Slutrapport, förhöjd bromsverkan.

Transkript

1 Slutrapport, förhöjd bromsverkan. Sammanfattning Med finansiering från Skyltfonden har en undersökning av möjligheten att momentant överföra en polymer (smältlim) i syfte att ändra friktionen mellan vägbana och däck vid automatisk nödbromsning genomförts. Den ursprungliga hypotesen att detta skulle kunna göras med hjälp av inkjetteknologi och induktiv uppvärmning har förkastats efter försök och en teoretisk diskussion. Huvudanledningen till detta är det relativt långa avståndet till däck/vägbana från möjliga fästpunkter på fordonet. Den första delen av undersökningen ledde fram till en ny hypotes om att använda energetiska material för att uppnå nödvändig värme och kinetisk energi. Sonderande mätningar visar att det är möjligt att skjuta iväg och smälta en polymer/lim samt att få denna att fästa på en gummiyta. Försöken visar också att detta är möjligt att genomföra på avstånd som är realistiska i en verklig uppställning (>100mm). Slutsatsen är att det är möjligt att momentant överföra en polymer som kan ändra friktionen vid automatisk nödbromsning. Vidare undersökningar och utvecklingsarbete kan fastställa möjlig effekt med avseende på friktionsökning och optimera parametrar så som utformning av sprängkapsel, materialval, eventuell tillsats av partiklar och spridning. Projektet har resulterat i ett konsortium av aktörer som ser stora möjligheter att bredda och fortsätta undersökningsarbetet. Dessa är Exonera AB (limteknik), SWEREA IVF (Institut: trafiksäkerhet, applicering, limteknik), SAAB-Bofors Test Center (avancerade energetiska material, mätteknik), Dotank AB projektledning, Chaos Event (tillämpad pyroteknik). Konsortiet har sökt vidare medel och hoppas också på fortsatt stöd från Skyltfonden. Bakgrund Här följer en lägesrapport för Verifiering av metod att snabbt minska hastighet genom att öka friktionen med induktivt värmt smältlim. Rapporten är uppbyggd kring en första del som beskriver det ursprungliga teknikspåret och en andra del som beskriver hur detta justerats. Efter godkännande har projektet justerats till att omfatta kemisk/exogen uppvärmning och transport av smältlimmet. Detta spår har varit framgångsrikt och har legat till grund för planering av ett fortsatt arbete tillsammans med Swerea IVF, SAAB-Bofors Test Center och ett antal mindre företag SME. Den sista delen av rapporten utgör en diskussion om hur utvecklingsarbetet nu kan gå vidare samt vilka kompetenser och resurser som behövs för att göra detta möjligt. Allmänt Den inledande delen av projektet har tillsammans med Xaar, ett företag som är ledande inom inkjetteknologi genomfört praktiska försök samt erfarenhetsbaserade och teoretiska överväganden kring induktivt värmt smältlim. Arbetet har resulterat i ett alternativt förslag på lösning. Resultaten har också samordnats med ett

2 examensarbete utfört kring ämnet vid KTH. Under 2012 har arbetet varit stillastående. Detta beror till viss del på att vi byggt ett nytt nätverk, men den viktigaste anledningen har varit att vi gått igenom en tuff period i företagets kärnverksamhet med hård arbetsbelastning och nyrekrytering. Under hösten 2012 har vi börjat med den nya/andra fasen i projektet. Där har vi fått hjälp från Karlskoga Science Park som fokuserar bland annat på exogena (explosiva) material. Två workshops har genomförts med olika kompetenser, dessa har lett fram till en närmare diskussion med SAAB-Bofors Test Center strax utanför Karlskoga. Diskussionerna har skapat mycket underlag och idéer om hur koncept kan utvecklas, testas och optimeras i ett nästa skede. Testcentret har ställt upp på ett avgörande sätt men fullskaliga avancerade tester har inte rymts i nuvarande projekts budget. Vi har därför sökt upp ett företag, Chaos Event, som utför pyrotekniska installationer vid bland annat filminspelningar och event. Samarbetet har lett till sonderande mätningar som visat goda resultat. En viktig kompetens/roll som Chaos Event spelat har varit tillstånd att hantera och tillgång till lämpliga exogena (detonerande och exploderande material). De sonderade mätningarna som genomförts med ett smältlim från Henkel, en fixtur i stål, pyroteknisk eltändare från Yang Feng i olika konstellationer och drivmaterial och en statisk uppställning med däck. Resultaten visar att vi momentant kan skjuta en laddning med smältlim och få den att smälta och fästa på ytan av ett däck. Resultat 2011 Inledande försök i Xaars utrustning i Järfälla visar att vi kan använda smältlim (med låg smälttemperatur) och exaltera detta i en utrustning för inkjet. Detta resultat är separat och inte sammankopplat med försök att värma samma smältlim induktivt. Ursprungsplanen var att induktivt värma limmet vid transport genom ett magnetfält. Det visade sig att det inte fanns någon anledning att använda ett konstant magnetfält utan att oscillerande fällt 50 Hz skapade betydligt större möjligheter och gjorde att vi inte behöver arbeta med partikelhastighet och uppehållstid. Detta till trots ser vi det som svårt att uppnå tillräcklig energi under det mycket korta tider som är aktuella vid en automatiserad inbromsning. Slutligen har vi gjort försök med smältlim i ink-jet med längre avstånd mellan munstycke och målyta. Sammanfattningsvis gav de inledande sonderande mätningarna följande resultat. Inkjet/smältlim Induktiv värmning +Fungerande teknik - Svårt över längre avstånd (>10mm) +Oscillerande fält breddar fönster - Svårt att skapa tillräckligt med energi under kort tid

3 The PiXDRO LP50 inkjet printer, utrustningen vid Xaar är modifierad med avseende på kamerateknik och styrsystem. I de avslutande diskussionerna med utvecklingschef Wener Zaptka jämförs tekniken med möjliga alternativa tekniker i en mycket fri och givande diskussion. Detta resulterade i ett förslag att använda kemisk energi både för uppvärmning och transport av lim. Helt enkelt att skjuta iväg en laddning. Resultat Två workshops tillsammans med Karlskoga Science Park Energiska material har genomförts. Vi har här samlat experter inom sprängteknik, tändning, och hantering samt personer med erfarenhet av energiska material inom bilindustrin. Den första workshopen leddes av Hanne Randle KSP och hade till syfte att föreslå praktiska försök i kontrollerade miljöer, det gavs också exempel på tidigare försök där högviskösa ämnen skjutits iväg längre sträckor. Vidare så arbetade vi kring möjligheten att komplettera en ev. laddning med partiklar som ytterligare skulle ge ett mekaniskt bidrag till en friktionshöjande yta. Nästa workshop leddes av Mats Fredlund vid Exonera AB och avsåg kombinera expertkunskap med kunskap inom området adhesiver för att ta fram kontroll och testparametrar. De två workshopparna resulterade i ett konceptförslag och ett antal parametrar att verifiera och/eller avfärda. Eftersom experiment med exogena material kräver att vissa krav är uppfyllda och att testupplägg inom detta område till vis del är nytt för oss definierades förslag på sonderande mätningar tillsammans med SAAB-Bofors Test Center. Testcentret hade också kunnat vara en lämplig plats för test och mätning men kostnaden låg tyvärr över det som var möjligt i denna del av projektet. Eftersom hantering av explosiva varor kräver tillstånd har vi istället samarbetat med ett lokalt företag, Chaos Event, som förutom att bedriva upplevelseverksamhet och detaljisthandel av fyrverkerier anordnar större fyrverkerievent och specialeffekter i anslutning till filminspelningar. Samarbetet med Chaos var mycket givande. Vi kände att den vana dem har att lösa speciella behov och skapa direkta, snabba och improviserade lösningar var ett mycket bra komplement till den mer strukturerande utvecklingen.

4 Totalt genomfördes testskjutningar med sju olika kombinationer där vi varierade drivmaterial, struktur och packning av det samma, mängd polymer (smältlim), struktur på denna samt skiljeväggar mellan de olika laddningsdelarna. Samtliga kombinationer avfyrades på ett avstånd av 120 mm mot ett stillastående bildäck. De sonderade mätningarna visar att det är möjligt att avfyra och smälta polymerer på ett sätt så att de fastnar på en däcksyta. Generellt sätt erhölls de gynnsammaste förloppen med långsam drivladdning och små limpartiklar. Försöken visar också att ett främre sprängbleck har stor potential och är gynnsamt. Under projektet har vi satt upp tre frågeställningar som vi avsett besvara med de sonderade mätningarna (se delrapport): 1. Kan vi hantera systemet under de tidsramar som är aktuella? Ja vi kan momentant tända en elektrisk laddning och överföra polymeren. 2. Med vilken noggrannhet och i vilken form kan vi leverera adhesiven? Sonderande mätningar visar att vi kan smälta, eller delvis smälta adhesiven på ett sätt att den tillförs och fastnar på en däcksyta. 3. Kan vi uppmäta signifikant adhesion/förhöjd friktion i labbmiljö? Vi har inte kunnat mäta friktions- eller adhesionsförändringar mot en tredje yta (väg). Man kan dock på goda grunder anta att eftersom vi kan åstadkomma adhesion mot däcket så bör vi också efter vidare utveckling kunna åstadkomma det i interfacet mellan väg och däck. Denna slutsats stöds av limgruppen vid IVF. Slutsats Det är möjligt att momentant smälta och överföra en polymer med hjälp av energetiska (explosiva) material. Det är också möjligt att få dessa att fästa på en däcksyta. Vidare försök och utvecklingsarbete kan visa hur sprängkapsel, material, eventuella partiklar skall utformas för att uppnå största möjliga förhöjning av friktions värde mellan däck och vägbana. Nästa steg I de sonderande mätningarna hade vi, enligt ovan, inte tillgång till SAAB-Bofors Test Center utrustning med till exempel registrering och värmeprofiler vid höga hastigheter. Detta kommer att möjliggöra en mer noggrann parameterstudie i ett nästa steg. I nästa steg hoppas vi också kunna ta hjälp av limgruppen vid Swerea IVF (se nedan) som i sin tur tar hjälp av ett beräkningscenter vid Chalmers. På detta sätt kommer vi sammantaget att få tillgång till expertis och experimentella metoder för material, friktion, höga hastigheter och teoretisk fördelning vid applicering. Detta betyder också att projektet övergår till att ledas av oss som litet innovativt företag och istället breddas till att omfatta olika aktörer där det statliga Swerea IVF

5 med sin kombinerade kunskap om lim, material och trafiksäkerhet blir ledande. Vid ett fortsatt projekt kommer Swerea IVF att komplettera den egna kunskapen med mätningar av SAAB-Bofors Test Center, ledning och testning av Exonera AB, problemlösning från Chaos Event och processledning och förberedelse för kommersialisering från Dotank AB. Nedan följer ett citat från Swerea IVF som framhåller institutets syn på ett fortsatt projekt. - Swerea IVF ser positivt på en fortsättning av detta projekt. Detta speciellt med intresse inom avdelningen Processutveckling och gruppen Multimaterial. Detta beror främst på kopplingen till vår kompetens inom föreslagna arbetsområden och inte minst att olika teknikgrupper kombineras. Avsikten med gruppen Multimaterial är att arbeta traditionella limfrågor. Utöver limning tas också ett större helhetsgrepp för att arbetet också ska innefatta lättviktskoncept, processfrågor vid kombination av olika material, fogning i form av limning, mekaniska fästelement samt kombinationsförband. Den senare med limning plus en ytterligare fogningsmetod. Arbetet i gruppen Multimaterial sker i nära samarbete med gruppen Ytbehandling. Genom tidigare samgåendet med IFP Research kommer dessutom frågor kring vidhäftning och fogning av polymera material att vara i fokus. Vårt arbete vad gäller limning handlar om att säkerställa (limnings)processen från kontakt till funktion! De områden och gemensamma punkter som vi ser som extra intressanta i en fortsättning, är följande: - Att säkerställa ytans beskaffenhet. Renhet och förmåga till vidhäftning och vätning. Här arbetar vi med mycket med olika förbehandlingar också torra sådana såsom plasma och korona. Detta inbegriper även tribologi. - Att säkerställa kvaliteten. Detta under appliceringen men också för det färdiga limförbandet. Detta med sluthållfasthet och typ av brottmod. Accelererad åldring sker också här för att kunna förutsäga resultaten på sikt. - Automatiserad och kontrollerad applicering. Vi arbetar här med att säkerställa att rätt mängd lim eller lack/bindemedel hamnar på rätt plats. I samband med detta har projekt genomförts av Fraunhofer Chalmers Centre (FCC), där man tagit fram dels en beräkningsmodell för hur lackdimman förflyttas från sprutpistol till objektet, dels en banplanerare för bestämning av optimala robotbanor. Vi har här fortsatt arbetet tillsammans med FCC. Detta för fysisk provning när nya karosser och färgsystem ska föras in i produktion. För att man ska kunna gå ifrån den omfattande provningen som idag görs på full kaross måste det vara möjligt att verifiera den teoretiskt beräknade uppbyggnaden av lackskiktet på ett relevant och praktiskt sätt. Det här måste kunna göras på de delar av karossen där skiktuppbyggnaden är svårast att beräkna och mest kritisk, t ex i hörn. Förhållandena vid den praktiska utvärderingen måste vara nära identiska med dem som gäller vid applicering hos fordonstillverkarna. De nya lackmaterialen är känsligare, kraven på lackskikten blir högre och lackförlusterna måste bli mindre. Då ställs också ökade krav på att utvecklingen inom lackering kan bedrivas under väl kontrollerade och

6 dokumenterade förhållanden. För att möta kraven har vi nu byggt upp en lackeringscell som ska klara avancerad utveckling inom många olika delområden, exempelvis: o Utvärdering av hur väl simulerad uppbyggnad lackskiktet överensstämmer med verkligheten o Utveckling av robotiserad lackering av korta serier där robotprogrammet genereras automatiskt o Utveckling och utvärdering av prestanda för nya sprututrustningar o Utvärdering av nya lackmaterial inklusive framtagning av sprutparametrar för exempelvis vattenburna lacker o Utbildning och information om robotiserad lackering och limning. Not: Detta program heter Virtual Paint och bygger på tidigare projekt som genomförts av Fraunhofer Chalmers Centre (FCC) där man tagit fram dels en beräkningsmodell för hur lackdimman förflyttas från sprutpistol till objektet dels en banplanerare för bestämning av optimala robotbanor. Heléne Karlsson, Swerea IVF AB Vi ser väldigt gärna Trafikverket och Skyltfonden som en fortsatt partner. Speciellt gäller det nästa steg av projektet där vi fortfarande är på ett experimentellt stadium med hög risk och relativt långt från kommersialisering. Vi ser goda möjligheter att komplettera Skyltfondens fortsatta arbete med medel från till exempel Vinnova. Projektet, dess utmaningar och dess mål stämmer väl överens med de kriterier Vinnova ställer för att utveckla innovation och forskning nationellt. Till exempel passar konceptet mycket bra mot program för trafiksäkerhet och transporter, materialutveckling och utmaningsdriven innovation. Projektet kompletterar också svensk forskning och utveckling som görs till exempel inom mjukoch hårdvaror för automatiska bromssysystem varför ytterligare synnergier kan skapas. Vi avser, med Swerea IVF som sökande, söka ytterligare ksek från Skyltfonden för att lyfta konceptet till nästa steg. Vår ambition är att växla upp resurser från Skyltfonden från andra aktörer. Vi har redan gjort en sådan ansökan till Vinnovas program för Miljö- och transportinnovationer 2013 där vi nu väntar på besked.

7 Bildavsnitt, beskrivning av laddningar och parameterstudie. Försök 2, Krutladdning, pressad laddning.

8 Försök 8, zinkit 7,0 mellanväg. Försök 1, Krutladdning 10,0g.

9 Försök 6, Zinkit 5,0 gram, öppen. Försök 4, 15,2 g, Krutladdning, öppen.

10 Försök 3, 12,2 Krutladdning, separering och sprängbleck. Försök 12. 5,5 g zinkit, utan mellanvägg.

11 Resultat från försök 8, Limpartiklar fäster på däcket. Notera att vi valt att skjuta på däckssidan. Detta gör vi av rent praktiska säl för att få en bättre kontrollerad yta och vinkelrät anläggning. I en verklig applikation kommer naturligtvis polymeren att skjutas/sprayas mot slitytan innan eller i anslutning till att denna kommer i kontakt med körbanan.

12 Kommentar, Lämplig utrustning vid Swerea IVF för genomförande av projektet: - Swerea IVFs limlabb. Vi har nu installerat en ny limrobot i vår nya robotcell. Detta för lackering och limning. Denna är utrustad med flödeskontrollsystem och Swirl-applikator. Detta innebär att man kan spraya på sitt lim/bindemedel som komplement till vanlig strängläggning. Detta möjliggör också applicering av lim på längre avstånd. Med denna utrustning kommer vi att ha möjlighet att på ett bra sätt kunna guida till rätt limanläggning med rätt limutrustning för rätt lim. Swerea IVFs limrobot där limmet påförs automatiserat med robot. Limmet swirlas/sprays på från långt avstånd. - Vi arbetar mer och mer med är att foga samman blandade materialslag liksom detaljer och ytor. Detta har gjort att geometrisäkring är en mycket viktig del av vårt arbete. Just att tillse att måtten kan hållas och att ritningsunderlag stämmer överens med verkligheten i knut- och fogpunkter är här extra viktigt. Detta också efter härdning och miljöpåverkan och över tid. De ingående limmade ytorna ska med andra ord inte bara säkert sitta samman genom rätt mängd lim på rätt plats utan också med rätt mått på geometri och utformning! Detta är anledningen till att vi nu satsar extra på att kombinera automatiserad applicering med samma robot som för limappliceringen. Roboten kommer nu att på ett mycket bra sätt här kunna används här för att bygga upp en robotcell både för automatiserad limning och för automatiserad 3D-skanning.

13 Cascades workshop och demonstration av automatiserad 3D-skanning på Swerea IVF. Med tillgänglig provningsutrustning och Swerea IVFs 3D-mätskanner som komplement kan vi hjälpa våra kunder att på ett tidigt utvecklingsstadium anpassa produkter och tillverkning på ett sätt som reducerar framtida felutfall. Under förra året har företaget GOMs svenska representant Cascade och Swerea IVF i ett samarbete byggt upp en robotcell för automatiserad 3D skanning. Man kan välja att nyttja roboten för att förflytta och styra 3D-skannern. GOMs nya programvara Inspection Professionell för 3D-skanning har möjliggjort styrning av roboten. Samma robot som för limappliceringen används här för att bygga upp en robotcell för automatiserad 3D-skanning. Vi ser här stor nytta av en fortsättning genom detta projekt.