Stalową sprężynę można zastąpić nawet o 70 proc. lżejszą konstrukcją kompozytową, której właściwości da się dostosować do konkretnego zastosowania. Taką technologię opracował zespół z Politechniki Lubelskiej. Sprężyny mogą znaleźć zastosowanie nie tylko w motoryzacji i elektromobilności, ale także m.in. w maszynach wibracyjnych. Rozwiązanie ma już za sobą pierwszą komercjalizację, a seria pilotażowa trafi teraz na testy w rzeczywistych warunkach.
– Nasze rozwiązanie wyłamuje się z tradycyjnych schematów geometrycznych. Dzięki zastosowaniu materiałów kompozytowych, czyli nie stali, jesteśmy w stanie modyfikować właściwości, istotnie redukując masę tego rozwiązania, nawet do 70 proc. w porównaniu do stalowych odpowiedników tych sprężyn. Zachowujemy właściwości oraz możliwość ich zmiany, od redukcji sztywności po jej wzrost, od redukcji maksymalnego odkształcenia po jego wzrost – mówi agencji Newseria dr hab. inż. Patryk Jakubczak, profesor Politechniki Lubelskiej.
Zespół z Politechniki Lubelskiej opracował sprężynę wykonaną w całości z kompozytów polimerowych wzmacnianych włóknami węglowymi, szklanymi lub aramidowymi. Nie jest to jednak odpowiednik klasycznej sprężyny śrubowej czy piórowej wykonany z innego materiału. Konstrukcja ma inny kształt i wykorzystuje właściwości kompozytu poprzez pracę w płaszczyźnie i kontrolowane wyboczenie.
Dzięki odpowiedniemu ułożeniu warstw i włókien kompozytu można już na etapie projektowania określić, jak sprężyna będzie pracować: jakiej siły będzie wymagać jej ugięcie i jak bardzo będzie mogła się odkształcić. Można też kształtować zależność między siłą a odkształceniem, m.in. uzyskując progresywną charakterystykę pracy. Pozwala to dostosować parametry sprężyny do konkretnego zastosowania. Kompozyt jest odporny na korozję, ma właściwości izolacyjne i jest obojętny na działanie pola magnetycznego.
– Sprężyny kompozytowe mogą znaleźć zastosowanie przede wszystkim w przemyśle motoryzacyjnym, w rowerach, w sektorze e-mobility, gdzie redukcja masy ma duże znaczenie, ale także możliwość dostrojenia właściwości – wskazuje dr hab. inż. Patryk Jakubczak. – W toku prac okazało się, że sprężyny kompozytowe mogą znaleźć duże zastosowanie w przemyśle maszynowym, szczególnie w obszarze maszyn wibrujących, takich jak dozowniki, przenośniki czy stoły wibracyjne.
Potencjalnym obszarem zastosowania są również wózki inwalidzkie, w tym elektryczne, w których redukcja masy musi iść w parze z zachowaniem parametrów odpowiadających za komfort użytkowania. W maszynach wibracyjnych niska masa kompozytu oznacza z kolei mniejszą bezwładność sprężyny. Materiał ma też dobre właściwości tłumienia drgań.