Karbon und Co: Wie Chemiefasern den Autobau erleichtern

Im Motorsport sind innovative Chemiefasern schon seit einer Weile der Stoff, aus dem die Träume von Entwicklungschefs und Ingenieuren sind. Denn die in modernen Rennwagen verwendeten Materialen für Cockpit-Teile, Spoiler oder Bremsen müssen nicht nur ultraleicht, sondern auch stark und stabil sein.

Eigenschaften, die Kunstfasern von Haus aus mitbringen. Genau das macht sie für den Bau von Komponenten für Serienfahrzeuge zunehmend attraktiv. „Unser Ziel ist es, Autos mittels Chemiefasern auch abseits der Rennstrecke sicherer, leichter und hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs effizienter zu machen“, meint Dr. Wilhelm Rauch, Geschäftsführer der Industrievereinigung Chemiefaser. Schon heute werden in jedem „Allerwelts-Pkw“ im Schnitt mehr als 20 Kilogramm Chemiefasern oder Kunstfasergarne verarbeitet: Unter anderem in den Reifen, aber auch dort, wo es heiß her geht, wenn es im Straßenverkehr brenzlig wird, bei den Bremsen.

Auf der Straße stellt sich hier im Prinzip dieselbe Herausforderung wie auf der Rennstrecke:

Bei jedem Bremsvorgang wird die Bewegungsenergie des Fahrzeugs in Reibungsenergie umgewandelt. Dabei entstehen sehr hohe Temperaturen, die in der Formel 1 teilweise mehr als 1 000 Grad Celsius betragen. Damit die Bremsscheiben solche Belastungen am Grand-Prix-Wochenende aushalten, werden sie aus Karbonfasern gefertigt. Dieser Hightech-Werkstoff ist hochbelastbar, aber auch sehr teuer. Deshalb findet er inzwischen vor allem bei teuren straßentauglichen Supersportwagen wie dem Nissan GT-R und Oberklassemodellen wie Audis großem SUV Q7 V12 TDI serienmäßige [foto id=“351035″ size=“small“ position=“left“]Verwendung. Optional wird auch bei vielen Porsche-Modellen die Karbon-Keramik-Bremsanlage „Porsche Ceramic Composite Brake“ (PCCB) angeboten. Im Panamera kostet sie beispielsweise gut 8 000 Euro Aufpreis.

In solchen Autos sind Karbonbremsen mehr als nur sündhaft teurer „Technik-Schnick-Schnack“. „Karbonfasern haben eine hohe Zugfestigkeit“, nennt Dr. Rauch die Vorzüge des Materials. Für ihre Herstellung braucht man spezielle Faserstränge aus Polyacrylnitril, von denen eine einzelne Faser etwa ein Fünftel so dick ist wie ein Menschenhaar. Um sie für den Einsatz im Fahrzeugbau zu veredeln, müssen die Stränge erst oxidiert und dann bei 1 500 Grad Celsius karbonisiert werden. Für den automobilen Einsatz werden sie anschließend mit Siliciumcarbid kombiniert. So entsteht ein keramischer Verbundwerkstoff, aus dem die edlen Bremsscheiben gefertigt werden. Gegenüber klassischen Grauguss-Bremsscheiben haben diese zahlreiche Vorteile: Sie packen schneller zu und verlieren auch bei kurz aufeinander folgenden Bremsungen nicht an Kraft: Außerdem haben sie eine sehr hohe Lebensdauer und wiegen bis zur Hälfte weniger.