Technische Universität Dresden Stricken mit Carbon

Das Gerät, das in der Halle des Instituts für Leichtbau und Kunststofftechnik an der TU Dresden steht, sieht aus wie eine überdimensionale Fahrradfelge oder eine Riesen-Strickliesel. Tatsächlich wird auf dieser Hochgeschwindigkeits-Radialflechtanlage etwas geflochten - nur keine Wolle, sondern Carbonfasern. So legt die Maschine, die auch an die Science Fiction-Serie "Stargate" erinnert, die Grundlage für die Werkstoffe der Zukunft. Für "LexiTV extra" (14.12. 15.00 Uhr) haben wir sie besucht.

Flechtrad für Carbonfasern im Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik der TU Dresden.
Bildrechte: Tilo Weiskopf

Die Werkstoffe der Zukunft sollen, wenn es nach den Wissenschaftlern der Technischen Universität Dresden geht, vor allem eines sein: so leicht und gleichzeitig so stabil wie nur möglich. Deshalb forschen sie an sogenannten Leichtbauwerkstoffen. Dabei beschäftigen sie sich ganz besonders mit einem High-Tech-Stoff: der Carbonfaser als Grundlage für die neuartigen Werkstoffe. Daraus sollen später Häuser entstehen, die viel langlebiger sind als Stahlbetonbauten. Aber auch Autos, Fahrräder oder Flugzeuge, die zum Teil heute schon diese Technologie benutzen.

Carbonfaser Carbonfasern sind industriell hergestellte Fasern aus kohlenstoffhaltigen Ausgangsmaterialien, die chemikalisch behandelt werden. Sie gelten als besonders fest und stabil. Eine Carbonfaser hat einen Druchmesser von von etwa 5–9 Mikrometer. Sie werden zuammengefasst und zu Geweben, Gelegen oder Geflechten verarbeitet. Die Fasern werden vor allem zur Herstellung von carbonfaserverstärktem Kunststoff benutzt.

Dabei ist die Idee hinter den Verbundwerkstoffen Jahrtausende alt. Auch ein Lehm-Stroh-Gemisch, aus dem Hütten gebaut werden, gehört theoretisch dazu – hat aber mit den Leichtbauwerkstoffen, die am Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik der TU Dresden entstehen, praktisch nichts zu tun. Dabei geht es um sogenannte Faserverbundstoffe. Diese bestehen im Prinzip immer aus zwei Komponenten: Einer Matrix - wie etwa Beton - und einer Bewehrung bzw. einer Verstärkungsstruktur - wie beispielsweise Stahl oder eben Carbon. Die Bewehrung trägt die Lasten, nimmt Zug- und Druckspannung auf. Die Matrix bettet die Bewehrung ein - sie wird quasi von der Matrix umschlossen. So schützt sie die Bewehrung vor Umwelteinflüssen, macht sie formstabil - denn Stahl oder Carbon würde sich sonst verbiegen - und verteilt die Kraft gleichmäßig.

Leichtbau für unseren Alltag

Doch damit Carbon zu einer Bewehrung werden kann, müssen die Fasern zunächst in eine Form gebracht werden, die von Beton oder Kunststoff umschlossen werden kann. Dazu nutzen die Wissenschaftler ihre Hochgeschwindigkeits-Radialflechtanlage. Mit ihrer Hilfe entsteht eine geflochtene Verstärkungsstruktur aus den Carbonfasern. Sie wird um einen Hohlkörper herum geflochten. So kann zum Beispiel ein Rohr aus einem Faserverbundstoff entstehen, indem zuerst am Flechtrad die Verstärkungsstruktur geflochten wird. Diese wird dann später mit einer Matrix kombiniert, zum Beispiel einem Kunstharz. Ähnliche Leichtbau-Hohlstrukturen werden bei Fahrradrahmen, Tanks, teilweise Autos und vor allem bei modernen Flugzeugen verwendet. Denn die Leichtbauweise mit carbonfaserverstärktem Kunststoff ist vergleichsweise teuer. Das zu ändern, daran arbeiten die Forscher an der TU Dresden.

Hochgeschwindigkeits-Radialflechtanlage - Anlage am Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik der Technischen Universität Dresden
- Flechtrad-Größe rund sieben Meter
- 288 Klöppel
- ermöglicht Überflechten von Bauteilkernen mit Faserverbundstrukturen mit einem Durchmesser bis zu 4,20 Meter und einer Länge bis zu 28 Meter
- ermöglicht Überflechten mit Carbon oder Glasfaser