Sauber Motorsport AG – Frischer Wind für den C42
Die Aerodynamik entscheidet in der Formel 1 über die so wichtigen Hundertstelsekunden und bestimmt zu einem Grossteil das Design des Fahrzeugs. Dass in dieser Saison andere Luftströme blasen, ist mitunter auf interessante Reglementsneuheiten zurückzuführen.
Seit 20 Jahren sind wir Tools & Quality Partner von Sauber Motorsport AG und Alfa Romeo F1® Team ORLEN
Führt man sich vor Augen, was für Luftmassen ein Formel-1-Wagen in einem Rennen verdrängt, wird klar: jedes Detail der Aerodynamik ist entscheidend. Kleinste Modifikationen am Auto können Gewinne von einigen Millisekunden pro Runde herbeiführen und im Ziel die Differenz ausmachen. Damit der Fahrtwind genau dort wirkt, wo er soll, wird eine Menge Aufwand betrieben.
Bei der Sauber Motorsport AG sind es 140 Mitarbeitende, die sich mit Strömungsfeld sowie -simulation und Windkanaltests beschäftigen. Dazu gehören auch Konstrukteure, Mechaniker und Analysten von Streckendaten. Durch den neuen Diffusor und die reduzierten Flügelelemente wurde die Aerodynamik des neuen «Alfa Romeo F1® Team ORLEN C42» markant verändert.
Mittels CFD-Simulation visualisiertes Strömungsfeld. (Bildquelle: Sauber Motorsport)
Seit 20 Jahren ein erfolgreiches Team: Brütsch/Rüegger Tools & Sauber Motorsport
Seit 20 Jahren ist Brütsch/Rüegger Tools «Tools & Quality Partner» von Sauber Motorsport. Unsere Spezialisten unterstützen den Hinwiler Standort mit Dienstleistungen, Produktberatungen sowie einem breiten Sortiment an Markenartikel für den Mess-, Fertigungs- und Montagebereich. Das 550 Mitarbeitende beschäftigende Unternehmen ist zudem einer der grössten Abnehmer von chemischen Produkten bei Brütsch/Rüegger Tools und bezieht ein breites Spektrum an Produkten von Klebstoffen und Reinigungsprodukten über Gewindesicherungen, Schraubenpasten oder Fügeverbindungen bis hin zu Kältesprays, Kühlschmierstoffen und Siegellacken. Mehr zu unserem Sortiment von chemischen Produkten lesen Sie im Artikel: 4 Fakten, weshalb die Chemie mit uns stimmt.
Sauber Motorsport feiert dieses Jahr mit der 30. Formel-1-Saison ein weiteres Jubiläum. Mit dem finnischen Routinier Valtteri Bottas und dem chinesischen Neuling Zhou Guanyu setzt Alfa Romeo auf ein komplett neues Fahrerduo. Brütsch/Rüegger stösst auf die zukünftige Partnerschaft an und wünscht dem Team viel Erfolg in dieser Saison!
2022 – Rückkehr zum Bodeneffekt
Die brillante Neuerung liegt aber im Verborgenen: nach mehreren Dekaden kehrt die Formel 1 zum Bodeneffekt zurück und erlaubt wieder «Venturi-Tunnel» – offene Luftkanäle, die den Abtrieb, also die Bodenhaftung, beeinflussen. Der «Venturi-Effekt» wird generiert, indem der Luftstrom über zwei grosse Eingänge vor den Sidepods über zwei Tunnel unter das Auto geleitet wird. Durch die im Verlauf gegen das Heck abwärts geneigten Tunneldächer wird die Luft gegen die Fahrbahn gedrängt und beschleunigt.
Im Zusammenspiel mit dem Diffusor sollen damit hinter dem Auto weniger Luftverwirbelungen entstehen, die den Auffahrenden benachteiligen. Das Spannende: Dadurch soll das Überholen erleichtert werden.
Dass durch den Bodeneffekt auch das alt-bekannte «Bouncing» wiedergeboren ist, zeigten die ersten Tests in Barcelona. Dieses Phänomen des «hüpfenden Autos» wird bei Spitzengeschwindigkeiten durch einen Strömungsabriss im Unterboden verursacht und muss sowohl antizipiert als auch durch die Federung ausgeglichen werden.
Der Alfa Romeo F1 Team ORLEN C42: Diese Ansicht verdeutlicht, weshalb die Aerodynamiker stets auch die Reifen im Visier haben.
(Bildquelle: Sauber Motorsport)
Balance zwischen Spitzengeschwindigkeit und Abtrieb
Sind Motor, Chassis und Radaufhängung konstruiert, wird intensiv an der Aerodynamik gefeilt. Von Rennen zu Rennen passen die Aerodynamiker den Formel-1-Wagen an die lokalen Bedingungen an, um strömungstechnisch das Maximum herauszuholen. So wird für jede Strecke die perfekte Balance zwischen Spitzengeschwindigkeit – abhängig vom Luftwiderstand – und Abtrieb ermittelt. Das Ziel: Maximaler Abtrieb bei minimalem Luftwiderstand.
Während ein starker Abtrieb u.a. höhere Kurvengeschwindigkeiten und kürzere Bremswege ermöglicht, erhöht ein geringer Luftwiderstand u.a. die Spitzengeschwindigkeit. Ausschlaggebend für die aerodynamischen Anpassungen ist daher insbesondere das Streckenlayout, wie Alessandro Cinelli, Head of Aerodynamics bei Sauber Motorsport AG, erklärt: «Viele lange Geraden wie etwa in Monza verlangen einen minimalen Luftwiderstand und werden mit flachen Flügeln gefahren. Kurvenreiche Strecken wie Monaco, auf denen der Luftwiderstand eine untergeordnete Rolle spielt, werden mit steilen Flügeln gefahren.» Doch auch die klimatischen Bedingungen – warme Luftströme verhalten sich anders als kalte – und die Fahrweise des Piloten einschliesslich seinem aktuellen Selbstbewusstsein sind mitbestimmende Faktoren.
Um sich das Ausmass der Kräfte besser vorzustellen, hilft ein Vergleich: Während der Auftrieb bei einem 250 km/h fahrenden PKW rund 30 Kilogramm ausmacht, generiert ein Formel-1-Wagen schon bei 180 km/h einen Abtrieb von ganzen 600 Kilogramm. Diese durch die Aerodynamik erzeugte Kraft ist notwendig, um das Fahrzeug am Boden zu halten. Wäre der Alfa Romeo C42 ohne Abtrieb generierende Teile unterwegs, würde er bei rund 180 km/h abheben. Anders formuliert: Dank den Aerodynamikteilen könnte das Auto sogar an der Oberseite einer riesigen Röhre kopfüber fahren.
Generierung von Abtrieb an Flügeln und Diffusor. (Bildquelle: Sauber Motorsport)
Windkanal:
Top modernes «Model Motion System»
Einer der modernsten Windkanäle, dem zentralen Werkzeug für die Verbesserung der Aerodynamik, findet sich bei Sauber Motorsport in Hinwil. Mittels millimetergenauem «Model Motion System» wird dort auch das Verhalten des Rennwagens in Schräglagen getestet. Während die «rollende Strasse» bis zu 10 Grad von der Windrichtung abdrehbar ist, besteht die Möglichkeit, das Auto zusätzlich via Aufhängevorrichtung zu hieven oder abzusenken, um schräge Luftanströmungen zu simulieren, die in Kurven-, Beschleunigungs- oder Bremslagen entstehen. Dabei werden diverse am Auto angebrachten Waagen eingesetzt, um die vorherrschenden Windkräfte zu messen. Auch die Auspuffgase werden simuliert: Um die aus dem Auspuff kommende Strömung zu simulieren, wird Luft mit hohem Druck eingeblasen. Bei der aktuellen Generation der F1-Autos spielt diese Variable aber keine dominante Rolle mehr.
Doch nicht überall gelten die Gesetze der Aerodynamik. Regeländerungen der Fédération Internationale de l’Automobile (FIA) führten oft zu notwendigen Änderungen wie zum Beispiel in den 80er Jahren, als man sich vom starken Abtrieb verabschiedet hat, um das Fahren zu erleichtern und die Sicherheit zu erhöhen. Übrigens limitiert die FIA heute auch die Anzahl Stunden im Windkanal, die seit 2021 darüber hinaus vom aktuellen Klassifikationsplatz abhängt. Je besser ein Team klassifiziert ist, umso weniger Stunden stehen zur Verfügung.
Luftstrom bis 300 km/h: Sauber Motorsport betreibt einen der modernsten und leistungsfähigsten F1-Windkanäle, der laufend weiterentwickelt wird.
(Bildquelle: Sauber Motorsport)
Virtueller Windkanal: CFD-Simulation
Aus diesem Grund werden im Windkanal nur die wichtigsten Angelegenheiten getestet. Um diese zu bestimmen, werden Daten von CFD-Simulationen (Computational Fluid Dynamics) herbeigezogen. Diese Simulation von Luftströmen wird auch als virtueller Windkanal bezeichnet. Alessandro Cinelli fährt fort: «Die CFD-Simulation setzen wir gezielt ein, um an kritischen Punkten Informationen und Messdaten zu gewinnen, um darauf Berechnungen vorzunehmen.»
Mit «Meshing» wird die Erzeugung von Volumen- oder Oberflächen-Gitternetzen bezeichnet, das nicht nur für die Optimierung von Aerodynamikteilen eingesetzt wird, sondern auch für Bremskühlung, Motorenumfeld, allgemeine Kühlung von Motor, Hydraulik, Getriebe und Elektronik sowie von Flüssigkeiten wie Wasser oder Kraftstoff. Für solche Simulationen nutzen die CFD-Spezialisten ein Volumen-Gitternetz von mehreren 100 Millionen Zellen und ein Oberflächengitternetz von mehreren Millionen Zellen.
Das komplette Volumen-Gitternetz könnte theoretisch aus über 1 Milliarde Zellen bestehen. Um effizient zu sein, werden in den Simulationen aber «nur» mehrere 100 Millionen Zellen für das Volumen-Gitternetz genutzt. (Bildquelle: Sauber Motorsport)
Um wiederum die Strömungssimulation zu unterstützen, wird bei der Aerodynamik-Justierung auch auf Fahrzeugdaten vergangener Rennen zurückgegriffen – was diese Saison wegfällt, da es sich beim C42 um ein von Grund auf neu entwickeltes Modell handelt. Umso mehr Bedeutung erhält jedoch der virtuelle Windkanal, der zunehmend präzise Vorhersagen für reale Strömungsvorgänge bei unterschiedlichen Bedingungen liefert. Dem CFD-Team stehen damit CFD-Daten und -Visualisierungen jeweils sofort zur Verfügung. Bei komplexeren Optimierungsprojekten sind jedoch weiterhin Messungen im realen Windkanal erforderlich, um die Ergebnisse zu verifizieren. Alessandro Cinelli fasst zusammen: «Der Windkanal bringt uns zwar näher an die Realität, doch nichts ist besser als die Realität selber.»
Im Fokus: Höchste Präzision & einwandfreie Qualität
«Um in unserer Fertigung und Montage höchste Präzision und Qualität sicherzustellen, sind wir auf verlässliche Partner angewiesen. Einer davon ist Brütsch/Rüegger Tools, mit dem wir seit 20 Jahren eine äusserst erfolgreiche Partnerschaft pflegen.» Alessandro Cinelli, Head of Aerodynamics bei Sauber Motorsport AG (Bildquelle: Sauber Motorsport).