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CFK-Technik

Werkstoff-Revolution im Automobilbau

BMW Megacity Vehicle, Project i Foto: BMW 8 Bilder

McLaren und Lamborghini verbilligen die Herstellung von kohlefaserverstärktem Kunststoff drastisch. Und BMW will ab 2013 sogar einen Kleinwagen aus dem innovativen Werkstoff produzieren.

24.01.2011 Marcus Peters

Der Automobilbau steht am Beginn einer Werkstoff-Revolution. Nachdem Aluminium
das Monopol des Stahls im Karosseriebau bereits gebrochen hat, könnte kohlefaserverstärkter Kunststoff, kurz CFK oder Carbon, beide ablösen. Edelmarken wie Lamborghini und McLaren haben die Verarbeitung bereits wesentlich beschleunigt, doch erst BMW könnte das Material massenkompatibel machen. Der bayerische Hersteller will ab 2013 einen Kleinwagen mit Kohlefaser- Karosserie herstellen.

CFK-Fertigung massiv beschleunigen

Zeitraffer-Fertigung lässt den Stoff, aus dem bisher nur automobile Träume sind, in die Großserienrealität wechseln. Normalerweise benötigt ein Supersportwagen-Monocoque vom Laminieren übers Backen bis hin zum Auskühlen vier Tage, etwa beim Pagani Zonda. Versetzt verwobene Fasermatten ergeben das gleichmäßige Rautenmuster. Sie sind bereits in Harz getränkt worden (pre-preg, also vorimprägniert), müssen bis zum Laminieren allerdings gekühlt werden, damit das Harz erst im Ofen reagiert. Insgesamt ist das ein langwieriger, kaum zu automatisierender und damit teurer Prozess.

In nur vier Stunden will McLaren das Monocoque des für nächstes Jahr angekündigten Mittelmotor-Zweisitzers MP4-12C fertigen, hat hierzu den Prozess drastisch verkürzt. Die Briten verwenden kein Gewebe, sondern nur in eine Richtung miteinander verbundene, trockene Kohlenstofffaser-Matten. Miteinander sind sie vernäht, eine Art Harzpuder hält sie punktuell in Form. Die Fasern werden zum Teil von Robotern in die Werkzeuge gelegt, wobei sieben Formen zusammen eine Monocoque-Wanne ergeben. Erst jetzt wird unter Druck Harz injiziert – im so genannten Resin Transfer Moulding oder auch Harz-Injektions-Verfahren – und unter Temperatur ausgehärtet. Bilder der tonnenschweren Apparate hält Mc-Laren geheim, um nicht das Geheimnis des schnellen Prozesses zu verraten.

Großserienbauteile aus CFK so fest wie Stahl, aber viel leichter

Doch vier Stunden pro Bauteil wären für die Großserienfertigung ohnehin noch zu lang. Für den BMW-Kleinwagen müssten die Teile im Minutentakt aus der Maschine purzeln. Speziell die Vorgehensweise, die Lamborghini gemeinsam mit dem Golfschläger-Hersteller Callaway sowie dem Flugzeugproduzenten Boeing erarbeitet und im Showcar Sesto Elemento präsentiert hat, ähnelt jener von BMW – und ist auch für die ganze VW-Gruppe interessant, die künftig von Lamborghinis Kohlefaser-Kompetenz profitieren soll.

Einzelne, teilweise sehr kurze und hauchdünne Fasern kommen statt Carbonmatten zum Einsatz (chopped carbon, also gehackte Kohlenstofffasern). Sie werden zu einem Gelege zusammengefasst, in Harz getränkt und anschließend vorgeformt. Die Formlinge wandern in eine Maschine aus Stahl, werden darin unter Druck erwärmt (forged carbon, zu deutsch geschmiedeter Kohlenstoff), was die chemische Reaktion hervorruft.

Dieser Prozess soll innerhalb von 360 Sekunden ablaufen, was ihn geradezu für die Großserie prädestiniert. Zwar erreicht die günstige Form des kohlefaserverstärkten Kunststoffs weder die perfekte Rautenform der Pre-Preg-Variante noch deren Steifigkeit; sie liegt aber immerhin auf dem Niveau von Stahl – bei etwa der Hälfte dessen Gewichts.

Schon lange experimentiert BMW mit dem schwarzen Stahl; 2003 kam etwa der M3 CSL mit Carbondach –eine Kleinserie. Jetzt denken die Münchner in größeren Dimensionen: Ein für 2013 geplanter viersitziger Kleinwagen für Großstädte, das so genannte Megacity Vehicle, soll eine Karosserie aus kohlefaserverstärktem Kunststoff erhalten.

CFK-Zukunft steht auf dem Spiel

Als Produktionsmethode kommt im Landshuter Werk nur ein automatisiertes Verfahren als Kombination aus Resin Transfer Moulding mit chopped carbon in Frage, geliefert vom Carbon-Spezialisten SGL. Die feinen Fasern werden beim Zulieferer zunächst zu Bündeln und dann zu  flächigen Gelegen zusammengefasst, diese anschließend bei BMW zugeschnitten und vorgeformt.

Die Produktion der Karosserieteile ähnelt dem RTM-Verfahren von McLaren. Dabei übernimmt das Harz die zentrale Rolle: In Verbindung mit Zusatzstoffen entscheidet es über die Schnelligkeit der Aushärtung. BMW selbst entscheidet über mehr – über die Zukunft des schwarzen Stoffs im Automobilbau. Experten der Carbon-Szene sind sich sicher: „Wird BMW die Kohlefaser-Fertigung für den geplanten Kleinwagen in den Griff bekommen, dann ist das der endgültige Durchbruch. Wenn nicht, bedeutet es das Ende.“

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Dieser Artikel stammt aus diesem Heft
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