Was ist Kohlefaser?
Wenn wir über Kohlefaser im Automobilbau sprechen, ist vor allem von kohlenstofffaserverstärktem Polymer (CFK) die Rede. Dies ist ein Beispiel für einen Verbundwerkstoff, der die positiven Eigenschaften der einzelnen Komponenten, aus denen er besteht, kombinieren soll. Im Rest des Artikels werden wir der Einfachheit halber den Begriff Kohlefaser verwenden.
WIE UND WO WIRD CARBONFASER IM AUTOMOBILBAU EINGESETZT?
Kohlefaser ist sehr wünschenswert für Bauteile, die stabil UND leicht sein müssen, wie z. B. für den Einsatz im Automobilbau. Deshalb wird Kohlefaser in der Luft- und Raumfahrttechnik (➜ Weiterlesen: Der Vantablack BMW), sowie im Bau von Flugzeugen, Booten und Fahrrädern eingesetzt. Im Automobilbau hat die Carbonfaser, wie viele andere Werkstoffe zuvor, ihren Weg vom Rennsport in die Massenproduktion gefunden. Weil es im Motorsport auf jedes eingesparte Gramm Gewicht ankommt, gehört der Leichtbau zu den Grundvoraussetzungen für die Entwicklung eines Rennwagens.
Bei BMW zum Beispiel wird das Material in Dächern für BMW M Modelle (➜ Weiterlesen: Die Geschichte des BMW M Logos und seiner Farben) und in Sichtcarbon-Strukturen für BMW M Performance Parts verwendet. In diesem Artikel geht es vor allem um die Teile aus Sichtcarbon. Das Material wird auch in Karosseriebauteilen für die BMW 7er Reihe verwendet und war zuvor im BMW i8 (➜ Weiterlesen: Ein künftiger Klassiker) und vor allem im BMW i3 zu finden. Bei diesem Elektrofahrzeug besteht die gesamte Karosserie (➜ Weiterlesen: E-Mobilität weltweit) – die Fahrgastzelle – aus Kohlefaser.
Auch der BMW iX wird von der Erfahrung von BMW im Bereich Carbon profitieren. Produziert wird der carbonfaserverstärkte Kunststoff in Deutschland an den BMW Produktionsstandorten Leipzig und Landshut. Die Fasern selbst werden zunächst im US-amerikanischen Moses Lake hergestellt, während die Basisstruktur, auch Faserhalbzeug oder Stacks genannt, in Wackersdorf hergestellt wird.
Optisch faszinierend sind Bauteile aus Sichtcarbon mit der für dieses Material so charakteristischen Gewebestruktur. Fans des Hightech-Materials kommen bei BMW M Performance Parts voll auf ihre Kosten. Die Bandbreite an Individualisierungsmöglichkeiten mit Sichtcarbon ist riesig – von der Motorhaube über Designelemente im Interieur und Exterieur bis hin zum Diffusor bietet BMW eine große Vielfalt an Carbon-Einsatzmöglichkeiten, um das Herz der Kunden zu erfüllen.
WIE WIRD KOHLEFASER HERGESTELLT?
Carbon ist ein Carbon-Verbundwerkstoff, der im Automobilbau eingesetzt wird – in Anbauteilen wie BMW M Performance Parts oder ganzen Carbonfaser-Fahrwerkselementen. Die Zutaten für die Herstellung sind Carbonfasern und eine Stützstruktur aus duroplastischen Kunststoffen, die sogenannte Matrix. Diese kann aus verschiedenen Materialien, wie zum Beispiel Kunstharzen, bestehen. Die Matrix dient dazu, die Fasern zu verbinden und die Zwischenräume zu füllen. Da das Kunstharz nach längerer Zeit bei Raumtemperatur zu vernetzen beginnt, wird es um Spulen gewickelt bei -0,4 °F (-18 °C) gelagert. Er wird etwa einen Tag vor dem nächsten Verarbeitungsschritt auf Raumtemperatur erwärmt.
Die Carbonfasern selbst sind extrem dünn – sie messen oft nur ein Zehntel der Breite eines menschlichen Haares. Die Richtung, in der die Fasern verlegt werden, ist von entscheidender Bedeutung für die Stabilität: Eine Carbonstruktur ist nur in Richtung der Fasern extrem steif. Im nächsten Schritt für Strukturbauteile werden rund 50.000 dieser einzelnen Filamente zu Faserbündeln, sogenannten Rovings, zusammengefasst und aufgerollt. Bei sichtbaren Carbon-Elementen gibt es rund 3.000 Filamente. Aus den Rovings werden dann flache Textilien mit unterschiedlichen Faserorientierungen hergestellt, um eine Steifigkeit in alle Richtungen zu erreichen. Wenn sie übereinander gelegt werden, bilden sie Stapel.
Diese wiederum werden in Formen gelegt und anschließend "gebacken". In diesem Prozessschritt, dem sogenannten Autoklavenschritt, wird die duroplastische Matrix ausgehärtet – bei 120 °C (248 °F), hohem Druck und einer Dauer von etwa zwei Stunden. Das Harz vernetzt sich und gibt dem Bauteil seine endgültige Form. Das Ergebnis sind Autoteile aus Kohlefaser, die je nach Bedarf zu größeren Elementen (Karosserieelementen) zusammengefügt werden können. Anschließend werden sichtbare Teile mit einem Klarlack überzogen – so bleibt die charakteristische Struktur der Carbonformen sichtbar und gleichzeitig das Material geschützt.
Sichtcarbon-Teile werden weitgehend in Handarbeit hergestellt, ein zeitaufwändiger Prozess. Es kann einen ganzen Tag dauern, bis ein einzelnes Bauteil hergestellt ist. Vorbereitung, Schneiden, Aushärten im Autoklaven, Entformen, Fräsen, Lackieren – all das braucht Zeit. Sie garantieren aber auch ein extrem hohes Maß an Qualität und Exklusivität.
WAS SIND DIE EIGENSCHAFTEN VON KOHLEFASER?
Kohlefaser zeichnet sich durch viele positive Eigenschaften aus, die sie von anderen Materialien abheben. Einer seiner Vorteile ist die hohe Steifigkeit. Die Struktur eines Kohlefasermaterials ist extrem stabil. Autoteile aus Kohlefaser sind in der Lage, große Mengen an Aufprallenergie zu absorbieren. Das bedeutet, dass Kohlefaser, wenn sie an den richtigen Stellen eingesetzt wird, zur Erhöhung der Fahrzeugsicherheit beiträgt.
Ein weiterer Vorteil von Carbon ist sein geringes spezifisches Gewicht. Karosseriebauteile aus Aluminium, einem der wichtigsten Leichtmetalle, können 20 bis 30 Prozent mehr wiegen als ein entsprechendes Element aus Carbon, bei Stahl kann es sogar bis zu 50 Prozent sein. Weniger Gewicht bedeutet weniger Kraftstoff- oder Stromverbrauch (➜ Weiterlesen: Elektrofahrzeuge – die Konzepte, die du kennen solltest) und damit eine bessere Klimabilanz. Alternativ können die Performance-Eigenschaften sportlicher Fahrzeuge durch den Einsatz von Kohlefaser weiter gesteigert werden. Der Grund ist einfach: Leichter heißt schneller.
1 / 5Wie ein gigantischer Webstuhl: Stapelfertigung von BMW in Wackersdorf.
Zu den weiteren Vorteilen von Kohlefaser gehören die Möglichkeit, Teile in nahezu jeder gewünschten Form herzustellen, ihre Korrosionsbeständigkeit und damit Langlebigkeit, ihre geringe Wärmeausdehnung sowie ihre lang anhaltende Temperaturbeständigkeit und Dauerfestigkeit. Diese Eigenschaften überwiegen den Nachteil, dass die Herstellung von Carbon arbeitsintensiv ist – die Kosten für Carbonfasern sinken mit größeren Stückzahlen und fortschreitenden Innovationen.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass es neben der Kohlefaser kein anderes Material gibt, das so gewichtssparend eingesetzt werden kann und gleichzeitig diese mechanischen Eigenschaften bietet. Und obendrein – wie zum Beispiel BMW M Performance Parts in Sichtcarbon zeigen – bietet Carbon eine einzigartige Optik.
WIE UND WO WIRD CARBONFASER IM AUTOMOBILBAU EINGESETZT?
Kohlefaser ist sehr wünschenswert für Bauteile, die stabil UND leicht sein müssen, wie z. B. für den Einsatz im Automobilbau. Deshalb wird Kohlefaser in der Luft- und Raumfahrttechnik (➜ Weiterlesen: Der Vantablack BMW), sowie im Bau von Flugzeugen, Booten und Fahrrädern eingesetzt. Im Automobilbau hat die Carbonfaser, wie viele andere Werkstoffe zuvor, ihren Weg vom Rennsport in die Massenproduktion gefunden. Weil es im Motorsport auf jedes eingesparte Gramm Gewicht ankommt, gehört der Leichtbau zu den Grundvoraussetzungen für die Entwicklung eines Rennwagens.
Bei BMW zum Beispiel wird das Material in Dächern für BMW M Modelle (➜ Weiterlesen: Die Geschichte des BMW M Logos und seiner Farben) und in Sichtcarbon-Strukturen für BMW M Performance Parts verwendet. In diesem Artikel geht es vor allem um die Teile aus Sichtcarbon. Das Material wird auch in Karosseriebauteilen für die BMW 7er Reihe verwendet und war zuvor im BMW i8 (➜ Weiterlesen: Ein künftiger Klassiker) und vor allem im BMW i3 zu finden. Bei diesem Elektrofahrzeug besteht die gesamte Karosserie (➜ Weiterlesen: E-Mobilität weltweit) – die Fahrgastzelle – aus Kohlefaser.
Auch der BMW iX wird von der Erfahrung von BMW im Bereich Carbon profitieren. Produziert wird der carbonfaserverstärkte Kunststoff in Deutschland an den BMW Produktionsstandorten Leipzig und Landshut. Die Fasern selbst werden zunächst im US-amerikanischen Moses Lake hergestellt, während die Basisstruktur, auch Faserhalbzeug oder Stacks genannt, in Wackersdorf hergestellt wird.
Optisch faszinierend sind Bauteile aus Sichtcarbon mit der für dieses Material so charakteristischen Gewebestruktur. Fans des Hightech-Materials kommen bei BMW M Performance Parts voll auf ihre Kosten. Die Bandbreite an Individualisierungsmöglichkeiten mit Sichtcarbon ist riesig – von der Motorhaube über Designelemente im Interieur und Exterieur bis hin zum Diffusor bietet BMW eine große Vielfalt an Carbon-Einsatzmöglichkeiten, um das Herz der Kunden zu erfüllen.
WIE WIRD KOHLEFASER HERGESTELLT?
Die Carbonfasern selbst sind extrem dünn – sie messen oft nur ein Zehntel der Breite eines menschlichen Haares. Die Richtung, in der die Fasern verlegt werden, ist von entscheidender Bedeutung für die Stabilität: Eine Carbonstruktur ist nur in Richtung der Fasern extrem steif. Im nächsten Schritt für Strukturbauteile werden rund 50.000 dieser einzelnen Filamente zu Faserbündeln, sogenannten Rovings, zusammengefasst und aufgerollt. Bei sichtbaren Carbon-Elementen gibt es rund 3.000 Filamente. Aus den Rovings werden dann flache Textilien mit unterschiedlichen Faserorientierungen hergestellt, um eine Steifigkeit in alle Richtungen zu erreichen. Wenn sie übereinander gelegt werden, bilden sie Stapel.
Diese wiederum werden in Formen gelegt und anschließend "gebacken". In diesem Prozessschritt, dem sogenannten Autoklavenschritt, wird die duroplastische Matrix ausgehärtet – bei 120 °C (248 °F), hohem Druck und einer Dauer von etwa zwei Stunden. Das Harz vernetzt sich und gibt dem Bauteil seine endgültige Form. Das Ergebnis sind Autoteile aus Kohlefaser, die je nach Bedarf zu größeren Elementen (Karosserieelementen) zusammengefügt werden können. Anschließend werden sichtbare Teile mit einem Klarlack überzogen – so bleibt die charakteristische Struktur der Carbonformen sichtbar und gleichzeitig das Material geschützt.
Sichtcarbon-Teile werden weitgehend in Handarbeit hergestellt, ein zeitaufwändiger Prozess. Es kann einen ganzen Tag dauern, bis ein einzelnes Bauteil hergestellt ist. Vorbereitung, Schneiden, Aushärten im Autoklaven, Entformen, Fräsen, Lackieren – all das braucht Zeit. Sie garantieren aber auch ein extrem hohes Maß an Qualität und Exklusivität.
WAS SIND DIE EIGENSCHAFTEN VON KOHLEFASER?
Kohlefaser zeichnet sich durch viele positive Eigenschaften aus, die sie von anderen Materialien abheben. Einer seiner Vorteile ist die hohe Steifigkeit. Die Struktur eines Kohlefasermaterials ist extrem stabil. Autoteile aus Kohlefaser sind in der Lage, große Mengen an Aufprallenergie zu absorbieren. Das bedeutet, dass Kohlefaser, wenn sie an den richtigen Stellen eingesetzt wird, zur Erhöhung der Fahrzeugsicherheit beiträgt.
Ein weiterer Vorteil von Carbon ist sein geringes spezifisches Gewicht. Karosseriebauteile aus Aluminium, einem der wichtigsten Leichtmetalle, können 20 bis 30 Prozent mehr wiegen als ein entsprechendes Element aus Carbon, bei Stahl kann es sogar bis zu 50 Prozent sein. Weniger Gewicht bedeutet weniger Kraftstoff- oder Stromverbrauch (➜ Weiterlesen: Elektrofahrzeuge – die Konzepte, die du kennen solltest) und damit eine bessere Klimabilanz. Alternativ können die Performance-Eigenschaften sportlicher Fahrzeuge durch den Einsatz von Kohlefaser weiter gesteigert werden. Der Grund ist einfach: Leichter heißt schneller.
1 / 5Wie ein gigantischer Webstuhl: Stapelfertigung von BMW in Wackersdorf.
Zu den weiteren Vorteilen von Kohlefaser gehören die Möglichkeit, Teile in nahezu jeder gewünschten Form herzustellen, ihre Korrosionsbeständigkeit und damit Langlebigkeit, ihre geringe Wärmeausdehnung sowie ihre lang anhaltende Temperaturbeständigkeit und Dauerfestigkeit. Diese Eigenschaften überwiegen den Nachteil, dass die Herstellung von Carbon arbeitsintensiv ist – die Kosten für Carbonfasern sinken mit größeren Stückzahlen und fortschreitenden Innovationen.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass es neben der Kohlefaser kein anderes Material gibt, das so gewichtssparend eingesetzt werden kann und gleichzeitig diese mechanischen Eigenschaften bietet. Und obendrein – wie zum Beispiel BMW M Performance Parts in Sichtcarbon zeigen – bietet Carbon eine einzigartige Optik.