Auto der ZukunftBMW setzt alles auf Karbon

BMW hält Karbon für den Karosserie-Werkstoff der Zukunft. Es könnte der Beginn einer neuen Ära in der Automobilindustrie werden – oder ein milliardenteures Desaster. von Martin Seiwert, Angela Hennersdorf, Rüdiger Kiani-Kress und Mario Brück

Die Karosserie des Elektroautos i3, das BMW 2013 auf den Markt bringt, besteht vorwiegend aus Karbonteilen.

Die Karosserie des Elektroautos i3, das BMW 2013 auf den Markt bringt, besteht vorwiegend aus Karbonteilen.  |  © BMW

In Moses Lake ist Putztag. Greg Pesta hat sich die Schutzbrille aufgesetzt und dicke Handschuhe angezogen. Vorsichtig fegt der 45-jährige Amerikaner mit einer kleinen, weichen Bürste den Innenraum eines Ofens aus.

Was aussieht wie eine Pizza-Backstelle, ist ein viele Millionen Euro teures High-Tech-Gerät: ein sogenannter Oxidationsofen. Der backt kohlenstoffhaltige Fasern so lange, bis von ihnen am Ende schiere Kohlenstofffäden übrig bleiben – in mehreren Schritten, mit Temperaturen zwischen 250 und 1.300 Grad Celsius, rund um die Uhr, an 13 Tagen in Folge. Am 14. Tag wird geputzt.

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Keine noch so kleine schwarze Fluse, die bei der Hitzebehandlung abfällt, darf Arbeiter Pesta beim Reinigen übersehen. Jede würde die Qualität der begehrten, hochwertigen Faser beeinträchtigen.

Ackerland und Kartoffeln

"Qualitätseinbußen können wir uns nicht leisten", sagt Andreas Wüllner, einer von zwei Geschäftsführern in Moses Lake. "Schließlich sind diese Fasern der Baustoff für das Auto der Zukunft." So etwas wie hier, sagt der Wirtschaftsingenieur, gebe es nirgendwo. "Das ist weltweit einmalig."

Moses Lake ist eine unbedeutende Kleinstadt im äußersten amerikanischen Nordwesten, rund 300 Kilometer von der Küstenstadt Seattle entfernt. So weit das Auge reicht, nichts als Ackerland. Kartoffel-County nennen die Bewohner die Region. Einige wenige Fabriken gibt es, die Kartoffelchips und Pommes frites herstellen. Die Arbeitslosigkeit liegt bei 13 Prozent und damit weit über dem US-Durchschnitt.

Unter größter Geheimhaltung

Mitten in diese Abgeschiedenheit hinein setzten der Münchner Autobauer BMW und das Wiesbadener Chemieunternehmen SGL Carbon eine Fabrik ihres Gemeinschaftsunternehmens, die SGL Automotive Carbon Fibers. Unter größter Geheimhaltung waren am 6. Januar 2010, einem frostigen Wintertag, Wirtschaftsingenieur Wüllner und sein Geschäftsführer-Kollege von BMW, Jörg Pohlman, angereist, auf der Suche nach einem Standort für ihre Fabrik.

Der interne Codename des Projekts: Chinook. Der Name steht für ein Indianervolk, das in der Nähe von Moses Lake lebt.

Lange ließ sich die Mission der beiden freilich nicht geheim halten. Wüllner und Pohlman sind wichtige Akteure des wohl teuersten und riskantesten Abenteuers, auf das sich BMW in der 95-jährigen Unternehmensgeschichte eingelassen hat. Das gut 75 Millionen Euro teure Werk auf dem Indianerland unweit der Rocky Mountains ist Teil einer Milliardenwette mit hohem Seltenheitswert sowohl im Automobilbau als auch in anderen Branchen.

Leserkommentare
  1. Über Carbon-Fahrradrahmen habe ich gehört:

    Der Werkstoff bricht ohne Vorwarnung ist nicht reparierbar und die Reste sind nicht recycelbarer Sondermüll.

    Stimmt das?

    Falls ja, sollten die BMW Leute noch etwas weiter denken als nur bis zum fertigen Produkt.

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    der werkstoff verhält sich natürlich anders als metall. es fehlt eben die deutlich wahrnehmbare streckgrenze und das beginnende fließen. nichts destoweniger ist carbon in manchen bereichen ein heute üblicher und sinnvoller werkstoff. es kommt dabei aberviel auf den einsatzzweck und die form und größe der bauteile an. dienachteile des werkstoffes in der flugzeugindustrie ist teilweise auch mit der größe der bauteile verbunden, sowie mit dem umstand, dass zwei bauteile die zusammenpassen sollen in unterschiedlichen werken auf unterschiedlichen kontinenten gefertigt werden. ein fehler den bmw wohl nicht machen dürfte. durch die geringere bauteilgrößße hat bmw auch vorteile gegenüber der flugzeugindustrie, und bmw kann auf erfahrungen aus 20 bis 30 jahren aufbauen, die die flugzeughersteller erarbeitet haben.
    an sich CFK ein toller werkstoff, oder kann einer sein, wenn dieser richtig verarbeitet wird. ob ich bei einem crsh, bei dem neben mir CFK teile bersten in so einem fahrzeug sitzen möchte? keine ahnung. nur: wenn es soweit kommt, wäre dasmetallauto auch schon platt. da sind dann die fasern auch schon wurscht. aber langfristig dürfte die weg bmws wohl der richtige sein. runer mit der masse beim auto ist der einzige weg. und auf sicherheit will keiner mehr verzichten.

    CFK wird derzeit meines Wissens nicht stofflich recycelt, aber Sondermüll ist es auch nicht.
    Es lässt sich recht einfach verbrennen.

    Die Crashsicherheit macht mir weniger Sorgen, da zeigt die Formel 1 was möglich ist. Problematischer scheinen mir eher kleine Unfälle mit "Blechschaden" zu sein. Aber da muss man dann eben die Praxis abwarten...

    • Jan1234
    • 06. Dezember 2011 10:26 Uhr

    hat je nach Faser eine Bruchdehnung von 1,5% bis 3%, hochwertige Stahlrohre im Fahrradrahmenbau haben eine Bruchdehnung von 17% (aber bei 17% ist man auch schon lange im plastisch-verformten Bereich nicht mehr im elastischen und bleibende Schäden sind unumgänglich, soll heißen das Bauteil ist kaputt)

    natürlich ist ein Karbonbauteil dadurch wesentlich spröder, hält aber gleichzeitig einer höheren Belastung stand und wer braucht schon 17% Bruchdehnung? außerdem hängt das ganze stark davon ab, wie man die Karbonfasern innerhalb des Werkstückes belegt, man kann einen Fahrradrahmen sehr steif auslegen (was für Profis), aber man kann ihn auch komfortabel für Freizeitfahrer auslegen

    Problematisch wird es bei einem Sturz, dann können nicht sichtbare Haarrisse entstehen, die das Bauteil massiv in seiner Haltbarkeit einschränken, aber auch da gibt es Möglichkeiten um diese Haarrisse zu vermeiden zb in das Kunstharz eingebrachte Karbonnanoröhrchen (CNT carbon nanotube technology http://de.wikipedia.org/w...) dadurch erhöht sich die Bruchfestigkeit um bis zu 30%. Diese Technologie ist aber ökologisch nicht ganz unumstritten und auch für die Arbeiter je nach Region und Verarbeitungsart (fehlen von Filtern) nicht gerade gesundheitsfördernd, wenn so kleine Fasern bis in die feinsten Verästelungen der Lunge vordringen

  2. der werkstoff verhält sich natürlich anders als metall. es fehlt eben die deutlich wahrnehmbare streckgrenze und das beginnende fließen. nichts destoweniger ist carbon in manchen bereichen ein heute üblicher und sinnvoller werkstoff. es kommt dabei aberviel auf den einsatzzweck und die form und größe der bauteile an. dienachteile des werkstoffes in der flugzeugindustrie ist teilweise auch mit der größe der bauteile verbunden, sowie mit dem umstand, dass zwei bauteile die zusammenpassen sollen in unterschiedlichen werken auf unterschiedlichen kontinenten gefertigt werden. ein fehler den bmw wohl nicht machen dürfte. durch die geringere bauteilgrößße hat bmw auch vorteile gegenüber der flugzeugindustrie, und bmw kann auf erfahrungen aus 20 bis 30 jahren aufbauen, die die flugzeughersteller erarbeitet haben.
    an sich CFK ein toller werkstoff, oder kann einer sein, wenn dieser richtig verarbeitet wird. ob ich bei einem crsh, bei dem neben mir CFK teile bersten in so einem fahrzeug sitzen möchte? keine ahnung. nur: wenn es soweit kommt, wäre dasmetallauto auch schon platt. da sind dann die fasern auch schon wurscht. aber langfristig dürfte die weg bmws wohl der richtige sein. runer mit der masse beim auto ist der einzige weg. und auf sicherheit will keiner mehr verzichten.

    Antwort auf "Stimmt das?"
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    • dapf
    • 05. Dezember 2011 11:37 Uhr

    Im Beitrag geht es um die Karosserie. Carbonauto (Karbon ist ein Erdzeitalter) heißt doch nicht gleich, dass nun überhaupt kein Stahl mehr verwendet wird. Man kann wohl davon ausgehen, dass für sicherheitsrelevante Bauteile genauso wie für das Fahrwerk nach wie vor Stähle und/oder NE-Legierungen zum Einsatz kommen. Und an irgendeinem Rahmen o.ä. müssen die Carbonplatten ja auch befestigt werden.
    Überhaupt sollte man dem Leser vielleicht bisschen mehr Hintergrundwissen vermitteln: Es geht nicht um reine Carbonbauteile, sondern um so genanntes CFK: Kohlefaserverstärkten Kunststoff. Je nachdem wie die Fasern miteinander verwebt werden, in welchen Richtungen sie liegen und ob sie kurz oder lang sind, können die Materialeigenschaften in einem großen Spektrum variiert und ganz genau an die Anforderungen des einzelnen Bauteils angepasst werden.

    • PigDog
    • 05. Dezember 2011 11:34 Uhr

    "...in unbegrenzten Mengen herstellbar, jedenfalls solange es Erdöl gibt."

    ---

    keine weiteren Fragen!

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    Dort steht genug Kohlenstoff rum. Kohlenstoffmangel wird es nicht geben. Sie selber bestehen übrigens auch aus Kohlenstoff.

    • PigDog
    • 05. Dezember 2011 14:31 Uhr

    Sehr erholsam, so ein Waldspaziergang...

    ---

    Ich wollte hier auch nicht den Werkstoff Carbon an sich kritisieren, sondern die sehr kurzsichtige Fortschrittsgläubigkeit von Ingenieuren die denken, mit einem Alternativwerkstoff könnten sie alle Probleme mit einem Schlag lösen.
    Mal ganz davon abgesehen daß in unserem System momentan die Buchhalter die Entscheider sind, von daher wird Carbon Stahl nicht dann ersetzen wenn er ihm technisch überlegen ist (was derzeit zu diskutieren wäre...), sonder wenn er billiger ist. Und davon sind wir noch ein gutes Stück entfernt, auch wenn "der Chinese" mit seinem Stahlhunger momentan dazu beiträgt...

    Das Thema"Gewichtsproblem" ist nämlich mitnichten ein Problem von zu schweren Werkstoffen - welches dann mit leichteren Werkstoffen gelöst oder zumindest entschärft werden kann, sondern ein Luxus- bzw. Komfortproblem. Und wenn wir anfangen wollen daran zu arbeiten, stellen wir im Prinzip wieder unser ganzes Wirtschaftssystem in Frage, das darauf basiert, Wirtschaftswachstum durch Generation von eigentlich überflüssigem Luxusschnickschnack (gerne auch als "Sicherheirsgewinn" getarnt...) zu erzeugen.

    • dapf
    • 05. Dezember 2011 11:37 Uhr

    Im Beitrag geht es um die Karosserie. Carbonauto (Karbon ist ein Erdzeitalter) heißt doch nicht gleich, dass nun überhaupt kein Stahl mehr verwendet wird. Man kann wohl davon ausgehen, dass für sicherheitsrelevante Bauteile genauso wie für das Fahrwerk nach wie vor Stähle und/oder NE-Legierungen zum Einsatz kommen. Und an irgendeinem Rahmen o.ä. müssen die Carbonplatten ja auch befestigt werden.
    Überhaupt sollte man dem Leser vielleicht bisschen mehr Hintergrundwissen vermitteln: Es geht nicht um reine Carbonbauteile, sondern um so genanntes CFK: Kohlefaserverstärkten Kunststoff. Je nachdem wie die Fasern miteinander verwebt werden, in welchen Richtungen sie liegen und ob sie kurz oder lang sind, können die Materialeigenschaften in einem großen Spektrum variiert und ganz genau an die Anforderungen des einzelnen Bauteils angepasst werden.

    Antwort auf "stimmt teilweise"
  3. ... des schwierigen bis unmöglichen Recyclings die heutige Mode des alle paar Jahre "völlig neuen Designs" sich entwickeln wird, vielleicht ( hoffentlich ) zur evolutionären Weiterentwicklung und nicht ( wie heute üblich ) ein Design wie nach dem Meteroriteneinschlag.

  4. Als Rennradfahrer stehe ich der Carbon-Euphorie sehr skeptisch gegenüber. Denn beim Rennrad sind Carbon-Rahmen weit verbreitet - ohne erkennbare Vorteile.

    Zum einen sind sie sehr teuer, die Gewichtsersparnis ist eher gering. Ein Vergleich ergab, dass gleich teure Carbon-Rennräder sogar schwerer sind als Alu-Rennräder, weil schlechtere Anbauteile den Preis wett machen müssen.

    Das große Problem ist aber das Crash-Verhalten: Carbon kündigt sein Versagen nicht an, sondern platzt regelrecht, ganz plötzlich. Wir hatten eine Fahrerin in der Radsportgruppe, die wegen eines plötzlich gebrochenen Carbon-Lenkers gestürzt ist - ein Schaden war vorher nicht erkennbar. Schäden sind auch mit Ultraschall nicht immer vorhersehbar, wie etwa bei Stahl.

    Bei aller Begeisterung für neue Technologien, es bleiben doch gewaltige Zweifel, ob BMW mit seiner Strategie Erfolg hat. Mir scheint das eher Grundlagenforschung, mit nur langfristigen Marktchancen.

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    Hallo Kollege, einem Kumpel ist bei 40km/h von einer Sekunde auf die andere ohne Vorwarnung das Steuerrohr weggebrochen.
    Zum Glück hatte er diese lächerliche Eierschale auf, nur komplizierter Oberschenkelhalsbruch...
    Man muß nicht allen modischen Tinnef mitmachen, ich bleibe bei meinem ollen Rennrad:doppelt gemuffte Stahlrohre, deutlich eleganter, deutlich stabiler, deutlich preisgünstiger, deutlich massiver. Das Mehr an Gewicht mache ich als Spargeltarzan wett.

    • Joaosun
    • 05. Dezember 2011 13:02 Uhr

    Sehr interessanter Artikel. Ich kann zum Werkstoff CFK nichts sagen, bin also ein Laie. Aber wenn ich mir den Artikel hierzu bei Wikipedia ansehe, wundert es mich doch, dass hier vergleichsweise wenig steht. Da findet man hingegen über deutlich "unwichtigere" Themen deutlich mehr Informationen. Aber vielleicht ändert sich das ja noch bald.

  5. Dort steht genug Kohlenstoff rum. Kohlenstoffmangel wird es nicht geben. Sie selber bestehen übrigens auch aus Kohlenstoff.

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