Karbon in der Großserie: Die schwarze Zukunft des Autobaus

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Zu teuer, zu aufwendig: Noch bis vor kurzem galt in der Autoindustrie Karbon als exotischer Werkstoff für ebenso exotische Fahrzeuge. Das ändert sich rasant. In Zusammenarbeit mit zahlreichen Werkstoffspezialisten starten die Autohersteller ins Kohlefaserzeitalter.

Karbon in Großserie: Neuer Werkstoff im Autobau Fotos

Es waren kaum zwei Sätze, doch sie verfehlten ihre Wirkung nicht. Quasi in der Abmoderation seines Auftritts beim VW-Konzernabend in Genf gab VW-Chef Martin Winterkorn die Beteiligung an SGL Carbon bekannt. 8,2 Prozent halten die Niedersachsen nun an dem Kohlenstoffspezialisten, und brachten mit dem Deal vor allem BMW auf. Schließlich ist BMW-Großaktionärin Susanne Klatten auch mit 22 Prozent an SGL Carbon beteiligt. "Wir hatten keine Ahnung und waren schon ein wenig überrascht. Man hätte uns der Höflichkeit halber wenigstens vorher informieren können", sagt ein hochrangiger BMW-Manager.

Von solchen Stilfragen abgesehen hält der Mann das VW-Engagement jedoch für ein gutes Zeichen. Denn mit den Wolfsburgern ist auch der letzte große deutsche Hersteller auf den Zug der kohlefaserverstärkten Kunststoffe (CFK) aufgesprungen. "Das zeigt die Dynamik des Themas und bestätigt uns in unserer Entscheidung. Je mehr Unternehmen an der Technologie arbeiten, desto schneller kommen wir alle voran", sagt der BMW-Mann.

Während VW und BMW mit SGL Carbon zusammenarbeiten, kooperiert Audi mit Voith und Daimler schloss ein Joint Venture mit dem japanischen Entwicklungspartner Toray.

Dass derzeit alle Autohersteller am Karbon-Einsatz arbeiten, ist für Klaus Drechsler nur logisch. "Je mehr der CO2-Ausstoß in den Focus rückt, desto wichtiger wird Leichtbau und mit ihm der Einsatz von Faserverbundwerkstoffen mit Karbon", sagt der Professor des Lehrstuhls für "Carbon Composites" an der Technischen Universität München. Besondere Bedeutung gewinnt die CFK-Bauweise für die kommenden Elektroautos. "Damit können die Hersteller zumindest ein Teil des Mehrgewichts kompensieren, das der Akku ins Auto bringt."

Gewichtsersparnis dürfe mittlerweile auch etwas kosten, sagt Drechlser. Galten nach seinen Angaben früher etwa vier Euro pro eingespartem Kilo Gewichts als Obergrenze, akzeptierten Entwickler heute Kosten bis zu zehn Euro, berichtet der Professor. "Solchen Kalkulationen kommen wir zwar näher, aber erreicht sind sie noch nicht."

Schwarz, leicht und extrem belastbar

Das Ausgangsmaterial für Karbon ist teuer, die Verarbeitung aufwendig und der Prozess langwierig. Deshalb waren CFK-Konstruktionen bislang nur für in Handarbeit gefertigte Supersportwagen wie Mercedes SLR oder Bugatti Veyron und die Monocoques der Formel-1-Boliden gebräuchlich. Doch das ändert sich gerade. "Wir beobachten einen rasenden Fortschritt in der gesamten Prozesskette von den Rohstofflieferanten über die Anlagenbauer bis hin zu den Fahrzeugentwicklern", sagt Drechsler.

Neuerdings können die Fäden, die die Grundlage für den leichten Werkstoff bilden, industriell gesponnen und von Maschinen zu großen Matten, so genannten Halbzeugen, verwoben und dann weitgehend automatisch verarbeitet werden. Auch das so genannte Backen im Autoklaven, eine früher oft stundenlange Prozedur in vielen hundert Grad heißen Öfen, konnte deutlich vereinfacht und verkürzt werden.

Die Fortschritte bewirken zweierlei: Produktionsdauer und Produktionskosten sinken. Als vor 30 Jahren bei McLaren das erste Formel-1-Auto mit Karbon-Monocoque gebaut wurde, brauchten die Briten dafür sechs Tage. Bei ihrem neuen Straßenrenner MP 4-12C gelingt es in vier Stunden. Wie imposant der Preisrutsch ist, erläuterte VW-Patriarch Ferdinand Piëch vor wenigen Wochen bei der Präsentation des Einliter-Autos XL1: "Die Karbonkarosserie des ersten Entwurfs von 2002 kostete rund 35.000 Euro, die des XL1 noch 5000 Euro."

BMW setzt auf Karbon-Karosserien, Mercedes auf Karbon-Komponenten

Zwar setzen fast alle Autohersteller auf Karbon. Doch wo und wie sie das Material verwenden wollen, darüber gegen die Vorstellungen auseinander. Während BMW mit dem Elektroauto i3 zum ersten Mal ein Großserienfahrzeug mit einer kompletten Karbonstruktur entwickelt, geht zum Beispiel Mercedes den Weg der kleinen Schritte: Vom nächsten Jahr an wollen die Schwaben in verschiedenen Baureihen zunehmend Einzelteile aus Karbon verwenden. "Wir halten es für sinnvoller, weniger Karbon in möglichst viele Fahrzeuge zu bringen als viel Karbon in wenige. Unter dem Strich spart dieser Ansatz mehr Gewicht und mehr CO2", sagt ein Mercedes-Manager dazu.

Unabhängig vom jeweils spezifischen Ansatz, der Weg in die Massenanwendung von Karbon sei vorgezeichnet, sagt CFK-Experte Drechsler. Aber ganz so schnell, wie es die Industrie verspricht, sieht er das Karbon-Zeitlater noch nicht heraufziehen. "Fahrzeugserien in der Größenordnung von 60.000 bis 80.000 Autos im Jahr wird es bald mit CFK-Konstruktionen geben. Doch bis man die Volumensegmente mit 500.000 und mehr Autos auf Karbon umstellen kann, wird noch einmal 10 bis 15 Jahre dauern", sagt der Professor.

Der Weg in die schwarze Zukunft führt bisweilen zu ungewöhnlichen Allianzen - nicht nur bei den Eigentümern des Zulieferers SGL Carbon, sondern auch bei Forschungsvorhaben wie dem bayerischen Projekt "MAI Karbon". Dort sitzen sogar die Entwickler der Erzkonkurrenten Audi und BMW an einem Tisch. "Es geht um so grundsätzliche Fragen, dass man nur gemeinsam schnellen Fortschritt erzielen kann", sagt Drechsler.

Kooperationen zwischen Luftfahrt- und Autoindustrie

Auch mit Luftfahrtunternehmen tauschen sich die Autobauer aus, Lamborghini etwa kooperiert mit Boeing, und beim bayerischen Karbon-Projekt machen unter anderem Eurocopter, die EADS und die DLR mit. Die Flugzeugindustrie hat inzwischen spezielle Reparaturverfahren entwickelt, denn anders als Blech kann man Karbon weder ausbeulen noch schweißen. Umgekehrt erhoffen sich die Luftfahrtunternehmen Knowhow von den Autobauern, was großen Stückzahlen und schnellen Produktionstakte betrifft.

Die aktuelle Schwarzmalerei in der Autobranche erinnert an die neunziger Jahre, als Audi mit der Studie ASF und dem ersten A8 den industriellen Einsatz der Aluminium-Karosserie vorantrieb. Reine Alu-Autos sind auch drei Fahrzeuggenerationen später noch eine Seltenheit, Alubleche für Türen und Hauben jedoch gang und gäbe. "Diese Entwicklung kann man durchaus mit der wachsenden Karbonkompetenz vergleichen", sagt CFK-Experte Drechsler. "Allerdings sind wir bei der Kohlefaser schon ein bisschen weiter. So lange wie beim Aluminium wird es nicht mehr dauern."

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insgesamt 30 Beiträge
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1. Der Sondermüll von übermorgen
README.TXT 25.03.2011
Entsorgung? Wiederverwertung? Bleibt nur die Müllverbrennung, dabei enstehen vermutlich Dioxine dank dem Plastebackmittel. Wenn ich richtig informiert bin sind die Schleifpartikel krebserregend.
2.
Lennard Green 25.03.2011
Klingt gerade so, als wäre es nur noch ein kleiner Schritt zum Verbundwerkstoff Titankarbonit, der in den Romanen meines Namensgebers herumspukt. So kann es gehen mit der Zukunft - upps, schon da! Zum Glück ist Kohlenstoff kein allzu seltenes Material, und wenn man dann noch Buckminster-Fullerene miteinander verketten könnte... nicht auszudenken.
3. @Readme.txt
Domeneit 25.03.2011
Auch ich habe den Artikel nur in der Hoffnung gelesen, dass es neue, mir unbekannte, Aspekte in der Frage der Entsorgung gäbe. Leider wird das Thema nicht einmal aufgeworfen...
4. ca. 50 Jahre Segelflugzeugtechnik
Philipp G 25.03.2011
nicht vergessen: schon seit ca. 50 Jahren experimentiert und arbeitet die Segelflugzeugtechnik mit diesen und anderen Leichtbaumaterialien. Da wurde die eigentliche Grundlagenforschung in Sachen Serienherstellung erarbeitet. Die Automobiltechnik hinkt also ziemlich hinterher, aber wohl in erster Linie aus Kostengründen.
5. .
atomkraftwerk 25.03.2011
Zitat von Philipp GDie Automobiltechnik hinkt also ziemlich hinterher, aber wohl in erster Linie aus Kostengründen.
Mit Harz verpresste Lumpen hat man beim Trabant schon vor 50 Jahren verbaut.
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