3. Die Technik

3.1 Das Chassis

BMW Sauber F1.09 – fundamental anders.

Nichts ist mehr so, wie es war. Zumindest fast nichts. Das Jahr 2009 bringt der Formel 1 die wohl größte technische Reglementänderung ihrer Geschichte. Konnten die Ingenieure bei der Konstruktion eines neuen Wagens bisher auf dessen Vorgänger aufbauen, so hieß es diesmal, auf einem weißen Blatt Papier, bzw. auf einem schwarzen Computerbildschirm zu beginnen. Eine komplett neu definierte Aerodynamik, die Wiedereinführung der profillosen Slick-Reifen sowie die Option, das Energierückgewinnungssystem KERS (Kinetic Energy Recovery System) einzusetzen, sorgten für eine völlig neue Ausgangslage.

Anfang 2007 rief die FIA die OWG (Overtaking Working Group) ins Leben mit dem Auftrag, sich darüber Gedanken zu machen, wie man die Formel 1 wieder attraktiver gestalten könne. Sprich: Was man ändern müsse, um das Überholen zu erleichtern.

Das Hauptproblem moderner Formel-1-Autos lag darin, dass sie massiv Abtrieb verloren, sobald der Abstand zum Vordermann weniger als rund zwei Sekunden betrug. Die so genannte „dirty air“, die Luftverwirbelungen des vorderen Fahrzeugs, sorgten dafür, dass die Wirkung vor allem des Frontflügels erheblich beeinträchtigt wurde, was sich in starkem Untersteuern bemerkbar machte. Überholt wurde deshalb fast häufiger mittels Strategie bei den Boxenstopps als auf der Strecke.

Mit einer Reihe von experimentellen Tests im Windkanal sowie computergestützten Strömungssimulationen untersuchte die OWG das Phänomen und präsentierte schließlich einen Vorschlag: Weniger aerodynamischer Anpressdruck bei gleichzeitig höherem mechanischen Grip. Um rund 40 Prozent sollte der Abtrieb reduziert werden.

Insbesondere im Bereich der Aerodynamik führte dies zu drastischen Veränderungen, wuchs doch der Frontflügel in seiner Breite von 1.400 auf 1.800 Millimeter. Er ist also genau so breit wie das ganze Fahrzeug und zudem niedriger angebracht als bisher. Optisch gewöhnungsbedürftig ist auch der deutlich schmalere, höher montierte Heckflügel.

Darüber hinaus reduziert das Reglement den Einsatz von Luftleitblechen und Kühlluftöffnungen auf ein Minimum. Resultat all dieser Vorschriften ist ein völlig neuer Look der Autos.

Noch spannender als sonst.

Für Willy Rampf, den Technischen Koordinator des BMW Sauber F1 Teams, der für das Konzept des BMW Sauber F1.09 verantwortlich zeichnet, und für Walter Riedl, den Managing Director der BMW Sauber AG in Hinwil, der dort die Technikabteilung führt und für die Entwicklung des neuen Autos zuständig ist, war das eine Herausforderung der besonderen Art. „Ein neues Formel-1-Auto zu entwickeln, ist immer eine spannende Aufgabe, aber diesmal war alles noch viel aufregender. Wir haben sprichwörtlich bei Null begonnen“, sagt Rampf.

Die Kombination der Wiedereinführung der Slicks mit dem möglichen Einsatz eines KERS ließ der Gewichtsverteilung eine besonders große Bedeutung zukommen. „Natürlich bedeutet die Umstellung von Rillenreifen auf Slicks in erster Linie mehr Grip, aber sie verschiebt auch das Kräfteverhältnis weiter nach vorne, das heißt, dass die Vorderreifen durch den Wegfall der Rillen proportional mehr Fläche und damit mehr Haftung hinzugewinnen als die Hinterreifen“, erklärt Rampf. Das hat zur Folge, dass man sowohl die Gewichtsverteilung als auch die Aerobalance nach vorne verschieben muss.

Keine einfache Aufgabe, insbesondere nicht in Verbindung mit dem KERS, weil das System zusätzliches Gewicht mit sich bringt und die Ingenieure deshalb mit deutlich weniger Ballast jonglieren können. Zudem mussten sie Lösungen finden, wie man die KERS-Elemente, also Elektromotor/Generator, Energiespeicher und das Steuergerät unterbringt, um möglichst keine negative Beeinflussung der Aerodynamik in Kauf zu nehmen und gleichzeitig eine ausreichende Kühlung all dieser Komponenten sicherzustellen.

Die Arbeit begann früher als üblich.

All diese Sachzwänge mussten beim Grundkonzept des Autos sorgfältig berücksichtigt werden. Dabei ging es um die Definition von Parametern wie Radstand, Gewichtsverteilung, Position von Motor und Getriebe, Tankform und -größe sowie die Platzierung der KERS-Elemente. „Weil sich das Auto so stark von seinem Vorgänger unterscheidet, haben wir bereits im Februar, also zwei Monate früher als üblich und noch bevor der F1.08 seinen ersten Renneinsatz hinter sich hatte, mit den ersten Konzeptstudien begonnen“, beschreibt Rampf die außergewöhnliche Situation.

„Unser Ziel war es“, so Rampf, „ein Auto mit einer hohen aerodynamischen Effizienz zu bauen und dabei möglichst viel von dem Abtrieb zurück zu gewinnen, der aufgrund des neuen Reglements verloren geht.“ In einer ersten Phase wurden mehrere Konzepte untersucht, bei denen es darum ging, die Faktoren Aerobalance, Reifenanforderungen und Gewichtsverteilung in ihrem Zusammenspiel zu beurteilen. Dann folgte die Phase der Optimierung.

Besonders viel Zeit haben die Aerodynamiker in die Entwicklung des Frontflügels investiert, beeinflusst dieser doch den Luftstrom am gesamten Fahrzeug. Mittels CFD, also unter Mithilfe eines Supercomputers, untersuchten die Spezialisten des BMW Sauber F1 Teams bereits im Februar die Funktionsweise des Frontflügels und dabei insbesondere dessen Interaktion mit dem Unterboden. „Die Tatsache, dass man den Luftstrom nicht mehr durch Turning Vanes lenken kann, macht die Aufgabe wesentlich anspruchsvoller“, erklärt Walter Riedl. Erschwerend kommt hinzu, dass der Mittelteil des Frontflügels durch das Reglement genau definiert ist, was die Ingenieure in ihrer Arbeit weiter einschränkt.

Entstanden ist ein Dreielement-Frontflügel, der optisch sehr dominant wirkt und das Aussehen des Autos maßgeblich prägt. Er verfügt über mehrere Zusatzelemente im äußeren Bereich, die alle zum Ziel haben, die Luft möglichst wirkungsvoll um die Vorderreifen herumzuleiten. Je weniger Luft direkt auf die sich drehenden Räder trifft, desto weniger unkontrollierte Verwirbelungen treten auf.

Neu ist zudem, dass es das Reglement den Piloten erlaubt, die Flaps des Frontflügels nach oben oder unten zu verstellen. Auch dabei geht es darum, das Annähern an den Vordermann zu erleichtern.

Damit hat die Arbeit der Techniker aber erst begonnen. Riedl erklärt: „Aufgrund der Komplexität der Interaktion des Frontflügels mit den frei stehenden Vorderreifen bietet sich hier noch ein großes Potenzial zur Weiterentwicklung. Gerade in diesem Bereich haben wir mit dem F1.08 eine Menge wertvoller Erkenntnisse gewonnen.“

Markant verändert hat sich zudem die Nase des Autos, die im Vergleich zum Vorgänger deutlich höher und vor allem viel breiter ist. Diese Variante hat sich nach vielen Versuchen als die effizienteste in Verbindung mit dem neuen Frontflügel erwiesen.

Hohe Anforderungen an die Kühlung.

Eine weitere Herausforderung stellt das neue Reglement an das Kühlkonzept, weil die lamellenartigen Öffnungen in der Motorabdeckung nicht mehr erlaubt sind. Deshalb tritt die Luft nun im hinteren Bereich zentral durch eine Öffnung zwischen der Motorabdeckung und dem Getriebe aus. Der Führung des Luftstroms kommt dabei eine ganz besondere Bedeutung zu, weil die heiße Luft alle in der Nähe liegenden Komponenten erhitzt. Konnte man bisher die Kühlleistung über unterschiedlich große Kamine oder Lamellenöffnungen variieren, so beschränkt sich das nun auf die Größe der Austrittsöffnung.

Damit nicht genug, denn es müssen ja neuerdings auch die KERS-Elemente gekühlt werden. Während die in den beiden Seitenkästen sehr kompakt untergebrachten Energiespeicher durch den Luftstrom im richtigen Temperaturbereich gehalten werden, verfügt das KERS-Steuergerät, das im rechten Seitenkasten untergebracht ist, über ein integriertes Kühlsystem.

Die Seitenkästen sind vorne hoch und fallen nicht mehr ganz so stark nach hinten ab wie in früheren Jahren. Da die heiße Abluft nicht mehr durch Kamine oder Lamellenöffnungen entweichen darf, ist ein größeres Volumen des gesamten Heckbereichs inklusive Motorabdeckung notwendig, um einen optimalen Luftstrom auch im hinteren Teil des Fahrzeugs zu ermöglichen.

Völlig neu ist der Heckflügel, sowohl in seiner Form als auch in seiner Position. Anstatt 1000 Millimeter ist er nur noch 750 Millimeter breit. Seine Höhe beträgt jetzt jedoch 950 Millimeter anstelle von bisher 800 Millimeter. Durch diese Vorgabe des Reglements werden die nachfolgenden Fahrzeuge weniger Verwirbelungen ausgesetzt. Besonders markant sind die seitlichen Endscheiben, deren Form großen Einfluss auf die optimale Wirkungsweise des Heckflügels hat.

Der reduzierte Abtrieb wird einen Effekt bei der aerodynamischen Abstimmung der Autos haben. „Wir werden in der Saison 2009 auf deutlich mehr Strecken maximalen Abtrieb fahren als bisher“, erklärt Rampf.

Nicht auf den ersten Blick zu erkennen, ist die ebenfalls durch das Reglement bedingte Veränderung des Diffusors, der nun über einen längeren Bereich ansteigt und weiter nach hinten führt. Dadurch tritt er nicht mehr direkt in eine Interaktion mit dem unteren Element des Heckflügels, was das Auto unempfindlicher auf unterschiedliche Luftströmungen macht.

Das Reifenpotenzial optimal nutzen.

Bei der Entwicklung der Radaufhängungen war die Umstellung auf Slicks ein zentraler Aspekt. Erste Erkenntnisse mit den rillenlosen Reifen, die deutlich mehr Grip entwickeln als ihre Vorgänger, wurden bereits im Laufe des Sommers gewonnen, als Bridgestone erstmals Slick-Reifen für Testfahrten zur Verfügung stellte. Dabei wurde sehr schnell klar, dass die richtige Gewichtsverteilung eine entscheidende Rolle spielen würde.

An der Vorderachse ging es in erster Linie darum, das Reifenpotenzial in den unterschiedlichen Situationen maximal zu nutzen. Zudem soll sie dem Fahrer durch eine optimierte Kinematik und hohe Steifigkeit ein gutes Feedback vermitteln.

Während die Vorderachse im Vergleich zum F1.08 nur geringfügig verändert wurde, handelt es sich bei der Hinterachse um eine Neukonstruktion, die der veränderten Reifencharakteristik angepasst wurde. Ziel war es, einerseits eine sehr gute Traktion zu erzielen und gleichzeitig das Seitenkraftpotenzial der Reifen über einen besonders breiten Bereich zu nutzen. Zudem sollte der F1.09 die sehr gute Bremsstabilität seines Vorgängers beibehalten.

Und natürlich legten die Ingenieure auch viel Wert darauf, das Gewicht des neuen Autos möglichst niedrig zu halten, indem zahlreiche Komponenten weiter optimiert wurden. Kompromisse bei der Steifigkeit wurden jedoch nicht eingegangen.

„Drei Bereiche waren bei der Entwicklung des F1.09 zentral: die Aerodynamik, die optimale Reifennutzung sowie die Integration des KERS. Darauf haben wir uns von Beginn an konzentriert und dabei auch die vielen Erkenntnisse einfließen lassen, die wir im Laufe der vergangenen Saison gewonnen haben. Der F1.09 enthält das gesamte Know-how einer motivierten Mannschaft, die alles daran setzt, unsere ambitionierten Ziele auch im vierten Jahr zu erreichen“, fasst Managing Director Walter Riedl zusammen.

BMW Sauber F1.09 – technische Daten.

Quelle: BMW Presse-Information vom 20.01.2009

Weiter: BMW Sauber F1 Team 2009, Technischer Hintergrund