Wie Carbonfaserhelme hergestellt werden: Herstellungsprozess

Wie Carbonfaserhelme hergestellt werden: Herstellungsprozess

Warum einen Helm aus Kohlefaser wählen?

Carbonfaserhelme werden für ihr außergewöhnliches Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht, ihre elegante Optik und ihre Fähigkeit, Aufprallkräfte zu absorbieren und zu verteilen, geschätzt. Sowohl für Fahrer als auch für Hersteller signalisiert der Begriff Carbonfaserhelm hohe Qualität: Geringeres Gewicht verbessert den Komfort und reduziert Nackenermüdung, und die Verbundschale bietet ein hervorragendes Energiemanagement bei Stößen. Dieser Artikel erklärt praxisnah und detailliert, wie Carbonfaserhelme hergestellt werden – die Materialien, die Produktionsschritte, die erforderlichen Tests zur Einhaltung der Sicherheitsstandards und worauf bei der Auswahl oder Spezifikation individueller Carbonhelmschalen zu achten ist.

Materialien für Carbonfaserhelme: Was steckt in der Schale?

Ein hochwertiger Carbonfaserhelm beginnt mit den richtigen Materialien. Hersteller verwenden typischerweise eines oder mehrere der folgenden Materialien:

• Kohlefasergewebe (gewebt oder unidirektional) – sorgt in Kombination mit Harz für Steifigkeit, Zugfestigkeit und Schlagfestigkeit.
• Prepreg-Kohlefaser— Faser, die bereits mit einem speziellen Harzsystem (Epoxid) imprägniert und bei niedriger Temperatur teilweise ausgehärtet ist; bietet einen konsistenten Harzgehalt und überlegene Leistung bei der Autoklavenaushärtung.
• Harze – aufgrund ihrer Zähigkeit und Haftung vor allem Epoxidsysteme für hochwertige Helme; Polyester- oder Vinylesterharze sind bei hochwertigen Motorradhelmen weniger verbreitet.
• EPS-Innenfutter (expandiertes Polystyrol) – das knautschbare Innenfutter, das die Aufprallenergie innerhalb der Schale reguliert.
• Komfortfutter, Rückhaltesysteme, Visiere und Verkleidungsmaterialien – integriert, nachdem die Schale die Strukturtests bestanden hat.

Die Wahl von Prepreg-Materialien gegenüber Nasslaminat beeinflusst die Wiederholbarkeit, Festigkeit und Kosten der Fertigung. Prepregs werden bei der Herstellung hochwertiger Kohlefaserhelme bevorzugt, da sie eine bessere Kontrolle des Faser-Harz-Verhältnisses und eine bessere Porenreduzierung während der Autoklavhärtung ermöglichen.

Design und Werkzeuge für Kohlefaserhelme

Design und Werkzeuge sind grundlegend. Hersteller erstellen CAD-Modelle, die Schalengeometrie, Belüftung, Visierschnittstellen und EPS-Passform berücksichtigen. Der Werkzeugprozess erzeugt eine Positivform (Master) und anschließend langlebige Produktionsformen aus Metall (Aluminiumwerkzeuge) oder Hochtemperaturverbundwerkstoffen. Präzisionsformen gewährleisten eine gleichbleibende Schalendicke und Passungstoleranz über die gesamte Produktion hinweg – entscheidend für Sicherheit und Zertifizierung.

Laminiermethoden: Prepreg vs. Nasslaminat für Kohlefaserhelme

Die Layup-Methode definiert, wie die Kohlefasern angeordnet und mit Harz benetzt werden. Dabei kommen zwei grundlegende Ansätze zum Einsatz:

Prepreg-Layup (bevorzugt für High-End-Helme aus Kohlefaser)

Beim Prepreg-Layup werden vorgeschnittene Carbonfaser-Prepreg-Platten auf die Form gestapelt. Die Lagenausrichtung (0°, 45°, 90°) wird so gewählt, dass Schlagfestigkeit und Steifigkeit optimiert werden. Die Schichten werden sorgfältig mit Vakuum entlüftet, um eingeschlossene Luft zu entfernen und einen engen Kontakt mit der Formoberfläche zu gewährleisten. Allgemeine Vorteile:

• Präziser Harzgehalt und Faserausrichtung
• Geringerer Porengehalt nach der Aushärtung
• Überlegene mechanische Eigenschaften und Wiederholbarkeit

Nasslaminat und Harzinfusion

Beim Nasslaminieren werden trockene Gewebe auf die Form gelegt und das Harz manuell aufgetragen oder unter Vakuum infundiert (Vakuum-unterstütztes Harztransferformen – VARTM). Diese Methode ist oft kostengünstiger, erfordert aber eine strenge Prozesskontrolle, um überschüssiges Harz oder Hohlräume zu vermeiden. Die Infusion kann bei einigen Helmdesigns gute Ergebnisse erzielen, aber die Prepreg-Autoklavierung bleibt der Goldstandard für hochwertige Helme, die als Kohlefaserhelme bezeichnet werden.

Formen und Aushärten: Aus dem Layup eine Strukturschale machen

Sobald das Layup abgeschlossen ist, wird die Helmschale ausgehärtet. Typische Aushärtungsschritte für einen Kohlefaserhelm sind:

1. Vakuumverpacken/Entlasten – entfernt eingeschlossene Luft und verdichtet die Lagen für eine gleichmäßige Dicke.
2. Autoklavenhärtung (für Prepreg) – Durch die Anwendung von Hitze und Druck (oft 5–7 bar) in einem Autoklaven wird das Laminat verfestigt und das Harz ausgehärtet, was zu hohen Faservolumenanteilen und geringem Hohlraumgehalt führt.
3. Ofenhärtung (für einige Harzsysteme oder Nachhärtung) – wird verwendet, wenn kein Autoklav verfügbar ist; kann eine Nachhärtungsphase zur Optimierung der Harzeigenschaften umfassen.

Im Autoklaven gehärtete Schalen weisen im Vergleich zu nicht im Autoklaven gehärteten Teilen typischerweise eine höhere interlaminare Festigkeit und eine verbesserte Schlagfestigkeit auf. Aus diesem Grund entscheiden sich viele Hersteller, die in Leistung und Zertifizierung investieren, für diesen Weg.

Besatz, Verstärkung und EPS-Integration in Carbonfaserhelmen

Nach dem Aushärten werden die Schalen aus den Formen genommen und beschnitten, um Kanten zu säubern, Visieröffnungen zu schneiden und Befestigungselemente vorzubereiten. Verstärkungen (z. B. dickere Lagenstapel) werden an stark beanspruchten Stellen angebracht: Visierhalterungen, Kinnbügelschnittstellen und Halteanker. Die EPS-Innenschale wird passend zum Schaleninneren geformt und mit Klebstoffen befestigt, die ihre Leistung auch bei Temperatur- und Feuchtigkeitsschwankungen aufrechterhalten.

Oberflächenveredelung und Lackierung für Carbonfaserhelme

Viele Fahrer wünschen sich sichtbare Carbonfasergewebe, daher umfasst die Lackierung oft eine Klarlackierung. Die Schritte umfassen typischerweise Schleifen, das Füllen kleiner Unebenheiten mit kompatiblen Füllstoffen, Grundierung, Basislack (falls farbig) und mehrere Klarlackschichten für UV- und Abriebfestigkeit. Hochwertige Lackierungen erfordern sorgfältiges Abdecken der Lüftungsöffnungen und Präzision an den Befestigungspunkten, um Passform und Funktion zu erhalten.

Inspektion und Qualitätskontrolle für jeden Carbonfaserhelm

Qualitätskontrolle ist unerlässlich. Zu den wichtigsten Inspektionen gehören:

• Sichtprüfung auf Hohlräume, Delamination und kosmetische Mängel.
• Maßprüfungen, um die Kompatibilität von Visier und Zubehör sicherzustellen.
• Zerstörungsfreie Prüfungen (NDT) wie Ultraschall- oder Klopfprüfungen zum Erkennen von Defekten unter der Oberfläche.
• Zufällige zerstörende Prüfung der mechanischen Eigenschaften und Validierung der Zertifizierung.

Hersteller führen eine statistische Prozesskontrolle (SPC) für kritische Variablen durch: Prepreg-Charge, Aushärtungszyklus, Druck/Temperatur im Autoklaven und Vakuumintegrität.

Sicherheitstests und Normen für Carbonfaserhelme

Die Einhaltung gesetzlicher und freiwilliger Sicherheitsstandards ist für den Verkauf von Motorradhelmen in vielen Märkten obligatorisch. Zu den gängigen Standards gehören:

• DOT FMVSS 218 (USA) – ein verbindlicher Standard mit Schwerpunkt auf Aufpralldämpfung, Durchdringungswiderstand und Festigkeit des Rückhaltesystems.
• ECE 22.06 (Europa) – aktualisierte Testprotokolle, einschließlich verbesserter Schrägaufpralltests zur Steuerung der Rotationsbeschleunigung.
• Snell M2020/M2015 (freiwillig) – verwendet für Rennhelme oft strengere Energiestufen und mehrere Aufpralle.

Hersteller entwickeln Schichtaufbauten und EPS-Profile, um diese Tests zu bestehen. Berücksichtigung schräger Aufprallkräfte (Rotationsbeschleunigung) hat das Interesse an mehrschichtigen EPS-Linern, scherkraftreduzierenden Linern und Schalengeometrien zur Bewältigung von Rotationskräften erhöht.

Leistungsvergleich: Carbonfaserhelm vs. Alternativen

Nachfolgend finden Sie einen kurzen Vergleich gängiger Helmschalenmaterialien, der Käufern und Planern die Abwägung erleichtert. Die Daten stellen repräsentative Bereiche dar; die tatsächlichen Werte hängen vom Design und Herstellungsprozess ab.

Quellen für Vergleichseigenschaften sind Industrienormen und Materialhandbücher (Quellen siehe Ende des Artikels).

Herstellungsprobleme und häufige Mängel bei Kohlefaserhelmen

Hochleistungshelme aus Kohlefaser erfordern eine sorgfältige Kontrolle. Zu den häufigsten Problemen bei der Herstellung gehören:

• Hohlräume und trockene Stellen – verringern die Schlagfestigkeit und können durch schlechtes Staubsaugen oder ungleichmäßige Harzverteilung entstehen.
• Delamination – häufig verursacht durch Verunreinigungen, falsche Aushärtungszyklen oder unzureichende Konsolidierung.
• Inkonsistente Schalendicke – beeinträchtigt die strukturelle Leistung und die Zertifizierungskonformität.

Um diese Probleme zu lösen, sind robuste Werkzeuge, eine kontrollierte Umgebung (Temperatur/Luftfeuchtigkeit), qualifizierte Laminiertechniker und NDT-Fähigkeiten erforderlich.

Individualisierung und Branding von Carbonfaserhelmen

Carbonfaserhelme werden oft für OEMs, Rennteams und Enthusiasten individuell angepasst. Zu den Anpassungsoptionen gehören:

• Individuelle Schalenformen und Belüftung für optimale Aerodynamik.
• Einzigartige Carbongewebe oder farbige Harze zur optischen Differenzierung.
• Integrierte Befestigungspunkte für Kameras oder Kommunikationsgeräte.

Lieferanten, die mit OEMs zusammenarbeiten, sollten Möglichkeiten zur Kleinserienproduktion, Prototypenwerkzeuge und Lackier-/Formintegrationsdienste anbieten, um ein individuelles Carbonfaserhelmdesign vom Konzept bis zum zertifizierten Produkt zu entwickeln.

Umwelt- und Entsorgungsaspekte für Carbonfaserhelme

Kohlefaserverbundwerkstoffe lassen sich in herkömmlichen Verfahren nicht einfach recyceln. Hersteller können die Umweltbelastung reduzieren, indem sie den Materialeinsatz optimieren, möglichst recycelbare Kernmaterialien verwenden und Reparatur- oder Wiederaufbereitungsprogramme für Helme anbieten, die zwar strukturell intakt, aber optisch beschädigt sind. Die meisten betroffenen Helme sollten jedoch aus Sicherheitsgründen ausgemustert werden.

Wie Supreem Carbon Projekte zu Helmen und Teilen aus Kohlefaser unterstützt

Supreem Carbon wurde 2017 gegründet und ist auf kundenspezifische Kohlefaserteile für Autos und Motorräder spezialisiert. Das Unternehmen vereint Forschung und Entwicklung, Design, Produktion und Vertrieb, um hochwertige Produkte und Dienstleistungen anzubieten. Mit einer 4.500 Quadratmeter großen Fabrik und einem qualifizierten Team von 45 Produktions- und Technikmitarbeitern erzielt Supreem Carbon einen jährlichen Produktionswert von rund 4 Millionen US-Dollar. Das Unternehmen bietet über 1.000 Produkttypen an, darunter mehr als 500 kundenspezifische Kohlefaserteile.

Für Marken oder OEMs, die einen Fertigungspartner für Helmschalen aus Kohlefaser oder entsprechendes Zubehör suchen, bietet Supreem Carbon diese Vorteile:

• Integrierte Forschung und Entwicklung sowie Prototyping zur Entwicklung von Helmgeometrie, Layup-Plänen und Werkzeugen, die hinsichtlich Sicherheit und Gewicht optimiert sind.
• Erfahrung mit Prepreg-Layup, Autoklavenhärtung, Vakuuminfusion und Endbearbeitungsprozessen, um verschiedene Preis-Leistungs-Ziele zu erreichen.
• Kapazität für die individuelle Anpassung kleiner bis mittlerer Chargen und die Massenproduktion, unterstützt durch Qualitätskontrollsysteme und Testprotokolle.
• Produktpalette, die sich erstrecktMotorradteile aus Kohlefaser,Autoteile aus Kohlefaserund kundenspezifische Kohlefaserteile – die anwendungsübergreifende Design-Synergien und schnelle Iteration ermöglichen.

Die Vision von Supreem Carbon ist es, der weltweit führendeHersteller von Kohlefaserprodukten. Um kundenspezifische Helmschalen, Zubehörkomponenten oder größere Kohlefaserprojekte zu entdecken, besuchen Sie https://www.supreemcarbon.com/ oder kontaktieren Sie das Verkaufsteam über die Website.

Den richtigen Carbonfaserhelm auswählen: Checkliste für Käufer

Berücksichtigen Sie bei der Bewertung von Helmen aus Kohlefaser Folgendes:

• Zertifizierung: Stellen Sie sicher, dass der Helm DOT, ECE 22.06, Snell oder Ihrem lokal erforderlichen Standard entspricht.
• Konstruktion: Fragen Sie, ob die Schale aus Prepreg/Autoklav oder Nasslaminat besteht. Prepreg/Autoklav führt im Allgemeinen zu besserer Wiederholbarkeit und Festigkeit.
• Passform und Ergonomie: Die richtige Passform ist entscheidend für Leistung und Komfort.
• Gewicht vs. Kosten: Ultraleichte Schalen erzielen aufgrund der Materialien und der Autoklavverarbeitung hohe Preise.
• Nachsorge- und Ersatzrichtlinie: Helme sind nach einem erheblichen Aufprall Einweg-Sicherheitsgeräte.

Häufig gestellte Fragen (FAQ)

F: Sind Helme aus Kohlefaser sicherer als Helme aus Fiberglas oder Polycarbonat?

A: Sicherheit hängt von Design und Zertifizierung ab. Carbonfaserschalen bieten eine höhere Steifigkeit und ein hervorragendes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht. Die Gesamtsicherheit hängt jedoch vom Schalendesign, dem Energiemanagement der EPS-Innenschale und der Helmzertifizierung ab. Ein gut konstruierter Fiberglashelm kann den gleichen Sicherheitsstandard erfüllen wie ein Carbonfaserhelm; Unterschiede bestehen in der Regel im Gewicht und Preis.

F: Wie viel leichter ist ein Helm aus Kohlefaser im Vergleich zu anderen Materialien?

A: Carbonfaserschalen können je nach Design deutlich leichter sein – oft 10–30 % leichter als vergleichbare Fiberglasschalen und sogar noch leichter als Polycarbonatschalen. Die tatsächliche Gewichtsersparnis hängt von der Lagenzusammensetzung, der EPS-Dicke und dem Zubehör ab.

F: Kann ich einen beschädigten Helm aus Kohlefaser reparieren?

A: Kleine kosmetische Schäden können repariert werden, aber jeder Helm, der einem starken Aufprall ausgesetzt war, sollte ausgemustert werden. Strukturelle Schäden können versteckt sein und die Sicherheit beeinträchtigen. Wenden Sie sich an den Hersteller; die meisten Sicherheitsstandards empfehlen einen Austausch nach einem Aufprall.

F: Auf welche Zertifizierungen sollte ich bei einem Helm aus Kohlefaser achten?

A: Achten Sie auf den entsprechenden Aufkleber oder das entsprechende Etikett für Ihren Markt: DOT FMVSS 218 (USA), ECE 22.06 (Europa) oder Snell (freiwillige Prüfung nach höheren Standards). Rennorganisationen verlangen möglicherweise eine Snell-Zertifizierung oder zusätzliche Homologation.

F: Sind alle Carbonfaserhelme vollständig aus Carbonfaser?

A: Nicht unbedingt. Manche Helme verwenden eine Außenschicht aus Carbonfaser über anderen Verbund- oder Thermoplastsubstraten. Achten Sie darauf, ob die Schale vollständig aus Carbonfaser (strukturelles Carbonlaminat) oder einer Carbon-Optik-Schicht besteht, wenn Gewicht und Leistung für Sie Priorität haben.

Kontaktieren Sie uns / Produkte ansehen

Wenn Sie individuelle Helmschalen, Komponenten oder andere Carbonfaserteile entwickeln möchten, unterstützt Sie Supreem Carbon von der Konzeption bis zur zertifizierten Produktion. Besuchen Sie Supreem Carbon unter https://www.supreemcarbon.com/ und entdecken Sie die Produktlinien, darunterMotorrad aus KohlefaserTeile, Autoteile aus Kohlefaser und kundenspezifische Teile aus Kohlefaser oder kontaktieren Sie den Kundendienst über die Website, um ein Projekt zu besprechen.

Quellen

• DOT FMVSS 218 – US-Verkehrsministerium/National Highway Traffic Safety Administration (Sicherheitsnorm für Helme)
• ECE-Regelung 22.06 – Wirtschaftskommission der Vereinten Nationen für Europa (Prüfnorm für Motorradhelme)
• Snell Memorial Foundation – Protokolle für Helmtests und -zertifizierung
• CompositesWorld – Artikel zur Prepreg- und Autoklavverarbeitung für Verbundbauteile
• Journal of Composite Materials / Handbücher der Materialwissenschaft – allgemeine Eigenschaften und Prozesse von Verbundwerkstoffen
• Branchentestberichte und Verbrauchertests für Motorräder (Motorcycle Consumer News und Whitepaper der Hersteller)