Angesichts der globalen Klimaerwärmung und der zunehmenden Erschöpfung fossiler Brennstoffressourcen ist die Förderung grüner Energie und nachhaltiger Entwicklung zu einem globalen Konsens geworden. Als Produkt der modernen Industriegesellschaft steht die Automobilindustrie unter einem beispiellosen Druck, Energie zu sparen und Emissionen zu reduzieren. Der Leichtbau von Fahrzeugen ist daher ein wichtiger Ansatz zur Bewältigung dieser Herausforderungen. Zu den verschiedenen Leichtbaumaterialien gehören Kohlefaserverbundwerkstoff S zeichnen sich durch ihre außergewöhnliche spezifische Festigkeit, ihren spezifischen Modul und ihre Designflexibilität aus und finden breite Anwendung in der Automobilindustrie.

Anwendungen von Kohlefaserverbundwerkstoffen in Automobilen

1. Strukturkomponenten der Fahrzeugkarosserie
Erstens im Hinblick auf Außenverkleidungen , Kohlefaserverbundwerkstoffe werden häufig in Teilen wie Türen Und Motorhauben Diese Komponenten müssen nicht nur hervorragende mechanische Eigenschaften aufweisen, sondern auch zahlreiche funktionale Anforderungen erfüllen, darunter Aerodynamik und Geräusch- und Vibrationseigenschaften. Durch die Entwicklung optimaler Kohlefaser-Layup-Schemata und die Auswahl leistungsstarker Harzmatrizen lässt sich das Gewicht der Komponenten reduzieren und gleichzeitig ihre Steifigkeit, Festigkeit und Schlagfestigkeit deutlich verbessern. Dies ermöglicht zudem eine optimierte Designästhetik.

Im Bereich Strukturkomponenten des Karosserierahmens Aufgrund ihrer herausragenden spezifischen Festigkeit und ihres spezifischen Elastizitätsmoduls können Kohlefaserverbundwerkstoffe herkömmliche Metallwerkstoffe ersetzen. Durch fortschrittliche Form- und Fügeverfahren ist eine integrierte Fertigung des Karosserierahmens möglich, wodurch die Anzahl der Verbindungen deutlich reduziert und sowohl die strukturelle Integration als auch das Leichtbauverhalten verbessert werden. Beispielsweise verfügt ein Automobil über eine Fahrgastzelle aus Kohlefaserverbundwerkstoff und erreicht durch modulares Design und Prozessoptimierung bis zu 62 % Gewichtsreduzierung Gleichzeitig wird die Crashsicherheit um mehr als 30 % verbessert.

2. Fahrwerksysteme
In Federungssysteme , sind Kohlefaserverbundwerkstoffe eine ausgezeichnete Materialwahl für Schlüsselkomponenten wie Federn, Stoßdämpfer und Querlenker. Nehmen wir Stoßdämpfer als Beispiel: Die aus Kohlefaserverbundwerkstoffen hergestellten sind nicht nur leichter, sondern weisen auch 2–3 mal höhere Ermüdungsbeständigkeit, was zu einer reaktionsschnelleren und komfortableren Federungsdynamik führt. Durch den Einsatz von Stoßdämpfern aus Kohlefaserverbundwerkstoff kann das Gewicht des Federungssystems um 15 %–25 % während Stöße und Vibrationen reduziert werden durch 10–15 % , wodurch der Fahrkomfort effektiv verbessert wird.

3. Antriebssysteme
Motorabdeckungen aus Kohlefaserverbundwerkstoffen werden zunächst durch Einlegen von Prepreg- oder Trockenfasern in eine Form geformt. Anschließend werden sie bei hohen Temperaturen und hohem Druck ausgehärtet, um eine leichte Abdeckung zu bilden, die sich eng an die Konturen des Motorraums anpasst. Im Vergleich zu herkömmlichen Materialien wie Aluminiumlegierungen können Motorabdeckungen aus Kohlefaserverbundwerkstoffen um 30–40 % leichter und die Steifigkeit um 20–30 % erhöht werden. Dadurch werden Vibrationen und Lärm effektiv reduziert und das NVH-Verhalten (Noise, Vibration and Harshness) des Motorraums verbessert.

Im automobilen Leichtbau sind die Auswahl und Optimierung der Formgebungsverfahren entscheidend für eine effiziente Fertigung und die Herstellung leistungsstarker Komponenten. Gängige Verfahren sind Formpressen, Filamentwickeln und Pultrusion. Beim Formpressen werden Prepregs oder Trockenfasern mithilfe von Formen und Druck mit einer Harzmatrix verbunden, wodurch Verbundkomponenten mit komplexen Formen und hervorragenden Eigenschaften entstehen. Dieses Verfahren eignet sich für die Großserienproduktion und erreicht hohe Effizienz und Maßgenauigkeit. Durch den Einsatz von Formpressen lässt sich die Produktionseffizienz von Verbundkomponenten um 20–30 % steigern und die Maßtoleranzen auf ±0,2 mm begrenzen.

Beim Filamentwickeln werden Endlosfaserbündel mit Harz imprägniert und entlang vorgegebener Bahnen auf einen Dorn gewickelt. Nach dem Aushärten entstehen hohle Verbundbauteile. Dieses Verfahren ermöglicht eine präzise Steuerung der Faserausrichtung und damit die Herstellung hochfester, steifer Rohr- und Zylinderteile. Darüber hinaus verbessert das Filamentwickeln die Materialausnutzung deutlich und reduziert Abfall, wodurch die Materialeffizienz um 30–40 % steigt.