BMW Sauber F1 Team 2006.
Technik: 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.

Foto: BMW Sauber F1.06

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.

Foto: BMW Sauber F1.06

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:	C Magneti Marelli
Lenkrad:	BMW Sauber F1 Team
Reifen:	Michelin
Räder:	OZ
Abmessungen:	Länge	4.610 mm
	Breite	1.800 mm
	Höhe	1.000 mm
	Spurweite vorne	1.470 mm
	Spurweite hinten	1.410 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.

Quelle: BMW Presse-Information vom 17.01.2006

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