Ein Autoklav ist ein gasdicht verschließbarer, beheizbarer Druckkessel. In ihm härten Faserverbundbauteile nicht nur unter Wärme, sondern zusätzlich unter hohem Gasdruck (Überdruck) aus. Genau dieser Druck unterscheidet den Autoklav vom einfachen Ofen und ist der Grund für die hohe Bauteilqualität. Der Name stammt aus der Sterilisationstechnik (auch Dampftöpfe in Kliniken sind Autoklaven), im Faserverbund geht es aber um Aushärtung statt Keimabtötung.

So funktioniert es: Das Bauteil wird zuerst in der Form aufgebaut, mit Lochfolie, Saugvlies und Vakuumsack (luftdichte Folienhülle) abgedeckt und unter Vakuum gezogen. Dann kommt die Form in den Autoklav. Dort wirken gleichzeitig Hitze und allseitiger Gasdruck auf den Sack. Während das Lagenpaket heiß und das Harz kurzzeitig dünnflüssig wird, presst der Druck die Lagen zusammen, treibt eingeschlossene Luft und flüchtige Bestandteile heraus und verdichtet den Verbund. Das Ergebnis ist ein sehr blasen- und porenarmes Laminat (der ausgehärtete Faser-Harz-Verbund) mit hohem Faseranteil.

Typische Richtwerte (je nach Produkt und Datenblatt): Druck etwa 6 bis 10 bar, also ein Vielfaches der rund 1 bar, die ein reines Vakuumverfahren maximal erreichen kann. Die Temperatur liegt je nach Harzsystem grob zwischen 80 und 180 °C (oft um 120 bis 170 Grad). Ein kompletter Zyklus aus Aufheizen, Halten, Aushärten und Abkühlen kann mehrere Stunden dauern, teils bis etwa 7 Stunden. Erreichbar sind so Faservolumengehalte (Faseranteil im Verbund) über 60 Prozent bei Porenanteilen typischerweise unter 1 Prozent.

Warum das wichtig ist: Hoher Druck plus Hitze liefern eine sehr hohe Festigkeit und Reproduzierbarkeit. Deshalb ist der Autoklav das Standardverfahren für hochbeanspruchte Bauteile in Luft- und Raumfahrt sowie im Motorsport (zum Beispiel Formel 1). Der Preis dafür: hohe Investitionskosten, viel Handarbeit und lange Taktzeiten – für viele Werkstätten zu teuer.

Im Detail

  • Fast nur für PrepregsIm Autoklav verarbeitet man überwiegend Prepregs – mit Harz vorgetränkte, kühl gelagerte Gewebe oder Gelege. Sie bringen die exakt dosierte Harzmenge schon mit, was zusammen mit dem Druck die sehr gleichmäßigen, harzarmen Laminate ermöglicht.
  • Druck und Vakuum wirken zusammenDas Vakuum im Sack entfernt Luft und hält die Folie an, der äußere Gasdruck presst gleichmäßig von allen Seiten auf das Bauteil. Diese Kombination verdichtet die Lagen und drückt sie sauber auch in enge Radien.
  • Out-of-Autoclave als AlternativeWeil Autoklaven teuer sind, gibt es Out-of-Autoclave-Prepregs (OoA), die schon unter reinem Vakuum im Ofen gute Ergebnisse liefern. Sie erreichen aber meist nicht ganz die Dichte und Porenarmut echter Autoklav-Bauteile.
  • Werkzeuge müssen hitzefest seinForm und Werkzeug müssen Druck und Aushärtetemperatur dauerhaft aushalten. Dafür baut man Formen aus Hochtemperatur-Tooling-Prepregs oder mit hitzebeständigem Tooling-Gelcoat, oft selbst zunächst im Autoklav gefertigt.

Mehr dazu: Prepreg und Out-of-Autoclave: Hochleistung ohne riesigen Autoklav