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Neben dem Können des Fahrers sind auch weitere Faktoren für den Erfolg eines Rennwagens entscheidend: beispielsweise Motor, Reifen und die Aerodynamik. Die Schweizer Rennsportexperten von Sauber testen deshalb Modelle ihrer Boliden im Windkanal, um für jedes Rennen die perfekte Balance zwischen minimalem Luftwiderstand und optimalem Anpressdruck zu finden. In der Testkammer sorgen bürstenlose DC-Motoren für die Positionierung der verstellbaren Komponenten an den Rennwagenmodellen. Sie überzeugen dabei durch hohe Drehmomente bei kompakten Abmessungen und durch ihre Zuverlässigkeit.
Der Schweizer Automobilrennstall Sauber Motorsport ist derzeit Teil des Alfa Romeo F1 Team Stake. (Urheber: XPB / James Moy Photography Ltd., Copyright: Alfa Romeo F1 Team Stake)
Der Schweizer Automobilrennstall Sauber Motorsport hat seinen Sitz in Hinwil im Zürcher Oberland, ab 2026 wird er als Audi-Werksteam auftreten und die F1-Weltmeisterschaft bestreiten. Derzeit sind die Schweizer Motorsportexperten Teil des Alfa Romeo F1 Team Stake (Bild 1). Für das Feilen an der bestmöglichen Aerodynamik betreiben sie einen eigenen Windkanal, denn wer in der Formel 1 mitmischen will, muss praktisch ununterbrochen an der Verbesserung des Autos und an der optimalen Einstellung für das jeweils nächste Rennen arbeiten.
Der stählerne Windkanal in Hinwil ist ein geschlossener Kreislauf von 140 Meter Länge (Bild 2). Darin erzeugt eine 3000 Kilowatt starke Turbine einen Schub von bis zu 50.000 N (Bild 3). Dieser künstliche Wind wird von Gleichrichtern in eine gleichmäßige Strömung verwandelt und in die Testkammer geleitet. Dort drückt diese Strömung wie der Luftwiderstand im Rennen auf die Außenhaut des Automodells. „Wir dürfen laut Reglement nicht am Rennwagen selbst testen“, erklärt Peter Herrsche, der bei Sauber den hauseigenen Windkanal leitet. „Die Verwendung eines Modells hat aber durchaus Vorteile, da wir damit viel flexibler und effizienter arbeiten können. Im Gegensatz zum Auto ist darin auch genug Platz für die Messtechnik, die wir für aussagekräftige Testergebnisse brauchen.“
Der stählerne Windkanal in Hinwil ist ein geschlossener Kreislauf von 140 Meter Länge. (Sauber Motorsport)
Rennsimulation auf der „Rolling Road“
Das Fahrzeugmodell ist 40 % kleiner als das Original und etwa drei Meter lang. Es steht, beziehungsweise „fährt“ in der Testkammer auf einem Förderband mit nachgeahmter Rennbahnoberfläche, der sogenannten „Rolling Road“, die mit Geschwindigkeiten bis 300 km/h betrieben werden kann (Bild 4). Das Modell ist an einer ausgeklügelten beweglichen Aufhängung befestigt, die dafür sorgt, dass sich alle Manöver eines Rennwagens auf der Strecke simulieren lassen, vom Beschleunigen und Bremsen über Kurvenfahrten bis zum Driften. Die Turbine liefert den Gegenwind passend zur Bandgeschwindigkeit, auf die Reifen wirkt ein aerodynamisch erzeugter Anpressdruck. Dadurch beeinflusst der Luftwiderstand das Testmodell geradeso wie im richtigen Rennen, also zum Beispiel in Kurven ganz anders als auf einer langen Geraden.
Für die unterschiedlichen Rennstrecken lässt sich im Windkanal so die optimale Einstellung des Drag Reduction Systems (DRS) finden, also für den beweglichen Heckflügel, der den Luftwiderstand des Fahrzeugs vermindert. „Das DRS darf nur in wenigen Streckenabschnitten und unter bestimmten Bedingungen eingesetzt werden“, erzählt Peter Herrsche. „Die veränderte Winkelstellung der obersten Schaufel des Heckflügels kann dort beim Ãœberholen aber einen Unterschied von bis zu 25 Stundenkilometern ausmachen.“ Betätigt der Fahrer die Bremse, klappt der Flügel wieder zurück; Luftwiderstand und Anpressdruck steigen wieder an. Die perfekte Balance zwischen diesen beiden Größen ist bei jeder Rennstrecke anders, berichtet der Aerodynamikspezialist: „Auf dem sehr schnellen Parcours von Monza zum Beispiel wollen wir möglichst wenig Luftwiderstand, auf den engen Straßen von Monte Carlo dagegen viel Anpressdruck.“
Die Turbine erzeugt einen Schub von bis zu 50.000 N. (Sauber Motor Sport)
Messtechnik und Erfahrung
Bei den Tests im Windkanal erfassen bis zu 350 Messstellen mit Staudruckröhrchen die Druckverteilung an der Oberfläche des Modells. Die Kräfte, die an Reifen, Front- und Heckflügel auftreten, werden mit speziellen Waagen gemessen. In einer Testsequenz von 15 bis 20 Minuten Länge werden bis zu 70 Positionen wie die Flügelstellung oder das Verhalten des Unterbodens getestet. Dabei werden auch Variablen wie voller und leerer Tank oder neue und abgenutzte Reifen nachgestellt. Außerdem tauschen sich die Aerodynamiker während der Trainingsfahrten auf den Rennstrecken ständig mit dem Rennteam aus. Erfahrung und Gefühl des Fahrers liefern zwar keine exakten Daten, aber dennoch unverzichtbare Informationen für das Finden der optimalen Einstellungen. „Der Fahrer ist gesetzt, das Auto muss letztlich so funktionieren, wie es für ihn am besten ist“, betont der Windkanal-Chef. „Seine Rückmeldung ist für uns daher auch eine sehr wichtige Größe.“
Das Ziel ist immer ein möglichst geringer Luftwiderstand bei möglichst gleichmäßig verteiltem Anpressdruck, und das bei allen Fahrmanövern, in allen vorstellbaren Situationen. „Sie müssen sich das Auto selbst wie eine Waage vorstellen“, beschreibt Peter Herrsche eine der besonderen Herausforderungen der Testarbeit. „Beim Bremsen geht die Nase runter, die Wirkung des Luftwiderstands verändert sich entsprechend. Dabei darf die Fahrzeugunterseite – die ist bei einem Rennwagen immer sehr knapp über dem Boden, und beim Modell ist der Abstand nochmal um 40 Prozent kleiner – nicht auf der Rolling Road aufsetzen. Das würde bei der definierten Testgeschwindigkeit am Modell und am Förderband einen Riesenschaden verursachen. Wir müssen diese Nickbewegung des Modells dynamisch auf einen halben Millimeter genau kontrollieren können.“
Das Fahrzeugmodell ist 40 % kleiner als das Original und etwa drei Meter lang. Es steht, beziehungs- weise „fährt“ in der Testkammer auf der sogenannten „Rolling Road“, die mit Geschwindigkeiten bis 300 km/h betrieben werden kann. (Sauber Motorsport)
Präzision und Zuverlässigkeit
Das bedeutet, dass zum Beispiel die Verstellung der Flügel auf Zehntelmillimeter genau erfolgen muss. Hier kommen die Motoren von FAULHABER ins Spiel. Insgesamt acht Antriebe sind bei einem Testdurchlauf im Einsatz. Sechs davon bewegen Aufhängungs- und Steuerungselemente, zwei sind für die Flügelwinkel zuständig. Wo es im Modell besonders eng zugeht, sind die bürstenlosen DC-Motoren der Serie 1226…B im Einsatz. Sie liefern bei lediglich 12 mm Durchmesser und 26 mm Länge ein Dauerdrehmoment von 2,6 mNm. Wo es etwas geräumiger ist, wird das größere Modell 2264…BP4 (Bild 5) mit dem Motion Controller MCBL3002 verwendet, der die präzise Ansteuerung übernimmt. Der BP4-Motor ist bei 22 mm Durchmesser 64 mm lang und liefert ein Drehmoment von 59 mNm.
Der bürstenlose DC-Motor BP4 ist bei 22 mm Durchmesser 64 mm lang und liefert ein Drehmoment von 59 mNm.
Diese Antriebe liefern das benötigte Drehmoment aus geringstem Volumen und finden auch bei kleinem verfügbarem Bauraum genügend Platz. Um die Aufhängung des Modells an der Decke des Windkanals zu verstellen, verwendet Sauber den stärksten bürstenlosen Motor aus dem FAULHABER-Portfolio: das Modell 4490…B (Bild 6) mit 219 mNm, der ebenfalls mit einem Motion Controller kombiniert ist, hier aus der Serie MCBL3006. Mit seinen Abmessungen von 58 mm auf 65 mm entspricht die Grundfläche des perfekt auf den Motor abgestimmten Controllers etwa der Größe einer Scheckkarte; die Höhe beträgt lediglich 27 mm.
Die Präzision der Antriebe stand im Anforderungskatalog von Sauber an erster Stelle. Aber auch Haltbarkeit und Zuverlässigkeit waren wichtig, wie Peter Herrsche betont: „Einerseits beschränkt das Reglement die Dauer der Testläufe im Windkanal. Zugleich steht während der Formel-1-Saison immer schon das nächste Rennen an, auf das wir den Wagen vorbereiten müssen. Da dürfen wir keine Minute verlieren, die eingesetzte Technik muss einfach hundertprozentig verlässlich sein. Die Motoren von FAULHABER tragen seit vielen Jahren dazu bei.“
Um die Aufhängung des Modells an der Decke des Windkanals zu verstellen, verwendet Sauber den stärksten bürstenlosen Motor aus dem FAULHABER-Portfolio: das Modell 4490…B.
Firmenprofil
Seit 1962 entwickelt, produziert und vertreibt FAULHABER SA hochqualitative Antriebskomponenten, vor allem die leistungsstarken DC- Kleinstmotoren, die auf dem System FAULHABER® basieren. Die Produkte werden nach dem neusten Stand der Technik entwickelt und gefertigt, um den höchsten Anforderungen in der Welt der Klein- und Kleinst-Antriebstechnik zu entsprechen.
Firmengebäude der FAULHABER SA in Croglio
In Croglio im Kanton Tessin beschäftigt FAULHABER SA momentan 260 Mitarbeiter, die ein breites Spektrum an Motor-, Getriebe- und Linearantriebstechnologie des umfangreichen Produktprogramms von FAULHABER entwickeln und produzieren. Ein großer Teil der dort gefertigten Komponenten und Antriebssysteme ist für renommierte Schweizer Unternehmen aus den Bereichen Medizin- und Labortechnik, Optik, Uhren sowie Automation und Robotik bestimmt.
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FAULHABER SA
