W nowoczesnych wyścigach samochodowych o zwycięstwie decydują masa pojazdu, aerodynamika oraz zastosowane materiały konstrukcyjne. Dla zespołu wyścigowego formuły studenckiej Mainfranken Racing e.V. z politechniki w Würzburgu-Szwinfurcie produkcja elementów z kompozytów węglowych stanowi kluczowy obszar optymalizacji pojazdu. W ramach konkursu projektowego studenci co roku opracowują nowy model bolidu, wykorzystując zaawansowane procesy wytwórcze. Dotyczy to również technologii próżniowej od Atlas Copco, stosowanej do wytwarzania lekkich, wysokiej jakości części karbonowych. W procesie tym wykorzystywana jest olejowa łopatkowa pompa próżniowa GVS 100A, dostarczona zespołowi przez Atlas Copco Vacuum.
Olejowa pompa łopatkowa w procesie laminowania
Aby zapewnić maksymalną jakość i powtarzalność procesu, zespół wyścigowy stosuje olejową łopatkową pompę próżniową GVS 100A. Urządzenie zostało przekazane przez Atlas Copco Vacuum jako wsparcie dla prac studenckich. Jak wyjaśnia Alexander Braun, inżynier sprzedaży w Atlas Copco Vacuum w Niemczech, pompa charakteryzuje się kompaktową i wytrzymałą konstrukcją oraz stabilną, niezawodną pracą w wymagających warunkach. Zapewnia nieprzerwaną pracę i stałe parametry próżni, a jej obsługa jest prosta, przy niskim poziomie hałasu i ograniczonych wymaganiach serwisowych.
Proces wytwarzania elementów kompozytowych rozpoczyna się od przygotowania zbrojenia z tkaniny węglowej. Marius Hofmann, dyrektor techniczny Mainfranken Racing, opisuje przebieg operacji - Produkcja rozpoczyna się od cięcia i układania kilku warstw tkaniny z włókien węglowych, które są impregnowane żywicą epoksydową. Poszczególne warstwy są starannie układane jedna na drugiej, przy czym orientacja włókien jest dobierana w zależności od kierunków obciążeń, jakim będzie poddawany gotowy element. - W kolejnym etapie komponent jest umieszczany w komorze próżniowej lub pakowany szczelnie z użyciem specjalnej folii próżniowej – dodaje Hofmann.
Stabilna próżnia a własności mechaniczne kompozytu
W dalszej fazie procesu kluczowe znaczenie ma skuteczne odpowietrzenie układu żywica–zbrojenie. Pompa GVS 100A wytwarza stabilną próżnię, która umożliwia usunięcie powietrza z komory lub pakietu foliowego. - Ten etap jest kluczowy, ponieważ próżnia usuwa pęcherzyki powietrza, które później prowadziłyby do osłabień strukturalnych, takich jak mikropęknięcia w elemencie, a w konsekwencji do defektów – podkreśla Marius Hofmann. Równocześnie podciśnienie sprzyja równomiernemu wnikaniu żywicy w strukturę włókien oraz wyciskaniu jej nadmiaru z układu.
Zwiększenie udziału objętościowego włókien, przy ograniczeniu ilości żywicy, przekłada się na poprawę własności mechanicznych gotowych elementów kompozytowych. Po pełnym odpowietrzeniu i uformowaniu laminatu części poddawane są wygrzewaniu w podwyższonej temperaturze przez około dwanaście godzin. W tym czasie następuje utwardzenie żywicy, osiągnięcie docelowej wytrzymałości i stabilności wymiarowej komponentu.
Efektem całego procesu jest lekki, wytrzymały element karbonowy, zdolny przenosić wysokie obciążenia i sprostać znacznym naprężeniom materiałowym w warunkach wyścigowych. Odpowiednio zaprojektowana technologia próżniowa wpływa tu bezpośrednio na trwałość i niezawodność podzespołów pojazdu.
Konstrukcja pompy GVS 100A a wymagania procesu
Pompa próżniowa Atlas Copco GVS 100A wykorzystuje rotacyjną technologię łopatkową, zaprojektowaną z myślą o wymagających zastosowaniach przemysłowych. Dzięki olejowemu uszczelnieniu możliwe jest uzyskanie stabilnej i powtarzalnej próżni, co ma zasadnicze znaczenie przy procesach takich jak produkcja elementów z kompozytów węglowych. Stałe warunki próżni pozwalają na kontrolowane impregnacje zbrojenia i ograniczenie ryzyka wad wewnętrznych.
W konstrukcji urządzenia zastosowano zintegrowany układ separacji oleju, który ogranicza emisję olejowych oparów w powietrzu wylotowym, co sprzyja utrzymaniu czystego środowiska pracy. Zawór gazu obojętnego (gas ballast) ułatwia przetłaczanie wilgotnych gazów, co jest istotne w aplikacjach, w których może występować podwyższona zawartość par w procesie. Z kolei zawór zwrotny na króćcu ssawnym zabezpiecza instalację przed cofnięciem się powietrza do układu po jego wyłączeniu, zwiększając bezpieczeństwo eksploatacji.
Kompaktowa budowa sprawia, że GVS 100A może być łatwo zintegrowana z istniejącymi stanowiskami lub instalacjami. Pompa jest przystosowana do pracy ciągłej w zakresie od ciśnienia atmosferycznego do końcowego ciśnienia roboczego, zachowując przy tym relatywnie niski poziom hałasu i ograniczone wymagania konserwacyjne. Dla zastosowań, w których kluczowa jest powtarzalność parametrów i jakość wytwarzanych komponentów, takie połączenie cech ma istotne znaczenie.
Znaczenie technologii próżniowej dla zespołu studenckiego
Współpraca zespołu studenckiego z dostawcą przemysłowej technologii próżniowej pokazuje, jak ważne są niezawodne narzędzia w produkcji komponentów o wysokich wymaganiach eksploatacyjnych. Zastosowanie pompy Atlas Copco GVS 100A umożliwia precyzyjną realizację procesów laminowania i impregnacji, przyczyniając się do poprawy jakości elementów karbonowych wykorzystywanych w bolidzie.
Rozwiązanie to ma też wymiar edukacyjny. Studenci z Mainfranken Racing e.V. zdobywają praktyczne doświadczenie z procesami kompozytowymi i przemysłową techniką próżniową, co przekłada się na lepsze przygotowanie do pracy w branży inżynierskiej. Jak podsumowuje zespół, połączenie nowoczesnej technologii próżniowej z wiedzą i zaangażowaniem studentów wspiera rozwój techniczny pojazdu wyścigowego oraz postęp w samej rywalizacji sportowej.
Wybrane korzyści z zastosowania pompy GVS 100A
Do najważniejszych zalet pompy GVS 100A w kontekście opisanej aplikacji należą:
- zintegrowana separacja oleju ograniczająca emisję oparów olejowych w powietrzu wylotowym,
- niskie wymagania konserwacyjne i niski poziom hałasu podczas pracy,
- możliwość pracy ciągłej w szerokim zakresie ciśnień, od atmosferycznego do końcowego,
- kompaktowa konstrukcja ułatwiająca montaż w istniejących układach,
- wysoka niezawodność i stabilne parametry próżni, istotne dla procesów kompozytowych,
- efektywne wytwarzanie próżni, sprzyjające poprawie jakości laminatów węglowych.
