Les composites aident à compenser le poids de la batterie des camions à déchets électriques

L'Institut Fraunhofer pour la technologie des matériaux et des faisceaux IWS Dresden, ainsi que cinq autres instituts de recherche et entreprises d'Allemagne centrale ont récemment uni leurs forces pour le projet UTILITAS (« structures ultralégères pour véhicules utilitaires dans les opérations de service municipal »), qui vise à un développement durable et économique. des solutions efficaces aidant les municipalités à atteindre leurs objectifs de protection du climat avec des ressources disponibles localement. Ensemble, les entreprises prévoient de construire de meilleurs conteneurs de collecte en métaux légers et en plastiques composites renforcés de fibres. Ces solutions remplaceront les lourdes superstructures en acier des camions à ordures classiques par une alternative qui sera un tiers plus légère.

« Cette nouvelle génération de véhicules électriques serait alors capable de transporter autant de déchets par chargement qu'un petit camion à ordures classique », souligne Annett Klotzbach, qui dirige le groupe Bonding and Fiber Composite Technology chez Fraunhofer IWS Dresden.

Cependant, l'objectif global du projet signifie plus que simplement construire mieux refuser les véhicules. « C'est pourquoi l'alliance développe non seulement le conteneur, mais également les technologies de production pratiques associées », explique Klotzbach. « Le point important ici est de s'assurer que les nouveaux conteneurs peuvent également être construits de manière rentable en petites séries et être réparés rapidement dans des ateliers locaux. » Les partenaires du projet s'appuient sur des constructions de conteneurs constituées de cadres en aluminium et de panneaux thermoplastiques renforcés de fibre de verre, et testent également diverses méthodes d'assemblage.

L'une des nouvelles technologies d'assemblage développées chez Fraunhofer IWS, le « HeatPressCool-integrative » (HPCi) est également utilisée. Un laser rend d'abord rugueux les composants en aluminium, créant des rainures dans le métal qui sont plus fines qu'une épingle et d'une profondeur d'environ 200 micromètres seulement. Ensuite, l'outil presse le composant en plastique contre la jambe de force en aluminium et chauffe brièvement le métal. Au cours de ce processus, le thermoplastique fond sur la surface de l'aluminium, s'écoule dans les rainures moulées au laser et s'y ancre pendant le refroidissement. Après quelques secondes, l'aluminium et le plastique composite seraient définitivement et fermement liés.

Au cours de la coopération au développement, les ingénieurs d'IWS visent également à déterminer la durabilité à long terme du conteneur léger assemblé par rapport aux solutions vissées ou adhésives. Selon Fraunhofer IWS, le conteneur devra supporter des charges élevées lors d'une utilisation quotidienne, par exemple lorsque les mécaniciens du véhicule compriment les déchets collectés. Lors d'expériences précédentes, les conteneurs à jonction HPCi se sont avérés particulièrement durables et beaucoup plus faciles à réparer que les constructions collées. Des mesures ont montré que les joints HPCi peuvent résister à des forces de traction équivalentes à la pression d'un bras hydraulique jusqu'à 25 mégapascals.

Les experts d'IWS sont convaincus que le nouveau procédé d'assemblage convient non seulement aux constructions de conteneurs à déchets, mais également aux constructions légères dans les avions, les chemins de fer, les installations industrielles ou les navires. Les clients industriels ont également l'intention d'utiliser HPCi dans la production de lave-vaisselle et d'autres appareils électroménagers. Pendant ce temps, afin de soutenir la large application pratique de la nouvelle technologie d'assemblage du projet, les chercheurs de Dresde disent avoir développé des pistolets d'assemblage HPCi compacts qui ne sont pas beaucoup plus gros qu'une perceuse à main standard. Ils peuvent être montés de manière modulaire sur des robots, par exemple, afin de démarrer rapidement une petite série de production légère. Étant donné que ce nouvel outil est si prometteur, les scientifiques de Fraunhofer ont également l'intention de créer bientôt une société qui produira en série les pistolets d'assemblage HPCi.

Avec l'état des développements actuels, ajoute l'entreprise, les premiers camions à ordures électriques avec de nouveaux conteneurs légers façonneront bientôt la scène urbaine de nombreuses grandes villes. « Les prototypes de conteneurs devraient être prêts début 2021 », annonce Klotzbach. « Nous prévoyons que les premiers véhicules de collecte des déchets seront sur la route d'ici deux ans. » Les promoteurs envisagent les entreprises municipales comme principaux clients.

Six partenaires sont impliqués dans le projet UTILITAS :Fraunhofer IWS Dresden, la Chaire pour la conception structurelle légère et le traitement des plastiques à l'Université de technologie de Chemnitz (Chemnitz), Marko Pfaff &Co. Spezialfahrzeugbau GmbH (Bad Lausick), Car systems Scheil GmbH &Co. KG, la PROFIL Verbindungstechnik GmbH &Co. KG (Friedrichsdorf) et la EBF Dresden GmbH (Dresde).