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巅峰运动表现 — 由轻量化助力

Dynafib 技术改变汽车世界

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巅峰运动表现 — 由轻量化助力

法兰西体育场,法国巴黎。2024 年 8 月 3 日晚上 10:30“各就各位!”8 万多观众在短短几秒钟内就安静了下来,让人无比惊讶。如果不是新闻席上电视和电台记者的低声说话,以及九个肌肉发达的运动员在起跑线上慢慢蹲下,您连一根针掉在地上或许都能听到。接下来的十秒钟将决定多年的努力是否会得到回报,他们能否抓住这一千载难逢的机会,赢得奥运荣耀。“预备!”

为了实现梦想,这些运动员必须注意每一个细节,几乎没有任何犯错的余地。在赛道上训练数千小时。在健身房举起数百万磅的重量。在理疗师那里接受数百次痛苦的治疗。从睡眠模式到营养,生活的各个方面都得制定严格而细致的时间表。更不用说装备了:除了完美贴合的跑步装备外,还得试用数十双短跑钉鞋,它们轻得几乎难以察觉,但在比赛中却能迸发出最大的动力。所有人都希望这些努力能有所回报,希望人体机能不会在真正重要的时刻被拖累,并且要发挥其巅峰实力。

还有一个领域,重量和对细节的关注发挥着同样重要的作用:汽车。多年来,一些汽车通过增强自己的“肌肉”成为了顶级运动员 — 但代价是质量增加。由于欧盟等监管机构正在强制要求原始设备制造商减少其整个车队的碳足迹,因此制造商也在反过来寻找优化其顶级运动员级别车型的方法 — 逐个实现零部件的轻量化。大陆集团的专家们受到了启发。

与轻量化专家合作

我们的汽车减重专家都在法国雷恩。十年前,他们开始寻找方法来开发在性能上可与传统解决方案相媲美的轻质零部件,并在航空业寻找到了可行的方法。在航空业,工程师们长期以来都对大型部件采用复合材料。为什么这不能成为汽车应用的解决方案呢?

因此,他们与轻质材料领域的其他先驱合作,将他们在抗振系统、橡胶和热塑性塑料方面的专业知识与航空业在热塑性复合材料和自动纤维铺放工艺方面的专业知识相结合。再加上来自两所大学的最新研究成果 — 由此诞生了 Dynafib,这是一种新的汽车零部件材料解决方案。

质量更轻的坚固零部件 — Dynafib 让汽车减重成为可能

作为一种轻量化技术,Dynafib 是由多层胶带组成的一个闭环。胶带由数百根非常长的玻璃纤维制成,所有玻璃纤维都沿同一方向排列,浸渍到热塑性基质中,然后在激光束的作用下熔合在一起。一个零件所需的强度和坚固程度越高,那就使用更多的层数。这就是 Dynafib 特别适用于必须承受面向外部的内部负载零件的原因,例如扭矩杆。

它们是一个完美的示例,可以近距离观察 Dynafib 在保持性能的同时减轻重量的潜力。扭矩杆通常由钢或铝合金制成,可通过防止振动和噪音传递以及限制电机滚动来抑制车辆扭矩的影响。为了将所有组件的零部件安全地连接在一起,Dynafib 加强杆与两个衬套组合在一起,然后用聚酰胺包覆成型,从而增加了部件的结构功能。由于 Dynafib 加强杆是专门为此应用而设计的,它可以防止扭矩杆撕裂,并在大幅减重的情况下显著提升其强度。

但要减重多少呢?让我们以铝制扭矩杆作为对比的基准。具有相同强度的钢棒重量要高出约 20%。未经增强的热塑性扭矩杆的重量约为铝杆重量的 75%,但强度也只有其强度的 50%。只有轻量化的 Dynafib 解决方案才能达到与金属版本相同的强度值,同时重量却比铝合金减少约 50%。

开发新的轻量化技术时面临的挑战

尽管 Dynafib 是一项高度创新的技术,但遗憾的是它并不适用于所有应用或汽车零部件。通常,由于 Dynafib 胶带无法扭曲,因此只能考虑可以用单个直胶带加固的部件。此外还要弄清楚生产过程,因为我们必须通过优化注塑来确保所有组件都正确相连。

零部件的尺寸也是一个挑战。多年来,航空业的参与者一直在使用多层多向胶带来生产具有柔和曲线的大表面。然而,生产如此大的轻量化零部件需要耗费大量时间。对于汽车行业而言,开发零部件时,时间是至关重要的,它是成本之外的主要因素之一。因此,需要以低成本生产的零部件数量远高于飞机驾驶舱的相关数字。为了使其物有所值,Dynafib 扭矩杆的生产速度要达到每件 20 至 30 秒。

因此,如果您想将标准化的金属零部件转换为新的轻量化技术产物,需要考虑很多问题。尽管如此,大陆集团的 Dynafib 扭矩杆将于今年春季投入量产,但我们在雷恩的材料和产品专家已经在研究如何减轻连杆臂和空气弹簧等其他汽车零部件,我们希望通过采用 Dynafib 技术,将这些零部件减轻约三分之一的初始重量。

虽然,到目前为止 Dynafib 专家们一直专注于乘用车,但他们已经开始拓宽视野,坚信其他车辆也可以从轻量化中受益:卡车、农用车辆、工程机械、电车和火车、自行车和其他软移动性产品。更不用说交通之外的其他工业应用了 — 轻量化解决方案的可适用范围几乎与法国首都 2024 年那个神奇的夏天的活动数量一样广泛。

未来:可持续的轻量化解决方案

无论是对于田径运动员还是汽车而言,轻量化本身显然并非目的。对于原始设备制造商来说,这项工作有一个目的:可持续性。更轻的车辆可以降低油耗,从而减少 CO2 排放量。但在大陆集团,我们不仅关注下游价值链,而且还关注我们自己的材料、解决方案和流程。Dynafib 的优点在于生产过程本身不会耗费太多能源。然而,它的整体碳足迹仍然没有达到我们希望的水平,这主要是因为所使用的材料:玻璃纤维和新型热塑性塑料。

我们在雷恩的 Dynafib 专家正致力于改变这一现状。他们希望在两年后可以推出一种新的轻量化解决方案,改为使用 Dynafib 技术以及生物基材料和回收聚合物,从而将整体碳足迹降低到只有目前的一小部分。真正的轻量化、全强度。在实现这一目标的道路上,也许他们中的一些人会成为这 8 万名粉丝中的一员,当巴黎的发令枪响起时,他们会爆发出欢呼声。“跑!”

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