© 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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