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09.08.2012

13:03 Uhr

Carbon

Der Stoff, aus dem die Träume sind

VonLukas Bay

Die Autohersteller müssen dringend das Gewicht ihrer Flotten verringern, um den CO2-Ausstoß zu senken. Darum setzen sie auf ultraleichte und ultraharte Kohlefaser. Doch der Werkstoff offenbart immer wieder seine Tücken.

Der BMW i8 soll 2014 serienmäßig mit Carbon gefertigt werden. Reuters

Der BMW i8 soll 2014 serienmäßig mit Carbon gefertigt werden.

Es war Anfang 2002 als VW-Patriarch Ferdinand Piëch seinen Traum präsentierte: Sein Konzern sollte der erste sein, der ein alltagstaugliches, serienreifes Auto baut, das nicht mehr als einen Liter Benzin auf 100 Kilometer verbraucht.

Zehn Jahre danach ist Piëch seinem Traum ein Stück näher gekommen: Auf der Volkswagen-Hauptversammlung in Hamburg rollte Aufsichtsratschef Piëch im XL1 vor, einem Prototypen, der mit seinem Elektromotor mit 27 PS und seinem Zwei-Zylinder-Dieselmotor mit 48 PS nur noch 0,9 Liter auf 100 Kilometer verbrauchen soll. Das Geheimnis des sparsamen Silberpfeils ist sein Gewicht. Anders als seine Vorgänger hat Volkswagen für den XL1 erstmals eine Kleinwagen-Karosserie aus einem Wunderwerkstoff gebaut, der die Autobranche in den kommenden Jahren revolutionieren soll: Carbon.

Bauteile aus ultraleichten Kohlenstofffasern, kurz CFK-Fasern, sind hart wie Diamant, wiegen aber nur halb so viel wie Bauteile mit gleichen Eigenschaften aus Stahl und ein Drittel weniger Bauteile aus Aluminium. Carbon ist der Stoff, der Piëchs Traum wahr machen könnte. „Mit dem XL1 wollten wir zeigen, was alles möglich ist“, erklärt VW-Sprecher Harthmuth Hoffmann. Von der Großserienproduktion ist der Kleinwagen allerdings weiterhin meilenweit entfernt.

Obwohl er in der Praxis kaum eingesetzt wird, beflügelt der schwarz-schimmernde Stoff die Phantasie der Autobauer und Anleger. Ende 2011 war ein Bieterkampf um die Anteile am größten deutschen Carbonhersteller SGL entbrannt - aus dem insbesondere VW und BMW als Gewinner hervorgingen. Obwohl der Gewinn des Carbonherstellers zuletzt um die Hälfte eingebrochen ist, legte die Aktie im vergangenen Monat um rund acht Prozent zu.

Carbon ist ein Renditeversprechen für die Zukunft: In der Luftfahrt, in der Windkraft, aber vor allem im Autobau schlummern riesige Potentiale, prognostizieren die Experten. Die Unternehmensberatung McKinsey schätzt, dass der Markt für ultraleichte Kohlestofffasern jährlich um 20 Prozent wachsen wird. 2030 sollen in diesem Segment 300 Milliarden Euro umgesetzt werden. Die Politik treibt das Wachstum voran: Nach den Vorgaben der EU muss der CO2-Ausstoß von Automobilen bis 2030 im Schnitt auf 95 Gramm pro Kilometer sinken. Dafür müssen die Hersteller das Gewicht ihrer Flotten massiv reduzieren.

Karbon, schwarze Magie im Autobau?

Was ist Karbon?

Mit Karbon bezeichnet man in der Automobilherstellung Bauteile, die aus industriell hergestellten Fasern kohlenstoffhaltiger Ausgangsmaterialien stammen. Dabei ist die einzelne Faser zehnmal dünner als ein menschliches Haar. Karbonfasern haben dennoch eine hohe Zugfestigkeit. Um sie für den Einsatz im Fahrzeugbau zu veredeln, müssen die Stränge erst oxidiert und dann bei 1.500 Grad Celsius karbonisiert werden. Für den automobilen Einsatz werden sie anschließend mit Siliciumcarbid kombiniert. Aus den Fasern werden maschinell Gewebe geflochten, rund 500.000 Fasern können dabei pro Quadratzoll ineinander verflochten sein. Diese Gewebematten werden in mehreren Lagen übereinander zu Bauteilen z.B. im Autoklav-Verfahren bei ca. 150 Grad gebacken. Zur Anwendung kommt im Autobau auch verstärkt CFK, das ist kohlefaserverstärkter Kunststoff.

Was sind die Vorteile?

Karbon ist hochfest und sehr leicht. Im BMW M3 spart ein Karbondach fünf Kilo Gewicht an einer für den Fahrzeug-Schwerpunkt relevanten Stelle ein. Beim getunten Mini Cooper S bringt eine Karbon-Motohauben-Diät schon 20 Kilo. Karbon absorbiert außerdem z.B. bei einem Auffahrunfall als Bauteil extrem viel Energie, deswegen wird es bevorzugt im Rennsport eingesetzt. Das Material kann in fast jede beliebige Form gepresst bzw. gebacken werden und es rostet nicht. Bei künftigen Elektroautos ist es wichtig, die Karosserien leichter zu machen, da die Batterien sehr schwer sind.

Warum ist die Herstellung so teuer?

Ein Beispiel: McLaren und Mercedes haben extra für die Produktion des Kofferraumdeckels des SLR Roadsters ein Pressverfahren entwickelt, bei dem die Herstellung von Karbonteilen kaum noch länger dauert als die von Stahlelementen. Doch müssen andere Komponenten mit dem Skalpell ausgeschnitten und aus bis zu 20 Schichten modelliert werden, bevor sie im so genannten Autoklaven bei bis zu 150 Grad unter hohem Druck wie im Schnellkochtopf gebacken werden. Bis zu 20 Stunden für ein Bauteil sind dabei keine Seltenheit. Daher würde eine A-Klasse aus Karbon mindestens doppelt so viel kosten wie eine herkömmliche - und hätte trotzdem keine Chance auf eine Serienfertigung: Die erforderlichen Stückzahlen sind bislang in der Karbon-Fertigung einfach nicht möglich.

Nachteile im Fahrzeugbau

Karbon ist durch die aufwendige Herstellung sehr teuer. Ein Nachteil für den Einsatz im Straßenverkehr ist die Eigenschaft des Materials, bei einem Unfall unkontrolliert zu zersplittern. Die teils sehr scharfen Kanten können zu schweren Verletzungen bzw. Beschädigungen führen. Außerdem kann Karbon nicht einfach repariert werden, - etwa durch schweißen, spachteln, schrauben -, was in jedem Fall einen (teuren) Austausch eines beschädigten Bauteils nötig macht. Dazu kommt die noch ungelöste Frage des Recyclings.

Das einzige, was den Siegeszug des Carbons noch aufhalten kann, ist das komplizierte und damit teure Produktionsverfahren: Die Herstellung von CFK-Fasern dauert lange - sie müssen sorgfältig angeordnet, mit Harz aufgefüllt und gebacken werden. Derzeit kostet ein Carbon-Bauteil darum sechsmal so viel wie ein vergleichbares Bauteil aus Stahl. Das oberste Ziel der Autokonzerne ist es darum, die Produktion zu beschleunigen. Gemeinsam mit den Zulieferern hat VW für den XL1 ein Verfahren entwickelt, mit dem die Herstellung eines Carbon-Chassis pro Maschine von 24 Stunden auf eine Stunde reduziert werden konnte. „Das reicht natürlich noch nicht für die Großserie“, so Hoffmann.

Volkswagen verbaut CFK daher vor allem in den Nobelsparten. Die Karosserie des Lamborghini Aventador oder des Bugatti Veyron werden komplett aus dem Werkstoff gefertigt. In der Serienproduktion sei dagegen „das Potential hochfester Stähle und Aluminium noch nicht ausgereizt“, betont VW-Sprecher Hoffmann.

Kommentare (7)

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nerdki

09.08.2012, 15:27 Uhr

Der VW XL1 besitzt einen zwei-Zylinder-Dieselmotor mit 800ccm großem Hubraum und keinen zwei-Liter-Motor! Fehler im Artikel.

Lukas_Bay

09.08.2012, 15:36 Uhr

Vielen Dank für Ihren Hinweis. Wir haben den Fehler korrigiert.

Cheffe

09.08.2012, 15:37 Uhr

Oh je, das HB behandelt wieder ein technisches Thema ohne nachzudenken. ZITAT: "Die ultraleichten Kohlenstofffasern, kurz CFK-Fasern, sind hart wie Diamant, wiegen aber nur halb so viel wie Stahl und ein Drittel weniger als Aluminium"
So ein Unsinn: Stahl wiegt ca. 7,8, Alu ca. 2,8 und Carbon ca 1,5 kg/dm3. Somit ist Carbon ca. halb so schwer wie Alu und wiegt ein Drittel VON Alu (und nicht "ein Drittel weniger".
Ein bisschen Recherche wäre nicht schlecht gewesen!

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