Vom Rennfahrzeug zum Raketentank
Carbon ist aus Hochleistungsbereichen wie dem Fahrzeugbau oder der Luft- und Raumfahrt nicht mehr wegzudenken: Es ist leicht, extrem belastbar und nahezu beliebig formbar. Das Start-up Blackwave, gegründet an der Technischen Universität München (TUM), hat sich auf diesen vielseitigen Verbundwerkstoff spezialisiert. Was mit Spezialbauteilen für Sportwagen und Flugzeuge begann, mündete in der Entwicklung von Hochdrucktanks für die Raumfahrt.
Wie so oft in der Ingenieurskunst entscheidet ein kleines Detail über den technologischen Fortschritt. Im Fall von Raketen sind es spezielle Hochdrucktanks, die in den Treibstoffsystemen verbaut werden. Da Raketen möglichst leicht konstruiert sein müssen, verlieren sie beim Entleeren der Treibstofftanks, den sogenannten Primärtanks, an struktureller Stabilität. Um dem entgegenzuwirken, wird ein Trick angewandt: Parallel zur Verbrennung des Treibstoffs werden Edelgase aus innenliegenden Hochdrucktanks, den Sekundärtanks, freigesetzt. Diese gleichen das entstehende Leervolumen aus – die Stabilität bleibt erhalten.
„Man kann sich das wie eine Cola-Dose vorstellen – das Wandstärken-Durchmesserverhältnis ist in der Raumfahrt sogar sehr ähnlich. Solange die Dose mit einer Flüssigkeit und CO₂ gefüllt ist, kann ich mich bedenkenlos draufstellen. Sobald ich sie leere, verliert die Dose sofort ihre strukturelle Integrität“, erklärt Bastian Behrens, Gründer von Blackwave und TUM-Alumnus.
Leicht, formbar und extrem belastbar
Diese Hochdrucktanks müssen enormen Belastungen standhalten: Sie arbeiten mit bis zu 420 Bar Betriebsdruck, sind aggressiven Treibstoffen ausgesetzt und müssen Temperaturschwankungen von minus 50 bis plus 120 Grad Celsius aushalten. Jahrzehntelang wurden sie deshalb aus schwerem Stahl gefertigt – und ausschließlich in Kugelform.
Blackwave hat eine spezielle Lösung entwickelt: Hochdrucktanks aus Carbonfasern. Seit 2018 fertigt das Start-up Tanks, die gleich mehrere Vorteile bieten: Die Kohlefasern sind extrem belastbar und eignen sich besonders für Hochdruckanwendungen. Zugleich reagiert das Material nicht chemisch mit den Treibstoffen. Außerdem sind die Carbontanks deutlich leichter und flexibel formbar. Im Gegensatz zu den kugelförmigen Stahltanks, lassen sich die flaschenförmigen Tanks leichter in die Treibstoffsysteme integrieren. Das Interesse an den leichten Hochdrucktanks ist groß – zu den Kunden zählen bereits namhafte Kunden aus Europa und den USA.
„Der Tank ist die schönste Anwendung, die wir heute für Carbonfasern kennen. Die Belastungen in Tanks sind reine Zugspannungen – und wenn Carbonfasern eines richtig gut abkönnen, dann sind das Zugspannungen“, sagt Bastian Behrens.
Vom TUM Student Club zum eigenen Unternehmen
Bastian Behrens war schon früh vom schwarz-glänzenden Werkstoff fasziniert. Bereits in der Schulzeit laminierte er Carbonteile für sein Motorrad. Auf der Suche nach einem passenden Studium stieß er auf den neu gegründeten TUM-Lehrstuhl für Carbon Composites – und zog von Aachen nach München.
„Für Rennautos konnte ich mich schon von klein auf begeistern – vor allem für die Hochleistungskomponenten. So bin ich auch bei TUfast gelandet. Allerdings finde ich Flugzeuge noch ein bisschen cooler. Und als extrem großer Star-Wars-Fan und auch Star-Trek-Fan – ich weiß, eine ungewöhnliche Kombination – waren Raketen und Raumfahrt mein größtes Ziel. Ich empfinde es als großes Privileg, mit Blackwave mittlerweile für alle Branchen gearbeitet zu haben“, betont Bastian Behrens mit Leidenschaft.
Seine Begeisterung blieb an der TUM nicht unbemerkt: Behrens schloss sich dem TUM Student Club TUfast an und entwickelte dort Carbonteile für das Racing Team. Internationale Wettbewerbe und Veranstaltungen führten zu ersten Kontakten in die Automobilbranche. Mit dem aus TUfast gewonnenen Know-how begann er Spezialanfertigungen für den Motorsport zu entwickeln. Die Idee für Blackwave war geboren. Es folgte die Vernetzung mit der Luft- und Raumfahrtindustrie und schließlich der Fokus auf Raketenbauteile.
Netzwerken, Fleiß und Start-up-Förderung
Aus dem Hobby wurde schon während des Studiums eine Berufung. Behrens nutzte das Netzwerk der TUM, um Kontakte zu knüpfen, und optimierte parallel seine Fertigungsprozesse. Gleichzeitig nahm er die Gründungsangebote der Universität in Anspruch. Ein Gründungsberater von UnternehmerTUM lieferte das nötige Know-how und die Unterstützung für den Aufbau von Blackwave. Blackwave hat heute knapp 100 Mitarbeitende und verkauft seine Produkte weltweit. Diese haben auch bereits „Flight Heritage“ erworben – damit sind Produkte gemeint, die bereits erfolgreich im Weltraum eingesetzt werden.
Quelle: TUM
Beitragsbild: Foto: Die Tanks halten 420 Bar Betriebsdruck und Temperaturschwankungen von minus 50 bis plus 120 Grad Celsius stand; Foto: Christoph Krenn/Blackwave.