Was ist Carbon? Wo sind die Unterschiede?

Sichtcarbon, Echtcarbon, Vollcarbon, Dry-Carbon, Prepreg, Carbonfolie, Wassertransferdruck, CFK, GFK – rund um das Thema Carbon tauchen unterschiedlichste Begrifflichkeiten auf, sodass potenzielle Käufer von Carbon-Produkten zu Recht verwirrt sind. Aus diesem Grund hat Carbonfiber Dynamics es sich zur Aufgabe gemacht, die unterschiedlichen Bezeichnungen und Verfahrenstechniken schrittweise deutlich zu machen. Beginnen wollen wir an dieser Stelle mit den unterschiedlichen Bezeichnungen rund um das Thema Carbon.


Bezeichnungen

 

Sichtcarbon

Mit der Bezeichnung Sichtcarbon werden alle Teile oder Anwendungen beschrieben, die sofort sichtbar für den Anwender sind – z.B. die äußere Oberfläche einer Motorhaube. Bei Sichtcarbon liegt der Fokus vor allem auf einer harmonischen und gleichmäßigen Optik. Die Garnfilamente im Laminat sollten gerade und parallel verlaufen, um eine ansprechende Gesamtoptik zu erreichen.

Echtcarbon

Echtcarbon beschreibt lediglich den Umstand, dass echte Kohlefaser genutzt wird und nicht wie häufig vermutet, Folie oder andere (unechte) Faserimitate.

Vollcarbon

Der Ausdruck Vollcarbon steht für Bauteile, die komplett aus Kohlefaser gefertigt wurden. Anders als bei günstigeren Bauteilen wird hier auf eine Grundform aus GFK (siehe unten) verzichtet. Der Vorteil von Bauteilen aus Vollcarbon liegt in der enormen Gewichtsersparnis; der Nachteil sind die deutlich höheren Kosten.

Carbonfolie

Mit Carbonfolie lässt sich preiswert ein „Kohlefaser-ähnlicher-Look“ erzeugen. Der Folie fehlt es allerdings an der von Kohlefaser bekannten Tiefe, die auch als 3D-Muster bezeichnet wird. Da die Carbonfolie direkt auf bestehende Bauteile aufgetragen wird, entstehen keine Gewichtsvorteile.

Wassertransferdruck

Alternativ zur Carbonfolie können entsprechende Carbonmuster auch per Wasser-transferdruck aufgetragen werden. Allerdings kann genau wie bei der Anwendung von Carbonfolie keinerlei Gewichtsvorteil erzielt werden. Hinzu kommt, dass die Optik beim Wassertransferdruck oftmals schlechter ist als dies bei der Folie der Fall ist.

CFK / CFRP

CFK ist eine Abkürzung für „carbonfaserverstärkter Kunststoff“. CFRP ist die Abkürzung in englischer Ausführung und steht für „carbon-fiber-reinforced plastic“.

GFK

GFK ist die Abkürzung für „glasfaserverstärkter Kunststoff“. GFK wird bei günstigen Bauteilen häufig als Grundformmaterial genutzt. Grundsätzlich sind Bauteile, die hauptsächlich aus GFK bestehen, leichter als das Originalbauteil, aber nicht so leicht wie eine Version aus Carbon.


Webarten

 

Im weiteren Verlauf stellen wir Euch die verschiedenen Webarten des Kohlefasergewebes vor. Die Gewebe sind durch die rechtwinklige Verkreuzung der beiden Fadensysteme (Kette und Schuß) gekennzeichnet. Die Art und Weise, wie sich diese Fäden kreuzen, wird Bindung genannt. In der Automobilindustrie werden überwiegend die einfachen Grundbindungen Körper, Leinwand und Atlas verwendet.

2×2 Körper-Gewebeart (engl.: twill weave)

 

 

 

Die 2×2 Körper-Gewebeart wird in der Automobilindustrie bei weitem am häufigsten verwendet und hat ihren Namen von dem entstehenden diagonalen Muster. Charakteristisch sind die schrägen, parallel verlaufenden Linien (Körpergrat), die durch die Aneinanderreihung der Bindungspunkte (Kreuzungspunkte von Kette sowie Schuß) gebildet werden. Diese Technik macht das Gewebe geschmeidiger und lockerer, sodass es leichter aufgetragen werden kann. Vor allem in Kurven oder bei sonstigen Konturen entstehen hierbei deutlich weniger Komplikationen. Auf der anderen Seite bedeutet dies aber auch, dass bei der Auftragung besondere Vorsicht geboten ist. Das Gewebe muss sehr sorgfältig behandelt werden, weil wesentlich schneller kleine Verzerrungen hinterlassen werden können als dies bei der 1×1 Leinwand-Webart der Fall ist.

1×1 Leinwand-Gewebeart (engl.: plain weave)

 

 

Die 1×1 Leinwand-Webart weist die engste Verkreuzung von Kette und Schuß auf und wird in der Automobilindustrie am zweithäufigsten verwendet. Hierbei entstehen durch die gleichmäßige Verkreuzung beider Fadensysteme zwei identische Warenseiten. Der Name stammt von dem Muster (1 hoch + 1 runter), welches durch die Struktur stark ein an Schachbrett erinnert. Diese Technik ist durch ein sehr eng gestricktes Gewebe gekennzeichnet, sodass es bei der Verarbeitung einfacher ist, keine Verzerrungen zu hinterlassen. Auf der anderen Seite machen es die engen Strukturen schwieriger, das Gewebe über die Form zu drapieren, weshalb die Leinwand-Webart oftmals nur die zweite Wahl bei Herstellern ist.

Die Mehrzahl der Kohlefaserprodukte wird in einer der beiden oben erwähnten Webarten (Körper / Leinwand) hergestellt. Es gibt allerdings auch weitere und wesentlich unpopulärere Webmuster wie satin weave, harness weave, fish weave und unindirectional weave. Da die Körper- bzw. Leinwand-Webart aber in den allermeisten Fällen nicht nur einfacher herzustellen ist, sondern auch besser aussieht, vernachlässigen wir diese Webarten in dem vorliegenden Beitrag bewusst.

Carbonfiber Dynamics bietet grundsätzlich Produkte mit der 2×2 Körper-Gewebeart (twill weave) an, wobei für einige Produkte eine Auswahlmöglichkeit besteht, da beispielsweise BMW die Dächer als 1×1 Leinwand-Gewebeart (plain weave) vertreibt und manche Kunden den Carbon-Look gerne aufeinander abstimmen.

Welches Kohlefasergewebe ist das stärkste?

Entgegen der viel vertretenen Meinung ist die 1×1 Leinwand-Gewebeart schwächer als die 2×2 Körper-Gewebeart. Der Grund dafür ist simpel: Wenn die Kohlefasern belastet oder unter Spannung gesetzt werden, versuchen sich die Fasern wieder gerade zu ziehen. Aufgrund der Anordnung des Musters bei der Leinwand-Webart ist dies aber nicht möglich. Hierbei werden die einzelnen Fasern über oder untereinander gedrückt, sodass durch den Druck das Gewebe letztlich auseinander gerissen wird, weshalb mit der 2×2 Körper-Webart im Endeffekt mehr Zugfestigkeit erreicht werden kann.


Verfahrenstechniken

 

Nachdem die Unterschiede der verschiedenen Kohlefaser-Webarten jetzt klar sein dürften, machen wir mit der Verfahrenstechnik weiter. In der Automobilindustrie sind die beliebtesten Techniken das „Handlaminieren“, das „Injektionsverfahren“, das „Wet Prepreg“ und das „Dry Prepreg“.

Handlaminieren

Handlamineren ist das einfachste und älteste Verfahren. Es benötigt minimale technische Voraussetzungen, sodass es hauptsächlich für kleine Serien oder einfache Bauteilgeometrien eingesetzt wird. Beim Handlaminieren wird die Faser per Hand mit Hilfe eines Pinsels oder Rollers mit dem entsprechenden Harz getränkt. Im Nachgang sind viele Nacharbeiten in Form von Schleifen, etc. erforderlich. Ultraleichte Bauteile lassen sich mit diesem Verfahren nur bedingt bzw. sehr schwer herstellen.

Injektionsverfahren

Beim Injektionsverfahren wird die Faser zuerst in eine Form gelegt und anschließend verschlossen (z.B. mit einer Vakuumfolie oder einem Sack). Die Imprägnierung mit Harz erfolgt indem das Harz mit bis zu 20 Bar Druck in die Form injiziert wird. Mit dem Injektionsverfahren lassen sich sehr gute Ergebnisse unter dem Gesichtspunkt Preis / Leistung erzeugen.

 

Wet Prepreg

Die beiden Prepreg-Verfahren sind die hochwertigsten Techniken zur Herstellung von Kohlefaserprodukten, sodass Prepreg auch in der Formel 1 und der Luftfahrt überwiegend eingesetzt wird. Im Gegensatz zum Injektionsverfahren oder Handlaminieren wird beim Prepreg-Verfahren Faser mit bereits vorimprägniertem speziellen Harz benutzt. Dies erlaubt eine hohe Steuerung über den Harzanteil  im Gewebe, was extrem leichte Bauteile ermöglicht.

Das Wet Prepreg-Verfahren ist die beliebteste Methode zur Herstellung von Carbon Frontlippen, Spoilern, Heckdiffusoren und Heckdeckeln. Hierbei wird eine exakt dosierte Menge an Harz über das Gewebe gegossen, sodass die Struktur „nass“ wird. Diese Art von Carbon kann entweder bei Raumtemperatur härten oder wie in den meisten Fällen gebacken werden. Ein Beispiel für das Wet Prepreg Verfahren ist der Scope Carbon Heckdeckel für BMW E90 im CSL-Style 

 

Scope E90 Carbon Heckdeckel CSL Wet Prepreg
Scope E90 Carbon Heckdeckel CSL Wet Prepreg

 

Dry Prepreg

Das Dry Prepreg-Verfahren ist dem Wet Prepreg-Verfahren sehr ähnlich, da in beiden Fällen Harz verwendet wird, um das Gewebe zu halten. Im Gegensatz zur nassen Verfahrenstechnik wird hierbei ein spezieller Hartz-Typ mit trockenen Eigenschaften verwendet, der in das Gewebe einzieht. Durch diesen Schritt wird gewährleistet, dass es kein überschüssiges Harz gibt, wodurch im Endeffekt das „trockene“ Erscheinungsbild hervorgerufen wird. In den meisten Fällen werden die Produkte aber noch mit einem Klarlack überzogen, um das Gewebe zu schützen. Diese Methode erfordert jedoch noch weitere Schritte: Jede Schicht muss einzeln abgezogen werden und die Menge des verwendeten Harzes muss exakt abgemessen sein, damit die Artikel nicht zu „klebrig“ werden. Wenn die ultraleichten Carbonteile geformt sind, müssen sie für mehrere Stunden bei einer Temperatur von ca. 120° gebacken werden. Das ist auch der Grund warum „Dry Carbon“ Autoteile in der Regel teurer sind im Vergleich zu „Wet Carbon“ Produkten.

Der große Vorteil des Dry Prepreg-Verfahrens ist der enorme Gewichtsverlust bei gleichbleibender Steifigkeit / Festigkeit im Vergleich zur Wet Prepreg-Methode, was auch den höheren Preis rechtfertigt. Für alle High-End-Tuner und Leichtbaufans ist Dry Carbon demnach das Nonplusultra!

Ein Beispiel für das Dry Prepreg Verfahren ist der Capristo Carbon Diffusor für Ferrari 458 Speciale

Capristo Carbon Diffusor Ferrari 458 Speciale
Capristo Carbon Diffusor Ferrari 458 Speciale

Eine Antwort

  1. […] Gefertigt wird die Motorhaube im Prepreg Verfahren, welches allerhöchste Qualität im Herstellungsprozess gewährleistet. Weitere Infos zu den Herstellungsverfahren gibt es hier: Was ist Carbon? […]