Formel-1-Technik 2015: Monocoque
Teil 1 von 5 der Technik-Serie vor der Formel-1-Saison 2015: Wie eine Überlebenszelle gebaut und getestet wird und aus wie vielen Einzelteilen sie besteht
(Motorsport-Total.com) - Das Monocoque ist das Kernstück eines jeden Formel-1-Autos. Es ist Arbeitsplatz und Überlebenszelle des Piloten in einem. Hinten angeflanscht ist der Motor, vorne die Fahrzeugnase. Die Form des Monocoques ergibt sich aus einer Reihe von Faktoren. Dazu gehören im Reglement vorgegebene Dimensionen wie etwa jene für die Cockpitöffnung, aber auch die Länge des Radstandes, die Tankgröße, der Körperbau der Piloten sowie aerodynamische Anforderungen.
Beim Design des Monocoques wird zuerst die Oberflächenform definiert. Anschließend werden Finite-Elemente-Berechnungen durchgeführt, um zu garantieren, dass die Sicherheitszelle die von den Ingenieuren berechneten Anforderungen in Bezug auf die Steifigkeit und Festigkeit erfüllt. Diese ergeben sich einerseits aus den fahrdynamischen Belastungen und andererseits aus den Sicherheitsvorschriften der FIA. Diese Anforderungen wurden in den vergangenen Jahren laufend erhöht und somit die passive Sicherheit für die Piloten signifikant verbessert.
Die wichtigsten Tests sind dabei der Frontalcrash (mit Nase) bei einer Geschwindigkeit von 15 Meter pro Sekunde, der statische Belastungstest des Überrollbügels, der einem Druck von rund zwölf Tonnen widerstehen muss, und der neu eingeführte Belastungstest für die seitliche Crashstruktur, welcher die obere und untere seitliche Struktur gleichzeitig mit zehn und 15 Tonnen belastet, um die Stärke des Monocoques zu testen. Am ganzen Fahrzeug werden insgesamt vier dynamische und mehr als ein Dutzend statische Tests durchgeführt.
Das Monocoque besteht aus einem Verbund von Kohlefaser und Aluminiumwaben. Diese Kombination ergibt eine sehr hohe Steifigkeit und Festigkeit bei gleichzeitig geringem Gewicht. Die Composite-Ingenieure definieren, wie viele Lagen Kohlefaser an welcher Stelle benötigt werden, um die vielfältigen Anforderungen zu erfüllen. Dabei haben sie zusätzlich die Wahl zwischen unterschiedlichen Kohlefasertypen - je nachdem, ob Kräfte nur in einer oder in mehreren Richtungen angreifen. An besonders hoch belasteten Stellen können bis zu 60 Lagen Karbon übereinander verarbeitet sein.
Insgesamt besteht ein Monocoque aus rund 1.500 einzelnen Kohlefaserstücken. Hergestellt wird es aus zwei Halbschalen, in die zusätzliche Verstärkungen eingeklebt werden. Nach mehreren Backvorgängen im Autoklaven werden die Halbschalen zusammengeklebt. Der letzte Arbeitsgang umfasst das Montieren zahlreicher Befestigungsbauteile.
Aufgrund ihrer enorm hohen Festigkeit bieten Monocoques den Piloten selbst bei sehr schweren Unfällen einen maximalen Schutz. Weil auch der Benzintank darin untergebracht ist, gehören dramatische Feuerunfälle der Vergangenheit an. Nach einem Unfall lässt sich die Sicherheitszelle fast immer reparieren.
Pro Jahr werden etwa beim Sauber-Team in Hinwil vier Monocoques gefertigt, die für den Renn- und Testeinsatz sowie für die Prüfstandsversuche benutzt werden. Jede einzelne Sicherheitszelle muss dabei von der FIA homologiert werden, wobei lediglich das erste Exemplar sämtliche Tests bestehen muss.
