הכתבה פורסמה במגזין אוטו בגיליון 220.
התנאים הדינמיים אותם חווה המכונית יוצרים מגוון נרחב של תופעות בעייתיות. המגע עם הכביש, חלק ככל שיהיה, יוצר רעידות בצמיגים, המועברות למתלים ולשלדה, וממנה למרכב. כוחות הצד גורמים לעיוותים, פני דרך לא ישרים גורמים לפיתול, ותאונות, אללי, מועכות את כל המבנה ללא רחם. תופעות אלה ניתנות לריסון באמצעות מבנה קשיח ובנוי כהלכה, אלא שתהליכי הייצור וחיבור השלדה למרכב, כאשר אינם מדויקים דיים, עלולים להביא להגברת תופעות אלו.
כבר משחר ייצור המכונית, מוקדם מ-1905, החלו יצרני רכב לנסות להתמודד עם תופעות אלה על-ידי איחוד של השלדה והמרכב לכדי קופסא אחת. אלא שתהליכי הייצור היו כה יקרים והרעידות שהועברו לתא הנוסעים היו כה בלתי-נסבלות, שהרעיון נזנח. עד שב-1915 קם מהנדס בשם ג'יי הייז בכנס השנתי של איגוד מהנדסי הרכב האמריקאים בדטרויט (זכרו - 1915...) ולשאלה מהקהל ענה כי עלה בידי חברתו לייצר מכונית בעלת מרכב אחוד, שתוצג למכירה בכמות של 3000 יחידות בשבוע שלאחר הכנס. הפתרון שהגה הייז היה פשוט: להקטין את הרכב ולעשותו קל יותר. אלא שהקושי ההנדסי בייצור גרם לכך שהפתרון של הייז לא אומץ שנים רבות, עד שבשלה הטכנולוגיה לכך.
מה טוב בזה?
כאשר יש לחבר שלדה ומרכב ביחד, מעבר לדיוק הנדרש בחיבור, לעולם יתנהגו שני אלה כאילו כל אחד עומד בפני עצמו. הקשיחות של השלדה שונה מאד מזו של המרכב, הקל והעדין יותר, וההתנהגות בפניות שונה. בתוך המרכב יש להשאיר מקום לתיבת ההילוכים ולגל ההינע, שבתקופה ההיא עבר לאורך כל הרכב על-מנת להניע את הסרן האחורי והחלל הפנימי הנותר מצומצם באופן יחסי. למרות זאת, לסידור זה יש גם יתרונות: היתרון הגדול הוא היכולת לבודד את הרעידות הנוצרות בשלדה ובמנוע, על-ידי שימוש בתושבות גומי הסופגות את הרעידות. בתחילת דרכו של המרכב האחוד, כל רעידה שנוצרה הועברה ישירות לתא הנוסעים, שהיווה חלק בלתי נפרד. המרכב האחוד הוא בעצם קופסא חלולה, המשמשת כקונכייה או קליפה, המכילה בתוכה את כל רכיבי המכונית. הקונכייה מורכבת ממספר של קורות פלדה ולוחות המרותכים זה לזה באלפי נקודות. כארבעת אלפים בממוצע, ליתר דיוק. הקונכייה מגדירה את צורת המכונית ועיצובה, כאשר המרכיב העיקרי, הגדול והחשוב בה, הוא הרצפה. הקורא העירני בוודאי שם לב כי בכתבות ההשקה של מכוניות חדשות ב^אוטו^, לעולם יש התייחסות לרצפת המכונית, האם היא חדשה או שמא מבוססת על רצפה קיימת, והשאלה שנשאלת באופן טבעי היא ^למה זה חשוב?^.
ובכן, ייצור הרצפה, שכאמור הינה החלק העיקרי במרכב האחוד, הוא המרכיב היקר ביותר בפיתוח וביצור. הרצפה מיוצרת בכבישה, על-ידי ריקוע של לוח פלדה לצורה הרצויה והיא המרכיב הקשיח העיקרי בתצורה זו. לרצפה מתחברים חלקים קטנים יותר, הכוללים את הקורות B ,A ו- C, תושבות המנוע, אזורי הקריסה, תושבות הגג ובעצם כל החלקים אליהם יתחברו אחר כך לוחות המרכב. הואיל ותהליך הייצור מבוסס על ריתוך נקודה (פּוּנְקט-שְוָוייס, בשפת הטכנית הבינלאומית, הלא היא גרמנית) ובכל מכונית כארבעת אלפים נקודות כאלה, אין תימה שייצור מרכב אחוד החל רק משעה שבשלה טכנולוגיית הרובוטים המרתכים במפעלי היצרנים. אז, אגב, ירד מספר נקודות הריתוך לכ-500 בלבד(?)...
ריתוך ידני כזה היה לא כדאי מבחינה כלכלית, ולכן נפסל בתחילת הדרך. השימוש ברובוטים מרתכים ובמכבשים גדולים מעלה גם את רף הכדאיות לכמות המיוצרת - הציוד כה יקר, שרק ביצור המוני של עשרות אלפי מכוניות הוא מתחיל להיות כדאי. פורשה, אגב, היא היצרן הקטן ביותר המשתמש בטכנולוגיה זו, למרות שמספר המכוניות המיוצרות על ידו אינו מצדיק, לכאורה, שימוש כזה.
את בעיית הרעידות פתרו בשני אופנים - האחד על-ידי שיפור המתלים ותושבות המנוע, שני הגורמים האחראים ישירות לרוב הרעידות, והשני באמצעות שיפור בחומרי דיפון בתוך תא הנוסעים.
דינמיקה אחודה
למרכב אחוד יש יתרונות, ובצידם, איך לא, גם חסרונות. היתרון העיקרי של המרכב האחוד הוא בעלותו הנמוכה, כאשר הוא מיוצר במספרים גדולים. אך יש גם יתרונות מוחשיים לנהג. השימוש בפלדה המשמשת ככלוב לתא הנוסעים מגדיל את הקשיחות המבנית ומאפשר לתכנן אזורי קריסה, מונח שמוזכר לעיתים קרובות ב^אוטו^, ועתה הגיע הזמן להבינו לאשורו.
כאשר הרכב נע במהירות, הוא אוגר בתוכו אנרגיה רבה הנגזרת ממהירותו והמסה שלו, אנרגיה הנקראת ^אנרגיה קינטית^. בעת תאונה, ומכוח חוק שימור האנרגיה, היא צריכה להיבלע במקום כלשהו, שכן היא אינה הולכת לאיבוד. ככל שהמרכב יהיה קשיח יותר, האנרגיה תעבור דרך המרכב אל הגורם הראשון שייכנע לה.
וגורם זה הוא הנוסעים.
אלא שחלילה לנו מלעשות זאת. בתכנון המרכב מתוכננים אזורים סופגי אנרגיה, על-מנת שמרב האנרגיה תיספג בהם ולא תעבור אל הנוסעים. חלק גדול מהאנרגיה נבלע תוך כדי ביצוע עבודה של כיפוף קורות הפלדה. חלק נוסף עלול להשתחרר בצורת חום. למען הדיוק, לא רק האנרגיה היא גורם לטפל בו, אלא גם גודל פיזיקלי נוסף, המכונה ^תנע^, המוכר בשפה היום-יומית כ^תנופה^. ככל שמשקל המכונית גבוה יותר ומשקלה רב יותר, כך היא תשאף להמשיך בתנועתה גם לאחר הפעלת כוח בלימה. שילוב שני אלה מהווה אתגר לא פשוט לטיפול על-ידי המהנדסים, ועיקר הטיפול מבוסס על פיזור האנרגיה בכל המרכב. למרכב האחוד יכולות טובות לטיפול בבעיה זו בשל העובדה כי לאנרגיה יש הרבה ^בשר^ לעקם ולכופף...
בנוסף, קליפה היא מבנה גיאומטרי בעל יחס חוזק למשקל גבוה. לא לחינם בחר הטבע לשמור על כדור הארץ באמצעות קליפה דקה באופן יחסי לקוטרו. הכוחות המתפתחים יכולים להתפשט על פני שטח הפנים של הקליפה ובכך יכולה האנרגיה להיספג טוב יותר.
היתרון הנוסף של היות המרכב האחוד בעל צורה של קליפה חיצונית הוא בכך שלא כמו בחיבור שלדה ומרכב נפרדים, הנפח הפנימי יכול לגדול, שכן במרכב האחוד ^הכל כלול^. תא הנוסעים יכול להיות גדול יותר, כאשר אילוציו הם בתי הגלגלים בלבד, ולא קימורי קורות שילדת הסולם, קימורים המתוכננים בשל הצורך להעביר גלי הינע, דיפרנציאלים וכדומה.
מן העבר השני, החיסרון הגדול נעוץ ביתרון; הרבה פלדה מושקעת במרכב האחוד, ופלדה, מה לעשות, שוקלת הרבה. הרצון להקשיח עולה במשקל. אחד מהניסיונות להקטין את המשקל, ללא פגיעה בקשיחות, הינה לחבר מוטות חיזוק לרוחב המרכב, בין בתי בולמי הזעזועים. הסיבה לבחירת מקום זה נובעת מכך שנקודת העיגון של בולם הזעזועים למרכב היא נקודה בה פועלים כל הכוחות המועברים על-ידי המתלים. כוח המופעל בנקודה אחת עלול לגרום לפיתול במרכב. במקום להעמיס עוד פלדה על המרכב האומלל, מחברים את שני בתי הבולמים לרוחב במוט, בדומה לקורת מתח במתלים, והוא מונע את הפיתול הלא-רצוי הזה, ללא תוספת משמעותית במשקל.
הפחת משקל מיד!
על-מנת לשמר את יתרונות המרכב האחוד אך בלא תשלום גבוה מדי של משקל, יש מספר פתרונות טכנולוגיים שפותחו, חלקם בתחום החומרים וחלקם בתחום תהליכי הייצור. כאשר הדרישות לבטיחות הרכב תפחו והלכו בתחילת שנות ה-90, לא ניתן היה להוסיף עוד ועוד פלדה על-מנת לעמוד בדרישות אלה, ונוצר הכרח לפתח חומרים חזקים וקלים יותר. פורשה, כמובילה בתחום, נקראה על-ידי איגוד יצרני הפלדה האמריקאי לתכנן שלדת מונוקוק יעילה, בטיחותית וקלה, בפרוייקט שנקרא- ULSAB Ultra light Steel Auto Body. במחקר של פורשה הוברר כי ניתן להגיע לצמצום המשקל באמצעות שיפור תהליכי הייצור. לתהליך הקיים של כבישה במכבש יש שני חסרונות בולטים והם חוסר האחידות שבעובי הלוח הנכבש, בשל העובדה שלעולם בקצוות המתכת תהיה דקה יותר, ומכך נובע החיסרון השני: הצורך להכין חומר גלם עבה יותר, על-מנת להגיע לעובי הנדרש בקצוות, כך שהמוצר המוגמר שוקל יותר ממה שהוא יכול היה לשקול.
צורך זה פגש בתהליך ייצור חדש שנקרא ^הידרו-פורמינג^ - עיצוב באמצעות נוזל. בתהליך זה חומר הגלם מיוצר לצורת צינור ומוכנס לתבנית. נוזל בלחץ גבוה מוחדר לתוך הצינור ו^פותח^ אותו לתוך התבנית, על-מנת לקבל את צורתה. הואיל ונוזל מפעיל לחץ שווה בכל הכיוונים, מתקבל לוח פלדה בעל עובי אחיד. היתרון הנוסף של תהליך זה הוא ביכולת לייצר צינורות שהיחס בין קוטרם לעובי הדופן שלהם כמעט אינו מוגבל כמו בשיטות ייצור רגילות, בהן היחס עשוי להגיע ל-60:1 לכל היותר. התוצאה היא רכיבי פלדה דקים וחזקים יותר.
תהליך נוסף שפותח הוא יצירת לוח סנדביץ'. מסתבר שהחשיבה שעמדה בבסיס ייצור משורייני הסנדביץ' במלחמת העצמאות הייתה נכונה. התהליך כולל ציפוי של שכבת חומר פלסטי, פוליפרופילן, בשתי שכבות של פלדה דקיקה. המוצר המוגמר הינו בעל יחס חוזק למשקל גבוה וקשיחות טובה המאפשרת להשתמש בו בחלקים בהם נדרשת קשיחות כזו - בגג, לדוגמא. עם זאת, הימצאות החומר הפלסטי מגבילה את אופן החיבור לחלקים אחרים. לא ניתן לרתך חלקים כאלה, שכן הפלסטיק יימס, ושיטת החיבור מבוססת על הדבקה או סמרור, תהליכים שיעילותם פחותה מריתוך ולכן לא ניתן להשתמש בהם באזורים בהם פועלים מאמצים גדולים מדי.
התהליך השלישי ששופר היה פיתוח ריתוך בקרן לייזר. תהליך זה, המדויק יותר מריתוך קשת חשמלית או ב- CO2, איפשר להקטין את עובי הלוח, שכן השליטה על הריתוך היא מוחלטת, כולל היכולת לבקר את העבודה בזמן אמיתי.
יש תמורה
בתום התהליך מתקבל מרכב אחוד בעל קשיחות טובה ב-50 אחוז ביחס לתהליך הרגיל, תוך חיסכון של 36 אחוזים במשקל. עם סיום הפרוייקט ב-1998 וההכרזה על ההצלחה, אימצו ג'נרל מוטורס (אופל אסטרה ו-וקטרה) ופורד (מונדיאו) את התהליך, כמו גם ב.מ.וו, בסדרה 3.
