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Faserverbundwerkstoffe Composites erhöhen die Effizienz

| Redakteur: Dorothee Quitter

Carbonfaserverstärkte Kunststoffe haben das größte Leichtbaupotenzial. Bauteile aus diesem Material benötigen in Bewegung weniger Energie. Der VDMA gibt einen Überblick.

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Im Gemeinschaftsprojekt InEco des ILK, LZS und Thyssen Krupp wurde für die Tragstruktur eines Elektrofahrzeugs ein intelligenter Materialmix entwickelt, in dem Stahl und CFK massenmäßig dominieren. Der Anteil der Tragstruktur an der Gesamtmasse des Autos von ca. 900 kg beträgt nur ca. 150 kg.
Im Gemeinschaftsprojekt InEco des ILK, LZS und Thyssen Krupp wurde für die Tragstruktur eines Elektrofahrzeugs ein intelligenter Materialmix entwickelt, in dem Stahl und CFK massenmäßig dominieren. Der Anteil der Tragstruktur an der Gesamtmasse des Autos von ca. 900 kg beträgt nur ca. 150 kg.
(Bild: Dorothee Quitter/ konstruktionspraxis / ILK)

Leichtbau gibt es schon lange. Vor allem im Flugzeugbau hat man früh begonnen den Treibstoffverbrauch durch Gewichtsreduktion zu senken und damit erheblich Kosten zu sparen. Deshalb setzte man dort zunehmend auf den Werkstoff Carbon, genauer: auf carbonfaserverstärkte Kunststoffe (CFK). Die Einsparungen durch diesen leichten Werkstoff waren derart groß, dass sie auch seine hohen Kosten wettmachten. Lange war es allerdings ein Nischendasein, da Flugzeuge nicht in großen Stückzahlen gefertigt werden. Seit ein paar Jahren hat sich das Bild gewandelt. Leichtbau ist in der Industrie heute in aller Munde. Das liegt maßgeblich daran, dass mit der Automobilindustrie erstmals eine Branche auf den Zug aufgesprungen ist, die große Mengen in Serie herstellt.

Heute ist die Autoindustrie der Treiber in Sachen Leichtbau – und das nicht zuletzt deshalb, weil sie selbst eine Getriebene ist. Im Zuge der Klimapolitik der EU muss sie die Schadstoffemissionen ihrer Autos drastisch reduzieren. Die entsprechende EU-Verordnung sieht eine schrittweise Verringerung des Ausstoßes von CO2 bis 2030 vor. Schon bis 2020 müssen die CO2-Emissionen auf durchschnittlich 95 g/km begrenzt werden. Bei Nichterreichen der Ziele drohen harte Strafen.

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Gewicht reduzieren – Energie sparen

Neben den Antrieben und der Aerodynamik lässt sich das Ziel vor allem durch leichtere Karosserien erreichen. Wird ein Teil leichter, verbraucht es weniger Energie in der Bewegung. CFK bietet hier als leichtestes Material einen sinnvollen Ansatz und einen Beitrag zur Nachhaltigkeit. Voraussetzung ist allerdings, dass auch der Produktionsprozess für ein leichteres Bauteil energetisch möglichst optimal aufstellt ist. Hier ist es in den letzten Jahren gelungen, den Herstellungsprozess für CFK-Bauteile vollständig zu automatisieren und damit überhaupt erst großserientauglich zu machen.

Ein gewisses Handicap hat CFK derzeit noch beim Thema Recycling. Sofern die Carbonfasern in einem duroplastischen Kunststoff eingebettet sind, ist dieser Verbund später nur schwer in seine ursprünglichen Bestandteile zu zerlegen. Ein Recycling im Sinne einer Trennung der Fasern vom Kunststoff und deren Wiederverwendung gibt es derzeit im großtechnischen Einsatz noch nicht. Die dafür nötige Pyrolyse ist einfach noch zu teuer. An dem Problem Recycling wird aber bereits in verschiedener Hinsicht gearbeitet.

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