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Alt 25.01.2006, 10:08     #4
Albert   Albert ist offline
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CE-
3. Die Technik.

Das Chassis.

Der BMW Sauber F1.06 tritt an.


Zwar betrifft die wichtigste Regeländerung im Hinblick auf die Saison 2006 die Triebwerke, deren Zylinderzahl von zehn auf acht und deren Hubraum von drei auf 2,4 Liter reduziert wurde, doch hat dies gleichzeitig tief greifende Auswirkungen auf die Konstruktion des Chassis. Die V8-Triebwerke sind kürzer, brauchen weniger Benzin und auch eine geringere Kühlerfläche, was die Architektur des Fahrzeugs maßgeblich beeinflusst.

Aufgrund der von der FIA vorgegebenen Mindestmaße für den Bau der Chassis bleiben die Gesamtabmessungen des Autos fast unverändert. „Für die Designer bedeutet dies, dass sie aufgrund des kompakteren Motors mehr Spielraum bei der Konzeption des Fahrzeuges haben“, erklärt Willy Rampf, Technischer Direktor im BMW Sauber F1 Team. Das kleinere Tankvolumen des BMW Sauber F1.06 hatte sowohl Einfluss auf das Design des Monocoques als auch auf die Position des Motors. Das kürzere Triebwerk erlaubte es den Ingenieuren zudem, das Titan-Gehäuse des Siebengang-Getriebes zu verlängern, was den Bau einer besonders schlanken Heckpartie begünstigt.

Die Aerodynamik im Fokus.

Selbstverständlich flossen Erkenntnisse des Sauber C24 in den neuen Wagen ein, dennoch ist der BMW Sauber F1.06 ein von Grund auf neu konzipiertes Auto. Im Fokus der Ingenieure war vor allem die Aerodynamik, und dabei ging es nicht nur um optimalen Abtrieb, sondern auch um eine hohe Effizienz. Die Konstruktion, Anordnung und Gestaltung sämtlicher Nebenaggregate und Komponenten wurde dieser Prämisse untergeordnet.

Einen markanten Eingriff erfuhr die Frontpartie des neuen Autos. Das Chassis wurde im vorderen Bereich deutlich abgesenkt, so dass die unteren Querlenker nicht mehr an einem Punkt unterhalb des Monocoques, sondern direkt seitlich am Chassis angelenkt sind. Weiter hinunter gezogen ist auch die Frontnase, deren Unterseite leicht nach oben geschwungen ist. Selbstverständlich wurde der Frontflügel den veränderten Gegebenheiten durch eine Vielzahl von Optimierungsschritten angepasst. Alle diese Maßnahmen dienen einer optimalen Anströmung des aerodynamisch sehr wichtigen Unterbodens.

Der geringere Kühlbedarf des V8-Motors erlaubt nicht nur die Verwendung kompakterer Kühler, sondern auch kleinere Öffnungen in den Seitenkästen, was ebenso der Aerodynamik zugute kommt. Gleiches gilt für den Überrollbügel mit integriertem Lufteinlass, der aufgrund des geringeren Luftdurchsatzes des Motors verkleinert wurde. Aufwändige Finite-Elemente-Berechnungen machten es zudem möglich, den Überrollbügel deutlich zu erleichtern – dies bei gleichzeitiger Einhaltung der stringenten Sicherheitsvorschriften.

Dank des kürzeren Motors konnte der Heckbereich des BMW Sauber F1.06 noch schlanker und harmonischer gestaltet werden, was eine optimale Anströmung des Heckflügels sicherstellt. Die Auspuffendrohre wurden im Vergleich zum C24 weiter hinten platziert. Mittels computergestützter Strömungssimulation (CFD) haben die Ingenieure deren Position so definiert, dass die heißen Abgase perfekt um Strukturbauteile wie die Hinterradaufhängung und den Heckflügel geleitet werden.

Eine deutlich höhere Priorität erhält in der neuen Saison die Heckflügel-Entwicklung. „Im vergangenen Jahr fuhren wir bei den meisten Rennen mit maximalem Abtrieb“, erklärt Rampf. „Wegen der hohen Leistung der Dreiliter-Motoren spielte der Luftwiderstand auf vielen Strecken keine dominante Rolle.“ Dies hat sich nun grundlegend geändert. Durch die Hubraumreduzierung um 20 Prozent wird man auf deutlich mehr Strecken Kompromisse in Bezug auf Abtrieb und Widerstand eingehen müssen. Während 2005 drei Basis-Heckflügel für hohen, mittleren und niedrigen Abtrieb zum Einsatz gelangten, wird es in diesem Jahr mehr unterschiedliche Varianten geben. „Wir werden nur noch auf wenigen Strecken mit maximalem Abtrieb fahren können, wenn wir gleichzeitig die von uns berechnete Ziel-Höchstgeschwindigkeit erreichen wollen“, sagt Rampf. Das heißt, dass die Aerodynamiker ihr Augenmerk deutlich mehr als in der Vergangenheit auf die Entwicklung fein abgestufter Heckflügel-Varianten legen werden.

Neues Design für die Radaufhängungen.

Völlig neu am BMW Sauber F1.06 ist das Design der vorderen wie auch der hinteren Radaufhängung. An der Vorderachse wird das Layout maßgeblich durch die höheren Befestigungspunkte der unteren Querlenker geprägt – ein Diktat der konsequenten Aerodynamik. Bei der Hinterachse handelt es sich ebenfalls um eine Neukonstruktion. Im Zentrum der Überlegungen stand hier allerdings eine veränderte Kinematik, um den Anforderungen der Michelin-Reifen gerecht zu werden. Dazu Rampf: „Die neue Geometrie der Hinterradaufhängung wird es uns ermöglichen, das Potenzial der Michelin-Reifen deutlich besser zu nutzen.“

Durch das Absenken der Frontpartie ergibt sich zudem eine entsprechend niedrigere Montageposition für die Pedalerie sowie die inneren Bauteile der Vorderachse und auch eine tiefere Lage für die Beine des Fahrers. Alle diese Faktoren tragen zu einer Absenkung des Fahrzeugschwerpunktes bei.

„Unser erklärtes Ziel ist es, mittelfristig den Anschluss an die Spitze zu schaffen. Mit dem BMW Sauber F1.06 wollen wir den ersten Schritt in diese Richtung tun“, steckt Willy Rampf die Ziele ab.


BMW Sauber F1.06 – technische Daten.

Chassis: Kohlefaser-Monocoque

Radaufhängung: Obere und untere Querlenker (vorne und hinten), innen liegende, über Druckstreben aktivierte Federn und Dämpfer (Sachs Race Engineering)

Bremsen: Sattel mit sechs Kolben (Brembo), Beläge und Scheiben aus Kohlefaser (Brembo, Carbone Industrie)

Kraftübertragung: 7-Gang-Getriebe, längs gerichtet, Kohlefaserkupplung (AP)

Chassis-Elektronik: Magneti Marelli

Lenkrad: BMW Sauber F1 Team

Reifen: Michelin

Räder: OZ

Abmessungen:
Länge 4 610 mm
Breite 1800 mm
Höhe 1000 mm
Spurweite vorne 1470 mm
Spurweite hinten 1410 mm
Radstand 3 110 mm

Gewicht: 600 kg (inklusive Fahrer, Fahrzeug fahrfähig, Tank leer)


Der Windkanal: High-Tech-Werkzeug und Marketinginstrument.

„Die Aerodynamik macht rund zwei Drittel der Performance eines modernen Formel-1-Autos aus“, sagt Willy Rampf. Entsprechend wichtig ist es, in diesem Bereich gut gerüstet zu sein. Auf der Suche nach Zehntelsekunden kann sich das BMW Sauber F1 Team auf einen der modernsten Windkanäle in der FormeI 1 verlassen. In Bezug auf Faktoren wie Windgeschwindigkeit, Größe der Testsektion und der Modelle, Dimensionen der „Rolling Road“, „Model Motion System“ sowie Datenerfassung repräsentiert diese Anlage den neuesten Stand der Technik.

Der Windkanal ist als geschlossener Kreislauf ausgeführt, der eine Gesamtlänge von 141 Metern und einen maximalen Rohrdurchmesser von 9,4 Metern hat. Das Gewicht aller Stahlelemente beträgt inklusive Ventilatorgehäuse 480 Tonnen. Der einstufige Axialventilator mit Rotorblättern aus Karbon wiegt mit Antrieb und Verkleidung 66 Tonnen. Bei Volllast nimmt der Hauptventilator eine Leistung von 3 000 kW auf und ermöglicht so Windgeschwindigkeiten bis zu 300 km/h. Damit keine störenden Schwingungen auf die Anlage übertragen werden, ist der Axialventilator über Schwingungsdämpfer mit einem massiven Betonsockel gekoppelt.

Das Kernstück jedes Windkanals ist die Testsektion, wo die Objekte dem Luftstrom ausgesetzt werden. Sowohl deren Querschnitt als auch die Länge der rollenden Straße sind besonders großzügig ausgelegt und bieten damit optimale Voraussetzungen für genaue Resultate. Gearbeitet wird mit 60-Prozent-Modellen.

Damit die Testobjekte nicht nur frontal, sondern auch leicht schräg bis zu einem Winkel von maximal zehn Grad angeströmt werden können, lässt sich die gesamte Messplattform drehen. Diese ist mit einem Stahlband ausgerüstet, das die Relativbewegung zwischen Fahrzeug und Straße simuliert. Das rotierende Stahlband erreicht die gleiche Geschwindigkeit wie die Luftströmung, also bis zu 300 km/h. Unter dem Rollband sind Wägezellen angebracht, mit welchen sich die Radlasten erfassen lassen.

Windkanäle wirken in der Regel von außen wenig attraktiv. Nicht so die Anlage in Hinwil, denn auch dem Erscheinungsbild wurde große Beachtung geschenkt. Das Gebäude beeindruckt nicht bloß durch seine Abmessungen (Länge 65 m, Breite 50 m, Höhe 17 m), auch die mit Glas verkleideten Fassaden machen seine Einmaligkeit als Kombination von Industriebau und Eventgebäude sichtbar.

Was von außen als homogene Halle erscheint, besteht in Wirklichkeit aus zwei klar abgetrennten Gebäudeelementen: dem eigentlichen Windkanal und einem mehrgeschossigen Trakt mit Arbeitsräumen und einer Eventplattform. Die beiden Bereiche werden durch eine Glaswand getrennt, so dass der optische Bezug erhalten bleibt, die Lärmemissionen des Windkanals aber wirkungsvoll abgehalten werden.

Aus optischen Gründen liegt die Mittelachse der Windkanalverrohrung mehr als acht Meter über dem Boden. Mit Ausnahme der Messstrecke, die in eine Betonkonstruktion eingebettet ist, „schwebt“ der aus Stahlelementen zusammengefügte Kreislauf in der Halle.

Großzügig konzipiert ist auch der zweite Gebäudeteil mit insgesamt vier Stockwerken. Die Galerie im ersten Stock bietet 150 Personen Platz. Hier können Marketingveranstaltungen, Kundenevents oder Seminare in einer einzigartigen Atmosphäre durchgeführt werden.

In den darüber liegenden Stockwerken befinden sich die Arbeitsräume für die Aerodynamiker, die Modelldesigner, Modellbauer, die CFD-Ingenieure sowie weitere Spezialisten der Aerodynamikabteilung. Dieser Windkanal ist in seinem Gesamtkonzept einzigartig.

„Albert“ ist sehr berechnend.

Die computergestützte Strömungssimulation bietet immer mehr Möglichkeiten bei der Berechnung von Aerodynamik-Komponenten, vorausgesetzt, man verfügt über eine sehr hohe Rechenkapazität. Das BMW Sauber F1 Team kann dabei auf einen Supercomputer zählen, der zu den leistungsfähigsten in der Formel 1 wie auch in der gesamten Automobil-Industrie gehört. „Albert“, wie die Maschine heißt, wurde von der Schweizer Firma DALCO unter Verwendung von insgesamt 530 64-Bit-Prozessoren gebaut. Die Software stammt von Fluent.

CFD (Computational Fluid Dynamics), oder zu deutsch „computergestützte Strömungssimulation“, dient der Berechnung von Aerodynamik-Komponenten und stellt eine wichtige Ergänzung zur Arbeit im Windkanal dar. „Die Aerodynamik hat in den letzten Jahren stetig an Bedeutung gewonnen. Damit ist auch die computergestützte Strömungssimulation immer wichtiger geworden“, erklärt Willy Rampf.

Insgesamt beinhaltet der neue Supercomputer 530 Prozessoren in einer Cluster-Architektur mit Dual-Nodes, die in High-Density-Klima-Racks der Firma American Power Conversion (APC) untergebracht sind. Diese Racks sind autonom und verfügen über einen geschlossenen Wasserkreislauf, der eine Kühlleistung von bis zu 15 kW pro Rack ermöglicht. Der Supercomputer besteht aus insgesamt zehn Racks, die eine Breite von je einem Meter, eine Tiefe von 1,20 Metern und eine Höhe von 2,30 Metern haben. Daraus ergibt sich eine Gesamtbreite von zehn Metern. Das Gewicht beträgt 18 Tonnen.

Imposant sind jedoch nicht nur die harten Fakten, sondern auch die technischen Daten: Der Supercomputer verfügt über 2,3 Tflop/s, 1 TB RAM und 11 TB Plattenspeicher.

Zur Erklärung für Nicht-Computer-Experten heißt das, dass „Albert“ pro Sekunde 2 332 000 000 000 Rechenoperationen ausführen kann. Für die gleiche Rechenleistung müssten die rund 350 000 Einwohner der Stadt Zürich während eines ganzen Jahres alle vier Sekunden zwei achtstellige Zahlen multiplizieren. Die Maschine verfügt über 1 085 440 MegaByte-Hauptspeicher sowie über 10 880 GigaByte Plattenspeicher für das System.

Genutzt werden die schier unbegrenzten technischen Möglichkeiten des Supercomputers für Analysen im Bereich der Aerodynamik. Mittels CFD werden am Computer Aerodynamikteile für die Formel-1-Renner berechnet. Dabei werden numerische Gitternetz-Modelle verwendet, die aus bis zu 100 Millionen Zellen bestehen. Diese hohe Auflösung ermöglicht es, die Modelle besonders fein zu definieren, was eine entsprechende Qualität der Resultate ergibt. Weil dank „Albert“ die Rechenzeiten sehr kurz sind, kann man viele verschiedene Varianten prüfen. Zudem lassen sich auch

komplexe Fahrsituationen simulieren. CFD spielt eine wichtige Rolle bei der Entwicklung von Front-, Heck- und Zusatzflügeln sowie bei der Motor- und Bremskühlung.

Die computergestützte Strömungssimulation steht nicht in Konkurrenz zur Arbeit im Windkanal – ganz im Gegenteil. CFD und experimentelle Windkanalarbeit sind stark vernetzt und ergeben so Synergien, die beidseitig genutzt werden können.

Bei der Entwicklung eines neuen Frontflügels werden bis zu 100 Varianten zweidimensional geprüft, bevor dann rund ein halbes Dutzend in dreidimensionaler Form analysiert wird. Die vielversprechendsten Versionen werden anschließend für das 60-Prozent-Modell gebaut und getestet. CFD ermöglicht so eine besonders effiziente Nutzung des Windkanals.


Der Motor.

Der BMW P86.


Revolution statt Evolution: In der Formel-1-Weltmeisterschaft 2006 gehen nicht nur neue Motoren an den Start, sondern eine neue Motorengeneration. Die neue treibende Kraft sind V8-Motoren mit 2,4 Litern Hubraum. Sie lösen die 3,0-Liter-V10-Triebwerke ab. Das Reglement hat es so gewollt. Heinz Paschen, in München als Technischer Direktor für den gesamten Antriebsstrang des neuen Formel-1-Fahrzeugs verantwortlich, sagt: „Die neuen V8-Motoren sind kürzer und haben durch 600 ccm weniger Hubraum entsprechend weniger Leistung und einen geringeren Verbrauch. Aber sie sind weder leichter noch billiger oder unkomplizierter.“

Vollständig neues Konzept.

Auch wenn der V8 mit dem jetzt verbindlich vorgeschriebenen Zylinderwinkel von 90 Grad optisch wie ein abgeschnittener V10 wirkt, ist er technisch ein eigenständiges Konzept mit spezifischen Anforderungen. Die andere Zündfolge des V8 erfordert eine grundlegend andere Kurbelwelle. Im BMW V10-Formel-1-Motor wurde eine um 72 Grad gekröpfte Kurbelwelle verwendet. Für V8-Motoren kommen sowohl Kurbelwellen mit vier versetzten Kröpfungen von 90 Grad zum Einsatz als auch solche mit vier versetzten Kröpfungen von 180 Grad. Während sich für Serienmotoren wegen des besseren dynamischen Verhaltens die 90-Grad-Variante anbietet, verwendet man in Rennmotoren zugunsten einer besseren Leistungsausbeute die 180-Grad-Kurbelwelle und nimmt Nachteile im dynamischen Verhalten in Kauf.

Generell lässt sich im Vergleich mit den bisherigen V10-Motoren abschätzen: Eine Reduzierung der Leistung um rund 20 Prozent sowie um 20 Prozent kleinere Kühler – beides verhält sich proportional zum reduzierten Hubraum.

Beschneidungen um mehr als zwei Zylinder.

Neben diesen im V8-Prinzip begründeten Konzeptunterschieden verlangen zahlreiche Detailvorschriften des Reglements ein Umdenken der Ingenieure. Stichwort Leichtbau: Der neue V8 muss schwerer sein als sein Vorgänger, der immerhin zwei Zylinder mehr hatte. 95 Kilogramm muss das Triebwerk jetzt auf die Waage bringen – inklusive Ansaugtrakt einschließlich Luftfilter, Kraftstoffleitungen und Einspritzsystem, Zündspule, Sensoren und Kabelbaum, Lichtmaschine, Kühlmittel- und Ölpumpen. Aber ohne Befüllung, Auspuffkrümmer, Hitzeschilder, Öltanks, Batterien, Wärmetauscher und Hydraulikpumpe.

Die Schwerpunktlage des Triebwerks ist neuerdings ebenfalls vorgeschrieben: In der Höhe mindestens 165 Millimeter, gemessen wird von der Unterkante der Ölwanne. Zugunsten des Fahrverhaltens war es beim Zehnzylinder gelungen, den Schwerpunkt tiefer anzusiedeln. Auf der Längs- und Querachse des V8 muss der Schwerpunkt bis auf eine Abweichung von +/– 50 Millimeter in der geometrischen Mitte des Motors liegen. Für die technischen Kommissare ist diese Überprüfung nicht mehr mit einfachem Wiegen zu erledigen, jetzt muss die Reglementkonformität durch Wiegen über zwei Ebenen und Berechnung nach dem Hebelgesetz ermittelt werden.

Waren die Maße für die Zylinderbohrung früher gut gehütete Geheimnisse, sind sie jetzt auf maximal 98 Millimeter limitiert. Auch der Zylinderabstand ist mit 106,5 Millimetern (+/– 0,2 mm) fixiert. Die zentrale Achse der Kurbelwelle darf nicht weniger als 58 Millimeter über der Referenzlinie liegen.

Schluss mit beweglichen Einlasssystemen.

Eine weitere einschneidende Veränderung ist das Verbot der variablen Ansaugsysteme. Mit diesen so genannten ‚Trumpets‘ konnte bisher der Drehmomentverlauf optimiert werden. Durch die jetzt fixen Kanallängen wird eine gute Fahrbarkeit der Motoren schwieriger darstellbar. „Hier ist jetzt bedeutend mehr Aufmerksamkeit gefordert“, betont Heinz Paschen, „man muss einen Kompromiss finden zwischen maximaler Leistung und guter Fahrbarkeit.“ Wo allerdings der beste Kompromiss für die Rohrlängen liegt, ist von individuellen Faktoren abhängig. Beispielsweise spielen die Streckenführung und das Wetter eine Rolle. Man wird sich für Kurse mit langen Geraden wie Monza, Indianapolis oder auch Spa zugunsten der Höchstleistung andere Saugrohrlängen wünschen als etwa für winklige Grand-Prix-Strecken wie Budapest und Monaco. Dort ist mit schierer Power nichts zu gewinnen, dort zählt aber die Fahrbarkeit mehr. Gleiches gilt bei Regen. Neben den variablen Ansaugsystemen sind auch variable Abgassysteme sowie variable Ventilsteuerungen verboten.

Die Spannungsversorgung der Motorelektrik und -elektronik ist auf maximal 17 Volt festgelegt worden, die Kraftstoffpumpe muss neuerdings mechanisch betrieben werden. Zur Betätigung des Drosselklappensystems darf nur ein Aktuator verwendet werden. Mit Ausnahme der elektrischen Hilfspumpen im Benzintank müssen alle Nebenaggregate mechanisch und direkt über den Motor angetrieben werden.

„Vernünftigerweise“, spricht Paschen ein anderes Reglementkapitel an, „wurde eine lange Liste exotischer Materialien ausgeschlossen. Jetzt arbeitet praktisch jeder mit konventionellen und im Reglement fest geschriebenen Titan- und Aluminiumlegierungen.“

Die technischen Daten der Motoren der verschiedenen Hersteller nähern sich damit an. Die Herausforderung für die Ingenieure wird indes keineswegs geringer. Paschen: „Es kommt darauf an, wer unter diesen Umständen das beste Ergebnis in Sachen Thermodynamik und mechanischer Dynamik erreicht.“

Die mechanische Dynamik bzw. Vibrationen sind ein besonders kritisches Thema bei der neuen Formel-1-Motorengeneration. Die gegenüber dem V10 anderen Zündfolgen und andere Zündabstände führen zu einem völlig veränderten Schwingungsverhalten. Der V10 fuhr auf seinem Drehzahlband zwischen bei 12 000 U/min und 14 000 U/min in einem kritischen Schwingungsbereich. Damit ließ sich leben, denn mit weiter steigender Drehzahl beruhigte sich die Situation wieder. Im problematischen Bereich hielt man sich nicht lange auf. Die längste Verweildauer liegt naturgemäß in den Spitzendrehzahlen. Und eben da wird es beim V8 problematisch: Seine Vibrationskurve erreicht den kritischen Bereich später als der V10, er beginnt ab ca. 16 000 U/min. Dann allerdings mit weiter steigender Tendenz.

Es reicht also nicht mehr, ein schwieriges Intermezzo zu überwinden, vielmehr gilt es, immer weiter steigenden Vibrationen Herr zu werden. „Wenn man diese Schwingungen nicht in den Griff bekommt“, weiß Paschen, „hat das Auswirkungen auf die Lebensdauer des Motors und auch auf die Beanspruchung von Chassis-Komponenten. Um diese Problematik zu beherrschen, muss die Berechnung und Analyse jedes einzelnen Motorbauteils absolut zuverlässig sein. Dabei sind die Betrachtung der einzelnen Bauteile nur Steinchen im Mosaik. Ihr Miteinander und Gegeneinander in der Simulation des Gesamtsystems zu ermitteln, ist die größte Aufgabe.“

Bezüglich der Kostenseite des Generationswechsels sagt Paschen: „Mit dem V10-Konzept hatten alle Hersteller viel Erfahrung, das wirkt sich grundsätzlich positiv bei den Entwicklungskosten aus. Der Aufwand für eine komplette Neuentwicklung ist immens. Zumindest in der ersten Phase der V8-Motoren stehen die zwei Zylinder weniger in keinem Verhältnis zu den zusätzlichen Entwicklungskosten.“

Entwicklung von November 2004 bis März 2006.

Mit der Konzeption des BMW P86 V8-Motors wurde Ende November 2004 begonnen. „Ideal ist ein Entwicklungszeitraum von 18 Monaten“, sagt Paschen. Weil aber erst relativ spät klar war, dass der V8 tatsächlich 2006 eingesetzt wird, mussten 15 Monate bis zum ersten Rennen reichen.“ Im Vorjahr hatte es ebenfalls eine kurzfristige und einschneidende Reglementänderung gegeben. Im Juli 2004 war bekannt gegeben worden, dass die Motoren 2005 zwei GP-Wochenenden durchhalten müssen. So kam 2005 nicht der geplante BMW P85 zum Einsatz, sondern der P84/5. Die Typenbezeichnung P86 bringt nun wieder Ordnung in die Namensgebung.

Im Mai 2005 knallten im Münchner Anton-Ditt-Bogen, in der BMW Formel-1-Motorenfabrik, die Sektkorken: Die erste Spezifikation des P86 hatte ihren ersten Prüfstandslauf absolviert. Am 13. Juli 2005 war eine weitere Spezifikation erstmals im Fahreinsatz. Antonio Pizzonia pilotierte damals ein für die Aufnahme des Motors modifiziertes Williams-Chassis in Jerez. Eine wiederum weiterentwickelte Version steckte im Sauber-Interimschassis, mit dem am 28. November 2005 die Wintertestfahrten in Barcelona begannen.

Beim ersten Roll-out im neuen Fahrzeug am 17. Januar 2006 war der BMW P86 erneut nicht mehr derselbe. Paschen: „Die Entwicklung ist ein kontinuierlicher Prozess, der auch während der Saison niemals ruht. Bis die letzte Spezifikation zu den finalen Überseerennen einer Saison verladen wird, arbeiten wir an der weiteren Optimierung. Dann natürlich längst parallel zum Motor für die darauf folgende Saison.“

Auf Herz und Nieren geprüft.

Ehe eine neue Spezifikation die Rennreife erhält, muss sie einen Dauerlauf auf den dynamischen Prüfständen absolvieren. Im Herbst 2005 hat BMW bei diesen Prüfanlagen, die sich mit ihrer gesamten Versorgung jeweils über mehrere Etagen erstrecken und ganze Hallen füllen, die jüngste Generation in Betrieb genommen. Geblieben ist die ultimative Anforderung für die Renntauglichkeit: 1500 Kilometer mit dem programmierten Streckenprofil von Monza. Kein GP-Kurs weist einen höheren Volllastanteil auf. Motoren, die für den Transport zum Austragungsort bestimmt sind, absolvieren auf den Prüfständen einen schonenderen Funktionscheck. Danach findet noch eine Qualitätskontrolle inklusive Ölprobenuntersuchung auf etwaige Metallrückstände im Spektrometer statt. Dann ist Dienstantritt.

Standfest auf die Dauer und im Sprint.

Die neuen V8-Motoren müssen von Anfang an dieselbe Standfestigkeit aufweisen wie ihre erprobten Vorgänger 2005 – zwei komplette Rennwochenenden. Gegenüber 2002 stellt das eine Vervierfachung der Laufleistung auf mittlerweile bis zu 1500 Kilometer dar.

Das Credo von BMW Motorsport Direktor Mario Theissen lautet: „Die viel zitierte Grenze des technisch Machbaren gibt es nicht. Sie wird mit jeder Innovation weiter hinaus geschoben.“ Es lässt sich am Beispiel der Höchstdrehzahlen der BMW F1-Motoren eindrucksvoll ablesen. Der P82, der BMW Motor der Saison 2002, hatte in seiner letzten Ausbaustufe den Spitzenwert von 19 050 Umdrehungen pro Minute erreicht. 2003 addierte sich die Laufleistung in Qualifying und Rennen auf rund 400 Kilometer mit einem seither komplexeren Belastungsprofil. In etwa so, als würde man einen Marathonläufer kurz vor dem Start noch auf einen Sprint schicken.

Diesen Vorgaben zum Trotz realisierte BMW 2003 Steigerungen in Drehzahl und Leistung. Der BMW P83 schaffte beim Saisonfinale in Japan beeindruckende 19 200 U/min und setzte klar über 900 PS frei. Dabei war er

ein Muster an Zuverlässigkeit. Der einzige Motorschaden der Saison war beim Großen Preis von Österreich zu beklagen und hatte seine Ursache in einem Leck im Wasserkühler.

2004 folgte die Ein-Wochenend-Regel und damit die Verdoppelung der Laufleistung. Bei nun 36 Rennstarts gab es einen Motordefekt, der auf ein fehlerhaftes Bauteil zurückgeführt werden konnte. Bereits beim Europaauftakt in Imola war BMW in der Lage, die Höchstdrehzahl von wiederum gut 19 000 U/min über die gesamte Renndistanz freizugeben. „Und das“, betont Theissen, „auch im siebten Gang – also in der höchsten Schaltstufe, in der die Verweildauer am längsten ist.“

2005 wurde durch die erneute Verdoppelung der Laufleistung ein allgemeiner Rückgang der Drehzahlen erwartet. Doch der BMW P84/5 drehte in seiner letzten Ausbaustufe wieder über 19 000 U/min und erreichte eine Höchstleistung von 940 PS. Diesmal waren zwei Motorschäden bei 38 Starts zu beklagen. Beide Male wurde das Temperaturlimit für die Kühlmittel überschritten, was jeweils mit Überhitzung und Ausfall endete.

Von Freitag bis Sonntag und an zwei aufeinander folgenden GP-Wochenenden stehen für einen Formel-1-Motor unterschiedliche Disziplinen auf dem Programm. In den freien Trainings, die zur Abstimmungsarbeit und Reifenauswahl genutzt werden, bemühen sich die Teams um Schonung der Motoren. Einerseits durch gedrosselte Drehzahlen, andererseits durch eine Limitierung der Runden. Das Qualifying dagegen verbietet jedes Schonprogramm: Im Shoot-out geht es von Anfang an um Alles. „Im Rennen wiederum“, sagt Paschen, „kann man variieren. Liegt ein Fahrer an aussichtsreicher Position, muss er das Potenzial des Motors zu jedem Zeitpunkt voll ausschöpfen können. Steckt er aber beispielsweise hoffnungslos in einem Pulk fest oder hat gegen Rennende eine ungefährdete Position, kann man die Drehzahl auch am Sonntag sicherheitshalber etwas zurücknehmen.“

Vom Motor zum gesamten Antriebsstrang.

In der neuen Konstellation des BMW Sauber F1 Teams erweitert sich der Aufgabenbereich der BMW Ingenieure in München: Ab dem Fahrzeug für die Saison 2007 zeichnen sie für den gesamten Antriebsstrang verantwortlich. Das Getriebe für die Saison 2006 wurde in Hinwil entwickelt.

BMW hatte bereits während der Kooperation mit WilliamsF1 eine Formel-1-Getriebeabteilung aufgebaut. Das Aluminium-Getriebegehäuse entstand im Sandgussverfahren in Landshut, weitere Getriebeteile kamen aus der BMW F1-Fertigung. Getriebezahnräder wurden im BMW Werk Dingolfing hergestellt, parallel zur dortigen Serienfertigung. Durch diese Vorbereitung und die Unterstützung des BMW Forschungs- und Innovationszentrums sowie mit dem neuen Prüffeld im Anton-Ditt-Bogen sind die Münchner für die neue Aufgabe gewappnet.

Die Anforderungen an ein Formel-1-Renngetriebe sind enorm: Maximale Steifigkeit bei geringem Gewicht und niedriger Schwerpunktlage, kompakte Bauweise und minimale Schaltzeiten standen im Lastenheft für das neue Siebengang-Getriebe.

Synergien zwischen F1- und Serienentwicklung.

„Das Formel-1-Projekt ist für BMW ein gewaltiges Technologielabor“, sagt Mario Theissen: „Die sowohl hinsichtlich des Motors als auch des Getriebes neuen Aufgaben aus dem Formel-1-Projekt werden als Entwicklungsbeschleuniger für das gesamte Unternehmen wirken. Synergieeffekte zwischen F1- und Serienentwicklung herzustellen, war für BMW die Grundvoraussetzung für den Wiedereinstieg zum Jahr 2000. Wir haben die Wege für den Technologietransfer gezielt immer weiter verkürzt.“

So stand von Anfang an fest: Die BMW Triebwerke für die Königsklasse werden in München entwickelt und gefertigt. Dabei spielt das BMW Forschungs- und Innovationszentrum (FIZ) eine Schlüsselrolle. Die F1-Fabrik wurde in weniger als einem Kilometer Entfernung von dieser Denkwerkstatt errichtet und mit ihr verwoben. „Das FIZ repräsentiert die Zukunft von BMW“, erklärt Theissen, „dort arbeiten die fähigsten Ingenieure in modernsten Forschungs- und Entwicklungseinrichtungen. Das FIZ verfügt über enorme Ressourcen, von denen wir unmittelbar profitieren. Umgekehrt stellt das F1-Engagement durch die extremen technischen Anforderungen und das geforderte Entwicklungstempo ein einzigartiges Versuchsfeld für unsere Techniker dar.“

BMW hat die Vision einer lückenlosen Prozesskette im eigenen Haus realisiert – von der Konzeption über die Konstruktion, den Guss, die Teilefertigung, Aufbau und Versuchsphase bis hin zum Renneinsatz. Dadurch entfallen Transportwege und damit verbundene Qualitätsrisiken, und das im Unternehmen erworbene Know-how kann auf direktem Weg in die Serienentwicklung einfließen.

Aus einer Hand und aus einem Guss.

Die Gussqualität von Motorblock, Zylinderkopf und Getriebe entscheidet maßgeblich über Leistungsfähigkeit und Standfestigkeit der Aggregate. Fortschrittliche Gusstechnologien mit höchst genauer Prozessführung ermöglichen leichte Bauteile von hoher Steifigkeit. Um dies für Serienfahrzeuge zu gewährleisten, unterhält BMW eine Gießerei in Landshut. Bereits 2001 wurde ihr eine eigene F1-Gießerei angegliedert. „Beide Abteilungen“, führt Theissen aus, „arbeiten unter einer gemeinsamen Führung. Das garantiert den permanenten Austausch.“ Mit dem gleichen Sandgussverfahren, mit dem der Formel-1-V8 entsteht, werden Ölwannen für die M-Modelle, die Sauganlage für den Achtzylinder-Dieselmotor sowie die Prototypen künftiger Motorgenerationen gegossen.

Fast zeitgleich mit der Inbetriebnahme der F1-Gießerei wurde nach demselben Modell eine F1-Teilefertigung an jene für Serienkomponenten angeschlossen. Dort fertigt das F1-Team unter anderem die Nockenwellen und die Kurbelwellen für die Formel 1.

Elektronik im Rennen und auf der Straße.

Die Anforderungen an das Motormanagement eines hoch drehenden Formel-1-Triebwerks, das aber auch bei niedrigen Drehzahlen problemlos fahrbar sein muss, sind immens. In jeder Millisekunde müssen Zündzeitpunkt und Treibstoffzufuhr perfekt aufeinander abgestimmt sein, um optimale Effizienz zu erreichen – maximale Leistung bei minimalem Kraftstoffverbrauch.

Verbrauchsoptimierung bringt sowohl bessere Rundenzeiten als auch mehr Flexibilität in der Rennstrategie. Neben der Steuerung ist die Bordelektronik auch verantwortlich für die Überwachung sämtlicher Funktionen.

Mit der Rückendeckung der Elektronik-Experten des FIZ wagte BMW von Anfang an, auch die Formel-1-Motorsteuerung selbst zu entwickeln, anstatt auf etablierte Rennsportspezialisten zurückzugreifen. Ingenieure, die sich sonst mit der Bordelektronik für die M-Modelle befassen, schufen auch das Motor-Management für die F1-Triebwerke. Ihr dabei erworbenes Wissen fließt zurück in die Serie. Längst verfügen Spitzenmodelle von BMW wie der 7er und die M-Serien über zwei neue Mikroprozessor-Typen, die BMW erstmals in der Formel 1 eingesetzt und erprobt hat. Für den Internetzugang und das Navigationssystem der BMW 7er Reihe wurde zudem Speichertechnologie verwendet, die sich zuvor in der F1 bewährt hatte. „Auch bezüglich der Überwachung von Funktionen“, ergänzt Theissen, „lernen wir für Straßenfahrzeuge. Rechtzeitige Warnungen und automatisierte elektronische Eingriffe sind auch dort sicherheitsrelevant und schützen vor Schäden.“

Im BMW M3, M5 und M6 hat sich eine weitere Getriebeinnovation aus der Formel 1 bewährt: das „Sequenzielle M Getriebe – SMG mit DRIVELOGIC“. Das Antriebskonzept SMG bietet F1-Getriebetechnologie für den Alltagsbetrieb. Dabei werden die Gangwechsel elektrisch per Schaltwippe hinter dem Lenkrad ausgelöst. Wie in der Formel 1 ersetzt ein elektrohydraulisches System den mechanischen Kupplungs- und Schaltvorgang, und der SMG-Bediener darf beim Schalten ebenfalls auf dem Gas bleiben.

Materialforschung und Modellbau.

Der Wunsch nach möglichst leichtem und gleichzeitig möglichst widerstandsfähigem Material hat auch unter dem neuen Reglement in der Formel 1 seine Berechtigung. Die Materialforschung des FIZ liefert wichtige Impulse für die BMW F1-Motoren- und Getriebeentwicklung. Häufig dient die Luft- und Raumfahrttechnik als Ausgangsbasis. Einige viel versprechende Entwicklungen, die aus Kostengründen für die Großserie heute noch nicht in Betracht kommen, haben im Formel-1-Projekt bereits Verwendung gefunden. Diese Einsatzmöglichkeit neuer Technologien hilft den Ingenieuren, sie zur Serienreife weiterzuentwickeln.

Nur mit kurzen Reaktionszeiten sind im erbarmungslosen F1-Rhythmus Fortschritt und Problembewältigung möglich. Die Zahl der konstruktiven Änderungen am Formel-1-Motor in einer Saison ist so hoch wie jene der gesamten Palette der Serienmotoren. Neue Konstruktion, neue Werkzeuge, neues Teil – das ist der Ablauf. Um diesen abzukürzen, kann die BMW F1-Mannschaft auf die FIZ-Abteilung Rapid Prototyping/Tooling Technology zugreifen. Sobald die benötigten Teile auf einem CAD-System konstruiert wurden, produzieren ebenfalls von Computern gesteuerte Maschinen mittels Laserstrahlen oder dreidimensionaler Drucktechnik maßgetreue Modelle aus Harz, Kunststoffpulver, Acrylat, Wachs oder Metall. Damit können kurzfristig Einbausituationen und Wechselwirkungen simuliert werden, um gegebenenfalls vor dem endgültigen Herstellungsprozess noch Modifikationen vornehmen zu können.


BMW P86 – technische Daten.

Bauart: 8-Zylinder-V-Saugmotor

Bankwinkel: 90 Grad

Hubraum: 2 400 ccm

Ventile: vier pro Zylinder

Ventiltrieb: pneumatisch

Motorblock: Aluminium

Zylinderkopf: Aluminium

Kurbelwelle: Stahl

Ölsystem: Trockensumpfschmierung

Motorsteuerung: BMW

Gewicht: 95 kg


Vollgaskurse und Go-Kart-Strecken.

Die Streckencharakteristiken der Grand-Prix-Kurse stellen individuelle Anforderungen an die Formel-1-Motoren. Mal ist maximale Power gefragt, mal ist durch eine gute Fahrbarkeit mehr gewonnen. Mal wird Hitze zur zusätzlichen Belastungsprobe, mal wird Laub zur Gefahr.


BHR
Volllastanteil Ø: 61 %
Top-Speed: 325,9 km/h
Längste Volllastpassage: 1007 m
Besondere Motorenbelastungen: Feinmaschige Luftfilter zum Schutz vor Wüstensand

MYS
Volllastanteil Ø: 57 %
Top-Speed: 315,7 km/h
Längste Volllastpassage: 804 m
Besondere Motorenbelastungen: Wegen Hitze größere bzw. zusätzliche Kühllufteinlässe u. Austrittsöffnungen

AUS
Volllastanteil Ø: 58 %
Top-Speed: 317,9 km/h
Längste Volllastpassage: 689 m
Besondere Motorenbelastungen: –

SMR
Volllastanteil Ø: 60 %
Top-Speed: 312,4 km/h
Längste Volllastpassage: 629 m
Besondere Motorenbelastungen: –

EUR
Volllastanteil Ø: 55 %
Top-Speed: 317,1 km/h
Längste Volllastpassage: 726 m
Besondere Motorenbelastungen: –

ESP
Volllastanteil Ø: 60 %
Top-Speed: 327,3 km/h
Längste Volllastpassage: 982 m
Besondere Motorenbelastungen: –

MCO
Volllastanteil Ø: 41 %
Top-Speed: 302,5 km/h
Längste Volllastpassage: 502 m
Besondere Motorenbelastungen: In der Loews-Haarnadel fällt die Drehzahl im 1. Gang unter 5 000 U/min

GBR
Volllastanteil Ø: 55 %
Top-Speed: 322,9 km/h
Längste Volllastpassage: 876 m
Besondere Motorenbelastungen: –

CAN
Volllastanteil Ø: 60 %
Top-Speed: 334,5 km/h
Längste Volllastpassage: 995 m
Besondere Motorenbelastungen: Kühler werden leicht vom Laub der umstehenden Bäume verstopft

USA
Volllastanteil Ø: Na
Top-Speed: na
Längste Volllastpassage: 1820 m
Besondere Motorenbelastungen: Auf dem Oval-Abschnitt geben die Piloten über 20 Sekunden lang Vollgas

FRA
Volllastanteil Ø: 53 %
Top-Speed: 313,8 km/h
Längste Volllastpassage: 898 m
Besondere Motorenbelastungen: –

DEU
Volllastanteil Ø: 61 %
Top-Speed: 318,0 km/h
Längste Volllastpassage: 1047 m
Besondere Motorenbelastungen: –

HUN
Volllastanteil Ø: 48 %
Top-Speed: 318,0 km/h
Längste Volllastpassage: 693 m
Besondere Motorenbelastungen: Keine langen Geraden, häufig Hitzerennen, kaum Kühlluft

TUR
Volllastanteil Ø: 60 %
Top-Speed: 329,3 km/h
Längste Volllastpassage: 1190 m
Besondere Motorenbelastungen: –

ITA
Volllastanteil Ø: 67 %
Top-Speed: 369,4 km/h
Längste Volllastpassage: 1268 m
Besondere Motorenbelastungen: Die Motorenstrecke schlechthin –höchster Volllastanteil im GP-Kalender

BEL
Volllastanteil Ø: 60 %
Top-Speed: 330,8 km/h
Längste Volllastpassage: 1821 m
Besondere Motorenbelastungen: Steigungen und längste Volllastpassa-ge, wenn Eau Rouge voll gefahren wird

CHN
Volllastanteil Ø: 50 %
Top-Speed: 337,8 km/h
Längste Volllastpassage: 1341 m
Besondere Motorenbelastungen: –

JPN
Volllastanteil Ø: 58 %
Top-Speed: 325,4 km/h
Längste Volllastpassage: 1205 m
Besondere Motorenbelastungen: In der 130R-Kurve wirken 6g Quer-beschleunigung auf den Ölkreislauf

BRA
Volllastanteil Ø: 56 %
Top-Speed: 322,4 km/h
Längste Volllastpassage: 1203 m
Besondere Motorenbelastungen: Höhenlage (800 m über NN) kostet alle Motoren ca. 8% Leistung

Alle Angaben beziehen sich auf in den Rennen 2005 von BMW erfasste Daten.


Zahlen und Fakten.

• Der Formel-1-Kalender 2006 sieht 19 Grands Prix vor. So viele wurden bisher nur einmal in der Geschichte der Formel 1 ausgetragen: 2005.

• Die Austragungsorte sind auf 17 Länder und vier Kontinente verteilt.

• Für die Fahrer stehen 1182 Rennrunden auf dem Programm.

• Zum Saisonstart 2006 arbeiten in Hinwil und in München jeweils rund 300 Beschäftigte für das BMW Sauber F1 Team.

• Bis Ende 2007 soll in Hinwil um weitere 100 Mitarbeiter aufgestockt werden.

• An einem Grand-Prix-Wochenende ist das Einsatzteam bis zu 100 Personen stark.

• Die Luftfracht für einen Grand-Prix beträgt über 30 Tonnen. Dazu gehören mindestens vier Chassis, sechs Motoren, Räder, Ersatzteile, Werkzeug, über 50 Rechner, 100 Funkgeräte samt Kopfhörer sowie die Boxenausstattung.

• Der Fuhrpark bei den Europa-Grand-Prix umfasst fünf Lkw aus Hinwil, einen Motorentruck aus München sowie spezielle Transporter für die Hospitality des Teams.

• Pro GP-Wochenende verbraucht ein Team bis zu 1200 Liter Benzin, zwischen 60 und 80 Liter Motoröl sowie bis zu 30 Liter Getriebeöl.

• Bei einem Hitzerennen verbrauchen das Team und seine Gäste inklusive Auf- und Abbau bis zu 3 300 Liter Mineralwasser und Soft Drinks.

• Ein Formel-1-Fahrer verliert pro Grand Prix durchschnittlich zwei Kilogramm Gewicht.

• Die Cockpittemperatur beträgt durchschnittlich 50 °C.

• Das Lenkrad ist Computer und Schaltzentrale. Auf dem Display können die Piloten mindestens 15 Funktionen überwachen. Darunter auch Basisinformationen wie eingelegter Gang, Drehzahl, Kraftstoffvorrat oder Temperaturen. Hinter dem Lenkrad sitzt die Schaltwippe. Nick Heidfeld zieht am rechten Wippenflügel, wenn er einen Gang runterschalten will und am linken, wenn er hochschalten will. Jacques Villeneuve bevorzugt eine andere Belegung: drücken zum Hochschalten, ziehen zum Runterschalten. Auf dem Lenkrad befinden sich unter anderem die Knöpfe für den Boxenfunk, die Trinkflasche sowie die Programmauswahl für das Motormanagement und die Differenzialeinstellungen.

• Ein moderner Formel-1-Helm besteht aus Karbon und darf laut Reglement nicht mehr als 1800 Gramm wiegen.

• Um einen Formel-1-Fahrersitz anzufertigen, wird zunächst mit PU-Kugeln eine Form geschäumt, in der der Fahrer Platz nimmt. Der Abdruck wird gescannt, danach wird aus Carbon eine entsprechende Sitzschale geformt und schließlich überzogen. Die Fertigung dauert insgesamt rund 24 Arbeitsstunden, der Sitz wiegt zwischen 2 000 und 3 000 Gramm.

• Für eine Vollbremsung von 300 km/h auf 0 km/h benötigt ein Formel-1-Rennwagen 4,2 Sekunden bzw. 170 Meter. Möglich wird dies durch den extrem hohen Abtrieb im oberen Geschwindigkeitsbereich, der die Reifenhaftung entsprechend erhöht. Die Werte für die Verzögerung von 200 km/h auf 0 km/h betragen 3,7 Sekunden bzw. 100 Meter.

• Bei extremen Bremsmanövern werden die Fahrer mit bis zu 5 g in die Gurte gepresst.

• Karbon-Bremsscheiben und -Beläge benötigen eine Betriebstemperatur von mindestens 550–650 °C. Sie erhitzen sich beim Bremsen auf über 1000 °C.

• Formel-1-Reifen dürfen bis zu 130 °C heiß werden. Jenseits dieses Wertes steigt das Risko der Blasenbildung.

• Mindestens acht Arbeitsstunden benötigt das Team nach einem Rennen zum Zerlegen eines Fahrzeugs, für die Überprüfung bzw. den Austausch einzelner Komponenten und den erneuten Zusammenbau.

• Der Zusammenbau des BMW Motors erfordert rund 120 Arbeitsstunden.

• Über 200 Exemplare des BMW P86 Motors werden für Prüfstandsversuche, Test- und Renneinsätze gebaut.

• Der BMW P86 Motor besteht aus 1105 verschiedenen Einzelteilen. Insgesamt sind es rund 5 000 Teile und damit nur ca. 200 Bauteile weniger als der zehnzylindrige P84/5 hatte.

• Für den BMW P86 V8-Motor wurden bis zum ersten Test am 28. November 2005 bereits 1329 CAD-Zeichnungen angefertigt.

• Die maximale Kolbenbeschleunigung des BMW P86 beträgt 10 000 g. Die Kolbengeschwindigkeit liegt in der Spitze bei 40 Metern pro Sekunde – von null auf 100 km/h in 0,3 Tausendstelsekunden. Dabei wirkt eine Kraft von fast drei Tonnen auf das Pleuel. Die mittlere Kolbengeschwindigkeit beträgt ca. 26 Meter pro Sekunde.

• Bis zu 950 Grad Hitze werden am Auspuff erreicht, im Pneumatiksystem steigt die maximale Lufttemperatur auf 250 Grad.

• Bei einer durchschnittlichen Renndistanz von 300 Kilometern erfährt der BMW V8-Motor pro Grand Prix rund acht Millionen Zündungen.

• Wenn das Auto im Training oder Qualifying zur Box zurückkehrt, werden Ölproben entnommen und in der Box einer Spektrometeruntersuchung unterzogen. Die metallischen Spuren im Öl liefern wichtige Informationen über den Motorzustand.
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