Werkstoffe

Nichts leichter als das


Carbon steckt in Sport-Seglern und Jets - und bald auch in Serien-Autos

München. Für den Segel-Laien sieht es aus wie ein halsbrecherisches Kunststück, wenn ein Trimaran auf nur einem seiner drei Rümpfe über das Wasser rast. Aber eine Profi-Crew wie die Besatzung der „BMW Oracle“ weiß, was sie tut, wenn sie mit dem Wind über das Meer vor Valencia gleitet.

Vor der spanischen Küste triumphierte das Team zu Beginn des Jahres über das Schweizer Boot „Alinghi 5“ und gewann den renommierten America’s Cup, die älteste Segel-Regatta der Welt.

Wie die Piloten im Formel-1-Motorsport hätten allerdings auch die erfahrenen Segler der „BMW Oracle“ ohne bestes Material keine Chance gehabt. Ihr Hightech-Schiff besteht zu einem Großteil aus Carbon, einem ultraleichten kohlefaserverstärkten Kunststoff (CFK). Bei der Konstruktion haben im Leichtbau erfahrene BMW-Ingenieure geholfen.

BMW kooperiert mit Kohlefaserspezialist SGL

Leichte Werkstoffe wie Carbon sind heute nicht mehr wegzudenken, wenn Gewicht eingespart werden soll. So ist ihr Einsatz etwa im Flugzeugbau Standard. Und auch Autohersteller wie BMW wollen das ultraleichte Material möglichst schnell in Serienfahrzeugen auf die Straße bringen. „Carbon ist für uns ein Werkstoff der Zukunft“, sagt BMW-Chef Norbert Reithofer.

Das neue Zeitalter soll bereits 2015 beginnen. Spätestens dann will BMW der Welt das „Megacity Vehicle“ präsentieren. Die Karosserie des Elektro-Flitzers für die Stadt wird zum Großteil aus Kohlefaser bestehen. Der Wagen ist aufgrund des hohen Gewichts seiner Batterien auf Leichtbau-Komponenten angewiesen. Deshalb kommt auch ein Werkstoff infrage, der teurer als Metall ist.

In Serienfahrzeugen stecken größere Bauteile aus Carbon bislang nur in den Modellen M3 und M6. Die Dächer der sportlichen Coupés sind aus Kohlefaser. Ebenso die Stoßfängerträger des M6.

Um nun stärker den leichten Werkstoff einsetzen zu können, kooperiert BMW seit diesem Jahr eng mit dem deutschen Kohlefaserspezialisten SGL. Die beiden Unternehmen errichten derzeit ein gemeinsames Werk in den USA.

Werk Landshut baut Teile für Elektro-Flitzer

Bevor die Kohlenstoff-Fasern von dort jedoch für die Produktion des Megacity Vehicle in Leipzig zu gebrauchen sein werden, müssen sie erst nach Bayern. Im oberpfälzischen Wackersdorf werden sie zunächst weiterverarbeitet, bevor mit ihnen schließlich im BMW-Werk Landshut die CFK-Komponenten gefertigt werden. Die Niederbayern haben im Unternehmen die meiste Erfahrung in der Verarbeitung von Carbon.

Schon länger nutzen die Ingenieure der Luft- und Raumfahrt-Industrie den Verbundwerkstoff. Denn nirgends zählt ein eingespartes Kilo mehr. Das neue Großraumflugzeug A380 von Airbus etwa, mit dem unsere Fußball-Nationalelf zur WM geflogen ist, besteht zu rund einem Viertel aus CFK-Komponenten.

Aber es geht noch mehr: Das geplante Airbus-Modell A350 soll gar zur Hälfte aus kohlefaserverstärktem Kunststoff bestehen. Für den den Rumpf des Vogels, der 2012 erstmals fliegen soll, liefert der Augsburger Zulieferer Premium Aerotec CFK-Bauteile. Sie werden im friesischen Nordenham und in einer neu gebauten Produktionsstätte in Augsburg gefertigt.

Auch im Triebwerkbau ersetzen Verbundwerkstoffe für ausgewählte Bauteile zunehmend Metall. Moderne Aggregate, für die der Münchner Hersteller MTU Aero Engines Komponenten liefert, bestehen, gemessen am Volumen, zu 5 bis 10 Prozent aus faserverstärktem Kunststoff.

„Gewicht spielt dabei die Hauptrolle“, sagt Jörg Esslinger, Leiter der MTU-Abteilung Werkstofftechnik. Im Vergleich zum bewährten Metall Titan lasse sich so mehr als die Hälfte einsparen. Hinzu kommt: Die Herstellung wird immer günstiger. Langfristig könnten CFK-Bauteile nur noch halb so viel wie heute kosten, schätzt der MTU-Ingenieur. „Metall hat dagegen bezüglich Kosten ein deutlich geringeres Entwicklungspotenzial.“

Wenn es heiß wird, braucht’s Keramik

Große Hoffnungen setzt der MTU-Experte in die faserverstärkte Keramik – ein heute noch eher selten verwendeter Verbundwerkstoff. Er könnte auch im hinteren Teil eines Triebwerks zum Einsatz kommen, für den Kunststoff-Bauteile nicht hitzebeständig sind.

„Kurzfristig hält Keramik hohe Temperaturen von mehr als 1.000 Grad aus“, sagt Esslinger. Ob das auch auf Dauer klappt, müsse sich aber erst noch zeigen.

Michael Stark

Info: Faserverbundwerkstoffe

Ein Faserverbundwerkstoff ist eine Kombination zweier Materialien, die im Zusammenspiel leistungsfähigere Eigenschaften aufweisen als eine Komponente allein.

Dünne Fasern, die zumeist aus Kohlenstoff bestehen, verleihen dem Material-Mix Festigkeit. Sie sind eine Art Skelett. Ein Spezialist für die Herstellung ist das Unternehmen SGL Carbon, das ein Werk im schwäbischen Ort Meitingen betreibt (siehe Galerie Bild 4). Alternativen zum Kohlenstoff sind Glas, Keramik und Naturfasern aus Hanf, Flachs oder Jute.

Schichten um die Fasern geben dem Verbundwerkstoff sein Aussehen. Diese bestehen zum Beispiel aus Kunststoff, Keramik oder Kohlenstoff. Der Vorteil von Verbundwerkstoffen gegenüber Metallen liegt vor allem im geringeren Gewicht bei gleicher Festigkeit.

„Metall aber unverzichtbar“

Welche Vorteile Verbundwerkstoffe bringen und wo ihre Grenzen liegen, erklärt Professor Horst Baier, Leiter des Lehrstuhls für Leichtbau an der Technischen Uni München.

 

Interview

AKTIV: Warum werden faserverstärkte Verbundwerkstoffe, etwa Carbon, immer wichtiger?

Baier: Bauteile aus Carbon, also kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff, kurz CFK, sind bei gleicher Widerstandsfähigkeit im Schnitt ein Drittel leichter. Zudem lässt sich ihr Design-Prozess flexibler gestalten, und sie verformen sich im Einsatz deutlich weniger als Metall-Komponenten.

AKTIV: Solche CFK-Module sind aber noch immer recht teuer. Wo lohnen sie sich?

Baier: Vor allem in der Luftfahrt. Fluggesellschaften holen höhere Beschaffungskosten wieder rein, weil sie Kerosin sparen. Außerdem ist zu erwarten, dass der Wartungsaufwand abnimmt, da CFK-Bauteile auch wegen Korrosionsunempfindlichkeit seltener ersetzt werden müssen.

AKTIV: Könnte der Preis von Verbundwerkstoffen bald sinken?

Baier: Die benötigten Rohstoffe, zum Beispiel Erdöl, werden wohl eher teurer. Bedeutender ist aber, dass die Herstellung der CFK-Bauteile selbst mit zunehmender Automatisierung günstiger wird – etwa um die Hälfte.

AKTIV: Wird Carbon dann auch für Autohersteller interessant?

Baier: Der Anteil an der Karosserie von Serienfahrzeugen könnte auf ein Drittel wachsen. Metall bleibt auf Dauer aber unverzichtbar. Das ist auch eine Frage der Sicherheit. Denn im Gegensatz zum Frontal-Crash sind CFK-Bauteile für einen Seitenaufprall ungeeignet.

MST

Artikelfunktionen


Adventskalender-Gewinnspiel

Service-Angebote auf AKTIVonline:

Wirtschaftslexikon
Unternehmensfinder
Energiespar-Rechner
Messe-Kalender
Ferien-Kalender
'' Zum Anfang