I ricercatori del Fraunhofer Institut IAP stanno sviluppando una nuova tipologia di alberi di trasmissione molto leggeri, per auto e camion, in cui la matrice è costituita da materiali termoplastici leggeri e riciclabili.
Grazie alla minore densità di massa e al minor numero di cuscinetti necessari, gli alberi di trasmissione in plastica rinforzata con fibre di carbonio sono più leggeri del 60% rispetto a quelli metallici e presentano migliori proprietà meccaniche, contribuendo a ridurre il consumo di carburante dei veicoli.
Ora, il progetto ZenaLeb del Fraunhofer Institut IAP, condotto insieme a partner industriali, e finanziato dal governo, ha come obiettivo ottimizzare questi componenti in termini di peso e facilità di riciclo.
«Nella prima fase, intendiamo ottimizzare gli alberi di trasmissione con una matrice termoindurente. Nella seconda fase, svilupperemo alberi con una matrice termoplastica» riassume Felix Kuke, a capo di ZenaLeb.
Gli alberi di trasmissione con matrice termoindurente sono attualmente prodotti mediante avvolgimento di fibre. In questo processo di produzione, le fibre impregnate di resina vengono avvolte in trazione attorno a un asse rotante e polimerizzati in una fase successiva.
«La nuova tecnologia prevede il posizionamento automatico delle fibre (AFP), in cui i nastri pre-impregnati (pre-preg), contenenti fibre di carbonio, vengono riscaldati da un laser e posizionati su un asse rotante in modo completamente automatico gestito da un robot, senza la necessità di una polimerizzazione aggiuntiva» spiega il ricercatore.
Inoltre, questa tecnologia consente di avvolgere liberamente gli alberi motore senza limitarli con schemi di avvolgimento predefiniti, come avviene nell’avvolgimento delle fibre. Ciò si traduce in un peso inferiore rispetto agli attuali metodi di progettazione dei termoindurenti.
Secondo i calcoli dei ricercatori, il nuovo design può ridurre il consumo di carburante dello 0,3% durante la fase di utilizzo e ridurre notevolmente le emissioni di CO2 per auto e camion di nuova immatricolazione.
Rispetto agli alberi di trasmissione di acciaio, è persino possibile ottenere un risparmio di peso superiore al 65%.
«Il processo AFP consente ai produttori di ottenere tassi di produttività elevati. Il nostro obiettivo è implementare il processo nella produzione su larga scala» spiega Kuke.
Sensori a fibra ottica ed estensimetri avvolti negli alberi di trasmissione permettono di monitorare il ciclo di vita del prodotto, dalla produzione del materiale di base al riciclo, mentre i nastri pre-impregnati di fibre di carbonio presentano già un codice QR che fornisce informazioni sulle fibre e sul sistema di matrice utilizzato, essenziale per il riciclo.
Foto: WFBB (photographer: Jungblut & Büssemeier)
