Wie wird ein Formel-1-Auto gebaut?

Wie wird ein FORMEL-1-Auto gebaut? F1-Ingenieure verwenden CAD-, Finite-Elemente- und Spannungsanalyse-Software, um das Chassis zu entwerfen, zu analysieren und zu verfeinern. Die folgenden Schritte bieten eine vereinfachte Darstellung der grundlegenden Schritte bei der Herstellung aller Carbonfaserkomponenten des Autos. Die Hauptbestandteile des Chassis sind die Überlebenszelle, Überrollstrukturen, Treibstofftanks und Ballastgewichte.

Wie wird ein Formel-1-Auto gebaut?

Fünf-Achs-Fräsmaschinen werden verwendet, um Muster für das feste Epoxidharz-Chassis auszuschneiden. Diese Fräsmaschinen stellen die Spitze des automobilen Ingenieurwesens dar und lesen Daten aus der CAD-Design-Datei, um die vom Muster vorgegebenen Dimensionen und Konturen exakt nachzubilden. Sollten sich im Muster Defekte befinden, werden diese auch auf das daraus abgeleitete Chassis übertragen. Daher ist es entscheidend, dass die Muster fehlerfrei sind.

Die fertigen Muster sind mit einer Genauigkeit von +/- 0,05 mm hergestellt. Epoxidharz wird anstelle von Metallen verwendet, um sicherzustellen, dass bei den extrem hohen Temperaturen des Aushärtungsprozesses (über 130 Grad) die thermische Ausdehnung reduziert wird.

Weibliche Formen werden aus denselben Mustern hergestellt. Die Produktion erfolgt in einem Reinraum, der im Wesentlichen ein vom Rest der Fabrik abgeschlossener Raum ist, abgetrennt durch doppelwandige Luftschleusen. Die Umgebung wird streng kontrolliert (Luftdruck, Feuchtigkeit, Temperatur), und die Arbeiter müssen jederzeit spezielle Schutzanzüge und Schuhe tragen.

Die Formen werden aus Carbonfasern hergestellt. Der Prozess läuft in mehreren Phasen ab und beinhaltet verschiedene Vakuumbehandlungen, Schichtprozesse und thermische Aushärtung. Verbundwerkstoffe spielen eine entscheidende Rolle beim Bau des Chassis, wobei deren Verwendung durch Vorschriften geregelt ist, um Sicherheit und Leistung zu gewährleisten.

Obere und untere Formen kommen bei der Produktion zum Einsatz, da das Chassis aus oberen und unteren Hälften besteht, die später zusammengefügt werden. Beim Entfernen der Muster aus den Formen ist größte Sorgfalt erforderlich, um Beschädigungen zu vermeiden.

Die Außenseiten der fertigen Formen werden dann maschinell bearbeitet, um etwaige Unvollkommenheiten zu entfernen. Diese Formen werden anschließend zur Herstellung aller für die Saison benötigten Chassis verwendet.

Das Chassis selbst besteht aus Lagen von Carbonfasergewebe. Mehrere verschiedene Gewebearten kommen zum Einsatz, und die Ausrichtung der Lagen ist entscheidend – sie müssen in einer bestimmten Richtung verlaufen, um den Steifigkeitsanforderungen und der jeweiligen Beanspruchung des Chassisbereichs zu entsprechen. Der Einsatz von Carbonfasern ist essenziell zur Leistungssteigerung und Sicherheit des Autos, wobei umfassende Datensammlung und Feedbackschleifen optimale Ergebnisse gewährleisten.

Für jedes Chassis werden mehrere hundert Lagen Carbongewebe verwendet, die aus unterschiedlichen Formen bestehen, um die gewünschten Eigenschaften zu erzielen. Die Formen werden mit computergesteuerten Maschinen ausgeschnitten, um Genauigkeit und Wiederholbarkeit zu gewährleisten.

Anzahl und Ausrichtung der Lagen variieren je nach Chassisbereich. So werden beispielsweise in stark beanspruchten Bereichen wie den Befestigungspunkten von Aufhängung und Motor mehr Lagen eingesetzt. Die Lagenzahl wird beim Verlegen gezählt, ebenso wie deren Ausrichtung und Position.

Um die korrekte Platzierung der Lagen sicherzustellen, greifen Arbeiter auf Referenzhandbücher mit bebilderten Anleitungen zurück, die exakt zeigen, wie jede Lage verlegt werden muss. Nach dem Auflegen überprüft ein Prüfer die Position anhand des Handbuchs und gibt die Freigabe für die nächste Lage.

Nachdem die Lagen korrekt im Werkzeug platziert wurden, wird das gesamte Paket in einen Vakuumbeutel verpackt und in einem Autoklaven (einem großen Ofen zur thermischen Aushärtung unter kontrollierter Temperatur und Druck) ausgehärtet. Der Beutel wird evakuiert, sodass die Lagen gepresst werden.

Die hohen Temperaturen im Autoklaven lassen das zuvor imprägnierte Harz zwischen den Lagen gleichmäßig fließen. Beim Aushärten wird das Harz fest und verbindet alle Lagen zu einem einzigen festen Bauteil – einer Hälfte des Chassis. Zu diesem Zeitpunkt können auch andere Komponenten wie Metalleinsätze und Gewindebolzen zur späteren Befestigung integriert werden. Die Strömungsmechanik (CFD) wird zur Optimierung der Aerodynamik vor der Herstellung eingesetzt. Der 2011 eingeführte Drag-Reduction-System (DRS) reduziert den Luftwiderstand und erhöht so die Höchstgeschwindigkeit, indem ein Teil des Heckflügels auf Geraden geöffnet wird.

Die beiden fertigen Chassishälften werden aus den Formen entnommen und miteinander verklebt, um eine einzige Hülle zu bilden. Anschließend werden Schottwände eingeklebt, an denen die vordere Radaufhängung und die Rückenlehne des Fahrersitzes befestigt werden. Die zu verklebenden Bereiche müssen sorgfältig gereinigt werden, da die Festigkeit der Verbindung ausschließlich vom Kleber abhängt – ohne Unterstützung durch Metallschrauben. Spezielle Klemmen gewährleisten beim Verkleben der Chassishälften einen präzisen Ablauf, der wiederholbar ist.

Anschließend erfolgt eine finale Bearbeitung und Beschnitt des Chassis, um notwendige Details und Aufhängung-Anschlüsse sowie Befestigungspunkte anzubringen. Auch hier kommt spezielles Spannwerkzeug zur Anwendung. Das Energierückgewinnungssystem wird zur Effizienzsteigerung direkt ins Chassis integriert. Auch die Kühlungsanforderungen des Antriebsstrangs werden berücksichtigt, mit Lufteinlässen zur Kühlung der Hauptkühler.

Während aller vorherigen Schritte muss ein intensiver Prüfprozess eingehalten werden. Das Team verfügt über eine Abteilung für Verbundwerkkontrolle, in der alle entsprechenden Teile und verklebten Komponenten nach dem Autoklavieren und vor der Weiterverarbeitung oder dem Einbau ins Fahrzeug überprüft werden. Die Fahrersicherheit hat bei diesen rigorosen Prüfungen Priorität. Auch die Reduktion des Luftwiderstands ist entscheidend für die Hochgeschwindigkeitsstabilität und wird durch gezielte aerodynamische Entwicklungen erreicht.

Auch nach jedem Rennen werden Teile zur weiteren Prüfung zurückgebracht. Manche Teile haben einen festen Prüf-/Serviceplan und müssen automatisch zu bestimmten Zeitpunkten begutachtet werden. Dies umfasst eventuell zerstörungsfreie Prüfungen (NDT) der Verklebungen und Verbundmaterialien, Festigkeitskontrollen, Sichtprüfungen oder gründliche Reinigung.

Zusätzlich muss das Chassis eines neuen Rennwagens eine Reihe strenger FIA-Crashtests bestehen, bevor es zugelassen wird. Diese Aufpralltests finden unter Aufsicht eines FIA-Beauftragten statt. Sie sind in verschiedene Gruppen unterteilt: Aufpralltests, Tests der Überrollstruktur und Schubtests.

Es ist wirklich bemerkenswert, dass diese faszinierenden Maschinen jedes Jahr von Grund auf neu entworfen, entwickelt und gebaut werden.

Video: Wie ein Formel-1-Auto aus Carbonfasern gebaut wird

Dieses Video erklärt, wie ein Formel-1-Auto gebaut wird.

Wie lange dauert es, ein Formel-1-Auto zu bauen?

Der Bau eines Formel-1-Autos ist ein komplexer und zeitaufwendiger Prozess, der mehrere Phasen umfasst – von der anfänglichen Entwicklung bis zur Endmontage. Der gesamte Vorgang kann sich über mehrere Monate erstrecken, wobei die unterschiedlichen Komponenten unterschiedlich viel Zeit zur Entwicklung und Herstellung benötigen.

Entwurf und Entwicklung

Der Prozess beginnt mit der Entwurfs- und Entwicklungsphase, die mehrere Monate dauern kann. Ingenieure und Designer arbeiten daran, ein Auto zu schaffen, das den neuesten Vorschriften entspricht und eine maximale Leistung erzielt. Aerodynamische Komponenten wie der Frontflügel benötigen nach dem ersten Windkanaltest typischerweise vier bis sechs Wochen, bis sie finalisiert sind.

Fertigung

Ist der Entwurf abgeschlossen, beginnt die Herstellung. In diesem Schritt entstehen tausende Einzelteile, jedes mit höchster Präzision und aus hochwertigen Materialien gefertigt. Der Zeitaufwand variiert je nach Komplexität – einige Teile sind schnell produziert, andere, besonders aus Verbundstoffen oder mit aufwändiger Bearbeitung, benötigen Wochen oder Monate.

Montage

Sind alle Teile gefertigt, erfolgt die Montage, die etwa eine Woche dauern kann. Dabei achten Ingenieure darauf, dass alle Komponenten präzise passen und ordnungsgemäß funktionieren. Auch umfangreiche Tests zur Leistung und Sicherheit des Fahrzeugs finden in dieser Phase statt.

Ständige Weiterentwicklung

Wichtig ist: Die Entwicklung eines F1-Autos ist nie abgeschlossen. Auch nach der ersten Fertigstellung arbeiten Teams kontinuierlich an Verbesserungen und Updates während der gesamten Saison, um wettbewerbsfähig zu bleiben und sich an neue Vorschriften oder Streckenbedingungen anzupassen.

Zusammengefasst: Die Initialmontage dauert etwa eine Woche, der Gesamtprozess vom Design bis zum rennfertigen Fahrzeug jedoch mehrere Monate. Das Know-how und Engagement von Hunderten Ingenieuren, Designern und Technikern sind entscheidend dafür, diese Hochleistungsmaschinen zum Leben zu erwecken.

Woraus besteht der Unterboden eines F1-Autos?

Der Unterboden eines Formel-1-Fahrzeugs – auch als Plank oder Unterboden bekannt – spielt eine entscheidende Rolle für die Aerodynamik und Gesamtleistung. Er steuert den Luftfluss unter dem Auto und trägt maßgeblich zur Abtriebskraft und Stabilität bei.

Der Plank

Ein markantes Element auf der Unterseite ist der “Plank”, ein Holzbalken, auch Skid Block genannt. Dieser besteht aus Jabroc – einem hochdichten Material aus Buchenfurnier und Harz. Der Plank erfüllt mehrere Funktionen:

1. Regelkonformität: Die FIA schreibt den Plank vor, um die Mindestbodenfreiheit des Autos zu begrenzen. Dies stellt sicher, dass alle Teams gleiche aerodynamische Voraussetzungen erhalten.
2. Verschleißanzeiger: Der Plank zeigt durch Abnutzung an, ob das Auto zu tief fuhr. Wenn er während eines Rennens übermäßig abnutzt, gilt das Fahrzeug als regelwidrig tief – dies kann zu Strafen führen.

Gleitschienen (Skid Blocks)

Neben dem Holzbalken besitzt der Unterboden Skid Blocks aus Titan. Diese sind strategisch angebracht, um den Unterboden zu schützen. Beim Kontakt mit dem Asphalt sprühen sie Funken – ein visuelles Zeichen für die Höhe des Fahrzeugs über dem Boden.

Hochentwickelte Materialien

Der restliche Unterboden besteht meist aus Verbundstoffen wie Carbonfaser. Diese bieten hohe Festigkeit bei gleichzeitig geringem Gewicht. Ihre Formbarkeit ermöglicht komplexe Formen zur aerodynamischen Optimierung. Dadurch entsteht ein steifer, zugleich leichter Unterboden mit hoher Belastbarkeit.

Permaglas

Teilbereiche bestehen aus Permaglas – einem glasfaserverstärkten Kunststoff. Dieses Material ist besonders verschleißfest und trägt zur Langlebigkeit und Leistung des Fahrzeugs bei.

Der Unterboden eines F1-Autos ist eine durchdachte Materialkombination, die Leistung, Regelkonformität sowie Schutz sicherstellt – von Jabroc und Titan bis hin zu modernsten Kompositwerkstoffen wie Carbonfaser und Permaglas.

Was ist das Mindestgewicht eines F1-Autos?

Das Mindestgewicht eines F1-Autos ist ein zentraler Bestandteil des Regelwerks. Es sorgt für Chancengleichheit und bestimmt die Balance zwischen Leistung und Sicherheit. Zur Saison 2024 beträgt das Mindestgewicht 796 Kilogramm (1.755 Pfund), inklusive Fahrer samt kompletter Rennbekleidung (Helm, Anzug, Ausrüstung).

Entwicklung der Gewichtsvorgaben

Über die Jahre wurde das Mindestgewicht schrittweise erhöht, insbesondere aufgrund neuer Technologien, Sicherheitssysteme und Hybridantriebe. 2022 lag es bei 798 kg und wurde für 2024 auf 796 kg angepasst, um technischen Änderungen Rechnung zu tragen.

Fahrergewicht

Für Fahrer gilt ein Mindestgewicht von 80 Kilogramm (176 Pfund), inklusive Sitz aber ohne weitere Ausrüstung. Bei Unterschreitung muss Ballast im Cockpit angebracht werden. Diese Regel gilt seit 2019, um Vorteilen durch leichtere Fahrer vorzubeugen.

Einfluss auf die Fahrzeugleistung

Das Gewicht beeinflusst die Performance stark. Mehr Gewicht bedeutet geringere Beschleunigung und schlechtere Verzögerung. Daher managen Teams das Gesamtgewicht akribisch und platzieren Ballast gezielt, um Fahrzeugbalance und Fahrverhalten zu optimieren.

Zukünftige Änderungen

Ab 2026 plant die FIA eine Reduktion um 40–50 Kilogramm. Dadurch sollen kleinere Fahrzeuge und Räder zum Einsatz kommen, was Agilität und Effizienz verbessert.

Zusammenfassend: Das Mindestgewicht für F1-Autos beträgt 2024 796 kg (inkl. Fahrer). Es stellt faire Wettbewerbsbedingungen sicher und erlaubt Teams durch Balaststeuerung die Feineinstellung der Fahrzeugabstimmung. Zukünftige Regeländerungen sollen die Wettbewerbsfähigkeit weiter steigern.

Einige Inhalte dieses Artikels stammen aus einer Pressemitteilung von Mercedes-AMG.

Übersetzung aus dem englischen Artikel “How Is A Formula 1 Car Made?“