Composietmaterialen verlichten elektrische vuilniswagens, verhogen efficiëntie en duurzaamheid

Het Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS Dresden, samen met vijf andere Midden-Duitse onderzoeksinstituten en bedrijven, hebben recent krachten gebundeld voor het UTILITAS-project ("Ultralichte structuren voor commerciële voertuigen in gemeentelijke dienst"), dat gericht is op duurzame en kosteneffectieve oplossingen die gemeenten ondersteunen om hun klimaatbeschermingsdoelen te halen met lokaal beschikbare bronnen. Samen plannen de bedrijven betere inzamelcontainers te bouwen van lichte metalen en vezel-versterkte composietkunststoffen. Deze oplossingen zullen de zware staal-bovenstructuren van klassieke vuilniswagens vervangen met een alternatief dat een derde lichter zal zijn.

"Deze nieuwe generatie elektrische voertuigen zou dan in staat zijn om evenveel afval per laad te transporteren als een klassieke kleine vuilniswagen," benadrukt Annett Klotzbach, die de groep Bonding en Vezel-Composiet-Technologie bij Fraunhofer IWS Dresden leidt.

Het project's overkoepelende doel betekent meer dan alleen betere vuilnisvoertuigen bouwen. "Dit is waarom de alliantie niet alleen de container ontwikkelt, maar ook de gerelateerde praktische productietechnologieën," legt Klotzbach uit. "Het belangrijke punt hier is om te waarborgen dat de nieuwe containers ook winstgevend in kleine series gebouwd kunnen worden en snel gerepareerd in lokale werkplaatsen." De projectpartners vertrouwen naar verluidt op containerconstructies van aluminium-frames en glasvezel-versterkte thermoplastische panelen, en testen ook diverse verbindingsmethoden.

Een van de nieuwe verbindingstechnologieën ontwikkeld bij Fraunhofer IWS, de "HeatPressCool-integratieve" (HPCi) wordt additioneel toegepast. Een laser verruwt eerst de aluminium-componenten, groove's in het metaal creërend die dunner dan een pen zijn en slechts ongeveer 200 micrometer diep. Vervolgens drukt het gereedschap het kunststofcomponent tegen de aluminium-streep en verhit het metaal kort. Tijdens dit proces smelt het thermoplast op het aluminium-oppervlak, vloeit in de gelaserde grooves en wordt geankerd tijdens afkoeling. Na een paar seconden zijn aluminium en composietkunststof naar verluidt permanent en stevig verbonden.

In de loop van de ontwikkelingsamenwerking streven de IWS-ingenieurs er ook naar de langetermijnduurzaamheid van de verbonden lichtgewicht-container te bepalen vergeleken met schroef- of lijmoplossingen. Volgens Fraunhofer IWS moet de container hoge belastingen in dagelijks gebruik weerstaan, bijvoorbeeld wanneer de voertuigmechanica het ingezamelde afval comprimeert. In eerdere experimenten bleken de HPCi-verbonden containers bijzonder duurzaam en veel eenvoudiger te repareren dan gelijmde constructies. Metingen hebben getoond dat de HPCi-verbindingen tractiekrachten kunnen weerstaan gelijk aan de druk van een hydraulische arm van tot 25 megapascal.

De IWS-experts zijn overtuigd dat het nieuwe verbindingsproces niet alleen geschikt is voor vuilniscontainer-constructies, maar ook voor lichtgewichtbouw in vliegtuigen, spoorwegen, industriële installaties of schepen. Industriële klanten willen HPCi ook gebruiken in de productie van vaatwassers en andere huishoudelijke apparaten. Terwijl, om de brede praktische toepassing van het project's nieuwe verbindingstechnologie te ondersteunen, zeggen de Dresden-onderzoekers dat ze compacte HPCi-verbindingspistolen hebben ontwikkeld die niet veel groter zijn dan een standaard boormachine. Ze kunnen modulair op robots gemonteerd worden, bijvoorbeeld, om snel een kleine lichtgewicht-productierun te starten. Aangezien deze nieuwe tool zo veelbelovend is, willen de Fraunhofer-wetenschappers ook binnenkort een bedrijf opzetten dat de HPCi-verbindingspistolen in serie zal produceren.

Met de stand van de huidige ontwikkelingen, voegt het bedrijf toe, zullen de eerste elektrische vuilniswagens met nieuwe lichtgewicht-containers binnenkort het stedelijk beeld van veel grote steden bepalen. "De container-prototypes zouden begin 2021 klaar moeten zijn," kondigt Klotzbach aan. "We verwachten de eerste vuilnisinzaamvoertuigen binnen twee jaar op de weg." De ontwikkelaars zien gemeentelijke bedrijven als de hoofdkanten.

Zes partners zijn betrokken bij het UTILITAS-project: Fraunhofer IWS Dresden, de Lehrstuhl für Leichtbau und Kunststoffverarbeitung aan de TU Chemnitz (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).