Sie tauchen immer öfter an braungebrannten Handgelenken modebewusster Promis auf oder in den Auslagen exklusiver Papeterien. Carbonfasern geben teuren Uhren genauso ein unverwechselbares Gesicht wie edlen Schreibgeräten. Die schwarzen Fasergeflechte, eingebettet in hochglanzpolierte Matrix, verbreiten einen edlen Hauch von Luxus und Lifestyle.
Und die Szene schätzt, genauso wie die industrielle Welt, den einzigartigen Vorteil von Carbon: Die Leichtigkeit des Seins gepaart mit dem Aussehen und der Attitüde unnachgiebiger Härte.
Carbonfaserverstärkte Kunststoffe oder als Hybridwerkstoffe in Verbindung mit stützendem Metallkorsett sind die Konstruktionswerkstoffe des Jahrzehnts. So beziffert das weltweit renommierte Netzwerk Carbon Composites e.V. eine Zunahme von Carbonfasern von 42 000 Tonnen im Jahr 2012 auf 130 000 Tonnen in 2020.
Nicht umsonst: Beginnend beim wagemutigen Traum des Boeing Dreamliners, haben sie mittlerweile die automobile Serienweihe erhalten. Der «i3» von BMW als reines E-Fahrzeug für die urbane Welt konnte nur durch die enge Partnerschaft eines Automobilisten mit einem Carbonfaserhersteller, SGL Carbon, realisiert werden; getrieben vom Zwang, Gewicht und damit Energie einzusparen.
Eine Zusammenarbeit, die Prof. Clemens Dransfeld von der Fachhochschule Nordwestschweiz als wichtigen und richtigen Schritt nach vorne interpretiert: «Über dieses Joint-Venture verantwortet alleine BMW indirekt rund ein Achtel der weltweiten Carbonfaserproduktion.» Ebenfalls den Leichtbaugedanken sieht Martin Riediker von der Kommission für Technologie und Innovation (KTI) des Bundes an erster Stelle, wenn es um den zukünftigen und vermehrten Einsatz von Composites geht: «Im weitesten Sinn ist der Haupttreiber für diese Entwicklung der Energiepreis. Jedes Kilo Gewichtsreduktion führt zu einer Kosteneinsparung bei der Energie.»
Tausendsassa für ein breites Einsatzgebiet
Differenzierter betrachtet Jon Andri Jörg, CEO der Connova AG, den möglichen Siegeszug von Carbon & Co. Sein Unternehmen ist als Engineeringdienstleister und Lohnfertiger ein ausgewiesener Composite-Spezialist. Er sieht unter anderem im Medizinalbereich und im Maschinenbau ein Frühlingserwachen: «Hier geht es nicht um Energieeffizienz, sondern um Maschinenperformance. Dabei kann es sich um beschleunigte Masse genauso handeln wie um Dämpfungseigenschaften oder Röntgentransparenz. Die Hochleistungsfaserverbundwerkstoffe kommen da zum Einsatz, wo der klassische Werkstoff Stahl seine ganz klaren Grenzen hat.»
Stève Mérillat, Geschäftsführer des nationalen thematischen Netzwerkes Carbon Composites Schweiz (CC Schweiz), teilt diese Meinung: «Der sehr niedrige thermische Ausdehnungskoeffizient spricht beispielsweise für den Einsatz in Messmaschinen. Aber auch im Bereich der Schwingungsdämpfung hat Carbonfaser ein grosses Potenzial, das bisher noch kaum angegangen wurde.»
Bereits diese Aussagen machen deutlich, dass die Hightech-Faserverbundwerkstoffe als Tausendsassas gehandelt werden, quer über viele Branchen hinweg. Wobei zwei ganz klare Stossrichtungen herausragen: Sie sind dort gefordert, wo es um Leichtbaukonzepte und daher im weitesten Sinne um Energieeffizienz geht. Und sie werden ihre grosse Chance haben als Substitut von Stahlkonstruktionen.
Aber nur dann, wie Jon Andri Jörg betont, wenn ein innovatives, eigenes Produkt entsteht: «Alles andere ist nur Kopie und hat keine Aussicht auf langfristige Wertschöpfung.» Sinnfälliges Beispiel ist für ihn ein Unternehmen aus der Baubranche, das Armierungseisen aus Stahl für Balkonaufbauten durch Carbon ersetzt. Es werden dadurch Kältebrücken in der Aussenhülle vermieden und nur deshalb erfüllt die Konstruktion die Forderungen eines Minergiehausstandards.
Der momentane Hype rund um die Composites, primär ausgelöst und getragen von den Aktivitäten der Aerospace- und Automotive-Industrie, lässt laut Clemens Dransfeld die Preise der Carbonfaser kontinuierlich purzeln: «Das wiederum eröffnet den Weg für neue Anwendungen, die früher schlichtweg undenkbar, da zu teuer waren.»
Das klingt erst einmal gut, erreicht allerdings nicht jedes Unternehmen gleichermassen, wie Stève Mérillat zu bedenken gibt: «Die KMU stehen hier erst noch am Anfang der Entwicklung und können aufgrund der geringen Stückzahlen kaum von gesunkenen Preisen profitieren. Deshalb spielt der Kostenfaktor bei den Projekten immer noch eine grosse Rolle.»
Aber gerade darauf möchte sich Jon Andri Jörg mit seinen Produkten nicht reduziert sehen: «Ich habe einen Kunden, der hat ein Blechteil im Wert von wenigen Hundert Franken durch ein 20 000 Franken teures CFK-Werkstück ersetzt, ohne Klagen.» Denn nur so hat er seine Maschine zum Laufen bekommen.
Trotzdem: Es ist wenig zielführend, die Augen vor der Tatsache zu verschliessen, dass der Einsatz von CFK nach wie vor keine preiswerte Lösung ist. Die Breitenanwendung wird deshalb primär auf die Grossindustrie beschränkt bleiben. Das heisst für KMU: Sie müssen ihren Blick fürs Machbare schärfen, warnt Clemens Dransfeld: «Entscheidend ist, der Werkstoff muss zum Problemlöser werden und die Grenzen des Machbaren deutlich ausweiten.» Oder, wie es Jon Andri Jörg ausdrückt: «Wir sollten in der Schweiz nicht krampfhaft versuchen in die Breite zu gehen, sondern uns nur auf den High-End-Bereich konzentrieren.»
Allerdings scheint es mit der Themenfindung noch ein wenig zu hapern, wie Martin Riediker beobachtet. Obwohl er die hohe Innovationskraft der KMU lobt, sieht er durchaus Defizite: «Wenn ich die Carbon-Aktivitäten anderer Länder speziell im Bereich der Automobilzulieferer ansehe, wo die Schweiz eigentlich einen sehr guten Ruf geniesst, dann habe ich ein wenig die Befürchtung, dass wir vielleicht den Anschluss verlieren könnten.»
Erste Welle verpasst und trotzdem erfolgreich
Mit dieser Selbstkritik steht er nicht allein. «Ich erkenne durchaus», sagt Connova-CEO Jörg, «dass wir vielleicht die erste Welle verpasst haben.» Aber: «Das heisst nicht, dass wir nicht langfristig erfolgreich sein werden.»
Doch welches sind die Stellschrauben, um den zukünftigen Erfolg zu justieren? Als Forscher sieht Clemens Dransfeld gute Chancen für die Schweiz im Bereich der noch offenen Fragen wie das Recycling von CFK-Bauteilen speziell unter dem Gesichtspunkt der Aufbereitung der Carbonfasern. Denn sie verschlingen auf ein CFK-Bauteil umgerechnet weitaus am meisten Energie: «Deshalb ist es wichtig, die Faser zu retten», Häufig geschieht das über Pyrolyse. Die so aufbereiteten Faserfragmente werden anschliessend wieder zu Garnen versponnen. «Für diese Aufgabe», sagt Stève Mérillat, «könnte man sich gut die Schweizer Textilmaschinenbranche als Partner vorstellen.»
Carbon Composites Schweiz soll erhofften Schub bringen
Auch aus verfahrenstechnischer Sicht gibt es noch viele Baustellen, die für innovative Schweizer Unternehmen lohnende Betätigungsfelder sein könnten. Das Stichwort dazu lautet: «Reduktion der Taktzeiten.» Noch dauert es unverhältnismässig lange, bis die Matrixsysteme ausgehärtet sind. State-of-the-art-Verfahren wie RTM (Resin Transfer Moulding) bieten Taktzeiten von 15 Minuten. «Aktuell», sagt Clemens Dransfeld, «formuliert man den 3-Minuten-Zyklus als Ziel.» Dazu gehört die Entwicklung neuer Matrixsysteme genauso wie der Einsatz innovativer Pressen und Formwerkzeuge.
Für Martin Riediker ein grosses, bisher unerschlossenes Potenzial: «Das sind Herausforderungen mit höchsten Ansprüchen in einer technologisch hochwertigen Nische. Der ideale Nährboden für Schweizer Unternehmen.» Und Stève Mérillat ergänzt: «In der Schweiz gibt es eine gut funktionierende Kunststoffindustrie, die die gesamte Prozesskette vom Rohstoff über das Werkzeug bis hin zum fertigen Kunststoffteil beherrscht. Sie ist es zudem gewohnt, in genau definierten Taktzeiten zu denken. Hier sehe ich einen ganzen Rucksack an neuen Betätigungsfeldern.» Übrigens: Ein Unternehmen, das diesen Weg bereits beschritten hat, ist die Georg Kaufmann Formenbau AG.
Die Ideen sind also da. Schwierig ist deren Umsetzung auch deshalb, weil die Hochleistungsfaserverbundwerkstoffe keine historisch gewachsene Werkstoffgruppe bilden wie beispielsweise Stahl. Dort kennt jeder Konstrukteur die Anwendungen in- und auswendig. «Es gibt viele KMU, die noch gar nicht wissen, dass Composites die Lösung für ihre Probleme sind», fasst Martin Riediker die Malaise zusammen. «Auf der anderen Seite gibt es Betriebe, die haben ein grosses spezifisches Composite-Wissen, nur fehlt ihnen der Zugang zu branchenfremden Märkten.»
Das Manko: Es gab bisher kein Forum für den branchenübergreifenden Ideenaustausch, um die Querschnittstechnologie Faserverbundwerkstoffe in all ihren Facetten zu beleuchten. Seit Anfang des Jahres existiert mit dem nationalen thematischen Netzwerk «Carbon Composites Schweiz» so eine Plattform. Geschäftsführer Stève Mérillat weiss um deren Bedeutung: «Wir verstehen unsere Aufgabe auch darin, unterschiedliche Know-how-Träger an einen Tisch zu bekommen: Die, die bereits über Carbon-Wissen verfügen, und die, die Ideen haben, aber denen es am Wissen für die Umsetzung mangelt.»
Genau aus diesem Grund hat sich Jon Andri Jörg bei CC Schweiz engagiert. Wichtig für ihn ist der Erfahrungsaustausch quer über die Branchen hinweg: «Ich sehe unter anderem die Chance, dass wir über dieses Netzwerk Produkte, die bereits im Markt eingeführt sind, durch die Composite-Schiene noch wettbewerbsfähiger machen können.»
Das Netzwerk bietet auch deshalb beste Voraussetzungen dafür, weil die Dachverband «Carbon Composites e.V.» seit Jahren erfolgreiches Networking betreibt und grosse Unternehmen wie Airbus oder BMW in ihren Reihen weiss. Und über diese Schiene kann durchaus eine Belebung für die Schweizer Composite-Szene kommen, wie Jon Andri Jörg für sein Unternehmen bestätigt: «Ohne unser Logo auf der Homepage von CC Schweiz hätten wir wahrscheinlich den Grossauftrag eines deutschen Automobilisten nicht bekommen.»
Für Martin Riediker, der als Kommissionspräsident der KTI für die Förderung von CC Schweiz als nationales thematisches Netzwerk mit verantwortlich zeichnet, sicherlich eine Bestätigung seiner Arbeit: «Ich bin überzeugt davon, dass für das Weiterkommen und Erstarken der Hochleistungsfaserverbundwerkstoffe in der Schweiz die Gründung von Carbon Composites Schweiz mitentscheidend ist.»
Entscheidend ist sicherlich auch, wie die Aktivitäten von Forschung und Industrie gefördert werden. Auch hier weiss Martin Riediker die Verbundwerkstoffe auf gutem Weg: «In unserem Stab sind ein gutes Dutzend Experten, die über Forschungsanträge entscheiden, und die haben überhaupt keine Berührungsängste vor diesem Thema. Da sind wir sehr offen.» Vielleicht auch deshalb ist die Zahl der Förderanträge in diesem Bereich in den letzten Jahren kontinuierlich angestiegen.
In diesem Zusammenhang verweist Clemens Dransfeld darauf, dass die Forschung, sowohl Hochschulen wie Fachhochschulen, einen guten Job macht: «Ich würde sagen, wir sind auf diesem Gebiet besser repräsentiert als die Industrie.» Trotzdem bleibt noch viel zu tun. Für Jon Andri Jörg könnte sich nämlich die Aus- und Weiterbildung als schwächstes Glied in der Erfolgskette der Hochleistungsfaserverbundwerkstoffe erweisen: «Wir suchen händeringend nach Lehrlingen. Aber nach wie vor hat die Arbeit mit Carbonfaser den Touch, ein schmutziges Geschäft zu sein.»
Sein Credo lautet daher: «Wir brauchen gut ausgebildete und engagierte Mitarbeiter auf allen Stufen und quer durch alle Funktionen.» Ein Appell, der übrigens bei der Dachverband Carbon Composites e.V. bereits auf fruchtbaren Boden gefallen ist. Dort kümmert sich ein eigener Arbeitskreis um die Belange der schulischen und universitären Ausbildung. «Davon», ist Stève Mérillat überzeugt, «könnten wir auch in der Schweiz profitieren.»
Wobei Clemens Dransfeld die Schweiz sogar noch einen Schritt voraus sieht: «Wenn man wirklich tief in Lehr- und Ausbildungspläne einsteigen will, muss man nicht in Jahren, sondern Jahrzehnten denken. Und da sind wir hier in der Schweiz schon fast weiter als der Dachverband, da flexiblere Strukturen herrschen.»
Stellt sich die alles entscheidende Frage zum Schluss: Lohnt es sich für KMU, in die Werkstoffe Carbon und Composites zu investieren? Jon Andri Jörg hat seine Antwort bereits gefunden: «Mit der richtigen Idee, dem Engagement dahinter und diesen zukunftsträchtigen, innovativen Werkstoffen sehe ich grosse Chancen für die Schweiz.»•
-Wolfgang Pittrich
Die Gesprächspartner
Clemens Dransfeld: Der 47-jährige Professor leitet seit 8 Jahren an der Fachhochschule Nordwestschweiz das Institut für Kunststofftechnik und beschäftigt sich seit über 20 Jahren mit dem Thema Composites. Unter anderem hat er drei Americas-Cup-Kampagnen begleitet. Er ist Gründungsvorstand der Carbon Composites Schweiz.
(www.fhnw.ch/technik.ikt)
Jon Andri Jörg: Der ehemalige Investment Banker (44) hatte führende Stellungen bei Mettler Toledo in Europa und Amerika inne. Im Jahr 2010 übernahm er die Brühlmeier Modellbau AG und formte die nachfolgende Connova AG zu einem der führenden Anbieter für kundenspezifische Composite-Lösungen.
(www.connova.com)
Stève Mérillat: Hat Werkstoffwissenschaften studiert und arbeitete 12 Jahre bei Ruag Space. Dort leitete der 38-Jährige die Abteilung «Materials & Processes». Zuvor hatte er im selben Unternehmen die Abteilung «Metalle und Spezialprozesse» geführt und war als Entwicklungsingenieur in der Abteilung Technologie tätig. Seit März 2013 ist er Geschäftsführer von Carbon Composites Schweiz.
(www.carbon-composites.eu)
Martin Riediker: Als promovierter Chemiker war er 30 Jahre in der chemischen Industrie tätig, unter anderem bei der Ciba-Geigy AG. Dort hat er unter anderem das Epoxygeschäft geleitet. Seit 2006 ist er Mitglied der Kommission für Technologie und Innovation (KTI) der Schweizerischen Eidgenossenschaft. In seiner Funktion als Förderbereichspräsident für Ingenieur-Wissenschaften wandern die meisten Fördergesuche für Composites über seinen Schreibtisch.
(www.kti.admin.ch)
Zitate der Gesprächsteilnehmer
Jon Andri Jörg, Connova AG: «Wir haben in der Schweiz eine grosse Chance durch den Einsatz von Carbon und Composites. Wir können dort anknüpfen, wo die Schweiz immer stark war: im hochkonzentrierten Fach-Know-how in einer speziellen Applikation. Unsere Chancen sehe ich auch darin, diejenigen, die noch nichts mit diesem Werkstoff zu tun haben, mit den Spezialisten auf diesem Gebiet zu verbinden und etwas innovativ Neues zu gestalten.»
Clemens Dransfeld, FHNW: «Durch die Aktivierung des nationalen thematischen Netzwerkes Carbon Composites Schweiz mithilfe der KTI haben wir eine einmalige Chance erhalten, viele der Hausaufgaben, die uns latent im Hinterkopf beschäftigt haben, abzuarbeiten. Wir profitieren dabei stark vom Dachverband Carbon Composites, der unsere Arbeit in der Schweiz sehr positiv bewertet. Das ist eine gute Werbung für die Schweizer KMU.»
Martin Riediker, KTI: «Die Schweiz hat eine hochinnovative und funktionierende KMU-Landschaft, die für das Thema Hochleistungsfaserverbundwerkstoffe mehr als bereit ist. Man spürt speziell einen deutlichen Push seitens der Fachhochschulen, wenn es um Förderanträge geht. Es ist der Mut zur Lücke, der die Schweizer Unternehmen in diesem Zusammenhang auszeichnet, um genau zur richtigen Zeit an der richtigen Stelle zu sein.»
Stève Mérillat, Carbon Composites Schweiz: «Unser Netzwerk ist genau zum richtigen Zeitpunkt gekommen. Es besteht einerseits ein hoher Bedarf, sich branchenübergreifend zu vernetzen, andererseits können wir durch den direkten Kontakt der Unternehmen untereinander für den notwendigen Technologietransfer sorgen. Wir sehen uns auch als Brückenbauer zu Ländern wie Frankreich und Italien; ganz in der Tradition der Schweiz.»
Laufenburger Gespräche
Mit den «Laufenburger Gesprächen» hat die «Technische Rundschau» ein Diskussionsforum etabliert, um brisante, heikle oder aktuelle Themen im Expertenkreis zu diskutieren. Weitere Gespräche sind bereits in Planung. Die Redaktion freut sich bereits auf die hoffentlich engagierten Diskussionen in Laufenburg.
TR-Meinung
Eigentlich, so die einhellige Expertenmeinung, sind die Schweizer KMU prädestiniert für die Herausforderungen, die Carbon, Composites & Co. bereithalten: Sie sind hochinnovativ; sie sind es gewohnt, branchenübergreifend zu agieren; sie fühlen sich in Nischen zu Hause und sie können auf eine Förder- und Forschungslandschaft vertrauen, die schnell und unbürokratisch Hilfe leistet. Und genau diese Attribute sind notwendig. Denn das Potenzial der Carbonfaserwerkstoffe ist, jenseits der bisherigen Anwendungen in der Luftfahrt und im Automobilbau, erst am Erwachen. Gefragt ist ein branchenübergreifender Ansatz, um die Hürden im Kopf der Anwender («Zu teuer»; «Kann man mit Stahl auch irgendwie hinbekommen») zu überwinden und wirklich neue, innovative Wege zu gehen. Wie so etwas aussehen kann, zeigt eindrucksvoll das Projekt «Trompete» der Da Carbo AG (www.dacarbo.ch), wo sich zwei total unterschiedliche Branchen (Musikinstrumentebauer und Lohnfertiger) auf innovative Weise verbunden haben.
Einen wichtigen Part in dieser Transformationsarbeit nimmt der Verein Carbon Composites Schweiz ein, der als nationales thematisches Netzwerk (NTN) von der KTI auf den Weg gebracht wurde. Als Mittler zwischen den Branchen und ganz wichtig Know-how-Träger und Ideengeber, auch über den Dachverband in Deutschland, kann er wertvolle Hilfestellung geben. Was jetzt noch fehlt, sind die innovativen Schweizer KMU, die diese Chance beim Schopf packen. Die «Technische Rundschau» jedenfalls wird diesen Prozess tatkräftig begleiten.
-Wolfgang Pittrich, Redaktion TR