carbon fiber

KARBONSZÁL (SZÉNSZÁL): A HIGH-TECH ANYAG HASZNÁLATA AZ AUTÓGYÁRTÁSBAN

<b>Karbonszál (szénszál): A high-tech anyag használata az autógyártásban</b>

CFRP, „sütés”, karbonszálak és rostkötegek – az autógyártásban felhasznált karbonszálakhoz számtalan szakkifejezés kötődik. Vágjunk hát csapást a szakzsargon dzsungelében, elmagyarázva, hogy mi is az a karbonszál, valamint, hogy miként készül, és milyen előnyöket kínál e high-tech anyag.

Az autógyártásban használt anyagok egyike a karbon, amelynek a jelentősége a jövőben csak növekszik majd. A formatervezők előszeretettel alkalmazzák egyebek mellett a belső térben vagy az utólagosan felszerelhető külső tartozékokhoz, úgy tiszta, mint kevert formában. A sötét tónusú, elegáns, egyszersmind sportosságot sugárzó anyag emellett külső borításként is gyakorta szerepet kap. A mérnökök hasonlóképpen lelkesednek a karbonért, mivel az kis tömege ellenére rendkívül szilárd és merev. Előállítása azonban meglehetősen munkaigényes. A szép és értékes karbon tehát a fekete arany a high-tech anyagok körében. Ismerkedjen hát meg vele részletesebben is.

Bővebben

A KARBON 3 LEGFŐBB JELLEMZŐJE.

1.     Könnyű és merev.

 

2.    Különleges megjelenésű.

 

3.    Nagyrészt kézzel készül

Bővebben

MI A SZÉNSZÁL VAGY MÁS NÉVEN KARBONSZÁL?

Amikor a karbonszálakról beszélünk az autógyártás vonatkozásában, akkor többnyire a karbonszál-erősítésű műanyagra (CFRP) gondolunk. Egy olyan kompozit anyagról van szó, amely összetevőinek előnyös tulajdonságait hivatott egyesíteni. A továbbiakban, az egyszerűség kedvéért a „karbonszál” kifejezést használjuk majd.

Bővebben

HOGYAN ÉS HOL HASZNÁLJÁK A KARBONSZÁLAT AZ AUTÓGYÁRTÁSBAN?

A karbonszál rendkívül előnyös olyan alkatrészek esetében, amelyeknek stabilnak, egyszersmind könnyűnek kell lenniük – ezért is kedvelik annyira például az autóipari mérnökök. Ugyanezen okból használják a karbonszálat a repülőgép- és űrtechnológiában (➜ Bővebben: Vantablack BMW), valamint a repülőgép-, hajó- és kerékpárgyártásban. Az autóiparba – sok más anyaghoz hasonlóan – a versenyzés világából került be a karbonszál. Mivel a sportban minden megtakarított gramm számít, a könnyűépítés alapkövetelmény a versenyautók fejlesztése során.

 

A BMW-nél például a BMW M modellek tetejénél (➜ Bővebben: A BMW M logó története és színei), valamint a BMW M Performance Parts tartozékoknál használják az anyagot, amelynek szabad szemmel is jól kivehető a szálstruktúrája. Bár ez a rész elsősorban a látható karbonszálas komponensekre összpontosít, az anyagot a BMW 7 Limousine karosszériájánál is alkalmazzák, de az korábban a BMW i8-ban (➜ Bővebben: A jövő klasszikusa) és még hangsúlyosabb módon a BMW i3-ban is szerepet kapott. Utóbbi, elektromos meghajtású járműben ugyanis a teljes utaskabin-bölcső (➜ Bővebben: E-közlekedés a világ körül) karbonszálas anyagból van.

 

A BMW iX is részesül mindazon előnyökből, amelyek a BMW karbonszálas technológiában felhalmozott tapasztalataiból fakadnak. A karbonszál-erősítésű műanyagot Németországban, a BMW lipcsei és landshuti üzemében állítják elő. Magukat a szálakat az egyesült államokbeli Moses Lake-ben gyártják, míg az alapstruktúrát, más néven a szálas félkész terméket a németországi Wackersdorfban állítják elő.

 

A látható karbonból készült alkatrészek lenyűgöző látványt nyújtanak sajátságos, szövethez hasonlatos struktúrájukkal. A csúcstechnológiás anyagért lelkesedők a BMW M Performance Parts tartozékokkal elégíthetik ki rajongásukat. A testreszabáshoz bőséges mennyiségben állnak rendelkezésre látható karbonszálas elemek – a motorháztetőtől kezdve a belső és külső dizájnelemeken át egészen a diffúzorig. A BMW szélesre nyitja a kaput a karbon alkalmazása előtt, hogy teljesíthesse ügyfeleinek minden kívánságát.

 

Bővebben

HOGYAN KÉSZÜL A KARBONSZÁL?

CF

A karbonszál egy, az autógyártásban is használt, szén alapú kompozit anyag, amely egyebek mellett a BMW M Performance Parts tartozékokban, illetve a teljes egészében karbonszálból készült karosszériaelemekben van jelen. Az alapot a karbonszálak jelentik, amelyeket egy hőre keményedő műanyagból készült tartószerkezet, az úgynevezett mátrix tart egyben. Utóbbi többek között szintetikus gyantákból készülhet. A mátrix a szálak összetartására, a közöttük lévő terek kitöltésére szolgál. Mivel a szintetikus gyanta huzamosabb szobahőmérsékleten töltött idő után térhálósodni kezd, feltekercselve, –18 °C-on (–0,4 °F) tárolják. A feldolgozás következő lépése előtt körülbelül egy nappal az anyagot szobahőmérsékletűre melegítik.

 

Maguk a karbonszálak gyakran tízszer vékonyabbak, mint az emberi hajszál. A szálak fektetési iránya döntő fontosságú a stabilitás szempontjából, hiszen a struktúra csak szálirányban extrém merev. A következő lépésben körülbelül 50 000 szálból szálkötegeket hoznak létre, majd feltekercselik azokat. A látható karbonszálas elemek esetében a kötegek körülbelül 3000 szálból állnak. A szálkötegekből ezután sík, különböző irányú szálakat tartalmazó szövetet szőnek, amely minden irányban merev. Ezt követően a szöveteket egymásra helyezik, így rétegelt anyag jön létre.

Bővebben
CF

Utóbbit ezután formába helyezik, majd „összesütik”. Az autoklávnak nevezett technológiai lépésben a hőre keményedő mátrixot 120°C-os (248°F) hőmérsékleten, nagy nyomáson, körülbelül két órán keresztül keményítik. A gyanta a művelet során keresztkötéseket képez, így az alkatrész elnyeri végső alakját. A folyamat végtermékeként jönnek létre a szénszálas alkatrészek, amelyek adott esetben össze is illeszthetők, ha nagyobb egységeket (pl. karosszériaelemeket) kívánnak előállítani. A fedetlenül hagyott részeket ezután átlátszó lakkal vonják be, ami egyrészről biztosítja, hogy a jellegzetes struktúra látható maradjon, másrészről gondoskodik az anyag külső behatások elleni védelméről.

 

A látható karbonszálas elemeket nagyrészt kézzel készítik, vagyis meglehetősen időigényes műveletről van szó. Akár egy teljes napig is eltarthat egyetlen komponens előállítása. Az előkészítés, a vágás, az autoklávban való kikeményítés, a formázás, a marás és a lakkozás nincs meg pillanatok alatt. Másik oldalról viszont kiváló minőségű, rendkívül exkluzív termék jön létre. 

Bővebben

MILYEN TULAJDONSÁGOKKAL RENDELKEZIK A KARBONSZÁL?

A karbonszál jó néhány olyan pozitív tulajdonsággal rendelkezik, amelyekkel magasan kiemelkedik a többi anyag közül. Az egyik ilyen jellemző az elképesztő merevség, amely a karbonszálas struktúra extrém mértékű stabilitásából fakad. Ez áll annak a hátterében, hogy a karbonszálas autóalkatrészek igen komoly mértékű külső behatásoknak is képesek ellenállni. Amennyiben tehát a kellő helyeken alkalmazzák azokat, nagyban fokozzák a biztonságot.

 

A karbonszál másik nagy előnye az alacsony fajlagos tömeg. Az egyik legfontosabb könnyűfémnek számító alumíniumból készült karosszériaelemek akár 20–30%-kal is nehezebbek, mint karbonszálas társaik, az acél esetében pedig a növekmény az 50%-ot is elérheti. A kisebb tömeg kisebb villamosenergia-fogyasztást (➜ Bővebben: Elektromos járművek – alapfogalmak), összességében pedig kisebb karbonlábnyomot eredményez. Más irányból megközelítve, a sportos járművek esetében a karbonszálas elemek alkalmazása fokozott dinamizmust és jobb menettulajdonságokat biztosít. Az ok egyszerű: a könnyebb gyorsabb.

Bővebben

A karbonszál további előnyei között ott van a szinte korlátlan alakíthatóság, a korróziómentességből fakadó hosszú élettartam, a csekély mértékű hőtágulás, a jó hőtűrés, valamint az alacsony anyagfáradási hajlam. Ezen pozitív tulajdonságok ellensúlyozzák a komoly élőmunka-igény jelentette hátrányt, bár a nagyobb gyártási mennyiség, valamint az egyre-másra megjelenő innovációk csökkentik a fajlagos költségeket.

 

A fentieket összegezve tehát elmondható, hogy a karbonszálon kívül nincs még egy olyan, hasonló jellemzőkkel rendelkező anyag, amellyel ilyen mértékű tömegmegtakarítás lenne elérhető. Mindezeken felül pedig – miként azt a látható karbonszál-struktúrás BMW M Performance Parts tartozékok bizonyítják – ott a különleges megjelenés is. 

Bővebben

Fotók: BMW; Szerző: Nils Arnold; Illusztrációk: Cyprian Lothringer

Bővebben
BMW

BMW M PERFORMANCE PARTS

BMW M PERFORMANCE PARTS

  • Az üzemanyag-felhasználási, széndioxid-kibocsátási és villamosenergia-fogyasztási adatok a Könnyűgépjárművekre Vonatkozó Világszinten Harmonizált Vizsgálati Eljáráson (WLTP) alapulnak és a 715/2007/EK rendelet jelenleg hatályban lévő változatában előírt mérési eljárás szerint kerültek meghatározásra. A feltüntetett értékek a magyarországi piacra szállított alapfelszereltségű gépjárműre vonatkoznak. Az értéktartományon – amelynek megállapítása során figyelembe vették a különböző kerék- és gumiabroncsméreteket, valamint a választható kiegészítő felszereltségeket – belül az adatok az egyedi konfigurációnak megfelelően változhatnak. Az új személyautók hivatalos üzemanyag-fogyasztásáról és CO2-kibocsátásáról további információt a „New Passenger Vehicle Fuel Consumption and CO2 Emission Guidelines” című, a DAT Deutsche Automobil Treuhand GmbH, Hellmuth-Hirth-Str. 1, 73760 Ostfildern, Németország postacímen megrendelhető brosúrából vagy a https://www.dat.de/co2 weboldalon kaphat. Az itt szereplő gépjárművek vonatkozásában az olyan gépjárművet terhelő adók vagy egyéb illetékek tekintetében, amelyek (legalább részben) a széndioxid-kibocsátáson alapulnak, a széndioxid-kibocsátási adatok eltérhetnek az itt megadott értékektől.

    Kérjük, hogy a WLTP mérési eljárással kapcsolatos további információkért keresse fel a www.bmw.de/wltp weboldalt.