Formel 1 2009 vs. 2019: Bremsen im Vergleich

27.09.2019

Das Märchen von Brawn GP vor 10 Jahren mit Brembo Bremsen

Überraschungen - das ist es, was der Formel 1 - in den letzten Jahren durch Serienerfolge von Mercedes und sporadische Siege von Ferrari und Red Bull gekennzeichnet - fehlt. Vor zehn Jahren war die Lage noch ganz anders und zu verdanken hatten wir dies einem kleinen Team, das für ein einziges Pfund Sterling zum Verkauf stand und es dann unter dem neuen Namen, Brawn GP, schaffte, die Fahrer- und Team-WM für sich zu entscheiden.

Damals war die Formel 1 eine andere, Angefangen bei den Motoreigenschaften (2,4 Liter-V8-Saugmotor mit einer maximalen Drehzahl von 18.000 U/min) bis hin zu den Reifen (Bridgestone), auch das Auftanken während des Rennens, das Fehlen von Verbrauchsgrenzen und die höhere Anzahl an Triebwerken, die jedem Fahrer während einer Saison zur Verfügung stand (8 für 17 Grand Prix) – vieles war damals anders.

Auch die Bremsenkomponenten, die Brembo damals schon an die meisten Teams lieferte - an die Scuderia Ferrari, die seit 1975 nie andere Bremssysteme als die von Brembo einsetzt, an Red Bull, Toyota, Toro Rosso sowie an BMW Sauber und eben an Brawn GP.

Seit Anfang der Achtzigerjahre stattet Brembo nicht nur die führenden Teams, sondern auch die Rennställe, die zwar ein geringeres Budget zur Verfügung haben, sich aber trotzdem die besten Bremsen, die auf dem Markt sind, sichern wollen, aus. Genau dies war auch die Wahl von Ross Brawn, als er das Team von Honda übernahm und die Eigenschaften, die der BGP001 haben sollte, bestimmte.

Ross Brawn hatte die Bremskraft und Verlässlichkeit der Brembo Bremsen schon zuvor bei diversen Gelegenheiten in der Formel 1 schätzen gelernt – zunächst bei Benetton (1991-1996), danach bei Ferrari (1997-2006): mit dem anglo-italienischen Team eroberte er eine Konstrukteurs- und zwei Fahrerweltmeisterschaften, mit Ferrari sogar sechs Konstrukteurs- und fünf Fahrerweltmeisterschaften.

2007 stieß er auch bei Honda auf Brembo Bremsen, aber das allein reichte nicht aus, um Erfolg zu haben. Das Jahr 2008 war ein besonders glückloses für das anglo-japanische Team, in 19 Grand Prix eroberten sie nur einen einzigen Podiumsplatz, nur in vier Rennen konnten sie punkten und wurden somit am Ende der Saison mit 14 Punkten nur Drittletzte in der Teamwertung, vor Force India und Super Aguri.

2009 revolutionierte Ross Brawn den technischen Ansatz bei der Fahrzeugentwicklung und führte einen Doppeldiffusor ein, der eine exzellente Aerodynamik brachte. Vor allem dank dieser Neuentwicklung war es zu verdanken, dass das Brawn GP Team Brembo am Ende der Rennsaison die 19. Konstrukteursweltmeisterschaft und mit Jenson Button die 15. Fahrerweltmeisterschaft schenkte.

Aber zurück zu den Brembo Bremssystemen: Die Entwicklung der letzten zehn Jahre ist wirklich beeindruckend, besonders die verbesserte Leistung, die die Brembo Bremssysteme der letzten Generation bieten. Die schnelleren Rundenzeiten der aktuellen Formel-1-Autos im Vergleich zu denen von 2009 und die höhere Bodenhaftung zwischen Reifen und Straße, durch die das Drehmoment besser auf die Straße übertragen werden kann, machen höhere Bremsleistungen notwendig.

Um die Verbesserungen veranschaulichen zu können, vergleichen wir hier die Bremsmanöver einiger Rennstrecken, die noch dasselbe Layout wie vor zehn Jahren haben: GP von Italien (Monza), GP von Abu Dhabi (Yas Marina), GP von Monte Carlo, GP von Belgien (Spa-Francorchamps) und GP von Brasilien (Interlagos).

BREMSLEISTUNG: BIS ZU +50%

Unter Bremsleistung versteht man die Energie, die während einer Bremsung abgeleitet wird. Dieser Wert ist der, der in den letzten zehn Jahren am meisten angestiegen ist - an ein paar Beispielen können wir das veranschaulichen.

In der Sainte-Dévote-Kurve, der ersten nach dem Start beim GP von Monte Carlo, betrug 2009 die Bremsleistung jedes F1-Rennwagens 1.588 kW, dieses Jahr sind es im Durchschnitt 2.175 kW. Das entspricht einer Steigerung von 37%.

Auf anderen Rennstrecken liegt die Steigerung sogar noch höher: 2009 war der Wert in der Kurve nach dem Ziel des GP von Japan etwas über 2.000 kW, dieses Jahr erreichten die Fahrzeuge etwa 3.000 kW, also um 50% mehr.

VERZÖGERUNG: BIS ZU +23%

Die immer bessere Performance der Brembo Bremsen erhöhte natürlich auch die Verzögerung, der die Piloten ausgesetzt werden – teilweise ist sie sogar höher als die von Astronauten bei ihrer Rückkehr in die Erdatmosphäre.
In der Variante Rettifilo, der ersten Schikane in Monza (beim GP von Italien), kamen die Rennautos 2009 auf 5,1 g Verzögerung, heute auf 5,6 g, also um etwa 10% mehr. Ungefähr dasselbe gilt auch für die meisten anderen Kurven in der F1-Meisterschaft.
In Einzelfällen liegt die Veränderung sogar deutlich höher, z.B. auf der Rennstrecke in Spa-Francorchamps (GP von Belgien). An der Bus-Stop-Schikane stieg die maximale Verzögerung von 5,2 g auf 5,8 g, an der La Source sogar von 4,3 g auf 5,3 g. Im ersten Fall stieg die Verzögerung also um 11,5% an, im zweiten sogar um 23%.

PEDALKRAFT: BIS ZU +43%

Um eine höhere Bremsleistung bzw. eine stärkere Verzögerung zu erreichen, ist es notwendig, die Kraft auf das Pedal zu erhöhen. Die Fahrer, die heute in der Formel 1 fahren, müssen also, jedenfalls was das Bremsen betrifft, eine höhere Kraft ausüben als die Piloten vor zehn Jahren.

In Kurve 11 von Yas Marina (GP von Abu Dhabi) ist die derzeitige Verzögerung 223 km/h gegenüber den 207 km/h im Jahr 2009, die Kraftausübung auf das Pedal ist allerdings überproportional angestiegen und zwar von 126 kg auf 155 kg, also um 23%. In der Kurve nach dem Tunnel beim GP von Monte Carlo stieg die Pedalkraft von 116 kg auf 144 kg, also um 19%.

Und bei der schon zuvor erwähnten Variante Rettifilo in Monza veränderte sich die Pedalkraft von 137 kg 2009 auf 196 kg dieses Jahr und damit um mehr als 43%. In der letzten Kurve vor dem Ziel beim GP von Belgien stieg die Pedalkraft in den letzten zehn Jahren von 140,5 kg auf 202 kg, also um mehr als 30%.

BREMSZEIT: BIS ZU -13,9%

Die Bremszeit selbst hat sich auf den meisten Rennstrecken in der Formel 1 seit 2009 nicht wesentlich verändert. Allerdings muss man, um einen echten Vergleich anstellen zu können, auch die Geschwindigkeit vor und nach dem Bremsmanöver berücksichtigen und analysieren.

In Kurve 11 von Yas Marina zum Beispiel dauerte die Bremsung vor zehn Jahren 2,43 Sekunden - heute 2,38 Sekunden. Die Zeitersparnis ist demnach nur gering, nämlich gerade mal fünf Hundertstelsekunden. Tatsächlich ist der Unterschied aber viel höher, denn 2009 bremsten die Rennautos bei dieser Kurve 207 km/h hinunter, heutzutage hingegen verlieren sie hier 223 km/h. Obwohl also die Fahrer 16 km/h mehr abbremsen, benötigen sie dafür weniger Zeit – dank der besseren Bremsleistung.

In Kurve 10 beim GP von Monte Carlo benötigen die Piloten heute 2,48 Sekunden fürs Abbremsen, vor zehn Jahren waren es noch 2,6 Sekunden. In der letzten Kurve des GP von Belgien sank die Bremszeit am meisten: von 2,71 Sekunden im Jahr 2009 auf 2,52 Sekunden dieses Jahr, außerdem sinkt die Geschwindigkeit dort jetzt um 218 km/h gegenüber den 202 km/h im Jahr 2009.

Zusammengefasst war die Verzögerung 2009 in der letzten Kurve des GP von Belgien 74,5 km/h pro Bremssekunde, also pro Sekunde, in der die Bremse betätigt wurde. Heute sind es 86,5 km/h pro Bremssekunde. Vergleicht man die 74,5 km/h mit den 86,5 km/h beträgt die Verbesserung 13,9%. Dabei handelt es sich um die größte Verbesserung.

BREMSSCHEIBEN: VON 300 AUF 1.480 BOHRUNGEN (+393%)

Eine der Bremskomponenten, die eine auch mit freiem Auge gut sichtbare Veränderung erfuhr, ist die Bremsscheibe. Heute stellt Brembo vordere Bremsscheiben in drei Varianten zur Verfügung: die Version „medium cooling“ mit 800 Belüftunglöchern, die „high cooling“ mit 1.250 und die „very high cooling“ mit 1.480 Bohrungen.

Im Laufe des letzten Jahrzehnts konnte Brembo dank ständiger Forschung und Weiterentwicklung die Anzahl der Bohrungen immer weiter erhöhen und dabei die Durchmesser der Löcher gleichzeitig verkleinern: vor zehn Jahren hatten die Bremsscheiben der Formel 1 ungefähr 300 Belüftungslöcher.

Drei Jahre später waren es schon doppelt so viele, nämlich 600 Bohrungen. Die Entwicklung ging weiter und 2014 bekamen die Formel-1-Wagen schon Bremsscheiben mit mehr als 1.000 Belüftungslöchern.

Die erhöhte Scheibenoberfläche ermöglicht eine stärkere Wärmeableitung, um die Betriebstemperatur immer wieder rasch zu senken. Die Carbon-Bremsscheiben der Formel 1 können für kurze Momente sogar Spitzentemperaturen von über 1.000 Grad Celsius erreichen.

Ab 2017 wurde es durch die von 28 auf 32 mm erhöhte Scheibenstärke möglich, noch mehr Fläche für Bohrungen zu verwenden, was nochmals zu einer Weiterentwicklung des Kühlsystems der Bremsanlage führte.

Die Bohrungen sind nun in vier Reihen angeordnet und ihr Durchmesser beträgt 2,5 Millimeter. Sie werden auf einer Präzisionsmaschine hergestellt, um alle Bohrungen auf einer einzigen Bremsscheibe fertigzustellen, benötigt man 12 bis 14 Stunden. Dabei ist Präzision alles: die Toleranz beläuft sich auf nur maximal vier hundertstel Millimeter.

BELÄGE: ENERGIEABFUHR +10%

Auch die Bremsbeläge unterlagen in den letzten zehn Jahren einem signifikanten Wandel, sowohl die Größe als auch die Geometrie betreffend.

Die Gesamtoberfläche jedes Belags stieg etwas weniger als 2% an (von 4.000 auf 4.070 mm), heute sind sie aber wesentlich länger als früher: 2009 waren die Abmessungen 106 x 25 mm, 2019 sind sie nun 185 x 22 mm.

Heutzutage müssen die Beläge deutlich mehr Energie abführen: auf der Rennstrecke in Kanada erreichte die Temperatur der Bremsscheiben an der Haarnadelkurve (Kurve Nr. 10) vor zehn Jahren Spitzen von 908°C, dieses Jahr wurden am selben Punkt mehr als 1.000°C gemessen.

Um dem so gut als möglich entgegen zu wirken, wurde auch an der Form der Beläge gearbeitet: auch sie haben mittlerweile individuell auf jedes Team abgestimmte Belüftungsbohrungen.

BREMSSÄTTEL: LEICHTIGKEIT +15%

Im Laufe der letzten zehn Jahre unterlagen die Bremssättel unterschiedlichsten Entwicklungen: einerseits wurde die Wahl, welcher Sattel auf welcher Rennstrecke verwendet werden soll, erleichtert, andererseits geht die Tendenz immer weiter in Richtung individueller Gestaltung, die in Zusammenarbeit mit den Rennställen erfolgt.
Im Jahr 2009 wurden auf den verschiedenen Rennstrecken noch unterschiedliche Sättel eingesetzt, dafür gab es kaum Unterschiede zwischen den Modellen für die einzelnen Rennställe.
Seit einigen Jahren hingegen verwendet jedes Team nur einen Satteltypen für alle Rennstrecken, allerdings werden nun die Sättel extrem individuell auf die Bedürfnisse der Rennwagen der einzelnen Teams zugeschnitten. Dadurch wurde der Entwicklungsaufwand noch deutlich komplexer.
Heute ist in der Formel 1, anders als vor zehn Jahren, eine sehr starke Personalisierung der Bremssysteme notwendig und zwar in Abhängigkeit der unterschiedlichen Entscheidungen bei der Entwicklung der jeweiligen Rennwagen. Jedes von Brembo ausgestattete Team erwartet sich ein immer mehr „maßgeschneidertes“ Bremssystem, das in das Fahrzeugdesign integriert wird und auch während der Rennsaison ständig weiter entwickelt wird.

Die perfekte Abstimmung mit dem Kühlsystem des Corners (Ansaugstutzen, Trommel, Deflektoren) und die aerodynamischen Lösungen, die jeder Rennstall eigens entwickelt, führen dazu, dass jede Komponente ein Unikat ist.

Darüber hinaus wirken sich heute auch die jeweiligen Vorlieben der Piloten auf das Verhältnis von Steifigkeit zu Gewicht aus.
Manche Teams wählen leichtere Sättel, da bei ihnen der Fokus darauf liegt, Gewicht einzusparen, auch wenn dadurch etwas Steifigkeit verloren geht. Andere wiederum legen ihr Hauptaugenmerk gerade auf die Steifigkeit und vernachlässigen die Gewichtsfrage daher etwas mehr. Gesamt gesehen gab es in den letzten zehn Jahren eine Gewichtssenkung von 15%. In jedem Fall ist die Bearbeitung heutzutage um vieles komplexer als im Jahr 2009.

BRAKE BY WIRE

Zu guter Letzt, eine der wichtigsten Innovationen der letzten zehn Jahre: Brake by Wire. In der Rennsaison 2014 wurde diese Neuerung eingeführt, um die korrekte Bremstätigkeit an der Hinterachse zu gewährleisten und dabei die Einflüsse des von den Elektromotoren kommenden Bremsmoments auszuschalten. Dies führte zur Einführung von Brake by Wire (BBW).

Die Bremsanlage an der Hinterachse wird seither im normalen Betrieb nicht mehr direkt vom Fahrer betätigt sondern von der Hochdruck-Hydraulikanlage des Wagens (d.h. die, die auch das Getriebe bzw. die Lenkung betätigt) und zwar über ein elektronisches Steuergerät, das ständig überwacht, wie die beiden MGU und die von den Fahrern eingestellte Bremskraftverteilung auf die Bremse wirken.

An der Hinterachse wird dadurch bei gleichbleibender Reibung weniger Energie abgeleitet, da die MGU-K sie teilweise wiedergewinnt (rekuperiert): das führt dazu, dass ein leichterer und kleinerer Bremssattel eingesetzt werden kann.