Vergleich von Festigkeit, Steifigkeit und Gewicht von trockenem Carbon

Trockenes Carbon verstehen: Festigkeit, Steifigkeit und Gewicht im Kontext

Der Begriff „Trockencarbon“ ist in der Automobil- und Motorradbranche weit verbreitet und bezeichnet Carbonfaser-Gewebeteile, die ohne die üblichen Prepreg-/Autoklavenverfahren hergestellt werden. Für Ingenieure, Bastler und Einkäufer stellen sich die zentralen Fragen: Wie verhält sich Trockencarbon (Festigkeit und Steifigkeit) im Vergleich zu Prepreg-Carbon und konventionellen Materialien, und welche Gewichtseinsparungen sind realistisch? Dieser Artikel bietet einen evidenzbasierten Vergleich, praktische Auswahlkriterien und Herstellerempfehlungen für die Teilespezifikation.

Was Trockenkohle bedeutet und wie die Herstellung die Leistung beeinflusst

Der Begriff „trockener Carbon“ bezeichnet typischerweise trockene Fasergewebe, die vor Ort mittels Harzinjektion, Vakuumsackverfahren oder Handlaminierung mit Nassharz ausgehärtet werden, im Gegensatz zu vorimprägnierten (Prepreg-)Fasern, die im Autoklaven ausgehärtet werden. Das Herstellungsverfahren ist entscheidend, da es den Faservolumenanteil (FVF), den Porenanteil und den Aushärtungsdruck – die drei wichtigsten Einflussfaktoren auf die mechanischen Eigenschaften des Laminats – steuert.

Wesentliche Fertigungsunterschiede, die sich auf Festigkeit und Steifigkeit auswirken:

• Faservolumenanteil: Prepreg-/Autoklavverfahren erreichen üblicherweise einen höheren Faservolumenanteil (oft 55–65 %) im Vergleich zu Vakuuminfusions-/Nasslaminierverfahren (typischerweise 40–55 %). Ein höherer Faservolumenanteil erhöht sowohl die Festigkeit als auch die Steifigkeit pro Volumeneinheit.
• Porenanteil: Autoklavierte Prepreg-Teile weisen üblicherweise einen geringeren Porenanteil (<1–2 %) auf, während Dry-Lay-/Infusionsteile typischerweise einen höheren Porenanteil (2–6 % oder mehr, wenn dieser nicht ordnungsgemäß kontrolliert wird) aufweisen. Poren verringern die effektive Lastaufnahmefläche und können die Dauerfestigkeit beeinträchtigen.
• Aushärtungsdruck und -temperatur: Bei Autoklavverfahren wird während der Aushärtung ein hoher Druck angewendet, um die Lagen zu verfestigen und harzreiche Bereiche zu reduzieren; bei Trockenverfahren wird ein Vakuum (begrenzt auf einen Differenzdruck von ca. 1 atm) verwendet, wodurch die Verfestigung schwieriger wird.

Wie Festigkeit und Steifigkeit von Kohlenstofffaserlaminaten gemessen werden (und warum die Werte variieren)

Beim Vergleich von Materialien ist es wichtig, die Eigenschaften auf Faserebene (z. B. die Zugfestigkeit von Toray T700-Kohlenstofffasern von ca. 3,5–4,9 GPa) von den Eigenschaften auf Laminatebene (die von der Faserorientierung, dem Faservolumenanteil und dem Harz abhängen) zu unterscheiden. Ingenieure verwenden für die Bauteilkonstruktion meist die Zugfestigkeit und den Zugmodul des Laminats. Diese Laminateigenschaften variieren mit dem Lagenaufbau (0°/90°/±45°), nicht nur mit der Materialfamilie.

Typische Laminatbereiche (allgemein; variieren je nach Fasertyp und Laminierung):

• Zugfestigkeit (Laminat): 300–1200 MPa (in unidirektionalen Richtungen deutlich höhere Werte; in kreuzweise liegenden Lagen niedrigere Werte)
• Zugmodul (Laminat): 40–200 GPa (großer Bereich aufgrund der Orientierung)
• Dichte (Laminat): üblicherweise 1,45–1,60 g/cm³ für Kohlenstoff/Epoxid-Laminate

Aufgrund dieser Variabilität werden im Folgenden Vergleichsbereiche und normalisierte Kennzahlen (spezifische Festigkeit oder Modul) anstelle einzelner absoluter Zahlen angegeben.

Numerischer Vergleich: Trockenkohlenstoff vs. Prepreg-Kohlenstoff vs. Glasfaser (typische Werte)

Die folgende Tabelle fasst typische, konservative Bereiche für Karosserie- und Strukturbauteile von Automobilen und Motorrädern zusammen. Es handelt sich um Laminatwerte für multidirektionale Faserbelegungen, wie sie beispielsweise bei Stoßfängern, Verkleidungen, Motorhauben und Strukturträgern vorkommen; es sind keine reinen Faserwerte oder uniaxialen Spitzenwerte.

Anmerkungen: (1) Die Zugfestigkeit und der Elastizitätsmodul von Laminaten hängen vom Faseraufbau ab – ein unidirektionales 0°-Laminat ist in Faserrichtung deutlich steifer/fester als ein quasi-isotroper Faseraufbau. (2) Die angegebene spezifische Festigkeit entspricht der Zugfestigkeit dividiert durch die Dichte (je höher der Wert, desto besser für gewichtsbegrenzte Anwendungen).

Zu den Quellen für die Bereiche gehören Herstellerdatenblätter für gängige Kohlenstofffasern und Prepreg-Systeme, Datenbanken für technische Werkstoffe und Literatur zum Prozessvergleich (siehe Referenzen).

Interpretation: Was bedeuten diese Zahlen für die Teileauswahl im Automobil- und Motorradbereich?

1) Kompromisse zwischen Festigkeit und Steifigkeit: Prepreg-Bauteile übertreffen trockene Carbonlaminate in der Regel hinsichtlich Festigkeit und Steifigkeit bei vergleichbarer Laminatarchitektur, da der höhere Faseranteil (FVF) und der geringere Porenanteil die effektiven Eigenschaften verbessern. In der Praxis ist die Prepreg-/Autoklav-Fertigung die bevorzugte Methode für Paneele, bei denen ein maximales Verhältnis von Steifigkeit zu Gewicht oder Festigkeit zu Gewicht erforderlich ist (z. B. Strukturverstrebungen, aerodynamische Komponenten im Rennsport).

2) Gewichtsersparnis vs. Kosten: Im Vergleich zu Glasfaser bieten sowohl Trockencarbon als auch Prepreg-Carbon erhebliche Gewichtseinsparungen und eine höhere Steifigkeit. Trockencarbon erzielt oft den größten Gewichtsvorteil von Carbonfaser bei geringeren Produktionskosten. Für viele Straßen- und Zubehörteile, bei denen absolute Spitzenleistung nicht erforderlich ist, bietet Trockencarbon ein kosteneffizientes Gleichgewicht.

3) Oberflächenbeschaffenheit und Haltbarkeit: Prepreg-/Autoklav-Teile weisen aufgrund des kontrollierten Harzanteils im Allgemeinen eine überlegene Oberflächenbeschaffenheit und eine schärfere Harz-Faser-Abgrenzung auf. Trockene Carbon-Teile können mit geeigneten Harzsystemen und Nachbearbeitung (Klarlack) eine ausgezeichnete optische Qualität erreichen, die jedoch stark von der Prozesskontrolle abhängt.

4) Ermüdungs-, Schlag- und Crashverhalten: Porenanteil und Harz-/Faserbindung beeinflussen die Ermüdungslebensdauer und die Schlagfestigkeit. Prepreg-Bauteile mit geringem Porenanteil und speziell entwickelten, zähen Harzen weisen oft ein besseres Ermüdungs- und Schlagverhalten auf. Trockenkohlenstoff-Bauteile können für eine akzeptable Haltbarkeit konstruiert werden, jedoch werden hochbelastete, crashkritische Strukturbauteile üblicherweise mit Prepreg und zertifizierter Prozesskontrolle hergestellt.

Praktische Hinweise: Wann man Trockenkohlenstoff oder Prepreg für Fahrzeugteile wählen sollte

• Wählen Sie Trockenkohlenstoff, wenn: äußeres Erscheinungsbild, angemessene Steifigkeit/Gewichtsersparnis, niedrigere Kosten und kürzere Lieferzeiten Priorität haben (z. B. Verkleidungen, Innenausstattung, Motorhauben für Straßenfahrzeuge/Motorräder).
• Wählen Sie Prepreg/Autoklav, wenn: maximale spezifische Steifigkeit/Festigkeit, wiederholbare mechanische Leistung, geringer Porenanteil und zertifizierte Qualität erforderlich sind (z. B. Strukturhalterungen, Rennkarosserie, Hochleistungs-Fahrwerksteile).
• Erwägen Sie Hybridansätze: Verwenden Sie Prepreg für hochbelastete Bauteile und Trockenkohlenstoff für großformatige Paneele, um die Kosten zu senken und gleichzeitig insgesamt Gewicht zu sparen.

Spezifikationscheckliste für Lieferanten bei der Bestellung von Trockenkohlenstoffteilen

Um die von Ihnen erwartete Leistung von Trockenkohlenstoffteilen zu erzielen, müssen Sie den Lieferanten klare technische Anforderungen stellen, die über die Anforderung „Kohlenstoff herstellen“ hinausgehen:

1. Ziel-Laminatstapelfolge und Faserorientierung (z. B. 0/90/±45) oder erforderliche Steifigkeits-/Festigkeitswerte in der Ebene.
2. Minimaler Faservolumenanteil oder maximaler Harzanteil.
3. Maximal zulässiger Porenanteil und Zielprüfverfahren (z. B. Ultraschall-C-Scan oder Schnittpräparation und Mikroskopie).
4. Umwelteinflüsse und Temperatureinwirkungen (UV-Strahlung, Straßenchemikalien, Temperaturschwankungen).
5. Anforderungen an die Oberflächenbeschaffenheit (Gelcoat- und Klarlackdicke, Grenzwerte für optische Defekte, Toleranz der Gewebeorientierung).

Herstellungsverfahren zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von trockenem Kohlenstoff

Obwohl die Trockenkohleherstellung verfahrenstechnische Einschränkungen mit sich bringt, kann durch sorgfältige Steuerung der Leistungsunterschied zu Prepreg verringert werden:

• Vorformungs- und Verdichtungstechniken zur Maximierung der Faserausrichtung und -packung.
• Verwendung optimierter Harzsysteme (niedrigviskose Epoxidharze mit kontrollierter Exothermie und Benetzung), die speziell für die Infusion entwickelt wurden.
• Streng kontrolliertes Vakuumsackverfahren und Werkzeugeinsatz minimieren Faltenbildung und harzreiche Bereiche.
• Nachhärtungsverfahren (Hochtemperaturöfen) zur Steigerung der Vernetzung und der thermomechanischen Eigenschaften.
• Wo immer möglich, automatisierte oder halbautomatisierte Prozesse, um die menschliche Variabilität zu reduzieren.

Kosten- und Lieferzeitüberlegungen (praktische Zahlen)

Allgemeine Branchenbeobachtungen (variieren je nach Region und Volumen):

• Prepreg-/Autoklav-Teile haben höhere Materialkosten und erfordern teure Werkzeuge und Autoklavenzeit – die typischen Stückkosten für Prepreg-Teile in kleinen Stückzahlen mit hoher Leistung sind deutlich höher (oft 2- bis 5-mal) als bei gleichwertigen Dry-Lay-/Infusion-Teilen.
• Trockenkohleverfahren erfordern geringere Investitionskosten für Ausrüstung und Werkzeuge; bei der Produktion kleiner bis mittlerer Stückzahlen bieten sie schnellere Durchlaufzeiten und einen niedrigeren Stückpreis.
• Die Serienproduktion und langfristige OEM-Projekte können die Wirtschaftlichkeit verändern – RTM- und automatisierte Prepreg-Prozesse werden bei großem Umfang wettbewerbsfähig.

Supreme Carbon: Leistungsfähigkeit, Umfang und Produktfokus

Supreem Carbon, gegründet 2017, ist ein kundenspezifischer Hersteller von Kohlefaserteilen für Automobile und Motorräder. Wir integrieren Forschung und Entwicklung, Design, Produktion und Vertrieb, um qualitativ hochwertige Produkte und Dienstleistungen anzubieten. Wir sind spezialisiert auf die technologische Forschung und Entwicklung vonKohlefaserverbundstoffProdukte und die Herstellung von verwandten Artikeln. Unsere Hauptangebote umfassen die Anpassung und Modifikation vonCarbonfaser-Zubehörfür Fahrzeuge sowie die Herstellung von Gepäck und Sportgeräten aus Kohlefaser.

Wichtigste Fakten zu Supreme Carbon:

• Fabrikfläche: ca. 4.500 m² mit 45 qualifizierten Produktions- und Technikmitarbeitern.
• Jährlicher Produktionswert: ca. 4 Millionen US-Dollar.
• Produktpalette: über 1.000 Produktarten, darunter mehr als 500 kundenspezifische Kohlefaserteile.
• Hauptproduktkategorien:Motorradteile aus Kohlefaser,Autoteile aus Kohlefaser, kundenspezifische Kohlefaserteile.

Warum sollte man Supreme Carbon für Trockenkohlenstoffteile in Betracht ziehen?

• Ausgewogenes Kosten-Nutzen-Verhältnis: Expertise in Trockenlaminier- und Infusionsverfahren, maßgeschneidert für Motorrad- und Automobil-Ersatzteile, bei denen kosmetische Qualität und wettbewerbsfähige Preise wichtig sind.
• Anpassungsfähigkeit: großes Produktportfolio und Erfahrung in der Herstellung vieler kundenspezifischer Teile (mehr als 500 kundenspezifische Artikel).
• Technische Unterstützung: Forschungs- und Entwicklungspersonal sowie technische Mitarbeiter helfen bei der Spezifizierung von Laminaten, Harzsystemen und Nachhärtungsprozessen, um die Leistungsziele zu erreichen.
• Qualität und Umfang: Die hauseigene Produktionskapazität ermöglicht die Abwicklung von Programmen mit niedrigem bis mittlerem Volumen und gleichbleibenden Lieferzeiten.

Beispiele und Anfragen finden Sie bei Supreem Carbon: https://www.supreemcarbon.com/

Praxisbeispiele und Fallstudien (was Sie in realen Bauteilen erwartet)

Beispiel 1 — Motorradverkleidung (Trocken-Carbon-Infusion): Typisches Ergebnis ist eine Gewichtsreduzierung von 30–50 % gegenüber serienmäßigem Fiberglas, bei bis zu 2–3-fach höherer Steifigkeit und ausreichender Haltbarkeit für den Straßenverkehr.

Beispiel 2 — Leichte Strukturhalterung (Prepreg/Autoklav): empfohlen, wenn das Bauteil hohen statischen oder zyklischen Belastungen ausgesetzt ist – Prepreg-Teile können eine höhere spezifische Steifigkeit und eine bessere Dauerfestigkeit bei höheren Kosten erreichen.

Zusammenfassung: Die richtige Wahl für Ihr Projekt treffen

Trockencarbon ist eine hervorragende Lösung, wenn Sie eine kosteneffiziente Kombination aus verbesserter Steifigkeit/geringem Gewicht und ansprechender Optik für Automobil- und Motorradteile benötigen. Prepreg gilt weiterhin als Goldstandard für maximale Strukturleistung, Wiederholgenauigkeit und zertifizierte Anwendungen. Die richtige Wahl hängt von den Belastungsfällen, der geforderten Haltbarkeit, den Oberflächenerwartungen und dem Budget ab. Um Leistungslücken zu schließen und Überraschungen zu vermeiden, sollten Sie klare Spezifikationen bereitstellen und mit einem Lieferanten zusammenarbeiten, der Erfahrung mit dem gewählten Herstellungsverfahren hat.

Häufig gestellte Fragen (FAQ)

1. Ist trockener Kohlenstoff schwächer als Prepreg-Kohlenstoff?

Im Allgemeinen ja, auf Laminatebene beim Vergleich ähnlicher Lagenaufbauten: Prepreg-/Autoklav-Bauteile erreichen üblicherweise höhere Faservolumenanteile und einen geringeren Porenanteil, was zu einer höheren Laminatfestigkeit und -steifigkeit führt. Gut gefertigte, trocken laminierte Carbonbauteile können jedoch die Leistungsanforderungen vieler weniger kritischer Strukturbauteile erfüllen oder sogar übertreffen.

2. Wie viel Gewicht kann ich einsparen, wenn ich von Fiberglas auf Trockenkohlenstoff umsteige?

Typische Gewichtseinsparungen liegen je nach Bauteilgeometrie und erforderlicher Steifigkeit im Bereich von 30–60 %. Die genauen Einsparungen hängen vom Faseraufbau, der Dicke und den Leistungszielen ab.

3. Können beschädigte Teile aus Trockenkohlenstoff repariert werden?

Ja. Trockenreparaturen an Carbonlaminaten (Harzinjektion, Ausbesserung, Vakuumsackverfahren) sind gängige Verfahren. Der Reparaturaufwand hängt vom Ausmaß des Schadens und der Beeinträchtigung der strukturellen Integrität ab – bei kritischen Bauteilen wird eine fachgerechte Reparatur oder ein Austausch empfohlen.

4. Sind Trockencarbon-Teile für den Einsatz auf der Rennstrecke oder im Rennsport geeignet?

Viele Rennteams verwenden sowohl Trockencarbon- als auch Prepreg-Bauteile. Für nicht tragende Aerodynamik-Teile und Verkleidungen wird üblicherweise hochwertiges Trockencarbon eingesetzt. Für primäre Strukturbauteile und Fahrwerkskomponenten werden Prepreg-/Autoklav-Bauteile aufgrund ihrer gleichbleibenden Leistung und Dauerfestigkeit bevorzugt.

5. Was sollte ich spezifizieren, um eine gleichbleibende mechanische Leistung von einem Lieferanten sicherzustellen?

Geben Sie den Zielfaservolumenanteil, den zulässigen Porenanteil, die Stapelfolge bzw. die Laminateigenschaften, die Prüfanforderungen (z. B. Ultraschall), die Toleranzen der Oberflächenbeschaffenheit und die Umgebungsbedingungen an. Besprechen Sie die Produktionskontrollen und Qualitätssicherungsverfahren mit dem Lieferanten.

6. Wie viel teurer ist Prepreg im Vergleich zu Trockenkohlenstoff?

Die Kosten variieren je nach Region und Produktionsmenge, aber Prepreg-/Autoklav-Teile sind bei geringen Produktionsmengen üblicherweise 2- bis 5-mal teurer als vergleichbare Dry-Lay-/Infusion-Teile, da Materialkosten, Autoklavierzeit und strengere Prozesskontrollen anfallen.

Kontakt & Produktanfrage

Wenn Sie Kohlefaserbauteile spezifizieren und Hilfe bei der Auswahl von Verfahren, Laminierungsoptionen oder Lieferanten benötigen, wenden Sie sich an Supreem Carbon für Beratung, Prototypen und Produktionsangebote. Besuchen Sie https://www.supreemcarbon.com/, um die Produktkategorien anzuzeigen (Motorrad aus KohlefaserTeile, Carbonfaser-Automobilteile, kundenspezifische Carbonfaserteile) und fordern Sie ein Angebot an. Bei technischen Anfragen geben Sie bitte die gewünschten Leistungsziele (Steifigkeit/Festigkeit), die zu erwartenden Belastungen und die Oberflächenbeschaffenheit an.

Verweise

• CompositesWorld – Prozessauswahl: Prepreg oder Infusion? https://www.compositesworld.com/articles/process-selection-prepreg-or-resin-infusion (abgerufen am 27.11.2025)
• Hexcel – Produktinformationen zu Prepregs. https://www.hexcel.com/Products/Prepregs (abgerufen am 27.11.2025)
• Toray – Produktinformationen zu Kohlefaserprodukten. https://www.toray.com/products/carbon/ (abgerufen am 27.11.2025)
• Engineering Toolbox – Dichten gängiger Werkstoffe. https://www.engineeringtoolbox.com/density-solids-d_1265. (Zugriff: 27.11.2025)
• MatWeb – Datenbank für Materialeigenschaften (Datenblätter für Verbundwerkstoffe und Fasern). https://www.matweb.com/ (Zugriff: 27.11.2025)