BMW iX lages av limt, legert aluminium (Al), høyfast stål og karbonfiberplast. Al er smart fordi vekten bare er 1/3 av stålets, og i økede grad fordi mengden rimelig gjenbrukt metall (fra bl.a. Norsk Hydro) stiger jevnt og trutt.
Av Stein Bekkevold
BMW iX en noe av det mer avanserte på dagens marked, og har aluminiumbasert (Al) elektrisk drivlinje og aluminium 3D chassis- og karosseriramme – med sideprofiler av karbonfiber-plast (CFRP), pluss i regnkanaler, takramme og bakruteåpning.
Bilens elektriske plattform er lik fabrikkens modulære CLAR-løsning (Cluster ARchitexture). Det gjør at de kan bygge iX på linje med andre bilmodeller, i Dingolfing. Karosseriet er av en Al, høyfast stål, gjenbrukbar termoplast og karbonfiberplast for å senke vekten. Plattformen er et Al-chassis med doble triangelarmer foran og flerstags oppheng bak (i x, y og z-akser), med aktiv bakhjulsstyring.
Fronten har kamera, radar og andre sensorer for førerassistanse. Grillen har selvreparerende belegg som glatter ut riper og sår slik at sensorene alltid ser godt.
Aluminium
En aluminiumlegering (Al) har Al som hovedmetall. Tilskudd er kobber, magnesium, mangan, silisium, tinn, nikkel og sink. Det finnes støpelegeringer og smilegeringer, begge kan varmebehandles. Al brukes til smidde produkter, valset plate, folier og trukne profiler. Legeringene brukes der vi ønsker lav vekt og/eller økt korrosjonsmotstand. Det har vært brukt i nesten alle fly siden 1. verdenskrig. Og har vært kjent siden danske H. C. Ørsted isolerte det da han forsket i 1825 …
Styres av formen
Å velge riktig legering skjer med vurdering av strekkfasthet, tetthet, duktilitet, formbarhet, bearbeidingsegenskaper, sveisbarhet og korrosjonsforhold. Al brukes også på grunn av høyt styrke/vekt-forhold. Det har naturlig stivhet (E-modul) på ca 70 GPa, 1/3 av stålets. Derfor vil ting av Al få større elastisk deformasjon enn en lik ståldel under samme last. Brukt i biler vil konstruksjonen ofte styres av formen; trukne profiler er smarte fordi Al-Mg-Si-legeringenes formbarhet kan gi svært komplekse tverrsnitt.
Stivt
I biler med moderne Al brukes romrammer (3D, space frame) av trukne profiler av Al-Si-Cu og lignende for å få god stivhet. Dette er en radikal endring fra vanlig stålbil-design, med buede (selvbærende) karosseriskall. En viktig begrensning med Al er lavere utmattingsfasthet enn stål. Stål svekkes ikke med økte spennings-sykluser.
Aluminium har ingen klar utmattingsgrense, og fortsetter å svekkes. Derfor brukes legeringene bare sparsomt i deler som må ha høy utmattingsfasthet – særlig over 107 sykluser. Dette tar flykonstruktører hensyn til. Og flinke bilfolk …
Limt bil
I stor grad bygges iX med moderne lim, mange fra aerospace. Dette fordi bare liming i lange, sterke fuger solid nok kan koble karbonfiber og metallprofiler. Lim er stoff som kan holde materialer sammen på funksjonell måte – med overflatefeste som motstår separasjon.
Når vi limer, er fysiske og kjemiske egenskaper hovedfaktorer. Også viktig for å få god fuge er tilstanden til det som skal limes, som metallegeringer, plast og komposittmaterialer.
Slike faktorer – lim og overflate – avgjør fugens styrke og levetid. Oppførselen til det limte påvirkes av geometri og detaljer i fugen, og av n last-innføringen. Viktig for å få god limkopling er limets evne til å fukte og spre seg.
Full molekylær kontakt er første skritt for å få sterke og stabile fuger. Ved god fukting oppstår fysiske limkrefter i grensesnittet, ved ulike mekanismer. Den nøyaktige fysikken er studert siden 1960-tallet, særlig i flyindustrien (som vi gjorde med kampfly AJS 37 Viggen) og det finnes flere ulike teorier.
Adsorpsjon
Kjemisk sett er adsorpsjon at et stoff avsettes på overflaten av et annet. Adsorpsjon og absorpsjon ligner hverandre, men ved absorpsjon siver stoffet inn i det andre – det blir absorbert – i adsorpsjon festes det bare til overflaten; stoffene kleber med tett molekylærkontakt.
I limforbindelser er det intermolekylære eller valenskrefter som virker i limoverflaten og på objektet. I tillegg fins fire andre mekanismer. Den første er mekanisk, og fås når lim flyter inn i porer eller rundt ujevnheter.
Den andre kalles interdiffusjon, og kommer når flytende lim løses opp og siver inn – som ved liming av treverk og kartong. Den tredje mekanismen – liming av metall og plast – er altså adsorpsjon og overflatereaksjon, her får vi sterk binding når limets molekyler adsorberes på en fast overflate og reagerer kjemisk med denne. Reaksjonen skiller dette fra enkel adsorpsjon, men spesiell kjemisk reaksjon kan være en del av en samlet prosess, og ikke separat mekanisme.
Og så antyder elektrostatisk tiltrekningsteori at egne atomkrefter oppstår i grensesnitt med ulike elektroniske båndstrukturer. Oftest er flere enn én mekanisme viktig i å få største fugestyrke for ulike lim og objekt.
Lim er plast
Nesten alle moderne lim er polymere, makromolekyler som fra kobling av mange tusen enkle molekyler – monomere. En polymerisasjon kan skje under herding, der reaksjonen oppstår samtidig med limbinding – som med epoksyharpikser og cyanoakrylater. Den kan også oppstå før materialet blir lim, som termoplastene polyuretan og styrenisopren -styren kopolymer. Slike polymere gir styrke, fleksibilitet og evne til å spre seg og samhandle på overflaten – viktig for god adhesjon.
På Saab brukte vi plast-lim på tidlig 1960-tall da kampflyet AJS 37 Viggen ble utviklet.
Store panel ble limt med Redux for å gi glatte overflater og bedre aerodynamikk, særlig i overlydshastighet (2400 km/t). Redux er navnet på fenolformaldehyd/polyvinyl-formallim fra Aero Research Ltd i Duxford, på sent 1940-tall. Navnet kommer av Research at Duxford.
Biler limes ofte med sterke epoksy- og/eller polyuretanlim. Epoksylim baseres på etylenoksid C2H4O. Dette er en syklisk eter, og den enkleste varianten: en treleddet ring av ett oksygenatom og to karbon-atomer. Enkelt – og smart!
Og det er tøft av BMW å satse så hardt på lim og flyaluminium.
Bildene er fra BMWs arkiv. Viggen-bildet er fra mitt eget arkiv.
