„In der Luft­technik spre­chen wir die gleiche Sprache“

Formel 1 und Luft­technik haben mehr gemeinsam, als auf den ersten Blick zu erkennen ist: Sowohl Renn­ställe als auch Venti­la­to­ren­her­steller nutzen modernste Werk­stoffe und arbeiten an Gewichts­re­du­zie­rungen sowie der Vernet­zung ihres Produkts mit seiner Umge­bung. Auch auf dem Gebiet der Aero­dy­namik gibt es inter­es­sante Gemein­sam­keiten. Welche das sind und wie hoch die Bedeu­tung der Aero­dy­namik in der Formel 1 ist erklärt Geoff Willis, Tech­no­logy Director bei MERCEDES AMG PETRONAS Formel 1 Team, im Inter­view.

Welche Gemein­sam­keiten und Unter­schiede sehen Sie zwischen Formel 1 Boliden und Venti­la­toren?

Bei Treffen mit Inge­nieuren unseres Team­part­ners ebm-papst stellten wir fest, dass sich unsere Arbeits­weisen stark ähneln. Sowohl bei Venti­la­toren als auch in der Formel 1 arbeiten wir viel mit Verfahren der nume­ri­schen Strö­mungs­dy­namik (compu­ta­tional fluid dyna­mics = CFD) und streben stän­dige Verbes­se­rungen an. Zudem bewegen sich sowohl ebm-papst als auch wir bei MERCEDES AMG PETRONAS im Bereich der Nieder­ge­schwin­dig­keits-Aero­dy­namik*.

Ein Axial­ven­ti­lator in CFD-Betrach­tung: Je wärmer die Farbe, desto schneller die Strö­mungs­ge­schwin­dig­keit.

Die Inge­nieure aus der Welt der Venti­la­toren und die der Formel 1 spre­chen also die gleiche Sprache. Unter­schiede gibt es bei den Lösungen, die wir entwi­ckeln und bei der Art der Strö­mungen, mit denen wir uns beschäf­tigen. Während bei den Venti­la­toren rotie­rende Strö­mungen eine große Rolle spielen, geht es bei uns in erster Linie um den soge­nannten Boden­ef­fekt, der dadurch entsteht, dass wir so nah am Boden Abtrieb erzeugen.

*Nieder­ge­schwin­dig­keits-Aero­dy­namik bezeichnet den Bereich der Aero­dy­namik, in dem mit Strö­mungen mit einer Geschwin­dig­keit von bis zu circa Mach 0,3 gear­beitet wird.

Wie viele Menschen arbeiten in Ihrer Mann­schaft an der Aero­dy­namik der Formel-1-Autos?

Wir haben in unserem Team rund 70 Aero­dy­na­miker, Inge­nieure und Spezia­listen, die sich direkt mit dieser Thematik beschäf­tigen. Oben drauf kommen weitere 80 Mitar­beiter, die tech­ni­sche Unter­stüt­zung für diesen Bereich leisten. Sie desi­gnen und bauen die Modelle oder sind für die Technik im Wind­kanal zuständig. Um die Arbeit zu koor­di­nieren, ist der gesamte Aero­dy­namik-Bereich in mehrere Unter­gruppen aufge­teilt. Diese haben jeweils alle Ressourcen, die sie benö­tigen, um sich um ganz bestimmte Teile des Autos oder eine bestimmte Aufga­ben­stel­lung zu kümmern.

Welches sind die wich­tigsten Faktoren, an denen sie im Bereich der Aero­dy­namik arbeiten?

Ein Ziel ist es, den Abtrieb zu erhöhen, sodass die Autos mehr Grip haben und schneller um die Kurven kommen. Außerdem arbeiten wir daran, den Luft­wi­der­stand zu redu­zieren, da wir so Kraft­stoff sparen und bessere Runden­zeiten errei­chen. Das wich­tigste aller­dings – und davon spre­chen auch die Fahrer oft – ist die Balance des Autos. Es muss den rich­tigen Grip an der Front- und an der Heck­achse haben und sich gut durch die Kurven steuern lassen. Deshalb opfern wir manchmal auch ein biss­chen abso­luten Abtrieb, um einen gleich­mä­ßi­geren Abtrieb zu errei­chen.

Wie lässt sich diese Balance messen?

Wir haben heute die Möglich­keit, eine große Menge an Daten zu erheben. Sie geben Aufschluss über alle Kräfte, die auf den Boliden einwirken und darüber, wie wir sie verän­dern können. Für Fein­heiten sind wir jedoch auf die Rück­mel­dung der Fahrer ange­wiesen. Diese können uns beispiels­weise besser sagen, wie schnell sich die Kräfte beim Einfahren in eine Kurve aufbauen. Deshalb ist ihr Feed­back wichtig für unsere Arbeit.

Wie haben sich die Anfor­de­rungen an die Aero­dy­namik eines Formel-1-Wagens in den vergan­genen Jahren verän­dert?

Viele neue Heraus­for­de­rungen haben ihren Ursprung in den häufigen Regel­än­de­rungen. In letzter Zeit gab es einige signi­fi­kante Verän­de­rungen. Diese betreffen zum einen den Sicher­heits­be­reich. Hier haben wir die Geome­trie des Autos verän­dert, um einen besseren Schutz des Fahrers zu gewähr­leisten und den Schaden bei Auffahr­un­fällen zu verrin­gern. Dabei müssen wir natür­lich auch immer die Auswir­kung der Ände­rungen auf die Aero­dy­namik im Auge behalten.

Bilder zur Aero­dy­namik im Auto­mo­bil­be­trieb

Eine weitere inter­es­sante Heraus­for­de­rung ergab sich aus der neuen Gene­ra­tion der Hybrid-Power-Units mit Turbo­la­dern, die 2014 einge­führt wurden. Durch diese neue Technik besteht ein viel direk­terer Zusam­men­hang zwischen der Perfor­mance des Chassis und des Motors. Bei einem Turbo­lader müssen wir die über 200 Grad Celsius heiße Verbren­nungs­luft, die aus dem Verdichter kommt, kühlen, bevor sie in den Motor fließt. Dafür benö­tigen wir zusätz­liche Kühl­leis­tung. Das führt dazu, dass wir die Leitung des Motors gegen­über der Leis­tung des Chassis abwägen müssen.

Man könnte meinen, dass die Formel-1-Boliden schon so ausge­reift sind, dass es nicht mehr wirk­lich viel zu verbes­sern gibt. Wie kommen Sie trotzdem immer wieder auf neue Ideen?

In dem Maß, in dem wir die Zusam­men­hänge im Auto besser verstehen, können wir auch weitere Verbes­se­rungen errei­chen. Das bezieht sich vor allem auf die Tatsache, dass wir die Wech­sel­wir­kungen zwischen den verschie­denen Design-Kompo­nenten des Autos immer besser verstehen und durch einen ganz­heit­li­chen Ansatz stetig verbes­sern. Mit der wach­senden Komple­xität der Aufgaben werden wir auch immer besser in der Simu­la­tion und dem virtu­ellen Engi­nee­ring.

Sie spre­chen die Simu­la­tionen im Computer an. Welche Rolle spielen diese Art von Tests und wie wichtig sind sie im Verhältnis zu Tests im Wind­kanal oder auf der Renn­strecke?

In allen Berei­chen gibt es strenge Auflagen, die die Anzahl der Tests sowie die Test­zeiten limi­tieren. Das Verhältnis zwischen Tests im Wind­kanal und Compu­ter­si­mu­la­tionen steht bei 50 zu 50. Vor zehn Jahren hatten CFD-Verfahren noch eine begrenzte Leis­tungs­fä­hig­keit und wurden daher zur Analyse von bereits getes­teten Konzepten genutzt. Heute sind diese Methoden komplett in unseren Design-Prozess inte­griert. Natür­lich sind auch Tests auf der Strecke wichtig. Hier haben wir jedoch nur die Möglich­keiten vor der Saison und noch zwei Mal während der Saison. Manchmal führen wir auch am Freitag eines Renn­wo­chen­endes aero­dy­na­mi­sche Expe­ri­mente durch. Rein zeit­lich betrachtet nehmen diese Tests also einen gerin­geren Stel­len­wert ein. Wichtig ist, dass wir es schaffen alle Elemente aus Wind­kanal, CFD und Stre­cken­tests sinn­voll mitein­ander zu verbinden und so zu neuen Erkennt­nissen zu kommen.