Sprężyny kompozytowe do zastosowań w pojazdach mechanicznych

Innowacyjne sprężyny kompozytowe – lekkość i wytrzymałość dla nowoczesnych konstrukcji

Niewiele rzeczy w mechanice wygląda dziś tak samo jak sto lat temu. Sprężyna jest wyjątkiem. Ale nie musi być. Ciężkie, stalowe, nierozwijalne?  Zespół z Politechniki Lubelskiej postanowił to zmienić. Dr hab. inż. Patryk Jakubczak rozwija nową generację lekkich sprężyn kompozytowych, które przy zachowaniu wytrzymałości stali umożliwiają precyzyjne dostrajanie parametrów pracy i mogą znacząco zwiększyć efektywność systemów w motorsporcie i elektromobilności. Naukowiec jest uczestnikiem pierwszej edycji programu PRIME – programu wsparcia komercjalizacji nauki, realizowanego przez Fundację na rzecz Nauki Polskiej ze środków pochodzących z programu Fundusze Europejskie dla Nowoczesnej Gospodarki (FENG). Dr Jakubczak i jego zespół: Agnieszka Jarocka (Opiekunka Transferu Technologii) oraz Tomasz Głogowski (Lider Biznesu) w ramach projektu PRIME będą rozwijać kompetencje w zakresie wdrożenia i komercjalizacji prowadzonych badań.

Obecne rozwiązania sprężyn stosowanych w pojazdach mechanicznych  opierają się niemal wyłącznie na tradycyjnych konstrukcjach stalowych, takich jak sprężyny śrubowe i piórowe. Technologie te posiadają istotne niekorzystne cechy: wysoką masę, ograniczoną możliwość dostrajania parametrów pracy oraz niską efektywność wykorzystania materiału.

Jednocześnie, mimo intensywnych badań nad zastosowaniem materiałów kompozytowych (np. włókien węglowych), ich praktyczne wykorzystanie w sprężynach pozostaje bardzo ograniczone. Dotychczasowe podejścia polegają głównie na odwzorowaniu klasycznych konstrukcji (np. spiralnych lub piórowych) z użyciem kompozytów, co prowadzi do złożonych, mało efektywnych i trudnych do wdrożenia rozwiązań.

Zespół z Politechniki Lubelskiej opracował nowy typ sprężyny kompozytowej o unikalnej konstrukcji, który wykorzystuje właściwości materiałów włóknistych w sposób zgodny z ich naturą — poprzez pracę w płaszczyźnie oraz kontrolowane wyboczenie.

Dzięki zastosowaniu materiałów kompozytowych oraz odpowiedniemu zaprojektowaniu ich struktury możliwe jest precyzyjne sterowanie charakterystyką pracy sprężyny. Technologia dra Jakubczaka pozwala znacząco zmniejszyć masę mechanizmu przy zachowaniu wytrzymałości porównywalnej do stalowych odpowiedników, a jednocześnie umożliwia dostrajanie parametrów pracy, takich jak siła, sztywność czy zakres odkształcenia. To sprawia, że rozwiązanie może być stosowane w różnych obszarach – od motorsportu po elektromobilność, gdzie niska masa i wysoka efektywność mają kluczowe znaczenie. Dopełnieniem całości technologii jest odporność na korozję.

Technologia została już zwalidowana na poziomie prototypu (MVP) w warunkach laboratoryjnych i jest gotowa do dalszej optymalizacji oraz dopasowania do konkretnych potrzeb rynkowych w ramach projektu PRIME.

Innowacyjność projektu polega na przeniesieniu technologii stosowanej dotąd w branżach wymagających najwyższych standardów jakości i bezpieczeństwa – takich jak lotnictwo – do szerszego kontekstu przemysłowego i użytkowego. To podejście wpisuje się w globalne trendy zrównoważonego rozwoju i dążenie do efektywnego wykorzystania zasobów materiałowych. Każde nowe zastosowanie kompozytów otwiera przestrzeń do dalszych innowacji. W tej technologii praktycznie nigdy nie ma ostatecznego rozwiązania – zawsze jest miejsce na rozwój. – mówi dr hab. inż. Patryk Jakubczak.

***

PRIME to jedyny w Polsce „szyty na miarę” program akceleracyjny transferu wiedzy i technologii dla naukowców i ich organizacji badawczych, oferujący wsparcie indywidualnej ścieżki komercjalizacji innowacyjnych produktów. Program daje możliwość zarówno rozwoju kompetencji (m.in. szkolenia), jak i zdobycia praktycznych umiejętności (m.in. rozmowy z potencjalnymi odbiorcami). Dla autorów najlepszych pomysłów przewidziane jest zindywidualizowane wsparcie na wdrożenie wybranej ścieżki komercjalizacji. Projekt PRIME jest finansowany z programu Fundusze Europejskie dla Nowoczesnej Gospodarki (#FENG). Projekt realizuje Fundacja na rzecz Nauki Polskiej (#FNP).