Info startweek
Uitleg en explore miles
Welkom bij de quest: Composieten voor de autoindustrie
Routeplanner
Planning Periode 4:
| Week |
Planning |
| 30 okt - 3 nov |
Introductie |
| 6 - 10 nov |
Staal versus kunststof |
| 13 - 17 nov |
Zwakke plekken door plooien |
| 20 - 24 nov |
Handgemaakt autochassis |
| 27 nov - 1 dec
|
Gewichtsbesparing |
Uiteindelijk lever je alle opdrachten in een document in seesaw in en stuur je mij een bericht zodat ik het na kan kijken.
Route
Introductie
Auto's moeten energiezuiniger worden. Dat kan bijvoorbeeld door het zware staal te vervangen door het veel lichtere kunststof. Het Twentse onderzoeksinstituut TPRC doet onderzoek naar innovatieve materialen. Deze materialen moeten zowel licht als sterk zijn om te voldoen aan de eisen die worden gesteld aan de hedendaagse auto. De allernieuwste ontwikkeling op dit gebied is de toepassing van biogebaseerde composieten.
Opdracht 1
Maak een mindmap met als centrale onderwerp: "auto". Schrijf alles op waar je aan moet denken als je dit hoort, met ten minste 10 onderdelen.
Opdracht 2
Zoek op waar de afkroting TPRC voor staat.
Staal versus kunststof
Sinds de uitvinding van de auto, zo'n anderhalve eeuw geleden, vormt staal het belangrijkste bestanddeel. Staal is ijzersterk maar ook zwaar. Kunststoffen zijn in het algemeen licht maar niet sterk. Vezelversterkte kunstoffen zijn dat wel, licht én sterk. Dat komt doordat deze kunststoffen gemengd zijn met koolstofvezelfs waardoor ze sterker en stijver worden.
Dus waarom zou je het staal in auto's niet vervangen door vezelversterkte kunststoffen?
Staal smelt na verhitting en dat is belangrijk voor het productieproces. Hierdoor kan het in een vorm worden gegoten om na afkoeling uit te harden. Ook sommige kunststoffen smelten bij verhitting, en laten zich na verwarming van 200 tot 400 ºC snel verwerken. Deze kunststoffen heten thermoplasten. Vezelversterkte thermoplasten kennen echter een groot nadeel: het is lastig te voorspellen hoe ze zich gedragen.
Opdracht 3
a. Leg uit waarom het scheikundig correct is dat we staal 'ijzersterk' noemen.
b. Staal is een legering (dit spreek je hetzelfde uit als regering, alleen dan met een l). Leg in je eigen woorden uit wat we bedoelen met een legering.
c. Geef nog 3 voorbeelden van legeringen.
d. Wat kan een voordeel zijn van een legering ten opzichte van een enkel metaal?
Zwakke plekken door plooien
Het grootste probleem bij de verwerking van vezelversterkte thermoplasten is de plooivorming die optreedt tijdens het persen. Vooral bij hoeken en diepe vervormingen dient het probleem zich aan. En een plooi betekent: een zwakke plek.
Dit is te vergelijken met een touwtje. Een slap touwtje is minder sterk dan een strak gespannen touwtje. Als je aan zo'n slap touwtje trekt, duurt het even voor het zijn sterkte vindt. Daarom moeten alle vezels in een onderdeel het liefst zo strak mogelijk geordend zijn, zonder plooien.
Volgens het in Enschede gevestigde onderzoekscentrum TPRC is plooivorming te voorkomen door de vezellagen ten opzichte van elkaar te verschuiven. Door ze net even anders te groeperen, worden de krachten tijdens het vervormingsproces anders verdeeld. Er ontstaan dan geen plooien en dus geen zwakke plekken. Het goed leggen van de vezelfs kun je ontdekken door trial-and-error, ofwel met vallen en opstaan. Maar dat is een erg kostbare oplossing. Stel dat je een dure mal hebt gemaakt en dan blijkt tijdens de productie dat er toch fouten optreden. Dan kan die mal, die zomaar tienduizenden euro's kost, bij het grofvuil. Een andere manier om te ontdekken of de vezels goed liggen, is met coomputer simulaties. Daarmee kan het gedrag van materialen worden voorspeld. De software die is ontwikkeld voor het voorspellen van het gedrag van metaal, is helaas ongeschikt voor kunststoffen. Aan de Universteit Twente is de afgelopen jaren software ontwikkeld die het materiaalgedrag beter kan voorspellen. Hierdoor kan vooraf worden berekend waar zich mogelijk problemen in het productieproces zullen aandienen.
Opdracht 4
In de auto-industrie worden vezelversterkte kunststoffen op verschillende manieren tot auto-onderdelen vervaardigd.
a. Welk probleem doet zich voor bij het persen van vezelversterkte kunststoffen in een mal?
b. Waarom doet zich dit probleem niet voor bij handgemaakt vezelversterkte auto-onderdelen?
c. Met computersimulaties kun je vooraf berekenen waar mogelijke problemen zich afspelen in het productieproces. Wat is hiervan het grote voordeel?
Handgemaakt autochassis
Bij duurdere auto's die in geringe aantallen worden geproduceerd, wordt het probleem van plooivorming - met als gevolg zwakke plekken - ondervangen door de onderdelen met de hand te maken. Er worden dan kooltofvezelmatjes gebruikt die doordenkt worden met een speciaal mengsel. Door dit mengsel te verhitten, ontstaat een speciaal kunststof: een thermoharder. bij verhitting smelt deze kunststof niet, maar hij ontleedt zonder vloeibaar te worden. Wanneer een thermoharder eenmaal is gemaakt, kan hij niet meer via smelten en afkoelen worden verwerkt tot een product. Het maken van een thermoharder moet dus gebeuren in de vorm van het gewenste eindproduct. Net als bij lijm heeft een thermoharder na bereiding tijd nodig om uit te harden.
Door het vele handwerk en de lange uithardtijd is deze productiewijze niet geschikt voor het produceren van grote aantallen auto's. Een voorbeeld van zo'n duurdere auto is de Alfa Romeo 4C. Hierin zit een chassis van vezelversterkte thermoharder dat helemaal met de hand is gemaakt. In het interieur zie je de koolstofvezelmatjes op verschillende plekken terug.
Opdracht 5
Eerder in de tekst heb je gelezen over thermoplasten en nu ook over thermoharders.
a. Beschrijf in eigen woorden wat je verstaat bij thermoharders
b. Beschrijf in eigen woorden wat je verstaat bij thermoplasten
c. Beschrijf duidelijk het verschil tussen thermoharders en thermoplasten.
Gewichtsbesparing
Door het gebruik van lichte en sterke composietmaterialen in auto's zijn gewichtsbesparingen tot 40% haalbaar. De komende jaren worden de Europese uitstootnormen voor koolstofdioxide steeds strenger. Gewichtsbesparing bij auto's wordt een belangrijke drijfveer om deze normen te halen.
Elke 100 kg gewichtsbesparing leidt bij een gemiddelde personenauto tot een afname van het brandstofverbruik met een kleine 7%. Door de strengere Europese normen staat de autoindustrie voor een grote uitdaging. Het hele productieproces van auto's is namelijk ingericht op de bewerking van metaal. Een overgang naar kunststof brengt vele technische aanpassingen met zich mee.
Opdracht 6
Gewichtsbesparing is een groot voordeel van vezelversterkte kunststoffen.
a. Hoeveel gewichtsbesparing is in theorie haalbaar als alle staal wordt vervangen door kunststof?
b. Wat gaat de komende jaren vanaf 2023 veranderen dat van groot belang is voor de auto-industrie?
c. Welke uitdaging is er voor de auto-industrie ten aanzien van de vraag naar lichtere auto's?
Opdracht 7
Voor de transitie naar een auto-industrie, die biogebaseerde kunststoffen gaat toepassen bij de productie van auto's, zijn hoogopgeleide vakmensen nodig. Het ontwerpen, bouwen en testen van een auto kun je leren bij de studie Automotive.
a. Zoek op internet bij welke hogescholden in Nederland je de studie Automotive op HBO-niveau kunt volgen.
b. Omschrijf in 20 tot 30 woorden wat de studie Automotive inhoudt.
c. Vertel in ten minste 3 zinnen waarom je wel of niet deze studie zou willen doen.
Terugkijker
➜ Schrijf in 
Egodact onderaan je tegel bij 'Terugkijker' een evaluatie aan de hand van de vragen en rubric hieronder waarin je onderstaande vragen beantwoordt:
- Hoe lang heb je aan deze quest gewerkt?
- Wat had je verwacht van deze quest? Hoe zijn die verwachtingen uitgekomen?
- Hoe vond je je werkhouding tijdens deze quest? Heb je eruit gehaald wat erin zat?
- Hoe had deze quest (nog) beter kunnen zijn?
Rubric for self-assessment:
| |
Uitstekend |
Voldoende |
Nog verbeteren |
| Vakinhoud |
omschrijving uitstekend |
omschrijving voldoende |
omschrijving nog verbeteren |
| Verwerking |
Ik heb in mijn opdracht(en) zorg besteed aan inhoud en afwerking. Mijn product(en) is/zijn interessant en inspirerend. |
Ik heb mijn opdracht(en) met enige zorg uitgewerkt. Mijn product(en) zijn voldoende. |
Ik heb de opdracht(en) zo snel mogelijk gedaan. Ik heb weinig zorg besteed aan de afwerking ervan. |
