Чтобы улучшить качество городского воздуха и защитить окружающую среду, многие муниципалитеты планируют заменить в автопарках свои дизельные мусоровозы на электрические. Однако с этим есть ряд сложностей, так как электрические мусоровозы оснащены тяжелыми аккумуляторными батареями или топливными элементами, поэтому они могут перевозить меньше отходов, чем классические мусоровозы с двигателями внутреннего сгорания. Однако немецкие инженеры теперь намерены изменить это, используя легкие конструкции.
С этой целью институт материаловедения и лучевой технологии Fraunhofer IWS Dresden совместно с пятью центральными немецкими научно-исследовательскими институтами и компаниями (кафедра конструкционного легкого дизайна и переработки пластмасс технологического университета Chemnitz, Marko Pfaff & Co. Spezialfahrzeugbau GmbH, Car systems Scheil GmbH & Co. KG, the PROFIL Verbindungstechnik GmbH & Co. KG и EBF Dresden GmbH) объединили свои усилия в рамках проекта «UTILITAS» («сверхлегкие конструкции для коммерческих транспортных средств в коммунальных службах»). Вместе они нацелены на создание лучших контейнеров для сбора отходов из легких металлов и волокнистых композитных пластмасс, которые заменят тяжелые стальные надстройки классических мусоровозов и будут примерно на треть легче. «Это новое поколение электромобилей сможет перевозить столько же отходов на один рейс, сколько классический небольшой мусоровоз», - подчеркивает Аннет Клотцбах, возглавляющая группу по технологии склеивания и волокнистых композитов в компании Fraunhofer IWS Dresden.
Проект «UTILITAS» стремится к устойчивым и экономически эффективным решениям, поддерживающим муниципалитеты для достижения своих целей в области защиты климата с помощью местных ресурсов. «Именно поэтому альянс разрабатывает не только контейнер, но и связанные с ним практические технологии производства», - объясняет инженер Fraunhofer IWS. «Важным моментом здесь является обеспечение того, чтобы новые контейнеры также можно было выгодно выпускать небольшими сериями и быстро ремонтировать в местных мастерских». Партнеры проекта опираются на контейнерные конструкции из алюминиевых каркасов и армированных стекловолокном термопластичных панелей. Они испытывают различные методы, чтобы надежно соединить эти материалы, сравнимые по стойкости со стальными конструкциями.
В этом также им помогает новая технология соединения «HeatPressCool-integrationtive» (HPCi), разработанная в Fraunhofer IWS, в которой сначала лазер делает алюминиевые компоненты шероховатыми, создавая тем самым канавки в металле, тоньше штифта и глубиной всего около 200 микрометров. Затем оборудование прижимает пластмассовый компонент к алюминиевой стойке и ненадолго нагревает металл. Во время этого процесса термопласт плавится на поверхности алюминия, перетекает в формованные лазером канавки и закрепляется там во время охлаждения. Через несколько секунд алюминий и композитный пластик прочно соединяются навсегда.
В ходе совместной разработки инженеры IWS стремятся точно определить долговечность такого соединенного легкого контейнера по сравнению с винтовыми или клеевыми решениями. Контейнер должен выдерживать высокие нагрузки при повседневном использовании, например, когда оператор транспортного средства прессует собранные отходы. В предыдущих экспериментах контейнеры, соединенные решением HPCi, оказались особенно прочными и, прежде всего, их намного легче ремонтировать, чем клееные конструкции. Замеры показали, что соединения HPCi могут выдерживать растягивающие усилия, эквивалентные давлению гидравлического рычага до 25 мегапаскалей.
Специалисты IWS убеждены, что новый процесс соединения подходит не только для конструкций контейнеров для отходов, но и для легких конструкций на самолетах, железных дорогах, промышленных объектах или кораблях. Тем временем, чтобы обеспечить широкое практическое применение своей новой технологии соединения, исследователи из Дрездена разработали компактные пистолеты для соединения HPCi, которые едва ли больше стандартной ручной дрели.
Их можно модульно установить на роботов, чтобы быстро запустить небольшой легкий производственный цикл. Поскольку этот новый инструмент очень многообещающий, ученые Fraunhofer также намерены вскоре создать компанию, которая будет серийно производить пистолеты для соединения HPCi.
По словам Аннетт Клоцбах, прототипы высокотехнологичных контейнеров должны быть готовы к началу 2021 года, а первые мусоровозы с новыми легкими кузовами появятся на дороге в течение двух лет.
