Wie die Kohlefasertechnologie eine neue Ära der Formel 1 prägt

(Motorsport-Total.com) - Karbonfasern sind in der Formel 1 zwar schon seit über 40 Jahren allgegenwärtig, aber es wäre falsch zu behaupten, dass es sich um einen Technologiebereich handelt, der jemals stillsteht. Wie in jedem anderen Bereich der aktuellen Grand-Prix-Maschinen sind die Teams ständig auf der Suche nach marginalen Verbesserungen, die sie zu Siegern machen.

Auf das Wesentliche heruntergebrochen bedeutet dies, Dinge leichter und stärker zu machen - und sicherzustellen, dass jedes Teil für seinen Zweck geeignet ist. Die Teams sind auch immer auf der Suche nach Anzeichen für revolutionäre Technologien, die ihnen helfen können, ihre Konkurrenten zu überholen.

Der Fortschritt bei den Rohstoffen, aus denen die Autos hergestellt werden, findet jedoch nicht nur innerhalb der Werksmauern der Formel-1-Teams statt, denn diese sind auf externe Zulieferer angewiesen, die die Verbundwerkstoffindustrie viel besser kennen.

Wer ist verantwotlich für die Karbonteile in der Formel 1?

Und keiner sticht in der aktuellen Formel 1 mehr hervor als das belgische multinationale Wissenschaftsunternehmen Solvay. Es beliefert mehr oder weniger alle Formel-1-Teams mit seinen Kohlefaserprodukten, die schließlich zu den Autoteilen geformt und verarbeitet werden, die wir auf der Rennstrecke sehen.

Solvay hat dramatische Veränderungen in der Technologie und im Verständnis von Karbonfasern miterlebt, seit diese in der Formel 1 zum ersten Mal zum Einsatz kamen, da die Teams immer wieder an die Grenzen gegangen sind.

Wie Gérald Perrin, "Global Program Director of Automotive" bei Solvay, gegenüber der englischen Edition von 'Motorsport.com' erklärt: "In den letzten 20 Jahren wurde jedes einzelne Auto, das die Formel-1-Meisterschaft gewonnen hat, mit Solvay-Materialien hergestellt."

Mittlerweile über 40 Karbonfaserarten

"Wir haben in der Zusammenarbeit mit den Teams bei der Verbesserung der Sicherheit der Autos eine Schlüsselrolle gespielt. Aber die Materialien, die heute verwendet werden, sind völlig anders als die, die in den 80er Jahren entwickelt wurden. Es gibt eine Optimierung der Fasern und des Harzes und der Art und Weise, wie man diese beiden Materialien kombiniert und miteinander interagiert."

"Alles wurde komplett optimiert, während es in den 80er Jahren wahrscheinlich eine Lösung für alles gab: Es war leichter als Metall, also war es schon super schön!"

Während vor Jahrzehnten in einem Auto vielleicht zwei oder drei verschiedene Arten von Karbonfasern für unterschiedliche Zwecke verwendet wurden, ist das heute mit rund 40 verschiedenen Arten völlig anders.

Darauf kommt es bei der Herstellung an

Mark Steele, "Customer Engineering Manager of Automotive Composites" bei Solvay, sagt: "Wenn ich an die 1980er Jahre zurückdenke, wurden ein oder zwei, vielleicht sogar drei verschiedene Arten von Epoxidharzen verwendet, um die Leistung in die Faser zu übertragen."

"Heutzutage verwenden die Autos nicht mehr ein oder zwei, sondern mehrere Harze. Es handelt sich um sehr, sehr maßgeschneiderte Harze für sehr spezifische Anwendungen: von einem Aufhängungsarm, bei dem es letztlich auf die Steifigkeit ankommt, bis hin zu einer seitlichen Intrusionskapsel, die den Fahrer schützen soll."

"Wenn man sich die Auswahl an Fasern ansieht, würde ich nicht sagen, dass es Hunderte sind, aber es gibt eine riesige Auswahl. Man muss eine Faser nach den gewünschten Eigenschaften auswählen und dann versuchen, diese mit der Chemie des Harzes abzustimmen, denn man kann nicht alle Chemikalien für alle Fasern verwenden. Ich denke, das ist der eigentliche Grund für die Vorteile."

"Auch die Konsistenz hat sich stark verbessert. Das erlaubt es den Teams, ihre Teile bis zum Äußersten zu beanspruchen, weil sie wissen, dass sie immer wieder versagen werden. Das bedeutet, dass sie das letzte Quäntchen an Leistung aus dem Teil herausholen können."

Neue Regeln als Herausforderung

Solvay hat im Laufe der Jahre viele Regeländerungen miterlebt und musste auf die steigenden Anforderungen an härtere Materialien reagieren, um den immer strengeren Crashtests standzuhalten. Die neuen Regeln der Formel 1 für 2022 haben jedoch einige besondere Herausforderungen mit sich gebracht, da die Teams darum kämpfen mussten, das Gewichtslimit einzuhalten.

Die Verzweiflung über die zusätzlichen Kilos war so groß, dass einige Teams ihre Farblackierung angreifen mussten, um die überschüssige Farbe zu entfernen, sodass die nackte Kohlefaser zum Vorschein kam.

Steele erklärt, dass auch Solvay seinen Teil dazu beitragen musste, Materialien herzustellen, die an dieser Front helfen konnten: "Wir haben ein sehr spezielles Produkt für einige der Karosserieteile entwickelt, auf die nur wenige Mikrometer Farbe aufgetragen werden mussten", erklärt er. "Die Oberfläche musste also nahezu perfekt sein, bevor sie lackiert wurde."

"Wenn sie sich dann in den Lack einschleifen, weil sie ihn oft entfernen oder das Auto reinigen müssen, mussten wir einige Formulierungen entwickeln, die besonders abriebfest sind. Das bedeutet, dass sie sich beim Abschleifen nicht in den Kohlenstoff einschneiden. Das sind die wirklich kleinen Details, die es ermöglichen, Gewicht zu sparen."

Was kommt als nächstes?

Formel-1-Teams und Unternehmen wie Solvay blicken immer in die Zukunft und überlegen, woher die nächsten Verbesserungen kommen werden. Es ist jedoch wichtig zu betonen, dass sich die Ziele für alle Wettbewerber ändern. Während man früher nur an der Leistung interessiert waren, müssen die Teams heute mit einer Vielzahl von konkurrierenden Faktoren jonglieren.

Da ist zum einen die Frage der Kostenobergrenze, was bedeutet, dass ein gutes Preis-Leistungs-Verhältnis wichtig ist. Aber auch die Nachhaltigkeit wird immer wichtiger, und das gilt auch für die Materialien, die für Autos verwendet werden.

Steele fügt hinzu: "Es ist sehr schwer vorherzusagen, wie sich die Entwicklung fortsetzen wird, aber was die Materialien betrifft, so werden heute die exotischsten Fasern und Harze verwendet."

Steele: Müssen Materialien wegen Budgetgrenze günstiger machen

"Was aber eine Rolle spielt, ist die Budgetbegrenzung für die Teams. Die größeren Teams sind davon stärker betroffen als andere, weil sie sicherlich weniger Geld für einige dieser wirklich exotischen Produkte ausgeben können."

"Das ist wahrscheinlich das größte Problem: Wir müssen versuchen, die Materialien kostengünstiger zu machen und gleichzeitig die Leistung zu erhalten. Es gibt auch Gespräche über die Verwendung von biologisch nachhaltigen Rohstoffen, denn die Vorschriften könnten die Teams dazu bringen, weniger erdölbasierte Materialien im Auto zu haben."

"Es sind diese Art von Vorschriften, die den Formel-1-Markt in eine bestimmte Richtung bewegen werden."

Solvay sieht intensive Entwicklung in nächsten Jahren

Das heißt aber nicht, dass sich die Teams am Ende von den Fortschritten abwenden werden, die eine Verbesserung der Rundenzeiten ermöglichen. Perrin sieht für die nächsten Jahre zwei Wege der intensiven Entwicklung.

"Solvay spielt mit der additiven Fertigung", erklärt er. "Wie der 3D-Druck ist auch die additive Fertigung etwas, bei dem wir bereits sehr präsent und fortgeschritten sind. Es ist eine andere Art, ein Teil herzustellen, und das ist etwas, das wir für die Formel 1 und für mehrere Märkte interessant finden."

"Abgesehen von den Verbundwerkstoffen würde ich sagen, dass wir ein wichtiger Akteur im Bereich der Elektrifizierung sind. Wir spielen eine große Rolle in der Batterietechnologie und steigern sogar die Leistung von Elektromotoren."

Solvay sieht Möglichkeiten für eine stärkere Verwendung von Kohlefaserteilen in Elektromotoren. Diese können zu einer geringeren Trägheit und höheren Rotationsgeschwindigkeiten der internen Komponenten beitragen, sodass sie viel schneller hoch- und runterfahren können.

Neue Batterietechnologie für Formel-1-Reglement 2026?

Aber es gibt auch Hinweise auf künftige Revolutionen in der gesamten Batterietechnologie, die von entscheidender Bedeutung sein könnten, wenn die Formel 1 ab 2026 auf ihre neuen Motorenregeln umstellt.

Perrin fügt hinzu: "Wir arbeiten auch an der Chemie der Batterie selbst. Heute verwenden die meisten Leute, ich würde sagen, konventionelle Batterien, aber es gibt eine neue Batterietechnologie, die wir für 2025 vorhersehen können."

"Die Kapazität der Batterie und das Gesamtgewicht, das man für die gleiche Energiemenge tragen muss, werden sich also drastisch verringern. Es ist noch nicht so weit, aber das ist etwas, das wir am Horizont kommen sehen."

Kohlefaser hat in den 1980er Jahren eine neue Ära in der Formel 1 eingeleitet. Es sieht so aus, als ob sie auch bei der Gestaltung ihrer langfristigen Zukunft eine Schlüsselrolle spielen wird.