© Mercedes-Benz Grand Prix Ltd.

Der Stoff, aus dem Erfolge sind

Leichte Werkstoffe sind ein entscheidender Faktor für den Erfolg von ebm-papst und Mercedes-AMG Petronas Motorsport. Sie machen Formel-1-Boliden und Ventilatoren sparsam, stabil und ermöglichen innovative Geometrien.


Gewicht spielt im Rennsport bereits seit jeher eine wichtige Rolle. Das zeigt auch eine Anekdote über die Geburtsstunde der Silberpfeile. Alles begann 1934 am Vorabend des Eifelrennens auf der Waage am Nürburgring. Die Regeln besagten, dass die Autos maximal 750 Kilogramm wiegen dürfen. Der brandneue W 25 brachte jedoch ein Kilo zu viel auf die Waage. Deshalb ließ Alfred Neubauer, der damalige Chef des Mercedes Benz Rennstalls, die weiße Farbe des Boliden abschleifen, sodass ein silbern glänzender Rennwagen aus Aluminium blieb: die Silberpfeile waren geboren.

Heute ist der Leichtbau und die Wahl des richtigen Materials zu einer echten Wissenschaft geworden. Intelligente Werkstoffmischungen, insbesondere Kohlefaserverbundwerkstoffe, machen Formel-1-Boliden heute nicht nur besonders leicht, sondern auch besonders stabil – mehr als 85 Prozent des Chassis eines Rennwagen bestehen deshalb aus Karbon. „Die komplexen Geometrien eines modernen Formel-1-Autos sind teilweise nur aufgrund jüngster Entwicklungen in Materialtechnologie und Herstellungsprozessen möglich. Das Aufkommen von computergesteuerten Maschinen und die Rapid-Prototyping-Technologie erlauben Aerodynamikern deutlich kompliziertere Formen im Windkanal zu testen“, erklärt Geoff Willis, Technology Director bei Mercedes-AMG Petronas Motorsport.

Halb so schwer wie ein Pkw

Um zu bestimmen, wie dick die Werkstoffe an welchen Stellen sein müssen und wo welche Materialien zu Einsatz kommen, führen die Ingenieure zahlreiche sogenannte Finite-Elemente-Simulationen durch – dabei werden die Krafteinwirkungen auf einzelnen Teile des Autos simuliert, um so die optimale Form und Dicke der Komponenten bestimmen zu können. „Unsere Experten sind stets auf der Suche nach neuen Materialien und Methoden und wir sind regelmäßig ‘early adopter’ solcher Technologien. Möglich wird das dadurch, dass wir stetig eine ganze Bandbreite neuer Materialien und Formen testen. Dieses Tests und Analysen haben es uns ermöglicht das Gewicht des Autos seit dem ersten Rennen deutlich zu reduzieren“, sagt Geoff Willis. Dank der Optimierungen an Kohlefaserverbundwerkstoffen und den Einsatz weiterer Leichtbaukomponenten wiegen Formel-1-Bolide heute nur noch rund 722 Kilogramm – damit sind die Autos nur rund halb so schwer wie ein durchschnittlicher Pkw. Das Limit ist dabei nicht technisch bedingt, sondern resultiert aus dem Reglement der FIA.

Höchte Präzision in der Werkstatt von Mercedes-AMG Petronas Motorsport: Diese Werkzeuge werden genutzt, um verschiedenste Teile des Autos aus unterschiedlichen Metallen zu formen. (© Mercedes-Benz Grand Prix Ltd.)

Auch für ebm-papst ist die Forschung an modernen Werkstoffen immens wichtig für die stetige Weiterentwicklung der Produkte. Ein wichtiges Ziel dabei ist, ebenfalls Gewicht zu reduzieren und gleichzeitig die Funktionalität zu verbessern. Wie das funktioniert zeigt das Beispiel der neuesten Version des Radialventilators RadiPac. Seine Schaufeln sind als Airfoil Aluminium-Hohlprofil ausgeführt. Dadurch sinkt das Gewicht des Laufrads während sich gleichzeitig seine Stabilität erhöht. Gemeinsam mit anderen aerodynamischen Überarbeitungen aller RadiPac Versionen wurde die Effizienz so um über 13 Prozent gegenüber den Vorgängermodellen gesteigert.

Aluminium + Kunststoff = Mehr Freiheit

Ein weiteres Beispiel für den cleveren Umgang mit Materialien ist der Axialventilator HyBlade® mit seinem einzigartigen Werkstoffverbund, der speziell für große Axialventilatoren entwickelt wurde. Seine Trägerstruktur ist in Aluminium ausgeführt und bietet die nötige Stabilität. Darauf ist eine Hülle aus glasfaserverstärktem Kunststoff gesetzt, die es erlaubt, die Ventilatorflügel komplett frei zu formen. So lassen sie sich bis ins letzte Detail optimieren, beispielsweise durch Winglets an den Flügelspitzen wie sie auch an den Frontflügeln der Formel-1-Boliden von Mercedes-AMG Petronas zu finden sind. Das Ergebnis: höhere strömungstechnische Wirkungsgrade bei weniger Gewicht und einer geradezu revolutionären Geräuschreduzierung.

Der Axialventilator HyBlade® besteht aus einem einzigartigen Werkstoffverbund, der speziell für große Axialventilatoren entwickelt wurde.

Auch die Nachhaltigkeit spielt bei der Entwicklung neuer Werkstoffe eine wichtige Rolle für ebm-papst. Das zeigen Energiesparventilatoren aus epylen®, einem Holz-Kunststoff-Verbundwerkstoff, der eine ganze Liste an Anforderungen unter einen Hut bringt. Die Rohstoffe selbst sollen nicht nur nachwachsend sein, sondern auch umweltfreundlich produziert werden. Zudem müssen die Materialien in Verarbeitung und am Endprodukt eine Vielzahl von Eigenschaften erfüllen wie hohe Temperaturbeständigkeit, sehr geringe Schwindung und Verzug.

Die Beispiele aus der Welt von Mercedes AMG Petronas Motorsport und ebm-papst zeigen, die Forschung und Weiterentwicklung von neuen Werkstoffen kann immer wieder entscheidende Vorteile gegenüber der Konkurrenz bringen. Deshalb denken die beiden Partner Materialien auch in Zukunft immer wieder neu – die Farbe der Teile ist dabei die kleinste Herausforderung.

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