Carbon unter der Lupe

Carbon ist die Abkürzung für Carbonfaserverstärkter Kunststoff (kurz: CFK). Das Material wird eigentlich in der Luft- und Raumfahrt verwendet, ist aber in den vergangenen Jahren aufgrund seiner Eigenschaften auch für die Automobilbranche interessant geworden. Bei der Herstellung von „CFK“ werden dünne Kohlestofffasern netzförmig angeordnet und dann in einen Kunststoff (Epoxidharz) gegossen. Nach diesem Fertigungsschritt wird der Verbundwerkstoff in speziellen Öfen erhitzt und härtet aus. Klingt kompliziert? Du kannst dir den Carbonfaserverstärkten Kunststoff wie einzelne Papierstreifen vorstellen, die in einem Netz übereinander gelegt und dann mit Klebstoff umhüllt werden. Durch die Verbindung des Epoxidharzes und der Kohlestofffasern hat das Material besondere Eigenschaften, die für den Fahrzeugbau viele Vorteile bringen. Aber was genau macht den Werkstoff so besonders?

Die einzelnen dünnen Fasern werden in einem Netz übereinander gelegt, Foto: Pragasit Lalao / shutterstock.com
Die einzelnen dünnen Fasern werden in einem Netz übereinander gelegt, Foto: Pragasit Lalao / shutterstock.com

CFK kann durch Gewichtsvorteil punkten

Es gilt die Annahme: 100 Kilogramm weniger Fahrzeuggewicht, bedeutet etwa 7,5 Gramm weniger Kohlenstoffdioxid pro gefahrenen Kilometer – es lohnt sich also, über die Reduzierung des Fahrzeuggewichtes nachzudenken. Carbon stellt mit seinem geringen Gewicht fast alle Leichtmetalle in den Schatten: Im Vergleich zu Aluminium ist CFK um rund 20 Prozent leichter und es ist nur halb so schwer wie Stahl. Das Besondere: Trotz des geringen Gewichts ist Carbon sehr stabil und reißfest. Auch die Tatsache, dass das Material fast beliebig formbar ist, stellt für die Automobilentwicklung einen großen Vorteil dar. Aber es gibt noch mehr Pluspunkte: Egal ob Regen oder Schnee – Carbonfaserverstärkter Kunststoff rostet nicht und ist deshalb durch Wetterbedingungen nicht angreifbar. Bei Unfällen kann der Verbundwerkstoff sehr viel Energie absorbieren, ohne zu verformen. Es scheint also auf den ersten Blick nur Vorteile zu geben…

Nachteile durch hohe Kosten

Trotz der vielen Vorteile ist Carbon bislang nur in wenigen Autos verbaut. Warum ist das so? Die Antwort ist einfach: Leider ist auch Carbon nicht die Lösung aller Probleme. Das liegt vor allem daran, dass der Werkstoff extrem teuer ist. Allein die Ausgangsmaterialien für CFK sind mit hohen Kosten verbunden. Auch die Herstellung ist sehr zeit- und energieaufwändig. Bislang können einige Herstellungsschritte nur per Handarbeit durchgeführt werden und das „Backen“ des Carbons in den Öfen dauert mehrere Stunden. Bei Beschädigung des Materials kann das Carbon außerdem nur schlecht repariert werden. Um die vollständige Funktionsfähigkeit zu gewährleisten, muss das gesamte Bauteil ausgetauscht werden – eine teure Angelegenheit.

Daimler entwickelt Lösungsansatz

Bislang wird Carbon in vielen Autos verbaut, bei denen der Preis für den Kunden eine untergeordnete Rolle spielt. Obwohl der Werkstoff viele Vorteile hat, können es sich also nur wenige Autobesitzer leisten, diese Vorteile zu nutzen. Daimler hat sich für seine Autos eine andere Strategie ausgedacht: Es werden nicht komplette Autos aus Carbon gebaut, sondern nur bestimmte Einzelteile. Statt viel Carbon in wenigen Fahrzeugen zu verbauen, will das Stuttgarter Unternehmen wenig Carbon in möglichst viele Autos einbringen. So wird das Carbon an den Stellen eingesetzt, an denen es wirklich nützlich ist. Durch diesen Lösungsansatz können viele Kunden von den Vorteilen des Carbons profitieren.

Nicht komplette Autos, sondern einzelne Teile werden aus Carbon gebaut
Nicht komplette Autos, sondern einzelne Teile werden aus Carbon gebaut

Bildquelle: Bild 1 & 3, Daimler AG

Beim neuen Mercedes-Benz SL 350 hatten sie ein besonders ehrgeiziges Ziel: Er sollte 5 Prozent weniger wiegen als sein Vorgänger, dabei sollte aber keines der anderen Fahrzeugkomponenten vernachlässigt werden.

Was meinst du? Ob sie das wohl geschafft haben?

Leichtbau unter der Lupe

Selbstverständlich! Aber wie? Um das Gewicht eines Fahrzeugs so zu verringern, benötigt es Einsparungen an allen Enden:
Das meiste Gewicht wird mit dem Rohbau eingespart. Dieser besteht beim Mercedes SL vollständig aus Aluminium, und das ist ein sehr viel leichteres Metall im Vergleich zu beispielsweise Eisen oder Stahl.

Dadurch ist das Gewicht des SL um 24 Prozent geringer als das einer leistungsgleichen Stahlkarosserie – das sind 110 kg Ersparnis.
Aus Aluminium besteht ebenfalls die Vorderachse, wodurch 11 kg eingespart werden.
Auch neu sind die Windschutzscheiben, die nur 0,5 mm dick sind, und eine 0,7 mm dünne Heckscheibe, die zusammen für eine Ersparnis von 2 kg sorgen.
Die serienmäßigen neuen Leichtbauräder sind circa 15 Prozent leichter als Gussräder und sparen damit 4 kg ein.
Das Vario-Dach in Magnesium-Kunststoff-Bauweise sorgt für 15 kg Gewichtsersparnis.
Die Liste ist aber noch länger. Weitere zahlreiche Optimierungen im gesamten Fahrzeug sparen weitere Kilos ein.

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Leichtbau_1
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Leichtbau_3
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Leichtbau_4
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Leichtbau_5
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Leichtbau_6
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Ziel übertroffen

Rechnet man alles zusammen, kommt man auf eine Ersparnis von bis zu 140 kg. Damit haben die Ingenieure von Mercedes-Benz ihr Ziel sogar noch übertroffen, denn das sind sogar 7,7 Prozent weniger Gewicht als beim Vorgänger-Modell.

Die „Diät“ hatte allerdings keine Auswirkungen auf die Crashsicherheit des Roadsters. Getreu seinem Namen „Sportlich“ und „Leicht“ ist er durch die neue Bauweise sogar noch fahrdynamischer und stabiler geworden – und durch das geringere Gewicht auch im Verbrauch sparsamer.

Neben der modernen Leichtbauweise bietet der SL sogar noch mehr High-Tech. Beispielsweise das Magic-Sky-Control-Glasdach, das auf Knopfdruck seine Lichtdurchlässigkeit ändert. Oder die neue Wischtechnik (Magic Vision Control), bei der Wasser nicht wie üblich vorher auf die Scheibe gespritzt wird, sondern über Löscher gezielt vor die Wischblätter gebracht werden. So können bis zu 50 Prozent weniger Wischwasser verbraucht werden.