Die auffäl­ligste und unter Fans wie Renn­ställen umstrit­tenste Regel­än­de­rung für die Formel-1-Saison 2018 ist das Cockpit-Surroun­ding, der soge­nannte Halo. Ziel des Bügels ist es, die Fahrer vor herum­flie­genden Teilen zu schützen. Doch nicht wenige Stimmen kriti­sieren, dass diese Schutz­maß­nahme die sport­liche Erschei­nung des Renn­wa­gens verun­stalte. Dessen ist sich auch James Allison, der tech­ni­sche Direktor von Mercedes-AMG Petronas Motor­sport, bewusst. „Wir haben die Aufgabe, die Sicher­heit des Fahrers zu verbes­sern, aber auch den klaren Wunsch nach Fahr­zeugen, deren Ästhetik unser Herz höher­schlagen lässt. Deshalb werden wir dieses Konzept in den kommenden Renn­zeiten weiter­ent­wi­ckeln.“

Robust – und schwer

Der Halo ist sehr robust und muss Kräfte von bis zu 116 Kilo­newton aus verschie­denen Rich­tungen abfangen können. Deshalb wiegt der Rahmen aus Tita­nium auch mehrere Kilo. „Wir mussten das Design des Chassis verstärken, damit es unge­fähr das Gewicht eines Londoner Doppel­de­cker­busses aufnehmen kann“, erklärt Allison. Daher war es für das Team eine echte Heraus­for­de­rung, unter­halb des Gewicht­li­mits zu bleiben.

Turbu­lenzen an der Heck­flosse

Auch auf die Aero­dy­namik des Boliden hat das runde Stan­dard­rohr des Halos nega­tive Auswir­kungen. Insbe­son­dere beein­flussen die Turbu­lenzen die Luft­an­sau­gung des Motors am Über­roll­bügel und die Heck­flosse. Für die erste Saison mit dem Halo gab es von der FIA nur wenig Raum für Verän­de­rungen. „Wir dürfen jedoch eine aero­dy­na­mi­sche Verklei­dung anbringen“, sagt Allison. „Das gibt uns einen gewissen Spiel­raum, den Effekt abzu­mil­dern, den der Halo auf die Aero­dy­namik des Fahr­zeugs hat.“

Schutz­gitter: der Halo für Venti­la­toren

Diese Opti­mie­rungs­pro­ble­matik kennen auch die Inge­nieure von ebm-papst in Mulfingen. Schließ­lich muss der Endnutzer auch bei Venti­la­toren dafür sorgen, dass sie keine Gefähr­dung darstellen. Oft wird deshalb vor oder hinter dem Venti­lator ein Schutz­gitter ange­bracht – in manchen Fällen auch an beiden Seiten.

Schlecht für Wirkungs­grad und Geräusch

Dr. Jürgen Schöne, Haupt­ab­tei­lungs­leiter Strö­mungs­technik bei ebm-papst in Mulfingen.

Diese Schutz­maß­nahmen beein­flussen jedoch die Strö­mung negativ. „Es entstehen Reibungs- und Druck­wi­der­stand“, erläu­tert Dr. Jürgen Schöne, Haupt­ab­tei­lungs­leiter Strö­mungs­technik bei ebm-papst in Mulfingen. „Beide Wider­stände sorgen dafür, dass der Venti­lator mehr Energie für die gleiche Luft­leis­tung aufnehmen muss, als ohne Schutz­maß­nahme.“ Doch nicht nur der Wirkungs­grad des Venti­la­tors leidet, sondern auch das Geräusch.

Verluste redu­zieren

Das liegt daran, dass hinter dem Schutz­gitter eine gestörte Strö­mung erzeugt wird. Beim Schutz­gitter vor dem Venti­lator ist der Effekt beson­ders groß, da sich die Venti­la­to­ren­flügel durch diese Störungen drehen und dann am Flügel zusätz­liche Geräu­sche entstehen. „Gerade das saug­sei­tige Schutz­gitter muss man sehr sorg­fältig betrachten – da kann man viel falsch machen“, betont Schöne. „In den vergan­genen Jahren haben wir verstärkt Maßnahmen entwi­ckelt, um Zusatz­ver­luste und -geräu­sche zu redu­zieren: Wir betrachten dabei unter anderem die Gitter­de­tails und die Flügel­geo­me­trien.“

Zwei Fliegen mit einem Gitter: das Flow­Grid

Flow­Grid in den Baugrößen 190 bis 250 dienen als Schutz­gitter für Venti­la­toren und redu­zieren gleich­zeitig den Dreh­klang um 15 dB.

Eine beson­ders inno­va­tive Lösung für das Problem mit dem Schutz­gitter bietet ebm-papst mit dem Flow­Grid. Ursprüng­lich wurde dieses Vorleit­gitter dafür entwi­ckelt, die Auswir­kungen gestörter Zuströ­mungen zu mini­mieren, die unab­hängig von Schutz­maß­nahmen entstehen, zum Beispiel durch einen Wärme­tau­scher. „Wir nutzen das Flow­Grid inzwi­schen aber auch dazu, gleich­zeitig die Schutz­maß­nahme zu reali­sieren.“ Aller­dings sind dieser Funk­tion noch Grenzen gesetzt: Das Flow­Grid ist aus Kunst­stoff, und der kann nur bis zur Baugröße 250 die gefor­derte mecha­ni­sche Festig­keit gewähr­leisten.