CHRISTOPHORUS | 359

WERKSTOFFE

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Aus heißen Öfen

Keramiken aus Siliziumkarbid, Kohlefasern oder Magnesium –

ein Porsche besteht aus mehr als Stahl und Aluminium. Weissacher Werkstoffexperten suchen

permanent nach dem optimalen Material für jede einzelne Komponente.

Text Johannes Winterhagen Fotografie Bettina Keidel

ENDPRODUKT:

Keramikbremsscheibe

des 911 GT3 RS (997)

ROHSTOFFE:

Kohlenstofffasern

und Silizium für

eine Bremsscheibe

E

in paar federleichte schwarze Flocken und ein silberfarbenes

Pulver. Ein Band, wenige Millimeter

breit, das aussieht, als könne man Geschenke

damit einpacken. Ein metallisches Granulat.

Und daraus soll ein Porsche werden? Nicht ein

ganzer natürlich, aber entscheidende Komponenten: eine

Bremsscheibe, eine Fronthaube, ein Cabrioverdeck.

Eine Torte, gebacken von einem Meisterkonditor, verrät

oft nicht auf den ersten Blick, aus welch exquisiten Zutaten

sie hergestellt wurde. Und dennoch: Wochen, ja Monate

können vergehen, bis die Backmischung stimmt. Ähnlich

gehen Bauteilentwickler in Zusammenarbeit mit Werkstoffexperten

bei Porsche vor. „Es geht darum, für das jeweilige

Bauteil das richtige Material und den richtigen

Verarbeitungsprozess zu finden“, erläutert Dr. Robert

Volz, Abteilungsleiter der Werkstofftechnik-Vorentwicklung

in Weissach. Eine kleine, schlagkräftige Truppe der

Werkstofftechnik unterstützt die Entwicklungsingenieure

bei der Werkstoffauswahl.

Beginnen wir mit den schwarzen Flocken. Es handelt sich

um reinen Kohlenstoff, zu Fasern verarbeitet, beschichtet

und dann auf eine Länge von neun Millimetern zerkleinert.

Mit einigen anderen Zutaten, so geheim gehalten wie

in der Spitzenküche üblich, verarbeitet man sie zu einem

Teig und füllt diesen in eine Form. Anschließend wird der

Teig verpresst und bei 200 Grad Celsius unter Druck ausgehärtet.

Nach diesem Prozess kann auch der Laie erkennen,

dass hier eine Bremsscheibe entsteht.

Die Bremsscheiben durchlaufen einen weiteren Backofen.

Unter Stickstoffatmosphäre ist bei 900 Grad Celsius eine

hochfeste Carbonscheibe entstanden, die nun mechanisch

bearbeitet wird: der richtige Zeitpunkt, die Löcher für

Belüftung und Wasserabfuhr einzubringen. Dann kommt

Silizium ins Spiel, gewonnen aus Sand, nun flüssig, vom Carbon

aufgesogen wie Wasser von einem Schwamm. Der

Grund für den Durst: Das Bauteil wirkt zwar wie aus einem

Guss, verfügt aber über Millionen winzige Kapillaren zwischen

den miteinander verbundenen Faserschnipseln.

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ROHSTOFF:

Spule mit Carbonfasern

für eine

Fronthaube

ENDPRODUKT:

Carbon-Fronthaube

eines 911 GT2 RS

Und wieder kommt die Scheibe in den Ofen, diesmal bei

über 1400 Grad Celsius. Das Silizium reagiert mit den

Oberflächen der Faserschnipseln, dort entsteht das keramische

Material Siliziumkarbid. Das Ergebnis: eine Bremsscheibe,

die die hohe thermische Beständigkeit und Verschleißfestigkeit

einer Keramik mit der mechanischen

Festigkeit der Kohlenstofffasern verbindet – und auch vor

der 73sten Kurve des Nürburgrings unverändert zupackt.

Hochleistungs-Graugussbremsen sind nicht unbedingt

schlechter, bei starker Beanspruchung muss der Fahrer aber

das Bremspedal stärker durchtreten. Der Hauptvorteil liegt

aber in der Gewichtsreduzierung: Die keramischen Bremsscheiben

sind 50 Prozent leichter.

Aber auch in alltagstauglichen Rennfahrzeugen wie dem

911 GT2 RS kommt CFK (carbonfaserverstärkter Kunststoff

) immer häufiger zum Einsatz. Zum Beispiel bei der

Fronthaube, die mehr als zwei Kilogramm leichter ist als ihr

Aluminium-Pendant des Basisfahrzeugs. Bei der Herstellung

der Haube werden die Fasern nicht zerkleinert, sondern

zu einem Gewebe verwebt und mit einem Kunststoff harz getränkt.

Von Hand zugeschnitten, werden mehrere Lagen des

imprägnierten Gewebes in das Formwerkzeug eingelegt,

dann mit Druck und Temperatur gebacken. Dabei kommt

eine Art Dampfkochtopf zum Einsatz, Autoklav genannt.

Nach mehreren Stunden ist alles so weit ausgehärtet, dass das

Bauteil geschliffen und lackiert werden kann.

Mit Kohlenstofffasern verstärkte Kunststoffe verbinden extreme

Festigkeit mit sehr niedrigem Gewicht. Super-Leichtbau,

wie ihn Porsche beim 918 Spyder betreiben wird, ruft

geradezu nach dem im Motorsport bewährten Material.

Für künftige CFK-Anwendungen arbeiten die Porsche-

Ingenieure an neuen, zeitsparenden Verfahren. So wird das

Monocoque des 918 Spyder nach dem Prinzip des Resin

Transfer Moulding (RTM) hergestellt werden. Dabei liegen

die verwebten Kohlenstoffgewebe in der Form, das Harz

wird eingespritzt und das Ganze dann 20 Minuten gegart.

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ROHSTOFF:

Magnesiumchips

für Teile eines

Cabriodachs

ENDPRODUKT:

Cabriodach des 911

Carrera (991) mit

Magnesiumstreben

Das richtige Material an der richtigen Stelle heißt auch: Je

weiter vom Fahrzeugschwerpunkt entfernt, desto wertvoller

ist eine Leichtbaumaßnahme – zumindest bei Sportwagen,

bei denen Agilität absolute Priorität hat.

Kein Wunder also, dass Porsche sich beim Dach des neuen

911 Cabrios für eine Tragstruktur aus Magnesium entschieden

hat. Das Leichtmetall ist viereinhalb Mal leichter als

Eisen. Die breiten Querspriegel, die dem Stoffverdeck des

911 eine Stabilität verleihen, wie man sie sonst nur von faltbaren

Hardtops kennt, entstehen im bewährten Druckgussverfahren:

Magnesiummasseln werden eingeschmolzen, die

heiße Schmelze, angereichert um geringe Mengen anderer

Zutaten, gießt man unter hohem Prozessdruck dann in eine

Form, in der sie zu der gewünschten Geometrie erstarrt. Für

einen Teil der Streben des Verdecks, die die Spriegel miteinander

verbinden, kommt ein Verfahren zum Einsatz, das

bei den Fachleuten Thixomoulding heißt. Hierbei befindet

sich das Magnesium gerade im Übergang zwischen einem

festen zu einem flüssigen Zustand, also im teigigen thixotropen

Zustand. Dieser Teig wird über eine Extruder-Schnecke

in die Form gedrückt und härtet dann beim Abkühlen aus.

Im Gegensatz zu einem Druckgussverfahren bilden sich

weniger Lunker, wie Lufteinschlüsse in der Gießereifachsprache

heißen. Daher können die Streben sehr schlank und

gewichtssparend ausgeführt werden.

In Summe bekommt der Kunde mit dem neuen Elfer-Cabrio

zwar kein leichteres Verdeck als zuvor, es wiegt nach wie vor

rund 36 Kilogramm. Doch Akustik und Langzeitstabilität

übertreffen das bereits sehr gute Verdeck deutlich. „Mehr

Funktion pro Kilogramm“, steht für dieses Vorgehen. Autos,

die mehr können, ohne mehr zu wiegen: keine Vision, sondern

heute Realität bei Porsche.

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911 CARRERA CABRIOLET (TYP 991), Motor: Sechszylinder-Boxer-Motor, Hubraum: 3436 cm 3 , Leistung: 257 kW (350 PS),

Max. Drehmoment: 390 Nm bei 5600/min, 0–100 km/h: 5,0 (4,8*) s, Höchstgeschwindigkeit: 286 (284*) km/h, CO2-Emission: 217 (198*) g/km, Verbrauch innerorts:

13,1 (11,4*) l/100 km, außerorts: 7,0 (6,7*) l/100 km, kombiniert: 9,2 (8,4*) l/100 km. * mit Porsche-Doppelkupplungsgetriebe

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