Werkstoffe im Motorradbau: Karbon (Archivversion)

Der Stoff, aus dem die Träume sind

Die einen sind abhängig von weißem Pulver, vergessen zu essen und stürzen sich in den finanziellen Ruin. Andere stehen voll auf Schwarz, geben ebenfalls viel Geld aus – süchtig nach Karbon. Wobei bei dieser Droge nur das Motorrad abmagert.

Schwarzes Mysterium, leicht wie Papier, einfach zum Abheben: Karbon kickt voll. Technikbesessene Motorradfahrer faseln versponnen von Fasern, sind berauscht von Harzen, Epoxidharzen natürlich. Doch ist vielleicht alles nur eine Masche mit der Faser, die teurer ist als manch andere Droge? MOTORRAD und
Suchtexperten aus der Werkstoff-Szene klären auf – und raten
Neugierigen zum Karbon-Konsum, denn richtig verabreicht, zeigt der schwarze Stoff kaum unangenehme Nebenwirkungen.
Der Rohstoff: nicht Steinkohle, aus der einzelne Fasern extrahiert werden, wie manch einer vermuten mag, sondern Erdöl. Aus diesem wird als Ausgangsmaterial der Kunststoff Polyacrylnitrit (PAN) gewonnen, der zu äußerst feinen Fasern mit hohem Kohlenstoffanteil verarbeitet wird. Für den Motorradbereich spinnt der Produzent in der Regel ein Garn aus 3000 Fasern pro Strang, das er unter Zugabe bestimmter Chemikalien (die genauen Zutaten werden streng geheim gehalten) schrittweise, angefangen von Zimmertemperatur, auf maximal 3000 Grad Celsius erhitzt. Bei
jedem Erwärmungsschritt entweichen chemische Verbindungen und Elemente wie etwa Wasserstoff, bis letztlich reiner Kohlenstoff übrig bleibt. Während des Prozesses wird das Garn gereckt und gestreckt, um die Kohlenstoffatome in Längsrichtung auszurichten – immens wichtig für die spätere Festigkeit des Werkstoffs.
Weltweit produziert nur rund ein Dutzend Chemiekonzerne Kohlefasern. Im Vergleich mit isotropen, also in alle Richtungen gleich reagierenden Stoffen wie Aluminium oder Stahl sind Kohlefasern nur in Zugrichtung extrem belastbar. Unter Druck knicken sie leicht ein, gebogen verhalten sie sich sehr spröde. Um die schlappen Eigenschaften zu minimieren und die Stärken hervorzuheben, verweben die Produzenten die Faserstränge zu Matten, etwa zu einem auch in der Textilwirtschaft üblichen Leinwand- oder Köper-Gewebe (typisch beispielsweise für Jeans-Stoffe).
Wie die Matten gelegt werden, entscheidet der Konstrukteur. Oder berechnet es vielmehr, denn je nach Belastung des Bauteils muss eine komplizierte Kalkulation angestellt werden. »Die Kosten für solche computergestützten Berechnungen gehen allein für ein simples Bauteil schnell mal in den fünfstelligen Bereich«, erklärt Michael Klan, Geschäftsführer von BBT-Composites (www.bbt-composites), einem der größten Anbieter von Motorradteilen aus Karbon in Deutschland. Dazu kommen die Ausgaben für Formen, Werkzeuge und natürlich die Material- und Arbeitskosten.
Das günstigste Herstellungsverfahren ist das Nasslaminieren. Dazu werden die biegsamen Kohlefasermatten in Formen gelegt und mit Harzen, in der Regel Epoxidharzen, getränkt und bei
Temperaturen knapp unter 100 Grad Celsius ausgehärtet. Bei
sehr minderwertigen Teilen verwenden die Hersteller gesundheitsschädliches Polyesterharz, das auch noch bei den fertigen Bauteilen übel nach Spachtelmasse riecht. Ebenfalls schlechte Qualität: Harzpanscherei, bei der durch unsauber verlegte Matten entstandene Mängel sozusagen einfach zugekleistert werden. Eine ungleichmäßige Oberfläche kaschieren Schlamper auch gerne mal mit einer extra dicken Schicht Lack. Solchermaßen gefertigte Teile bringen kaum eine Gewichtsersparnis. Außerdem verfahren Billigstanbieter und Garagenkrauter lapidar nach der Methode: Was nicht passt, wird passend gemacht – aber vom Käufer bitte schön.
Von solchen Machenschaften grenzen sich Anbieter wie BBT, Lieb (www.lieb-speed.de) oder Ilmberger (www.ilmberger-carbon.de) entschieden ab. Schließlich bringe billig gemachte Ware die gesamte Branche in Verruf. In Europa verfügen nach Ansicht von BBT-Mann Klan nur etwa 25 Firmen über das Know-how und die Einrichtungen, gute Teile herzustellen. Perfektionis-
tische Manufakturen wie CFP Driesch (siehe Interview nächste Seite) oder Becker Carbon (www.becker-carbon.com) ent-
wickeln auch für Rennsportabteilungen sowie für Firmen im Automobilbereich, im Maschinenbau und in der Medizintechnik. Mit einem besonders kostspieligen Herstellungsverfahren im Autoklav, einem gasdicht verschließbaren sowie beheizbaren Druckbehälter, erzeugen sie Karbonteile erster Güte, jedoch ebenso erster Preiskategorie. Vorab mit Harzen getränkte Kohlefaser-Matten, als Prepregs bezeichnet, werden bei diesem Verfahren zunächst in die bauteilspezifische, minutiös errechnete Form gebracht, dann in einen Vakuumbeutel gesteckt, um Lufteinschlüsse in der Materialstruktur zu vermeiden, und verweilen anschließend stundenlang bei einem Druck von sieben bar und mehr sowie einer Temperatur von rund 120 Grad Celsius im Autoklav.
Auf diese Weise verbinden sich die Prepregs zu einer Matrix aus Kohlefasern und Harz. Überschüssiges Harz scheidet aus, bis am Ende das ausgehärtete Karbonteil über ein Maximum an Kohlefasern und das notwendige Minimum an Harz ver-
fügt. Genau hier liegt die Kunst, die gewünschte Leichtigkeit bei gleichzeitig extrem hoher Steifigkeit zu erzeugen. Damit das Teil wirklich perfekt ist, werden Oberfläche und Ränder behandelt und vor UV-Strahlung geschützt, denn darauf reagiert Karbon sehr allergisch. Ein Riesenaufwand, der viel Zeit kostet. Und den Kunststoff exorbitant teuer macht.
Unabhängig von der Herstellungsmethode besteht eine große Nachfrage nach Karbonteilen für Motorräder. Insbesondere italienische Renner werden gerne in Schwarz gekleidet. Ducati etwa staffiert ab Werk einige Modelle mit Kohlefaser-Verkleidungen und diversen -Abdeckungen aus. Allerdings weniger, um abzuspecken. »Der Gewichtsvorteil durch Karbon ist vernachlässigbar gering, wir setzen Kohlefasern aus ästhetischen Gründen ein«, erklärt ein Firmensprecher. Seit Mitte der neunziger Jahre kommt das Superbike-Topmodell auch für die Straße großzügig mit Karbon ausgestattet daher – und verkauft sich vergleichsweise gut. So gut, dass nicht ein einzelner Zulieferer in der Lage ist, ausreichend Stückzahlen zu liefern, und Ducati mehrere Anbieter beauftragen muss.
Generell gehört bei Sportlern Karbon mittlerweile dazu wie das Chrom bei Edelchoppern, wobei sich japanische Motorradhersteller diesbezüglich sehr zurückhalten. Honda setzte bisher in der Serienfertigung den Hightech-Werkstoff Karbon nur bei der sehr exklusiven und limitierten NR 750 ein. Das Image nutzt man nichtsdestotrotz und berichtet von einer »deutlichen Nachfrage nach Zubehörprodukten in Karbon-Look«. Auch wenn beispielsweise die angebotenen Tank-Pads nicht eine einzige Kohlefaser enthalten, sollen sie den sportlichen Charakter unterstreichen.
Im Rennsport ist solche Kosmetik mit Fakes verpönt und überflüssig. Denn hier zählt nur die Funktion, und die wird
teuer erkauft, wenn’s sein muss. Yamaha ließ seine nagel-
neue Supersport-R6 für die 2006er-Saison von Becker Carbon einkleiden: Rund zwei Kilogramm wiegt laut Hersteller die Kohlefaserausstattung, bestehend aus Vollverkleidung, Sitzbank, Schutzblechen, Abdeckungen sowie einigen Kleinteilen. Kosten für einen Privatkunden: knapp über 3000 Euro.
Motorsportabteilungen können sich in der Regel solche Schmankerl leisten, geraten bei größeren Projekten aber ebenfalls an ihre finanziellen Grenzen. Seit Anfang der
Achtziger etwa tauchen in den Rennställen vereinzelt immer
wieder deutlich unter acht Kilogramm leichte und enorm steife
Kohlefaser-Rahmen auf. Soll im Lauf der Saison jedoch die
Rahmengeometrie geändert werden, geht das brutal ins Geld, da jedes Mal neue Werkzeuge für die Formgebung hergestellt werden müssen. Cagiva, Anfang der Neunziger mit Karbon-Chassis im Grand-Prix-Sport am Start, wurde es bald zu teuer und setzte schnell wieder auf Aluminiumrahmen.
Teile wie Schwingen und Schalldämpfer aus dem schwarzen Werkstoff haben sich hingegen stärker durchgesetzt, und Bremsscheiben aus Kohlefasern sind in vielen Bereichen des Rennsports mittlerweile Standard. Für die Straße taugen die Karbonbremsen indes wenig, denn sie funktionieren erst ab einer Temperatur von 200 Grad Celsius verlässlich.
Leichte Räder aus Kohlfasern wären aufgrund der geringen Kreiselkräfte und des dadurch bedingten besseren Einlenkverhaltens für den täglichen Gebrauch schon eher ein Thema. Doch nicht jeder TÜV-Prüfer kennt sich mit dem diffi-
zilen Werkstoff aus und verwehrt im Zweifelsfall lieber eine Eintragung. Für Norbert Backes vom Deutschland-Vertrieb für Dymag (www.backes.de), dem weltweit größten Hersteller für Karbonräder, ist das nicht nachvollziehbar, weil seiner Ansicht nach die Räder bei sorgfältigem Umgang genauso sicher sind wie Pendants aus Leichtmetall.
Einsatzmöglichkeiten für Karbon im Motorradbau gibt es genügend, da sind sich die Experten einig. Einig sind sie sich auch, dass diese Möglichkeiten aufgrund der immensen Kosten für die überwiegend handgefertigten Teile kaum genutzt werden. An Verfahren für eine Massenproduktion arbeitet man derzeit vorzugsweise in der Autoindustrie. Bei der im Vergleich dazu kleinen Motorradbranche mit nur einer Hand voll spezialisierter Manufakturen macht die monetäre Kohle schnell mal einen Strich durch die Rechnung mit der Kohlefaser.
So bleibt es dabei: Die schwarze Droge Karbon wird im Motorradbau wohl auf unabsehbare Zeit nur in homöopatischen Dosen verabreicht. Solange der Stoff knapp ist, die Nachfrage jedoch hoch, haben Dealer ein leichtes Leben. Und Süchtige sollten nicht auf gestreckte Ware zu überteuerten Preisen hereinfallen.
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Werkstoffe im Motorradbau: Karbon (Archivversion)

Schwarzes Mysterium, leicht wie Papier, einfach zum Abheben: Karbon kickt voll. Technikbesessene Motorradfahrer faseln versponnen von Fasern, sind berauscht von Harzen, Epoxidharzen natürlich. Doch ist vielleicht alles nur eine Masche mit der Faser, die teurer ist als manch andere Droge? MOTORRAD und
Suchtexperten aus der Werkstoff-Szene klären auf – und raten
Neugierigen zum Karbon-Konsum, denn richtig verabreicht, zeigt der schwarze Stoff kaum unangenehme Nebenwirkungen.
Der Rohstoff: nicht Steinkohle, aus der einzelne Fasern extrahiert werden, wie manch einer vermuten mag, sondern Erdöl. Aus diesem wird als Ausgangsmaterial der Kunststoff Polyacrylnitrit (PAN) gewonnen, der zu äußerst feinen Fasern mit hohem Kohlenstoffanteil verarbeitet wird. Für den Motorradbereich spinnt der Produzent in der Regel ein Garn aus 3000 Fasern pro Strang, das er unter Zugabe bestimmter Chemikalien (die genauen Zutaten werden streng geheim gehalten) schrittweise, angefangen von Zimmertemperatur, auf maximal 3000 Grad Celsius erhitzt. Bei
jedem Erwärmungsschritt entweichen chemische Verbindungen und Elemente wie etwa Wasserstoff, bis letztlich reiner Kohlenstoff übrig bleibt. Während des Prozesses wird das Garn gereckt und gestreckt, um die Kohlenstoffatome in Längsrichtung auszurichten – immens wichtig für die spätere Festigkeit des Werkstoffs.
Weltweit produziert nur rund ein Dutzend Chemiekonzerne Kohlefasern. Im Vergleich mit isotropen, also in alle Richtungen gleich reagierenden Stoffen wie Aluminium oder Stahl sind Kohlefasern nur in Zugrichtung extrem belastbar. Unter Druck knicken sie leicht ein, gebogen verhalten sie sich sehr spröde. Um die schlappen Eigenschaften zu minimieren und die Stärken hervorzuheben, verweben die Produzenten die Faserstränge zu Matten, etwa zu einem auch in der Textilwirtschaft üblichen Leinwand- oder Köper-Gewebe (typisch beispielsweise für Jeans-Stoffe).
Wie die Matten gelegt werden, entscheidet der Konstrukteur. Oder berechnet es vi
Vor rund zwanzig Jahren ging es mit Karbon im
Motorradbereich los, vor zehn Jahren gab es einen regelrechten Hype darum, aktuell tut sich jedoch wenig. Hat der Werkstoff seinen Zenit überschritten?
Keineswegs, obwohl tatsächlich etwas von der anfänglichen Begeisterung verloren ist. Doch die Qualität und Bandbreite von Bauteilen aus Kohlefasern ist in den letzten Jahren enorm gestiegen. Leider bleiben viele Innovationen im Versuchsstadium stecken, weil die Entwicklung unbezahlbar ist. Letztlich sind wir noch immer eine sehr junge Branche, und nur wenige Firmen verfügen über ein entsprechendes Know-how. Man beginnt erst durch das Arbeiten mit dem Werkstoff wirklich zu begreifen, was alles möglich ist. Allerdings waren die ersten Gehversuche mit anderen Werkstoffen wie dem Leichtmetall Aluminium ebenfalls sehr holprig – es braucht halt alles seine Zeit. Bis etwas von der Rennstrecke ernsthaft auf die Straße kommt, benötigt es vielleicht noch weitere 20 Jahre.
Vielleicht will man auch gar nicht allzu große Fortschritte
machen, um mit einem besonders exklusiven, eventuell künstlich limitierten Werkstoff mehr Geld zu verdienen?
Eine Massenproduktion für den Serienbereich ist momen-
tan sicherlich eine Illusion – durch die immens hohen Herstellungskosten bleibt Karbon für technische Anwendungen auf
unabsehbare Zeit ein exklusiver Werkstoff. Manche Preisvorstellungen sind aber utopisch und stehen in keinem Verhältnis zu den tatsächlichen, wenn auch hohen Herstellungskosten. Da wird manchmal mit dem High-End-Image von Karbon ordentlich Reibach gemacht.
Könnten Sie Karbonteile auch billiger herstellen?
Können ja, machen nein, weil das auf Kosten der Qualität geht. Ich könnte im Ausland billigere Teile produzieren lassen, die der Laie wahrscheinlich nicht unterscheiden könnte. Jedoch kann bei Karbon viel daneben gehen, schließlich handelt es sich um eine anspruchsvolle Handarbeit. Deshalb will ich lieber alles selbst in der Hand haben.

Werkstoffe im Motorradbau: Karbon (Archivversion)

Bei straßenzugelassenen Motorrädern erfüllen Karbonteile meist nur eine ästhetische Funktion.
Im Rennsport indes bringt der schwarze Werkstoff einen echten Vorsprung durch Technik.
A Randy Mamola ging 1990 in der 500er-Klasse für Cagiva mit
Karbon-Chassis auf Zeitenjagd. Allerdings wird die Rahmengeometrie im Grand-Prix-Zirkus von Rennen zu Rennen weiterentwickelt, was beim Rahmenbau mit Kohlefasern jedes Mal neue Formen und einen enorm hohen Fertigungsaufwand nach sich zieht – so verschwand die Karbon-Cagiva wieder in der Versenkung. B Kohlefaser-Bremsscheiben
sparen an den rotierenden Massen gegenüber Stahl-Pendants rund ein Viertel. Sie benötigen zum Aufbau eines ordentlichen Reibwerts
jedoch Temperaturen von 200 bis 300 Grad Celsius, denn beim Brems-
vorgang »verschweißen« die Bremsscheiben kurzzeitig mit den Belägen.
C Die in England gefertigten, extrem dünnwandigen Dymag-Räder
aus Kohlefasern mit einem schützenden Aramid-Anteil können per Einzelabnahme eine Straßenzulassung erhalten. Ein Vorderrad wiegt kaum mehr als zwei Kilogramm und schlägt mit rund 1350 Euro zu Buche.
D Black Beauty: Der neue Akrapovic-Hexagonal-Schalldämpfer mit Endkappe und Mantel aus Karbon wiegt 1850 Gramm. Der Auspuff mit EG-Betriebserlaubnis kostet rund 500 Euro.

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