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Carbonfasern Leichter Stoff für Zukunftsträume

| Autor / Redakteur: dpa / Bernd Otterbach

Leicht und dabei extrem stabil - Carbonfasern vereinigen scheinbar gegensätzliche Eigenschaften. Bislang kam aber noch ein unliebsames Merkmal hinzu: Die Kohlenstofffasern waren zu teuer.

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Der Trend zu leichten und damit energiesparenden Autos könnte nun den Durchbruch für die Großserienproduktion bringen. Als einer der ersten OEMs hat BMW Carbon, das doppelt so fest wie Stahl ist, aber vier bis fünf Mal leichter, in seine Zukunftsvision aufgenommen. Die Münchener tüfteln derzeit an ihrem künftigen Elektrofahrzeug Megacity Vehicle, das 2013 auf den Markt kommen soll. BMW verspricht ein von Grund auf neues Fahrzeugkonzept, bei dem maßgeblich Carbonfasern zum Einsatz kommen. Ziel ist, den Wagen möglichst leicht zu machen, damit er trotz der schweren Batterien an Bord im Strombetrieb eine akzeptable Reichweite erzielt.

Die Fasern kommen aus einem Gemeinschaftsunternehmen mit dem Wiesbadener Carbonspezialisten SGL Group, dem einzigen europäischen Produzenten von Carbonfasern. Dazu bauen die beiden Unternehmen an der US-Westküste ein Werk auf. Bei der Standortentscheidung war unter anderem die Nutzung von Wasserkraft für die energieintensive Produktion ausschlaggebend.

Auch spielte die Nähe zum Flugzeugbauer Boeing eine Rolle und damit schon im Umkreis vorhandene geschulte Fachleute. Im Flugzeugbau werden Carbonfasern schon länger verwendet und kommen dort mittlerweile auf einen, kaum mehr steigerbaren, Anteil von 50 Prozent.

Knackpunkt Produktionsprozess

Die größten Herausforderungen liegen bei der Automatisierung zur kostengünstigen Realisierung von hohen Stückzahlen, sagt Professor Klaus Drechsler. Er ist Leiter des von der SGL gestifteten Lehrstuhls für Carbon Composites an der Technischen Universität München. Hier soll der Nachwuchs alles rund um den Werkstoff Carbonfaser lernen. Denn laut Drechsler fehlt häufig das Know-how bei der Gestaltung, Auslegung und Berechnung von Faserverbundstrukturen“.

Der einst astronomische Preis von bis zu 3.000 Euro je Kilogramm der Faser schrumpfte dank des technischen Fortschritts auf 15 bis 20 Euro für Standardfasern zusammen. Damit ist der Knackpunkt heute nicht mehr der Preis, sondern der Produktionsprozess.

Gerade das macht unser Gemeinschaftsunternehmen mit BMW so wertvoll, sagt Hubert Jäger, SGL-Forschungsleiter. Denn dort werde in Prozesstechnik investiert, und es ergeben sich Transferlösungen für andere Industrien. Die automobile Serienfertigung ist derzeitig die Schlüsselindustrie, um die Materialien sukzessive hoffähiger zu machen für den Serieneinsatz.

Bislang verdient SGL ihr Geld vor allem mit Elektroden und Kathoden für die Stahl- und Aluminiumindustrie, sieht aber großes Potenzial im Karbonfasergeschäft. 2011 rechnet SGL in dem Bereich mit einem zweistelligen Umsatzplus. In zehn Jahren könnten sich die Erlöse von aktuell gut 200 Millionen Euro auf mehr als zwei Milliarden Euro verzehnfachen, schätzt Vorstandschef Robert Koehler letzten Angaben zufolge. Dies sei aber abhängig von der noch nicht konkret zu übersehenden Entwicklung in der Automobilindustrie, der Energiebranche sowie der Luftfahrt.

Die Leichtbaufaser hat auch Daimler für sich entdeckt. Dabei sind - zumindest die veröffentlichten - Pläne der Stuttgarter aber noch weit weniger konkret als die der bayerischen Konkurrenz. Jüngst wurde mit der japanischen Toray Industries eine Partnerschaft vereinbart. Sie hat zum Ziel, die Prozesstechnik für kostengünstigen Leichtbau zu entwickeln.

Toray gilt als weltweit größter Hersteller von Carbonfasern und beliefert unter anderem Boeing. Die Partnerschaft könnte auch in die Gründung eines Gemeinschaftsunternehmens münden, hieß es von Daimler. Erste Teile sollen in etwa drei Jahren in Oberklassefahrzeugen von Mercedes-Benz zum Einsatz kommen und zur Gewichtsersparnis beitragen.

Erfahrungen aus der Formel 1

Bislang sammelt Mercedes Erfahrungen mit dem Hightech-Werkstoff in seinen exklusiven Baureihen wie dem Sportwagen SLR McLaren oder in der Formel 1. „Das hier erworbene Know-how wird auch in die Entwicklung zukünftiger Fahrzeuge und Bauteile einfließen und eine extrem hohe Crashsicherheit in allen Gefahrensituationen gewährleisten“, sagt Professor Bharat Balasubramanian bei Daimler Vizepräsident Produktinnovationen und Prozesstechnologien. Die Brüchigkeit des Werkstoffs galt lange Zeit als Herausforderung beim automobilen Großserieneinsatz.

Bei Audi scheint Leichtbau mit zur Unternehmensphilosophie zu gehören. Schließlich waren die Ingolstädter Pioniere bei der Entwicklung der im Vergleich zum Stahlblech schon deutlich leichteren Aluminiumkarosserie. Karbonfasern setzen die Ingolstädter beispielsweise bereits beim Sportwagen R8 Spyder ein. Am Standort Neckarsulm soll auch der geplante Elektro-Sportwagen E-tron ab Ende 2012 in Kleinserie entstehen.

Material-Mix ist die optimale Lösung

„Wir stellen uns durchaus vor, Karosserien zu bauen, bei denen unterschiedlich schwere Materialien auf intelligente Art kombiniert werden, die wir aber auf einer gemeinsamen Fertigungsstraße bauen können“, sagt ein Unternehmenssprecher. Der aktuelle Zweisitzer Audi TT ist bereits ein Beispiel für eine solche Mischbauweise. Wie sich der neue Werkstoff in der Großserienfertigung verhält sowie Verbindungstechniken zwischen den verschiedenen Materialien müssen noch ausgelotet werden.

Auch wenn Carbonfasern heute schon in im Alltag viel präsenter sind als noch vor Jahren, man denke an Golfschläger, Fahrräder oder Windkraftanlagen aus Karbon: Stahl als wichtigen Werkstoff werden sie nicht verdrängen, allenfalls ergänzen, ist sich Professor Drechsler sicher. Für viele Anwendungen wird die optimale Lösung eine intelligente Mischung aus Carbonfaserverbundstoffen, Stahl oder Aluminium sein.

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