Composieten helpen het batterijgewicht voor elektrische afvalwagens te compenseren

Het Fraunhofer Instituut voor Materiaal- en Beam Technologie IWS Dresden, samen met vijf andere Centraal-Duitse onderzoeksinstituten en bedrijven hebben onlangs de krachten gebundeld voor het UTILITAS-project (“Ultralight Structures for Commercial Vehicles in Municipal Service Operations”), dat gericht is op duurzame en kostenbesparende effectieve oplossingen die gemeenten ondersteunen om hun klimaatbeschermingsdoelen te halen met lokaal beschikbare middelen. Samen zijn de bedrijven van plan om betere inzamelbakken te bouwen van lichte metalen en vezelversterkte composietkunststoffen. Deze oplossingen zullen de zware stalen bovenbouw van klassieke vuilniswagens vervangen door een alternatief dat een derde lichter zal zijn.

"Deze nieuwe generatie elektrische voertuigen zou dan evenveel afval per lading kunnen vervoeren als een klassieke kleine vuilniswagen", benadrukt Annett Klotzbach, hoofd van de Bonding and Fiber Composite Technology-groep bij Fraunhofer IWS Dresden.

Het overkoepelende doel van het project houdt echter meer in dan alleen beter bouwen voertuigen weigeren. "Daarom ontwikkelt de alliantie niet alleen de container, maar ook de bijbehorende praktische productietechnologieën", legt Klotzbach uit. “Belangrijk hierbij is ervoor te zorgen dat de nieuwe containers ook in kleine series rendabel gebouwd kunnen worden en in lokale werkplaatsen snel gerepareerd kunnen worden.” De projectpartners zouden vertrouwen op containerconstructies van aluminium frames en glasvezelversterkte thermoplastische panelen, en testen ook verschillende verbindingsmethoden.

Een van de nieuwe verbindingstechnologieën die bij Fraunhofer IWS zijn ontwikkeld, de "HeatPressCool-integrative" (HPCi), wordt bovendien gebruikt. Een laser ruwt eerst de aluminium onderdelen op, waardoor groeven in het metaal ontstaan ​​die dunner zijn dan een speld en slechts ongeveer 200 micrometer diep. Vervolgens drukt het gereedschap het kunststof onderdeel tegen de aluminium stut en verwarmt het metaal kort. Tijdens dit proces smelt de thermoplast op het aluminium oppervlak, stroomt in de lasergegoten groeven en wordt daar tijdens het afkoelen verankerd. Na een paar seconden zouden aluminium en composietplastic permanent en stevig aan elkaar zijn gehecht.

In de loop van de ontwikkelingssamenwerking richten de IWS-ingenieurs zich ook op het bepalen van de duurzaamheid op lange termijn van de samengevoegde lichtgewicht container in vergelijking met schroef- of lijmoplossingen. Volgens Fraunhofer IWS zal de container in het dagelijks gebruik hoge belastingen moeten kunnen weerstaan, bijvoorbeeld wanneer de voertuigmonteurs het ingezamelde afval comprimeren. In eerdere experimenten bleken de HPCi-gekoppelde containers bijzonder duurzaam en veel gemakkelijker te repareren dan verlijmde constructies. Metingen hebben aangetoond dat de HPCi-verbindingen trekkrachten kunnen weerstaan ​​die equivalent zijn aan de druk van een hydraulische arm tot 25 megapascal.

De IWS-experts zijn ervan overtuigd dat het nieuwe verbindingsproces niet alleen geschikt is voor afvalcontainerconstructies, maar ook voor lichtgewicht constructies in vliegtuigen, spoorwegen, industriële installaties of schepen. Industriële klanten zijn ook van plan HPCi te gebruiken bij de productie van vaatwassers en andere huishoudelijke apparaten. Ondertussen, om de brede praktische toepassing van de nieuwe verbindingstechnologie van het project te ondersteunen, zeggen de Dresdense onderzoekers dat ze compacte HPCi-verbindingspistolen hebben ontwikkeld die niet veel groter zijn dan een standaard handboormachine. Ze kunnen bijvoorbeeld modulair op robots worden gemonteerd om snel een kleine lichtgewicht productierun te starten. Omdat deze nieuwe tool zo veelbelovend is, zijn de Fraunhofer-wetenschappers ook van plan om binnenkort een bedrijf op te richten dat de HPCi-verbindingspistolen in serie gaat produceren.

Met de huidige ontwikkelingen, voegt het bedrijf eraan toe, zullen de eerste elektrische vuilniswagens met nieuwe lichtgewicht containers binnenkort het stadsbeeld van veel grote steden vormgeven. "De containerprototypes zouden begin 2021 klaar moeten zijn", kondigt Klotzbach aan. “We verwachten dat de eerste vuilniswagens binnen twee jaar de weg op zullen gaan.” De ontwikkelaars zien gemeentelijke bedrijven als de belangrijkste klanten.

Zes partners zijn betrokken bij het UTILITAS-project:Fraunhofer IWS Dresden, de leerstoel voor Structural Lightweight Design and Plastics Processing aan de Chemnitz University of Technology (Chemnitz), Marko Pfaff &Co. Spezialfahrzeugbau GmbH (Bad Lausick), Car systems Scheil GmbH &Co. KG, de PROFIL Verbindungstechnik GmbH &Co. KG (Friedrichsdorf) en de EBF Dresden GmbH (Dresden).