So funktionieren die Bremsen

Von mySPOX-User Manül
Dienstag, 06.07.2010 | 13:40 Uhr
Ein tiefer Einblick in die Bremsen eines Formel-1-Boliden
© xpb
Advertisement
International Champions Cup
Sa21.07.
Topspiele im Livestream: FCB - PSG und BVB - Liverpool
Swedish Open Men Single
ATP Bastad: Viertelfinale
Bucharest Open Women Single
WTA Bukarest: Viertelfinale
Club Friendlies
Besiktas -
Krasnodar
Vegeta Croatia Open Umag Men Single
ATP Umag: Viertelfinale
Club Friendlies
SV Werder Bremen -
1. FC Köln
Hall of Fame Tennis Championships Men Single
ATP Newport: Viertelfinale
MLB
Cardinals @ Cubs
Glory Kickboxing
Glory SuperFight Series: New York
MLB
Mets @ Yankees
MLB
Twins @ Royals
International Champions Cup
Man City -
Borussia Dortmund
Glory Kickboxing
Glory 55: New York
MLB
Astros @ Angels
Swedish Open Men Single
ATP Bastad: Halbfinale
CSL
Shanghai SIPG -
Guangzhou Evergrande
Bucharest Open Women Single
WTA Bukarest: Halbfinale
International Champions Cup
FC Bayern München -
PSG
Club Friendlies
TSG Hoffenheim -
QPR
Vegeta Croatia Open Umag Men Single
ATP Umag: Halbfinale
Club Friendlies
Benfica -
FC Sevilla
Club Friendlies
Marseille -
Villarreal
MLB
Cardinals @ Cubs
MLB
Mets @ Yankees
World Matchplay
World Matchplay: Tag 1
Hall of Fame Tennis Championships Men Single
ATP Newport: Halbfinale
Club Friendlies
Inter Mailand -
Zenit
MLB
Red Sox @ Tigers
MLB
Astros @ Angels
J1 League
Kobe -
Shonan
J1 League
Tosu -
Sendai
Swedish Open Men Single
ATP Bastad: Finale
CSL
Hebei CFFC -
Jiangsu
World Matchplay
World Matchplay: Tag 2 -
Session 1
Allsvenskan
AIK -
Brommapojkarna
Bucharest Open Women Single
WTA Bukarest: Finale
Vegeta Croatia Open Umag Men Single
ATP Umag: Finale
MLB
Twins @ Royals
MLB
Cardinals @ Cubs
World Matchplay
World Matchplay: Tag 2 -
Session 2
Hall of Fame Tennis Championships Men Single
ATP Newport: Finale
International Champions Cup
Liverpool -
Borussia Dortmund
MLB
Astros @ Angels
MLB
Mets @ Yankees
Club Friendlies
Eibar -
Basaksehir
World Matchplay
World Matchplay: Tag 3
MLB
Twins @ Blue Jays
MLB
Yankees @ Rays
MLB
Diamondbacks @ Cubs
MLB
White Sox @ Angels
World Matchplay
World Matchplay: Tag 4
MLB
Red Sox @ Orioles
MLB
Yankees @ Rays
MLB
Diamondbacks @ Cubs
MLB
White Sox @ Angels
Jiangxi Open Women Single
WTA Nanchang: Tag 3
Club Friendlies
Leicester -
Akhisarspor
MLB
Yankees @ Rays
MLB
Dodgers @ Phillies
World Matchplay
World Matchplay: Tag 5
Club Friendlies
Huddersfield -
Lyon
Club Friendlies
Marseille -
Real Betis
MLB
Red Sox @ Orioles
International Champions Cup
Juventus -
FC Bayern München
International Champions Cup
Borussia Dortmund -
Benfica
International Champions Cup
Man City -
Liverpool
International Champions Cup
AS Rom -
Tottenham
MLB
White Sox @ Angels
International Champions Cup
AC Mailand -
Man United
Moscow Ladies Open Women Single
WTA Moskau: Tag 4
Jiangxi Open Women Single
WTA Nanchang: Tag 4
International Champions Cup
Atletico Madrid -
Arsenal
World Matchplay
World Matchplay: Tag 6
Club Friendlies
Blackburn -
Everton
MLB
White Sox @ Angels
MLB
Royals @ Yankees
MLB
Twins @ Red Sox
MLB
Athletics @ Rangers
Copa Sudamericana
San Lorenzo -
Temuco
Jiangxi Open Women Single
WTA Nanchang: Viertelfinale
Moscow Ladies Open Women Single
WTA Moskau: Viertelfinale
BB&T Atlanta Open Men Single
ATP Atlanta: Viertelfinale
Club Friendlies
Arminia Bielefeld -
SV Werder Bremen
World Matchplay
World Matchplay: Tag 7
MLB
Royals @ Yankees
MLB
Twins @ Red Sox
MLB
Blue Jays @ White Sox
MLB
Mariners @ Angels
Jiangxi Open Women Single
WTA Nanchang: Halbfinale
J1 League
Kobe -
Kashiwa
J1 League
Tosu -
Iwata
Moscow Ladies Open Women Single
WTA Moskau: Halbfinale
CSL
Jiangsu -
Shandong Luneng
International Champions Cup
Arsenal -
PSG
Club Friendlies
FC St. Pauli -
Stoke
MLB
Royals @ Yankees
International Champions Cup
Benfica -
Juventus
World Matchplay
World Matchplay: Halbfinale
International Champions Cup
Chelsea -
Inter Mailand
BB&T Atlanta Open Men Single
ATP Atlanta: Halbfinale
MLB
Cubs @ Cardinals
International Champions Cup
Man United -
Liverpool
International Champions Cup
FC Bayern München -
Man City
MLB
Twins @ Red Sox
MLB
Mariners @ Angels
International Champions Cup
FC Barcelona – Tottenham
Jiangxi Open Women Single
WTA Nanchang: Finale
CSL
Guangzhou Evergrande -
Chongqing
Moscow Ladies Open Women Single
WTA Moskau: Finale
Club Friendlies
Groningen -
SV Werder Bremen
Allsvenskan
AIK -
Kalmar
MLB
Royals @ Yankees
MLB
Twins @ Red Sox
World Matchplay
World Matchplay: Finale
IndyCar Series
Honda Indy 200
MLB
Mariners @ Angels
BB&T Atlanta Open Men Single
ATP Atlanta: Finale
MLB
Cubs @ Cardinals
International Champions Cup
PSG -
Atletico Madrid
MLB
Phillies @ Red Sox
MLB
Indians @ Twins
MLB
Blue Jays @ Athletics
MLB
Brewers @ Dodgers
Bank of the West Classic Women Single
WTA San Jose: Tag 2
Citi Open Women Single
WTA Washington: Tag 2
MLB
Orioles @ Yankees
MLB
Angels @ Rays
MLB
Phillies @ Red Sox
International Champions Cup
Man United -
Real Madrid
MLB
Indians @ Twins
International Champions Cup
Tottenham -
AC Mailand
International Champions Cup
FC Barcelona -
AS Rom
J1 League
Cerezo Osaka -
Vissel Kobe
MLB
Orioles @ Yankees
MLB
Indians @ Twins
Bank of the West Classic Women Single
WTA San Jose: Tag 3
UEFA Champions League
Graz -
Ajax
Citi Open Women Single
WTA Washington, D.C.: Tag 3
Club Friendlies
Southampton -
Celta Vigo
International Champions Cup
Arsenal -
Chelsea
International Champions Cup
Benfica -
Lyon
MLB
Angels @ Rays
MLB
Royals @ White Sox
MLB
Angels @ Rays
Bank of the West Classic Women Single
WTA San Jose: Tag 4
Citi Open Women Single
WTA Washington, D.C.: Tag 4
Copa Sudamericana
Sao Paulo -
Colon Santa Fe
MLB
Yankees @ Red Sox
NFL
Hall of Fame Game: Bears @ Ravens

Wie funktioniert ein Formel-1-Motor? Wie viel besser sind Formel-1-Bremsen gegenüber normalen Bremsen? Warum sind die Reifen so entscheidend? Für alle, die die extreme Technik in der Formel 1 genauer verstehen wollen, erklärt mySPOX-User Manül - in der Community hoch geschätzter Experte für technische Fragen - in seiner Technik-Kolumne auf SPOX spannende Details, die einen Formel-1-Boliden zu einem Wunderwerk der Ingenieurs-Kunst machen. Teil  5: Die Bremsen.

Liebe SPOX-Leser,

Mehrfach habe ich aus der Community Anfragen bekommen, ob ich denn nicht mal Formel-1-Technik genauer erklären könne, oder bin darum gebeten worden, mal über das ein oder andere Technikthema etwas zu schreiben. Ich bin sehr stolz, Euch nun zusammen mit der SPOX-Redaktion gleich eine ganze Technik-Serie präsentieren zu können und dafür auch eine entsprechende Plattform geboten zu bekommen.

Damit Ihr die Rennen vielleicht mit einem anderen Fokus verfolgen könnt und die Formel 1 von ihrer interessanten Seite kennen lernt, werde ich in den nächsten Wochen einen kleinen Einblick in die Einmaligkeit der Technik geben. Dann verschwinden vielleicht die vorschnellen Schmährufe auf bestimmte Regeländerungen.

Kommentare wie "bei Testfahrten geht es doch um nichts" oder "wow, ist Team XY weit hinten" wird der eine oder andere vielleicht nach dem Lesen meiner Texte überdenken. Bei genauerer Betrachtung kann man jeder einzelnen Runde Erkenntnisse abgewinnen über die Probleme, Entwicklungen und Vorteile der einzelnen Teams. Testfahrten und Trainings sind mehr wert als jedes Rennen, egal wie viele Punkte man holt.

In den nächsten Wochen wünsche ich Euch also viel Spaß mit meinem Versuch, die Spannung und das Interesse an der Formel 1 zu erhöhen. Bei inhaltlichen Unklarheiten scheut Euch bitte nicht, die Kommentarfunktion zu nutzen und zu fragen.

In den bisherigen Teilen der Serie habe ich Euch schon den Motor , den Antrieb, die Reifen und die Aufhängung erklärt. Im fünften und letzten Teil geht es um die Bremsen.

Die Bremsen

Wochenlang schreibe ich über bestmögliche Energieübertragung zur maximalen Beschleunigung und heute soll es darum gehen, die ganzen Mühen wieder einzubremsen? Richtig! Dennoch behandeln wir abschließend ein sehr spannendes Thema.

Aus physikalischer Sicht könnte man Bremsen wohl auch ganz simpel als Energieumwandler bezeichnen. Energie resultiert im Prinzip aus mechanischer Arbeit; in diesem Fall durch die Verbrennung von Treibstoff im Motor. Ein Fahrzeug, welches mit 300 km/h über eine Gerade fährt, ist physikalisch betrachtet ein mechanisch beschleunigter Körper.

Die gesamte, durch die Verbrennung gewonnene, Energie liegt nun in bewegter Form vor. Tritt der Pilot auf die Bremse, wird diese Bewegungsenergie in Wärme-, eigentlich müsste man Hitzeenergie sagen, umgewandelt (Stichwort: Energieerhaltungsprinzip).

Von 400 Grad auf 1200 Grad Celsius

Am Ende der Zielgeraden im königlichen Park von Monza verzögern die Boliden in knapp zwei Sekunden auf circa 140 Metern von 340 km/h auf 60 km/h. Allein in diesem kurzen Zeitraum erhitzen sich die Bremsen von circa 400 Grad Celsius auf bis zu 1200 Grad Celsius. Viel mehr können die rund drei Zentimeter dicken Bremsscheiben aus Karbon auch kaum vertragen.

Deswegen werden diese Spitzenwerte auch nur am Bremshöhepunkt erreicht und die Scheiben, mit einem Durchmesser von rund 28 Zentimetern, müssen schleunigst wieder heruntergekühlt werden. Dieses Beispiel zeigt schon die enorme Kraft und Leistungsfähigkeit einer Formel-1-Bremse.

Ich denke zwar, dass es nun kaum noch nötig ist, genauer auf die Unterschiede zu Ihrem Straßenwagen einzugehen, dennoch ein paar kleine Zahlenspiele. Haben Sie Ihr Auto schon mal auf 100 km/h beschleunigt und sind dann voll in die Eisen gestiegen bis zum Stillstand? Welche Wegstrecke haben Sie benötigt?

Das Zauberwort: Karbon

Ein Formel-1-Bolide braucht knapp 17 Meter und 1,4 Sekunden. Dabei wirken etwa 5,4G auf das Fahrzeug. Ein reguläres Straßenauto benötigt um die 35 Meter, je nach Modell natürlich. Eine Formel-1-Bremse in Ihrem VW Golf eingebaut würde Sie von 30 km/h in nur 4 Metern zum Stillstand bringen.

In diesem Fall sollten Sie sich aber vorher darum kümmern, dass der Airbag auslöst, sonst rennen Sie in den Folgetagen mit einer schönen Gesichtsmaske herum.

Das Zauberwort heißt hier Karbon. Seit dieser Werkstoff zu Beginn der neunziger Jahre Einzug in die Formel 1 gehalten hat, ist die Bremsleistung bis heute an einem absoluten Höhepunkt angelangt. Karbon hält mit vergleichsweise geringen Verschleißerscheinungen mehr als 800 Erhitzungen über 1000 Grad Celsius pro Grand Prix aus.

Extreme Umgewöhnung

Dabei wiegt es auf Grund der geringen Materialdichte wenig - 1 Kilogramm pro Scheibe. Die Produktion einer Scheibe dauert mehrere hundert Arbeitsstunden. Die Scheibe wird mehrfach "gebacken", beschichtet und verdichtet. Das macht die Bremsscheiben auch gleichzeitig zu einem der teuersten Einzelteile eines Formel-1-Boliden.

Eine Bremsscheibe kostet circa 1500 Euro, macht für einen Satz 6000 Euro. Bedenkt man, dass jedes Auto in einer Saison circa 50 komplette Sätze verbraucht, so geben die Teams alleine für Bremsscheiben pro Auto, pro Saison 300.000 Euro aus.

Aus fahrerischer Sicht fährt sich eine Karbonbremse sehr unterschiedlich zu Stahlbremsen. Im ersten Moment nach dem Durchtreten des Bremspedals fühlt es sich an, als geschehe nichts.

Karbon greift im Gegensatz zu Stahl erst ab circa 800 Grad Celsius so richtig brutal. Als Pilot ist das eine extreme Umgewöhnung, da man nach einer halben Sekunde dermaßen hart nach vorne gerissen wird, ohne Korrelation zur Pedalbewegung.

Wie in einem Straßenwagen

Rein technisch funktioniert eine Formel-1-Bremse wie in einem Straßenwagen. Die Bremsscheibe rotiert mit der Geschwindigkeit des Rades. Tritt der Pilot das Bremspedal, drückt er über die Bremsflüssigkeit die Bremsbacken zusammen, welche die Bremsscheibe und damit das Rad durch Reibung herunterbremsen.

Die Bremsflüssigkeit ist in der Fahrzeugnase in Zylindern platziert. Auch die Flüssigkeit für das hintere Bremssystem ist dort aus Platzgründen untergebracht. Beide Systeme (vorne und hinten) müssen nach dem Reglement getrennt voneinander operieren, damit das Fahrzeug bei Ausfall eines Systems trotzdem gebremst werden kann.

Bremssättel und -scheiben werden in der Formel 1 derzeit nur von wenigen Herstellern gefertigt. Zu ihnen zählen: Brembo, Hitco, Carbon Industries, AP Racing und Alcon. Nicht immer kommen Scheiben und Sättel von einem Hersteller.

Optimales Temperaturfenster: Zwischen 400 und 1000 Grad

Auch haben einige Fahrer ihre Vorlieben und vertrauen auf andere Hersteller im Gegensatz zu ihren Teamkollegen. 2007 fuhren Hamilton und Alonso beispielsweise unterschiedliche Bremsen. Lewis vertraute auf Carbon Industries, Fernando auf Hitco-Scheiben.

Unterschiedliche Hersteller bedeuten logischerweise auch unterschiedliche Eigenschaften. Das Temperaturverhalten, das heißt das Temperaturfenster, in dem die Bremsen optimal arbeiten, ist beispielsweise verschieden. Aber auch Abrieb, Kühlreaktion und ähnliches sind Eigenschaften, die je nach Hersteller variieren.

Generell lässt sich aber sagen, dass eine Bremse während des Rennens zwischen 400 Grad und 1000 Grad Celsius ihr optimales Temperaturfenster besitzt. Über die Größe der Kühlöffnung kann man diese Fenster beispielsweise beeinflussen. Sinkt die Temperatur unter 400 Grad Celsius, bringt die Bremse in den ersten Zehnteln des Bremsvorgangs zu wenig Verzögerung.

"Fahrtwind" in die Bremse

Steigt die Temperatur über 1000 Grad Celsius, ist der Verschleiß an der Scheibe und den Sätteln größer als im idealen Temperaturfenster (zu sehen, wenn "aus" den Vorderreifen schwarze Staubwolken austreten). Ideal wäre eine Temperaturvarianz zwischen 600 und 1000 Grad Celsius.

Hauptaugenmerk der Teams bei der Entwicklung der Bremskühlung gilt also einem System, welches die Bremsen schnell herunterkühlt, jedoch nicht zu stark kühlt. Aus diesem Grund ist die Luftführung durch die Bremse hindurch eine eigene Wissenschaft und in keiner Rennserie so speziell wie in der Königsklasse.

Durch einen Lufteinlass an der Radinnenseite gelangt "Fahrtwind" in die Bremse, die heute ein geschlossener Kasten ist. Die Bremsscheibe selbst ist perforiert, anders könnte die Scheibe gar nicht so schnell abgekühlt werden. Wichtig bei der Luftführung durch die Bremsscheibe ist der Luftauslass.

Unterdruck an der Radaußenseite erzeugen

So startete Ferrari 2007 erstmals mit Radabdeckungen. Entgegen des weit verbreiteten Aberglaubens geht es dabei nicht primär um eine strömungsoptimierte Luftführung um die Reifen, viel mehr geht es um die Beschleunigung der das Rad umströmenden Luft, um einen Unterdruck an der Radaußenseite zu erzeugen, der die Luft aus der Bremse mit steigender Geschwindigkeit stärker "heraussaugt" und so stärker kühlt.

Die Bremsen erreichen daher erst kurz vor der nächsten Bremsphase die Minimaltemperatur und nicht schon zu früh, sodass sie immer auf idealer Betriebstemperatur sind. Erst in dieser Saison wurden die Abdeckungen so geformt, dass sie aerodynamisch spürbare Effizienz erzielten.

Schade, da sie in diesem Jahr abgeschafft wurden. Daher experimentierten in diesem Jahr einige Teams wieder vermehrt mit Bremsventilatoren, die man sich eben wie kleine Ventilatoren vorstellen kann, die parallel zur Bremsscheibe drehen und so die Kühlung verbessern.

Manül sagt danke

Abschließend möchte ich mich für die gebotene Plattform und tolle Zusammenarbeit hier bedanken. Ich hoffe, ich konnte mit meinen Beiträgen das Verständnis für die Technik, die hinter diesem Sport steht, verfeinern. Denn fernab vom medialen Hype um Schumis Comeback gibt es weitaus mehr Aspekte, die diese Rennserie sehenswert machen.

Und ebenfalls sollten einige diese Sichtweise als Anstoß nehmen, Kommentare wie "Bei Testfahrten geht es doch um nichts" oder "Wow ist McLaren weit hinten" zu überdenken. Denn bei genauerer Betrachtung kann man jeder einzelnen Runde Erkenntnisse abgewinnen über die Probleme, Entwicklungen und Vorteile der einzelnen Teams. Testfahrten und Trainings sind mehr wert als jedes Rennen, egal wie viele Punkte man holt.

In diesem Sinne wünsche ich uns allen noch eine spannende Saison 2010 und verabschiede mich ganz herzlich von dieser großen Bühne.

Werbung
Werbung
Werbung
Werbung