הכתבה פורסמה במגזין אוטו בגיליון 221.
בוב איטון, מנכ^לה לשעבר של קרייזלר, אמר פעם, כי במאה העשרים, המכונית שינתה את פני החברה האנושית - ואילו במאה העשרים ואחת, החברה תשנה את הרכב. הגישה הירוקה של העשורים האחרונים משפיעה רבות על יצרני הרכב, ובדפים אלה נבחן את ההשפעה על תכנון השלדה והמרכב - ובפרט: החומרים מהם הם עשויים.
פרוייקט ה- ULSAB שנדון במאמר הקודם, היווה נקודת תפנית באופן בו מתוכננת השלדה האחודה, אך יצרנים אחרים לא המתינו לסיום פרוייקט ה- ULSAB ובחרו בפתרון המיידי יותר: שינוי החומרים. כל חלק שלא נדרש לעמוד במאמצים עבר דיאטה רצחנית, שבעיקרה כללה מעבר לחומרים קלים יותר, בעיקר פלסטיקים למיניהם אך גם אלומיניום (ובעברית תקנית: חמרן). לבחירה בחומרים קלים יש סיבות רבות, ובכללן: הפחתת משקל המכונית בעשרה אחוזים, מפחיתה את צריכת הדלק ב-8%. כתוצאה מכך, פליטת הגזים התורמים לאפקט החממה פוחתת, עד כדי כך שכל ק^ג אחד של אלומיניום, המחליף כמעט שלושה ק^ג של פלדה, חוסך לאוויר העולם כ-10 ק^ג של דו-תחמוצת הפחמן לאורך חיי המכונית - והמכפלות בהתאם (בעולם מיוצרות מדי שנה קרוב ל-50 מיליון מכוניות).
היכולת למחזר אלומיניום מביאה לידי כך שרק חמישה אחוזים מהאנרגיה הנדרשת לייצור אלומיניום חדש, נדרשת למחזורו. בנוסף, המפעלים המייצרים אלומיניום מזהמים את האוויר פחות ממפעלי פלדה. שימוש באלומיניום לגוף המכונית מקטין את מספר החלקים הנדרשים, ובאופן זה את מורכבות הייצור ועלותו. משפע המספרים הללו, עולה מסקנה אחת: המגמה המסתמנת, של מעבר לחומרים קלים, תהפוך יותר ויותר למגמה השולטת בתכנון הרכב. לצורך ההדגמה, די אם נראה כי בשנת 1973, האלומיניום ברכב ממוצע שקל כ-40 ק^ג בלבד, בעוד שב-2002, כבר נעשה שימוש ב-135 ק^ג במכונית, ומגמת העלייה רק נמשכת.
מאמצי חדירה
במכוניות רבות היום, הכנפיים הקדמיות עשויות מפלסטיק (רנו סניק, כדוגמא), מכסה המנוע ומכסה תא המטען עשויים מאלומיניום, והגדילה לעשות אודי, כאשר בנתה את ה- A8 (ב-1994), ובעקבותיה את ה- A2, שתיהן מאלומיניום, אך עליהן נרחיב בהמשך. פורד הדגימה כיצד, תוך שימוש באלומיניום בכל מקום שניתן היה, היא הפחיתה את משקל הטאורוס (הגם שהציגה זאת רק כמכונית קונספט) בלמעלה מ-30 אחוזים. אך אל נא תטעו: מתכות ברזליות עדיין מהוות את המרכיב העיקרי במכונית הממוצעת כיום. כ-62% ממנה הם פלדות וברזל, 12% אלומיניום, 10% פלסטיק, והיתרה גומי, זכוכית וחומרים אחרים. רכיבים רבים במכוניות עדיין עשויים מפלדה, במנוע, במתלים, בשלדה ובמרכב.
קצב חדירת השימוש באלומיניום בשנים האחרונות מראה כי דווקא במקומות הפחות נראים, החליף האלומיניום לחלוטין את הפלדה. המדובר במחליפי חום, בעיקר במנוע, שם החדירה הגיעה ל-100%. הסיבה לכך היא תכונות המוליכות התרמית של האלומיניום. במקום השני נמצאים דווקא ראשי המנוע, והמתבקש מאליו, מכסה המנוע, רק עם קצת פחות מ-30% חדירה.
אלא שבתחילת הדרך, יתרונות האלומיניום, שבאו לידי ביטוי בעיקר במשקל, שילמו מס גבוה בדמות מחיר (למעלה מפי שלושה ממחיר הפלדה), חוזק נמוך ביחס לפלדה וקושי באחזקת לוחות הגוף. שוו בנפשכם שפחח ממוצע נדרש לתקן דלת העשויה מאלומיניום - גם חומרי הגלם, גם המכונות, הדבקים והצבעים שבידו אינם מתאימים לכך, ועל כן מחיר התיקון, שיכול להתבצע רק אצל היבואן, מרקיע שחקים.
לאור זאת, פיתחה חברה אמריקאית בשם פאנוז, לצורך בניית מכונית הספורט אספרנזה, את טכנולוגיית העיצוב הסופרפלסטי ב-1990. טכנולוגיה זו משתמשת במתיחה של יריעות מתכת תוך כדי חימום ולחץ, למעלה מפי עשרה מגודלן המקורי, ללא קריעתן וללא החלשתן. נהפוך הוא: השילוב של המתיחה, החימום והלחץ מחזקים את החומר ואת עמידותו במאמצים. הסיבה לכך היא שבכבישה קרה, כפי שנעשה בפלדה, נותרים מאמצים בחומר, המכונים ^מאמצים שיוריים^, העלולים לגרום לעיוותים בחומר עם הזמן. החימום משחרר את המאמצים הללו, כך שהחומר יכול לספוג מאמצים עתידיים נוספים. באופן זה, ניתן להגיע לאלומיניום החזק פי שניים וחצי מפלדה, ובעל עמידות בהתנגשות הגדולה כמעט פי שניים מפלדה. ניתן למתוח תרכובת סופרפלסטית כדוגמת אבץ, 78% ואלומיניום, 22% , בטמפרטורה של כ-260 מעלות צלזיוס ללמעלה מ-1000 אחוזים מגודלה המקורי. המשמעות, כמובן, היא ירידה משמעותית בעובי החומר, כך שהמוצר המוגמר שוקל מעט מאד ביחס למוצר בגודל זהה, שלא עבר את תהליך העיצוב הסופרפלסטי. חומרים אקזוטיים (וכמובן, יקרים יותר), כמו תרכובות טיטניום עם אלומיניום, משמשים בשלב זה בתעשיית התעופה והחלל בלבד, עקב מחירם, אך מן הסתם האבולוציה תביאן גם לתעשיית הרכב.
הקלות הבלתי נסבלת...
מחיר האלומיניום והציוד הנדרש לעיבודו, גרמו, בדרך הטבע, לאימוץ החומר על ידי יצרני מכוניות העל והפאר. רשימה קצרה, אך לא סופית, כוללת את הונדה NSX, ששלדתה, מתליה ומנועה עשויים מאלומיניום. ב.מ.וו Z4, שלוחות הגוף עשויים מאלומיניום ומחוברים לשלדת צינורות, אף היא מהחומר הקל, כך שקשיחות המכונית ויכולת שיכוך הרעידות שלה מביאה אותה לרמות התנהגות ותגובה גבוהות ביותר. פרארי 360 מודנה מתהדרת בחליפת אלומיניום הכוללת שלדה מרחבית, לוחות גוף, תיבת הילוכים, מנוע ומתלים, כך שבפועל, משקל גופה הוא רק כ-270 ק^ג(!) - 28% פחות מקודמתה, ה-355, הגם שמרחב הפנים גדל. יגואר XJ עברה לשלדה אחודה (מונוקוק) מאלומיניום, מהלך שהפחית ממשקלה 200 ק^ג. בשוק האמריקאי, שם האלומיניום מאומץ בעיקר לחלקים שמתחת למכסה המנוע, ופחות לחלקי הגוף, ניתן לראות את הניסאן אלטימה - מכונית השנה ב-2002 בצפון אמריקה, העושה שימוש בתת-שלדה, במנוע, במתלה אחורי רב-חיבורי ובחלקי גוף מאלומיניום. אך המכונית המובילה בתחום הינה פליימות' פראולר - למעלה מ- 400 ק^ג של חמרן איכותי, כשליש ממשקל הרכב, מעובד לשימוש במכונית, בשלדה, במרכב ובמנוע.
אך זכות הראשונים לייצור מכונית סדרתית מאלומיניום נתונה לאודי, עם ה- A8, שהוצגה ב-1994. שלדה מרחבית מאלומיניום, שכונתה ASF, שמשמעה Aluminum Space Frame, בשילוב עם הנעה לכל ארבעת הגלגלים, העמידה לאודי, כך חשבה, נשק להתמודדות עם מרצדס S וב.מ.וו 7. אלא שה^קדמה באמצעות טכנולוגיה^, המוטו של אודי, לא הצליחה להתמודד עם שתי הבכירות, כמעט בכל ההיבטים. המאפיין הבולט שלה, משקלה, היה היתרון הכמעט יחיד על פני מתחרותיה (לדגם ה-4.2 ליטר, V8, למול ה- S500 וה- 740i , משקלה היה פחוּת מהן ב-20 ו-90 ק^ג, בהתאמה), למרות שיש לזכור כי מערכת ההנעה הכפולה צרכה משקל נוסף. הפחתת משקל נוספת, בדמות הנעה אחורית בלבד, הייתה מאפשרת גם שיפור יחס חלוקת המשקל בין הצירים, שעמד על 59:41, לעומת ה-50:50 הרצוי. מסיבה זו, הצגתה של היגואר XJ החדשה, בעלת שלדת האלומיניום וההנעה האחורית, הייתה מענה הולם לעליונות הגרמנית משטוטגרט וממינכן, למרות שלא באה מבית היוצר של פולקסווגן. זו הטילה לקרב את העתודה הקונבנציונלית, בדמות הפייטון, בעלת שלדת הפלדה.
לאחר שמונה שנים, ב-2002, הציגה אודי את הדור השני, בו לא שינתה מהותית את מבנה המכונית, אך עידנה ושיפרה את מרכיביה, לחבילה מאוזנת יותר. במקביל, החלה בהסבת טכנולוגיית החומרים הקלים דווקא למכונית הקטנה במשפחה: ה- A2. גם החלטה כזו דורשת אומץ, שכן ייצור מכונית קטנה, ולא במספרים גדולים (אודי מייצרת רק כ-60,000 A2 בשנה) מאלומיניום, הינה צעד שנראה נועז, אם לא התאבדותי. ה- A2 הקטנה, הינה חלק מסגמנט שנקרא AIV Aluminum Intensive Vehicle. יכולתה של אודי לייצר מכונית קטנה מאלומיניום, גם אם יקרה (ה- A2 עולה כמו ה- A3 הזולה ביותר וב-5% יותר מהמרצדס A140, מתחרתה הישירה), נובעת, ככל הנראה, ממעבר למספר קטן יותר של משטחי אלומיניום, המחייבים פחות ריתוכים, וגם אלה נעשים בלייזר, במפעל בנקארסולם, המייצר גם את ה-A8. טכנולוגיית ה- ASF עושה שימוש באלומיניום משוך בחוזק גבוה, ובכזה הנוצק בלחץ גבוה, בעיקר בנקודות החיבור ובאלה בהן מתפתחים מאמצים גבוהים.
עם הפנים קדימה
חזרתה של לוטוס לזירת מכוניות הספורט הביאה גם לפיתוח של שלדת אלומיניום חדשה ומהפכנית, שהוצגה בדגם האליזה. השלדה עשויה מלוחות אלומיניום משוך, המחוברים זה לזה בדבק ובמסמרות. הדבק בו נעשה שימוש הינו תרכובת אפוקסית, וההדבקה מתאפשרת באמצעות הכנת השטח על-ידי כימיקלים. ההדבקה מאפשרת הורדה בעובי החומר לעומת ריתוך, שכן בגלל שנקודות הריתוך הינן נקודות תורפה, עובי החומר גבוה יותר. את הטכנולוגיה הזו גילתה דווקא קבלן המשנה של לוטוס, חברה מדנמרק בשם הידרו-אלומיניום. טכנולוגיית הייצור מאפשרת ייצור של חלקים גדולים בעקמומיות נדרשת, ובאופן זה להקטין את מספר החיבורים ומורכבותם. שילדת האליז שוקלת (שימו לב) רק 65 ק^ג, ועובי החומר בה הוא 1.5 מ^מ בלבד. עדיין חוזקה הוא כזה, שנדרש מומנט של למעלה מ-1120 קג^מ על מנת לפתלה במעלה אחת. לצורך ההבהרה: מומנט כזה הינו שווה ערך להפעלת כוח של 1120 ק^ג, עם זרוע של מטר אחד, ועדיין השלדה תתפתל רק במעלה אחת. טכנולוגיה זו אומצה גם על ידי אופל, בספידסטֶר החדשה.
למרות המגמה העולמית למעבר לאלומיניום, גם לחומרים אחרים תהיה עדנה. חומרים מרוכבים, מגנזיום, טיטניום ועוד, יתפסו את מקומם בתעשיית הרכב. עליהם נספר בהמשך.
