατά 1 κιλό μικρότερο βάρος καθενός από τους τροχούς της 360 σε σχέση με τους αντίστοιχους της 355. Τίποτε παράδοξο έως εδώ, μέχρι τη στιγμή που πρέπει να πούμε ότι οι τροχοί της 355 ήταν από μαγνήσιο ενώ αυτοί της 360 από ένα νέοκράμα αλουμινίου της Alcoa!

Το δεύτερο project (το οποίο και προηγήθηκε χρονικά αυτού της Ferrari) ήταν το Plym-outh Prowler της Chrysler, ένα δραματικό retro-roadster, του οποίου η παραγωγή, σε πε-ριορισμένο αριθμό αντιτύπων, ξεκίνησε πειραματικά το 1997 και ολοκληρώθηκε το 2002.

Η ιδιομορφία του ανοιχτού αυτού hot rod ήταν η απαίτηση των σχεδιαστών του να διαθέ-τει ξεχωριστό αλουμινένιο σασί από το (επίσης αλουμινένιο) αμάξωμα του, όπως ακριβώς και τα αντίστοιχα ατσάλινα αυτοκίνητα της δεκαετίας του '50. Η απαίτηση αυτή προϋπέθετε ένα σασί περιορισμένο στις δύο διαστάσεις και όχι ανεπτυγμένο στις τρεις, γεγονός που εί-χε ως αποτέλεσμα τη ανάγκη ενσωμάτωσης εκτεταμένων ενισχύσεων (που, θεωρητικά μι-



λώντας, θα πρόσθεταν σημαντικό βάρος), προκειμένου η στρεπτική ακαμψία να έρθει στο ίδιο υψος με αυτή των ατσάλινων πλαισίων.

Για την Chrysler, η απαίτηση αυτή για χωριστό σασί, είχε άμεση συνάρτηση με τη μα-κροπρόθεσμη στρατηγική της να προχωρήσει στην υιοθέτηση του αλουμινίου στα δομικά μέρη των βαν της, έτσι ώστε, χάρη στο μικρότερο βάρος, να μπορέσει να επιτύχει μια αντί-στοιχα χαμηλότερη κατανάλωση βενζίνης. Φυσικά, ούτε και σε αυτή την πρόταση θα μπορούσε να πει όχι η Alcoa, έστω κι αν όλη η δαπανηρή προπαρασκευα στική διαδικασία θα αφορούσε μόνο σε 25.000 αυτοκίνητα, συνο-λικά, κατασκευασμένα μέσα σε διάστημα πέντε ετών. Εκείνο που την ενδιέφερε ήταν να κα-ταδείξει ότι το αλουμίνιο μπορούσε να α-ποσβέσει -και με το παραπάνω!- το κόστος ενσω-μάτωσης του στα αμερικανικά αυτοκίνητα, χωρίς να χρειαστεί να γίνουν ουσιαστικές αλλα-γές στον τρόπο σχεδίασης τους.

Παρά το γεγονός ότι το πλαίσιο που σχεδίασε η Alcoa περιορίζεται στις δύο διαστάσεις, στον χαρακτηρισμό του συ-μπεριελήφθη και ο όρος "Space", κάνοντας ευθείες αναφορές στον κλωβό του Α8 του οποίου η τεχνολογία απετέλεσε και τη βάση για το πλαίσιο του Prowler. Έτσι, για μιαν ακόμη φορά, η Alcoa χρησιμοποίησε το δοκιμασμένο «τυφλοσούρ-τη» της: δοκοί από εξελασμένο αλουμίνιο, συνδεδεμένοι μεταξύ τους, σε λεπτό-τοιχους, «άκαμπτους» κόμβους, κατασκευασμένους με την τεχνολογία χύτευσης υψηλού κενού της Alcoa. Και, για μιαν ακόμη φορά, η συρραφή των ελασμάτων σε δοκούς έγινε με τη μέθοδο των πριτσινιών, αφού πρώτα οι προς σύνδεση επιφάνειες είχαν αλειφθεί με ψυχρή κόλλα βασισμένη στις ρητίνες. Για το αμάξωμα, εξελίχθηκε ένα νέο κράμα αλουμινίου σε φύλλα, το 6022, το οποίο προκρίθηκε στην προσομοίωση από τους υπερυπολο-γιστές ως το καταλλη-λότερο για τη συγκεκριμένη περίπτωση.

Το αποτέλεσμα δικαίωσε, ευθύς εξ αρχής, την Alcoa. To Prowler κατάφερε να μην ξε-περάσει σε βάρος τα 1400 κιλά, διαθέτοντας στρεπτική ακαμψία ίση με αυτή ενός ατσάλι-νου αυτοκινήτου διπλάσιου βάρους. Ανάλογες του μικρού βάρους ήταν, φυσικά, οι ωφέλει-ες σε επιδόσεις και κατανάλωση.

Σχήμα 42:Το μηχανικό πλαίσιο του Powler με και χωρίς τα μηχανικά μέρη.



Και κάπως έτσι, έχοντας διασφαλίσει ένα πολύ καλό «πάτημα» στην Ευρώπη, η Alcoa πε-ριμένει τώρα στη γωνία τους σχεδιαστές αμερικανικών κινητήρων να σηκώσουν, κάποια στιγμή, ψηλά τα χέρια και να πουν: «Δεν μπορούμε να βελτιώσουμε άλλο την κατανάλωση των κινητήρων μας, όταν έχουν να κινήσουν τόσο βαριά, ατσάλινα, αμαξώματα. Όταν η κυβέρνηση θα μειώσει κι άλλο την υποχρεωτική μέγιστη κατανάλωση, ρίξτε το μπαλάκι στους σχεδιαστές αμαξωμάτων. Στό αλουμίνιο θα βρουν τη λύση που όλοι ψάχνουμε!»

Σχήμα 43: Μέσα μέρος του καπό του νέου Audi A8.

Σχήμα 44: Το νέο Αudi A8.



ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7:ΥΠΑΡΧΕΙ ΚΑΙ ΕΛΛΑΔΑ ΠΟΥ ΔΗΜΙΟΥΡΓΕΙ!!

.. Απλά δε φαίνεται μέσα στον κυκεώνα των προβλημάτων που μονοπωλούν την

καθημερινότητα.Με απόλυτη επιτυχία λοιπόν στέφθηκε η προσπάθεια του Πολυτεχνείου Κρήτης με τη χορηγία της Ελληνικής YMC στον παγκόσμιο διαγωνισμό Shell Eco Marathon, το Μάιο στην πίστα Nogaro της Γαλλίας.Το πρωτότυπο, κατασκευασμένο εξ’ ολοκλήρου στην Ελλάδα, κατέλαβε την 4η θέση για το βραβείο ασφάλειας.Η επιτυχία είναι ακόμα μεγαλύτερη αν αναλογισθούμε ότι:1. Ήταν η πρώτη φορά που Ελληνικό Ανώτατο Εκπαιδευτικό ίδρυμα συμμετέχει στον εν λόγω διαγωνισμό.2. Η συμμετοχή αφορούσε τη δυσκολότερη κατηγορία του διαγωνισμού, τα αστικά οχήματα (urb an) που αντιστοιχούν σε κανονικά, μικρά αυτοκίνητα πόλης.3. Στο διαγωνισμό συμμετείχαν 200 ομάδες από όλο τον κόσμο, με χορηγούς κολοσσούς όπως η Renault, η Scania κλπ.Η Ελληνική ομάδα ήταν η μόνη που είχε προδιαγράψει 2 ζώνες παραμόρφωσης του οχή-ματος. Το όχημα ήταν το μοναδικό που πέρασε τους τεχνικούς ελέγχους χωρίς καμία παρατήρηση!!Τέλος, η Ελληνική συμμετοχή πέτυχε την εκπληκτική κατανάλωση 62χλμ ανά λίτρο βενζίνης προσομοιάζοντας συνθήκες κίνησης εντός πόλης! Οι λίγοι που πί-στεψαν και αγωνίστηκαν γι’ αυτό το εγχείρημα το έκαναν πραγματικότητα. Και απέδει-ξαν πως σε αυτή τη χώρα υπάρχει οραματισμός και όρεξη για δημιουργία. Ας γίνει πα-ράδειγμα σε όλους, ιδιαίτερα στις μεγάλες εταιρείες και δημόσιους φορείς και να ευχη-θούμε μεγαλύτερες επιτυχίες στο μέλλον. Επόμενο ραντεβού, το 2009 στη Γερμανία, όπου η Ελληνική συμμετοχή έχοντας πλέον την εμπειρία του πρόσφατου διαγωνισμού, θέτει τον πήχη ακόμα ψηλότερα.

http://www.greekalert.com/2008/06/blog-post_09.html



Βιβλιογραφία

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1

ΑΦΡΟΣ ΑΛΟΥΜΙΝΙΟΥ

• USERS.UOI.GR/MGEORGAT/ALUMINUM_FOAMS.PDF

• ARCHIMEDES.TEITHE.GR/ARCHIMEDES1/PROJECTS/2.2.13.HTM

• R&D TEAM ΠΕΧΛΙΒΑΝΟΓΛΟΥ

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2

ΠΑΘΗΤΙΚΗ ΑΣΦΑΛΕΙΑ

• LIBRARY.TECHLINK.GR/4T/ARTICLE.ASP?MAG=1&ISSUE=267&

ARTICLE=668

• KΕΙΜΕΝΟ: EΛΕΝΗ ΞΕΝΑΚΗ

• EURO NCAP* - AUTO-TEST.GR

• ΕΠΙΚΕΦΑΛΗΣ ΤΜΗΜΑΤΟΣ ΠΑΘΗΤΙΚΗΣ ΑΣΦΑΛΕΙΑΣ, BΕΡΝΕΡ ΣΜΙΤ

• ΑΛΟΥΜΙΝΙΟ- KΕΙΜΕΝΟ: ΠΕΤΡΟΣ ΓΡΥΛΛΟΠΟΥΛΟΣ

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3


• A SURVEY OF EMERGING MATERIALS FOR REVOLUTIONARY AEROSPACE

VEHICLE STRUCTURES AND PROPULSION SYSTEMS, C.E. HARRIS, M.J.

SHUART, H.R. GRAY, NASA PUBLICATIONS, MAY 2002 [NASA/TM-2002-

211664]

• EXPERIMENTAL STUDY OF ENERGY ABSORPTION IN A CLOSE-CELLED ALU-

MINUM FOAM UNDER DYNAMIC LOADING, T. MUKAI, H. KANAHASHI, T.

MIYOSHI, M. MABUCHI, T.G. NIEH, K. HIGASHI, SCRIPTA MATERIALIA, VOL.

40, 1999, ELSEVIER SCIENCE

• STRAIN RATE SENSITIVITY OF A CLOSED-CELL ALUMINUM FOAM, A. PAUL,

U. RAMAMURTY, MATERIAL SCIENCE & ENGINEERING, 2000, ELSEVIER

SCIENCE

• COLLAPSE CHARACTERISTICS OF ALUMINUM EXTRUSIONS FILLED WITH

STRUCTURAL FOAM FOR SPACE FRAME VEHICLES, B.J. KIM, S.J. HEO, IN-

TERNATIONAL JOURNAL OF AUTOMOTIVE TECHNOLOGY, VOL. 4, 2003,

KOREAN SAE PUBLICATIONS

• ALUMINUM FOAMS FOR TRANSPORT INDUSTRY, J. BAUMEISTER, J. BAN-

HART, M. WEBER, MATERIALS & DESIGN, VOL.18, 1997, ELSEVIER SCIENCE

• METAL FOAMS AS COMPACT HIGH PERFORMANCE HEAT EXCHANGERS, K.

BOOMSMA, D. POULIKAKOS, F. ZWICK, MECHANICS OF MATERIALS, VOL.

35, 2003, ELSEVIER SCIENCE



• HIGH THERMAL CONDUCTIVITY, MESOPHASE PITCH-DERIVED CARBON

FOAM, J. KLETT, CARBON & INSULATION MATERIALS TECHNOLOGY

GROUP, METALS & CERAMICS DIVISION, OAK RIDGE NATIONAL LAB, TN,

37831-6087

• METAL MATRIX COMPOSITES: MATRICES AND PROCESSING, T.W. CLYNE,

ENCYCLOPEDIA OF MATERIALS: SCIENCE AND TECHNOLOGY PAR. 3.7

“COMPOSITES: MMC, CMC, PMC”, ELSEVIER SCIENCE, 2001

• METAL FOAMS – MANUFACTURE AND PHYSICS OF FOAMING, N. BABCSAN, J.

BANHART, D. LEITLMEIER, INTERNATIONAL CONFERENCE “ADVANCED

METALLIC MATERIALS” 2003, SMOLENICE, SLOVAKIA

• METALLIC FOAMS: CHALLENGES AND OPPORTUNITIES, J. BANHART, EURO-

FOAM2000, MIT-VERLAG BREMEN, 2000, PP.13-20

• A TRIUMPH OF LATERAL THOUGHT, A. ALDERSON, CHEMISTRY & INDUSTRY,

17 MAY 1999

• REINFORCED ALUMINUM FOAMS, J. KOVACIK, F. SIMANCIK, J. JERZ, P. TO-

BOLKA, INTERNATIONAL CONFERENCE “ADVANCED METALLIC MATERI-

ALS” 2003, SMOLENICE, SLOVAKIA

• COMPOSITES FOR BALLISTIC APPLICATIONS, PROF. P.J. HOGG, DEP. OF MA-

TERIALS, QUEEN MARY UNIVERSITY OF LONDON

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4

ΖΗΜΙΕΣ ΑΥΤΟΦΕΡΟΜΕΝΗΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗΣ

• PI-SCHOOLS.SCH.GR/DOWNLOAD/LESSONS/TEE/MECHANICAL/1B/ SXEDIO_AMAXOMATON/KEF_4.PDF

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5

ΤΑ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΑ ΜΑΣ ΕΙΝΑΙ ΕΝΑ ΤΕΛΕΙΟ ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ

• WWW.TOYOTA.GR/INNOVATION/TECHNOLOGY/SAFETY/

SAFETY_CELL.ASPX

• WWW.SUPERBRANDS.GR/CMS/IMAGES/STORIES/PDF_FILES/

MERCEDES.PDF

• WWW.EXPRESS.GR/EXPRESS_YOURSELF/AYTOKINHTO/135305OZ_

20090221135305.PHP3

• WWW.AUTOTRITI.GR/MAGAZINE/POSLEITOURGEI.ASP

• WWW.AUTOTRITI.GR/DATA/MAGAZINE/VIEWTHEMA/29201.ASP

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6

ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ: AUDI SPACE FRAME (ASF)

Περιοδικό R&D: ΤΕΥΧΟΣ Α΄



ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7

ΥΠΑΡΧΕΙ Κ ΕΛΛΑΔΑ ΠΟΥ ΔΗΜΙΟΥΡΓΕΙ.

• ΠΑΠΑΚΥΡΙΑΚΟΠΟΥΛΟΣ ΑΝΔΡΕΑΣ

WWW.GREEKALERT.GR

Πτυχιακή Εργασία ΘΕΜΑ ‘ΥΛΙΚΑ ΚΑΙ ΜΟΝΤΕΡΝΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ...

Documents

Transcript of Πτυχιακή Εργασία ΘΕΜΑ ‘ΥΛΙΚΑ ΚΑΙ ΜΟΝΤΕΡΝΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ...