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Alt 24.11.2002, 23:31     #1
Carsten   Carsten ist offline
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Formel-1: Der Motor P82

Die dritte Generation aus München.
Die Formel 1 hat sich bei BMW in München eingelebt. 2002 tritt bereits der dritte BMW Formel-1-Motor seit dem Wiedereinstieg in der Weltmeisterschaft an. Der P82 ist wiederum eine Neukonstruktion. "Er basiert auf unserem letztjährigen Motor, dem P80", erklärt BMW Motorsport Direktor Mario Theissen, "ist aber in jedem Teil neu." Der P82 setzt sich aus insgesamt fast 5 000 Einzelteilen und rund 1000 verschiedenen zusammen.

Alle Kernteile werden bei BMW entwickelt und gefertigt - ob Zylinderkopf, Kurbelgehäuse, Kurbel- oder Nockenwelle oder elektronische Steuerung. Theissen: "Der Know-how-Fluss zwischen Motorsport und Serie war bei unserem Formel-1-Projekt von Beginn an Auftrag und Bedingung." Deshalb entstand die BMW Formel-1-Fabrik nur einen Steinwurf entfernt vom Forschungs- und Innovationszentrum, und deshalb hat BMW eine eigene Gießerei für die F1-Triebwerke und ebenso eine eigene Teilefertigung gebaut. "Wir nutzen und verbessern unser hauseigenes Spezialwissen und können es so in die Serie transferieren", so Theissen.

Die Wiederzulassung von Traktionskontrolle und Startautomatik stellte 2001 besondere Ansprüche an die Elektroniker, beim BMW WilliamsF1 Team gab es damit keine Probleme. Im BMW Serienbau davon profitiert hat vor allem der neue BMW 7er. In diesem Topmodell stecken Hochleistungsprozessoren, die zuvor für das F1-Projekt entwickelt und erprobt wurden.

Eigene Formel-1-Gießerei und -Teilefertigung.
Für Qualität bürgt auch die Gießerei in Landshut. In direkter Nachbarschaft zur Seriengießerei und unter deren Regie werden dort die Zylinderköpfe und Kurbelgehäuse des Zehnzylinders in kunstvoll gefertigten Sandmodellen gegossen. "Keiner gießt so gut wie die Landshuter", davon ist Theissen überzeugt. Die Qualitätskontrolle erfolgt unter anderem mittels Computer-Tomographie; 20 Stunden dauert die Prüfung eines Zylinderkopfes in der CT-Röhre.

Die Formel 1 fungiert auch in diesem Bereich als Labor für zukunftsweisende und in die Serie übertragbare Technologien. Mit dem Sandgussverfahren werden Ölwannen für die Modelle M3, M5 und Z8 sowie die Sauganlage für den Achtzylinder-Dieselmotor gegossen.

Die Fabrik für die F1-Teilefertigung wird ebenfalls von einem Team betrieben, das Serienteile bearbeitet. Und auch beim Modellbau fruchtet die interdisziplinäre Zusammenarbeit zwischen Sport und Serie: Die Formel-1-Mannschaft profitiert von der Unternehmenserfahrung im Rapid-Prototyping/Tooling-Verfahren, bei dem computergesteuerte Maschinen mittels Laserstrahlen oder dreidimensionaler Drucktechnik maßgetreue Modelle aus Harz, Kunststoffpulver, Stärke oder Wachs produzieren. Die Verfahren sind schnell, preiswert und präzise. Die Qualität dieser Muster reicht vom Präsentationsmodell bis zur Prüfstandstauglichkeit.

Es geht BMW um die simultane Vernetzung von Konstruktion und Fertigung, um Schnelligkeit und Flexibilität beim F1-Projekt sowie im Serienbereich, um maximale Qualität, Vermeidung von Teiletourismus und Know-how-Abfluss an Wettbewerber. Und trotz aller technisch nüchterner Betrachtung geht es auch um Emotionen. "Im ganzen Unternehmen wird mitgefiebert, gebebt und gefeiert", erzählt Mario Theissen. "Die Belegschaft steht hinter uns, und ich denke, sie wird das auch bei Durststrecken tun." Erfolg erzeugt Stolz. "Das funktioniert bei uns nur deshalb so außerordentlich, weil wir eben alles an unserem Kernstandort in München mit eigenen Leuten machen", so Theissen weiter. "Mit dem Wissen um die eigene Leistungsfähigkeit entsteht ein ganz starkes Wir-Gefühl, das motiviert."

Der lange Weg nach Melbourne.
Ein Team von weniger als 20 Mitarbeitern begann im Januar/Februar 2001 mit der Konzeption des P82. Damals hatte der P80 noch nicht einmal sein Renndebüt absolviert. Nach der Konzeptphase folgte die Konstruktion in den Monaten März bis Juni. Die Teilebeschaffung für die ersten Motoren war im September abgeschlossen, ab August begann die Komponentenerprobung. Am 21. September lief der P82 erstmals auf dem Prüfstand, am 3. Oktober wurde er erstmals im Fahrbetrieb erprobt. Dabei wurde konstatiert, dass der P82 im Prinzip gesund ist und funktioniert.

Während des Testverbots von Mitte Oktober bis Anfang Januar wurde an den dynamischen Prüfständen in München simuliert und weiterentwickelt. Es galt, Schwachstellen zu identifizieren, konstruktiv zu überarbeiten und im erneuten Versuch zu erforschen. Parallel dazu wurde an der Motorabstimmung und der optimalen Leistungsentwicklung gearbeitet. Auch beim Entstehungsprozess des Getriebes für den FW24 konnte sich BMW einbringen. Verschiedene Entwicklungstools, Simulationsprogramme und Prüfstände sind BMW Ressourcen, von denen WilliamsF1 profitiert.

Die Entwicklungsziele für den Motor der Saison 2002 waren: mehr Leistung, weniger Gewicht und höhere Zuverlässigkeit. Beim Gewicht geht es um Reduzierung im oberen Bereich. Da das vom Reglement verlangte Fahrzeuggesamtgewicht ohne Tariergewichte ohnehin längst unterboten wird, geht es auch beim Thema Motorgewicht ausschließlich um die Schwerpunktlage. Eine leichte Airbox und leichte Zylinderköpfe sind wertvoll, im unteren Bereich des Motors ist Gewichtseinsparung dagegen nutzlos.

Neue und revidierte Motoren.
Rund 200 Motoren per anno verlassen die Formel-1-Fabrik in München.
Sie sind allerdings nicht alle neu. Während im Rennen nur in allen Teilen neue Triebwerke zum Einsatz gelangen, werden in den Trainings und beim Testen revidierte Motoren verwendet. Bei den Revisionen werden die hochbelasteten Teile durch neue ersetzt, andere werden geprüft bzw. generalüberholt. Der BMW V10 ist kein Einwegprodukt. Zylinderköpfe etwa durchlaufen diesen Zyklus gleich mehrere Male.

Während der Saison wird kontinuierlich weiterentwickelt. Nahezu bei jedem Grand Prix haben die BMW Ingenieure kleine Verbesserungen im Gepäck. Die jüngsten Motorkonfigurationen werden stets im Qualifying eingesetzt und nach dieser Bewährungsprobe in München erneut geprüft. Dort können sie dann das Gütesiegel der Rennreife erhalten.

"Unser erster Motor, der E41 in der Saison 2000", blickt Theissen zurück,
"war ein Sprung von null auf 90 Prozent. Der P80 brachte die Steigerung auf 98 Prozent. Dennoch werden wir nie 100 Prozent des technisch Machbaren erreichen. Diese Grenze verschiebt sich mit jedem gelungenen Innovationsschritt. Die Messlatte wandert während des Sprungs nach oben."

Dennoch sieht Mario Theissen die Bäume nicht in den Himmel wachsen. "Kolportierte Werte wie 19 000 U/min und 900 PS sind reine Spekulation."
Bereits 18 000 U/min sind ein eindrucksvoller Wert: Binnen einer einzigen Sekunde erfolgen 300 Motorumdrehungen, 1500 Zündungen und 9 000 Drehzahlmessungen. Die Kolben legen 25 Meter zurück, es werden 450 Liter Luft angesaugt, 150 000 Motor- und Fahrzeugdaten erfasst und verarbeitet. Der Wagen hätte bei 360 km/h in dieser Sekunde 100 Meter zurückgelegt, die Räder hätten sich 50-mal gedreht.
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"Multiple exclamation marks, he went on, shaking his head, are a sure sign of a diseased mind."
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Alt 24.11.2002, 23:33     #2
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Formel-1: Das Auto: Der FW24

Die Entwicklung des FW24.
Es sind vor allem zwei Ansatzpunkte, von denen die Entwicklung des FW24 zu Beginn bestimmt wurde. Zunächst galt es, Änderungen des technischen Reglements zu berücksichtigen. 2002 sind zwar auch eine Reihe wichtiger Gebiete von Regeländerungen betroffen, aber die Konstrukteure müssen keineswegs bei Null am Zeichenbrett anfangen wie etwa 1998, als die geringere Spurweite und die Rillenreifen eingeführt wurden.

2002 steht im Zeichen einer Evolution statt einer Revolution. Gavin Fisher, Chefkonstrukteur bei WilliamsF1, erklärt: "Die Tatsache, dass wir es mit nur wenigen Reglementänderungen zu tun haben, bringt eine neue Herausforderung mit sich: Wir müssen ein Auto verbessern, das schon ziemlich ausgereift ist."

So spielt der zweite Ansatzpunkt eine entscheidende Rolle: Die Analyse der Unzulänglichkeiten des Vorgängerfahrzeugs. "Wir waren relativ zufrieden mit den Fortschritten, die wir 2001 erzielt haben", sagt Fisher. "Das ist einerseits positiv, andererseits hat eine katastrophale Saison für einen Konstrukteur durchaus auch gute Seiten: Das bedeutet nämlich, dass man bei der Entwicklung des nächsten Autos mit einem weißen Blatt Papier anfangen kann. Bei einer Weiterentwicklung minimieren sich die Möglichkeiten der Verbesserungen. Der Aufwand steigt, aber die Ergebnisse werden geringer."

Während das Reglement keine fundamentalen Neuerungen bei der Fahrzeugkonstruktion erforderte, verlangte die Einpassung des neuen
BMW Motors P82 die Entwicklung eines neuen Getriebes sowie weitere Modifikationen im Antriebsstrang. "Diese Konstruktionsarbeit haben
wir gemeinsam mit BMW geleistet und die Installation des Motors weiter optimiert", führt Fisher aus. "Dabei strebt man immer an, Gewicht und Volumen so gering wie möglich zu halten, um maximale Effizienz für die mechanische Dynamik und die Aerodynamik des Autos zu erreichen."

Entwicklung und Bau des Antriebsstrangs sind für Fisher einer der Eckpfeiler, auf denen die Leistung des Teams 2002 ruhen wird.

"Änderungen im Antriebsstrang tangieren unweigerlich die gesamte Dynamik des Chassis. Während wir die Entwicklung dieser Komponenten begleiten", so Fisher, "müssen wir gleichzeitig die Balance des Autos wiederherstellen."

Zu den Reglementänderungen gehört eine Lockerung der Restriktionen für eine bidirektionale Telemetrie. "Um in der Lage zu sein, einige Zusatzfunktionen zu steuern, die bislang nur in der Hand des Fahrers lagen, waren Adaptionen bei der Fahrzeugelektronik erforderlich. Allerdings", meint der Chefkonstrukteur, "unterliegen diese elektronischen Funktionen ohnehin einer ständigen Weiterentwicklung."

Neben den jährlichen Veränderungen sieht Fisher auch einige langfristige Trends, die den Konstruktionsprozess beeinflussen. "Wenn ich mich zurücklehne und darüber nachdenke, ist es verblüffend, wie viel bei der Entwicklung eines Autos mittlerweile geschieht, ohne dass tatsächlich Teile produziert werden und wie lange ein Auto im Laufe des Konstruktionsprozesses ausschließlich virtuell existiert. Mit zunehmendem Einsatz der Finite Elemente Analyse und Numerischen Strömungsberechnungen (CFD) können wir anhand von Computermodellen recht genaue Planungen erstellen, ohne ein einziges Stück Werkstoff in die Hand zu nehmen. Das heißt nicht, dass die tatsächliche Testarbeit mit dem fertigen Auto entbehrlich wäre, sie hat starken Einfluss. Aber die gesamte erste Konstruktionsphase findet mittlerweile in virtuellen Dimensionen statt."

Um diese Phase zu unterstützen, hat Compaq WilliamsF1 im vergangenen Jahr mit der jüngsten Generation von Alpha Supercomputern ausgestattet. Die enormen Rechnerkapazitäten dieser Plattform, die auch das Entschlüsseln des menschlichen Genoms ermöglicht hat, erlaubt den Konstrukteuren bei WilliamsF1 auch bei sehr weit fortgeschrittener Entwicklung des Autos noch Aerodynamikverbesserungen per Simulation zu bestimmen.

Allerdings liegt das Erfolgsgeheimnis keineswegs darin, die Computer die Arbeit machen zu lassen. Fisher: "Erst mit der intelligenten Nutzung dieser Möglichkeiten können wir wertvolles Wissen generieren. Alle Formel-1-Teams arbeiten mit irgendeiner Form von Computer unterstütztem Design, aber diese Hilfen können einen auch leicht blind in eine Sackgasse laufen lassen. Intuitiv gute Konstruktion ist noch immer die entscheidende Basis, und neue Computergenerationen bieten hervorragende Möglichkeiten, sie zu überprüfen und zu optimieren."

Eine weitere entscheidende Aufgabe der Konstrukteure liegt für Fisher darin, das Potenzial der vorhandenen Möglichkeiten und Partnerschaften optimal zu nutzen, wobei sich zwischen WilliamsF1, BMW und anderen Technikpartnern bemerkenswerte Schulterschlüsse ergeben. "Zweifellos hat die Zusammenarbeit mit BMW und Michelin einen wesentlichen Anteil an unserem guten Abschneiden in der Saison 2001 gehabt. Speziell die Fähigkeit, als ein Team zusammenzuhalten und zu arbeiten, ist von unschätzbarem Wert.

Ein Ergebnis daraus ist, dass wir bei der Konstruktion des FW24 noch mehr von dem Wissen und den Ressourcen unseres Umfeldes genutzt haben."

Neben den besonders augenfälligen Beiträgen von BMW und Michelin
haben sich auch technische Partner wie Castrol und Petrobras mit eigenen Forschungs- und Entwicklungsprogrammen eingebracht.

Fisher vergleicht die Leitung eines modernen Konstruktionsablaufs mit der Aufgabe eines tüchtigen Zirkusdirektors. "Die Spielregeln der Formel 1 sind klar und für 2002 relativ konstant. Die Ressourcen von uns, BMW, Michelin, Compaq und unseren weiteren Technikpartnern sind bemerkenswert. Die Kunst liegt darin, diese Möglichkeiten in intelligente Abläufe umzusetzen, bei denen gemeinsam mehr erreicht wird als jeder allein zustande bringen könnte."
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