5 luglio 2023 08:45
Alleggerire i veicoli è sempre stato uno degli obiettivi dell'industria automobilistica, ma in molti casi ciò non è facile a causa dei requisiti meccanici imposti dal componente, come nel caso della catena cinematica. Grazie allo sviluppo di materiali compositi sempre più performanti, anche questo limite potrebbe essere presto superato.
I ricercatori del Fraunhofer Institute for Applied Polymer Research (IAP) stanno infatti studiando un albero di trasmissione per auto e camion molto leggero, grazie all'impiego di materiali compositi a matrice termoplastica e rinforzo in fibra di carbonio, resistenti e al tempo stesso riciclabili a fine vita.
Dovendo trasmettere la potenza dal cambio alle ruote, sopportando carichi elevati, gli alberi di trasmissione sono generalmente composti da più elementi realizzati con materiali "pesanti" come acciaio, alluminio o lega di titanio. In passato sono stati messi a punto alberi in composito termoindurente rinforzato con fibra di carbonio, ottenuti mediante filament winding, più leggeri del 60% rispetto alle versioni in metallo e con caratteristiche meccaniche pari o superiori.
I ricercatori tedeschi del Center for Sustainable Lightweight Technologies (ZenaLeb) presso il Fraunhofer IAP, vogliono andare oltre, riducendo ulteriormente il peso e rendendo il componente più facilmente riciclabile.
Nella prima fase della ricerca si punta a ottimizzare il processo basato su una matrice termoindurente, per poi sviluppare alberi con matrice termoplastica.
A questo scopo, vengono utilizzati prepregs (nastri pre impregnati), che dopo essere stati riscaldati mediante una sorgente laser vengono posizionati su un asse rotante, per l'avvolgimento in forma cilindrica, in modo completamente automatico e controllati da un robot, senza necessità di ulteriore polimerizzazione.
Questo processo di posizionamento automatico delle fibre, battezzato AFP (in foto), consente di inserire i nastri pre-impregnati, tagliati su misura, nei punti critici del componente in modo mirato, senza dover sottostare a schemi di avvolgimento predefiniti, come invece avviene con la tecnica del filament winding. Ciò consentirebbe di produrre alberi di trasmissione più efficienti, secondo i ricercatori oltre il 65% meno pesanti rispetto agli alberi di trasmissione in acciaio. Si potrebbe così ridurre il consumo di carburante dei vecioli dello 0,3% e contenenere le emissioni di CO2 nelle auto e nei camion di nuova generazione.
Integrando in fase di produzione sensori a fibra ottica ed estensimetri è possibile monitorare il ciclo di vita del componente, dalla produzione dei materiali alla dismissione; a questo scopo, i prepregs sono dotati di un codice QR che fornisce informazioni sui materiali impiegati, a fini del successivo riciclo.
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