Carbonfaser Stossfänger

Carbon im Automobil der Zukunft

Neben BMW beim i3 arbeiten mehrere der großen Automobilhersteller intensiv an der Serienproduktion von leichten und dabei hochfesten Karosserien aus Kohlefaserverbund-Werkstoff (CFK). Wichtig sind dabei die hervorstechenden Eigenschaften des Materials, so extreme Festigkeit gepaart mit geringem Gewicht: CFK ist rund 50 Prozent leichter als Stahl und 30 Prozent leichter als Aluminium. Gleichzeitig ist der Werkstoff elektrisch leitfähig, resistent gegen Korrosion, Säuren sowie organische Lösungsmittel, zudem verformt er sich auch bei hohen Temperaturschwankungen kaum.

Leichte Carbon Bauteile

Leichte Carbon Bauteile

Den Ausgangspunkt der CFK-Produktion bilden thermoplastische Textilfasern aus Polyacrylnitril. In einem mehrstufigen Prozess unter verschiedenen Temperatur- und Druckverhältnissen werden aus diesen Textilfasern Kohlenstoff-Fasern mit einer stabilen Graphitstruktur. Es entstehen dabei sehr dünne Fasern (Filamente) mit einem Durchmesser von lediglich 0,003 bis 0,007 mm, die danach zu einem Bündel (Roving) zusammengefasst werden. Dieser aus 1.000 bis 50.000 Einzelfasern gebündelte Carbon-Faden wird auf Spulen gewickelt und bildet das Ausgangsmaterial für die weitere Herstellung der Bauteile.

Herstellung im Wandel

Laminierung eines Autodachs aus Kohlefaser

Autodach aus Kohlefaser

Um zu einem Bauteil aus Kohlefaserverbund-Werkstoff (CFK) zu gelangen, musste bislang das Kohlefaser-Gewebe per Hand in Form gelegt werden. Danach wurde das Laminat mit Harz getränkt und schließlich zum Aushärten im Autoklaven, einer Art überdimensionalem Ofen, gebacken. Dabei war alleine das aus reinem Kohlenstoff bestehende Carbon-Gewebe mit einem Preis von bis zu 3.000 Euro je Kilogramm ein immenser Kostenfaktor, weiterhin die notwendige Handarbeit, der teure Backprozess im Autoklaven, ebenso die lange Fertigungszeit.

Dank der steigenden Nachfrage nach Carbon-Gewebe ist der Preis mittlerweile stark gesunken, auch die Herstellung von CFK-Bauteilen selbst ist sehr viel kostengünstiger geworden. Eine Schlüsselrolle spielt dabei das sogenannte RTM-Verfahren (Resin-Transfer-Molding = Harzinjektionsverfahren). Bei diesem Verfahren werden die gewebten CFK-Matten oder mehrere vorgeformte CFK-Rohlinge in eine zweiteilige druckdichte und beheizbare Form gelegt.

Durch das Zusammenpressen der Form werden die CFK-Matten beziehungsweise -Rohlinge in ihre spätere Form gebracht. In einem nächsten Arbeitsschritt wird heißes Harz unter hohem Druck in die zweiteilige Form gespritzt, wo es die Kohlefasern durchtränkt und sich mit ihnen verbindet. Es können so komplexe Bauteile hergestellt werden, die sich zudem beim Pressen mit vorproduzierten Einlegeteilen vergießen lassen. Damit können Gewindeeinsätze, Buchsen, Schächte oder Verstärkungskomponenten direkt eingebunden werden. Auch lassen sich sehr großflächige Karosseriekomponenten mit diesem Verfahren herstellen.

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