Auf Tuning-Treffen oder im Motorsport führt kaum noch ein Weg an diesem Material vorbei – Carbon. Das typische geflochtene Muster in dunkler Farbe ist immer häufiger an Sportwagen zu finden. Dabei geht es nicht allein um den besonderen Look. Carbon als Werksmaterial bringt viele Eigenschaften mit, die in der Sportwagenwelt mehr als willkommen sind. Die Kohlefasern sind sehr leicht, äußerst stabil und rosten nicht, daher spielen sie im Motorsport und beim Fahrzeugtuning eine wichtige Rolle.
Streng genommen ist Carbon nur ein umgangssprachlicher Begriff. In der Technik spricht man meist von carbonfaserverstärktem Kunststoff (CFK). Dieser Werkstoff besteht aus zwei Hauptbestandteilen: Kohlefasern und einem Kunstharz. Die Kohlefasern sind extrem dünne Fasern aus nahezu reinem Kohlenstoff. Ihr Durchmesser beträgt nur wenige Mikrometer und ist damit deutlich kleiner als der eines menschlichen Haares. Diese Fasern besitzen eine sehr hohe Zugfestigkeit, das heißt, sie können sehr große Kräfte aufnehmen, ohne zu reißen.
Damit aus diesen feinen Fasern ein stabiles Bauteil entsteht, werden sie zu Faserbündeln zusammengefasst und anschließend mit einem Kunstharz verklebt. Meist handelt es sich dabei um Epoxidharz. Das sorgt dafür, dass die Fasern zusammenhalten und ihre Kräfte gleichmäßig verteilt werden. Doch Carbon ist nicht gleich Carbon.
Verschiedene Carbonarten im Automobilbereich
Im Fahrzeugbau unterscheidet man Carbonteile vor allem nach Struktur der Fasern und Herstellungsverfahren. Diese Unterschiede beeinflussen sowohl die Eigenschaften des Materials als auch das Aussehen der Oberfläche.
Die bekannteste Form ist das gewebte Carbon. Hierbei werden die Kohlefasern ähnlich wie bei einem Stoff über- und untereinander verflochten. Dadurch entsteht das typische Muster, das nebenbei schick aussieht und daher oft nur mit Klarlack überzogen wird. In solchen Fällen spricht man von Sichtcarbon. Es kommt etwa bei Motorhauben, Heckspoilern, Aerodynamikteilen oder Innenraumverkleidungen zum Einsatz.
Prepreg-Carbon
Eine besonders hochwertige Form von Carbon ist das sogenannte Prepreg-Carbon. Der Begriff "Prepreg" steht für "pre-impregnated fibers", also Fasern, die bereits mit Harz vorgetränkt sind. Diese Carbonmatten werden in eine Form gelegt und anschließend in einem speziellen Ofen, dem Autoklaven, unter hohem Druck und hoher Temperatur ausgehärtet.
Durch dieses Verfahren lassen sich sehr präzise und besonders leichte Bauteile herstellen. Deshalb wird Prepreg-Carbon häufig im professionellen Motorsport, zum Beispiel in der Formel 1, eingesetzt. Auch viele moderne Supersportwagen nutzen diese Technik für wichtige Strukturteile.
Forged Carbon
Eine neuere Variante ist das sogenannte Forged Carbon, auf Deutsch oft als geschmiedetes Carbon bezeichnet. Im Gegensatz zu klassischen Carbongeweben kommen hier keine langen Fasern oder Gewebe zum Einsatz, sondern kurze Carbonfasern oder kleine Carbonstücke. Diese vermischt der Hersteller mit Harz und presst sie anschließend unter hohem Druck in Form. Das Ergebnis ist ein Material mit einer unregelmäßigen Struktur, die an Marmor oder Stein erinnert. Dieses Muster unterscheidet sich deutlich vom klassischen Carbongewebe. Der Mansory Carbonado X auf dem Titelbild besteht etwa aus Forged Carbon.
Forged Carbon hat einige Vorteile. Da die Fasern nicht gewebt werden müssen, lassen sich komplexe Formen einfacher herstellen. Außerdem kann die Produktion in manchen Fällen schneller erfolgen.
Typische Einsatzbereiche sind:
- Aerodynamikteile
- Felgen
- Strukturkomponenten
- Tuningteile
Lamborghini machte dieses Material besonders bekannt. Der italienische Sportwagenhersteller setzte Forged Carbon bei verschiedenen Modellen und Konzeptfahrzeugen ein. So etwa beim Hypercar Sián FKP 37 oder einigen Aventador Sondermodellen.
Verarbeitung von Carbonteilen
Die Herstellung eines Carbonbauteils erfolgt in mehreren Arbeitsschritten. Zunächst benötigt man eine Form des gewünschten Bauteils.
Im nächsten Schritt legt ein Techniker die Carbonfasern oder Carbongewebe in mehreren Schichten in die Form. Dabei spielt die Ausrichtung der Fasern eine wichtige Rolle. Je nachdem, in welche Richtung die Fasern verlaufen, kann das Bauteil Kräfte aus unterschiedlichen Richtungen besser aufnehmen. Die richtige Faserorientierung beeinflusst daher maßgeblich die spätere Stabilität.
Anschließend tränkt der Hersteller die Fasern mit Kunstharz, meist Epoxidharz. Alternativ verwendet er bereits vorimprägnierte Carbonmatten, das oben beschriebene Prepregs. Das Harz verbindet die einzelnen Fasern miteinander und hält sie in ihrer Position. Dadurch entsteht eine feste Struktur, die später die Belastungen im Bauteil aufnehmen kann.
Danach folgt der Aushärtungsprozess. Dabei wirken Druck und Temperatur auf das Bauteil ein, damit das Harz vollständig aushärtet und eine feste Verbindung mit den Fasern eingeht. Für diesen Schritt kommen unterschiedliche Verfahren zum Einsatz, zum Beispiel:
- Vakuumverfahren
- Pressverfahren
- Autoklavverfahren
Nach dem Aushärten entsteht ein stabiler, carbonfaserverstärkter Verbundwerkstoff. Anschließend bearbeiten Fachkräfte das Bauteil weiter, zum Beispiel durch Schleifen, Bohren oder Lackieren, bevor es schließlich im Fahrzeug verbaut wird.
