Jedes Fahrzeug der Formel 1 ist das Ergebnis tausender Arbeitsstunden, unzähliger Computerberechnungen, Simulationen und Tests sowie mehrerer Windkanalsitzungen, die notwendig sind, um jede kleinste Komponente zu optimieren, obwohl die Vorschriften Grenzen für die Nutzung vorgeben: maximal 1.200 Windkanalbelegungen, 960 Tests und 240 Stunden Wind auf Zeit.
Die Bremsanlagen bilden da keine Ausnahme, und Brembo unterzieht alle Komponenten, die an Formel 1 Teams geliefert werden, strengen und anspruchsvollen Tests und Simulationen. Es gibt Prüfungen, bei denen der Druck des Sattels gemessen wird, und andere, bei denen er zusammen mit dem Drehmoment angewandt wird: Bei diesen Prüfungen wird eine um 50 % höhere Kraft als der bei der Konstruktion angenommene Höchstwert angewandt. Auf dem von Brembo entworfenen dynamischen Prüfstand wird das gesamte System der Bremsen, einschließlich der Pedalbox und der Aufhängungen, getestet und ein Rennen simuliert. Wenn die Sensoren ein positives Ergebnis liefern, wird die Bremse abgenommen und kann in großen Stückzahlen hergestellt und an die Teams für die gesamte Meisterschaft geliefert werden. Trotz aller Berechnungen und statischen und dynamischen Tests ist die Geschichte des Rennsports reich an unerwarteten Ereignissen, die zu unvorhergesehenen Problemen führten und den Erfolg eines Grand Prix gefährdeten.
In den meisten Fällen war die auslösende Ursache extern und unabhängig von den Handlungen des Teams, wie z. B. eine Komponente, die sich von einem anderen Fahrzeug löste: Berühmt ist die Kamera, die sich beim GP Italien 1995 vom Ferrari von Jean Alesi löste und den Aufhängungsarm des Zwillingswagens traf, was Gerhard Berger zum Ausfall zwang.
Manchmal wurden die Ausfälle jedoch durch Faktoren verursacht, die nichts mit anderen Pkw auf der Rennstrecke zu tun hatten, wie z. B. das Eindringen eines Tieres oder ein Gegenstand von der Tribüne. Der Alpine Renault kennt sich damit aus, denn 2021, beim GP von Bahrain, stoppte er Fernando Alonso nach nur 33 Runden, um schlimmere Probleme für seinen A521 zu vermeiden.
Der Grund dafür war ein Butterbrotpapier, das sich in den Lufteinlässen der hinteren Bremsen des französischen Fahrzeugs verfangen hatte und zu einer Überhitzung führte, die den Betrieb der Bremsanlage beeinträchtigte.
Die Ingenieure in der Box bemerkten über die Telemetrie, dass etwas nicht stimmte und entschieden sich für den Ausfall, da eine Weiterfahrt die Sicherheit des Fahrers und seiner Kollegen gefährdet hätte.
In der Geschichte der Formel 1 und auch bei Alonso selbst sind solche Episoden nicht neu: 2015 beim GP Spanien mit McLaren musste Alonso das Rennen in Runde 25 nach Schrecksekunden aufgeben - „die hinteren Bremsen schienen nicht mehr zu funktionieren“, hatte der Fahrer an die Box gemeldet.
Die Störung wurde durch ein Abreißvisier verursacht, das in den Lufteinlass geraten war: Das kleine Stück durchsichtigen Plastiks wurde am Boden des Fahrzeugs gefunden. Dasselbe geschah beim GP Belgien 2022 mit Charles Leclerc als Opfer: Das Visier drang in der ersten Runde in den Lufteinlass der rechten vorderen Bremse ein und verursachte Rauch, aber zum Glück konnte es beim anschließenden Stopp entfernt werden.
Dank mehrerer Sensoren, die an verschiedenen Stellen des Fahrzeugs angebracht sind, kennen die Teams die Temperatur der Scheiben und Sättel zu jeder Zeit. Auf der Grundlage dieser Daten werden eventuelle Warnungen an den Fahrer gesendet, um die Auswuchtung der Bremsen des Pkw zu ändern oder das System zu steuern: Diese Kommunikation erfolgt, wenn Aufzeichnungen von Anomalien im Vergleich zu den Prognosen vorliegen.
Die Bedeutung der Lufteinlässe für die Bremsen
Doch wie funktionieren die Lufteinlässe der Bremsen- und was passiert bei einer versehentlichen Verstopfung? In den Kurven der Formel 1-Fahrzeuge haben sich im Laufe der Zeit immer ausgefeiltere Carbon-Bremskanäle mit Lufteinlässen, Klappen und Strömungsleitblechen entwickelt, die nicht nur die Bremsanlage kühlen, sondern auch aerodynamische Funktionen erfüllen können.
Denn durch die Reinigung der Luft von den Turbulenzen, die durch die Rotation des Reifens entstehen, kann der Luftwiderstand des Fahrzeugs verringert oder seine aerodynamische Leistung erhöht werden. Ist auch nur einer der Lufteinlässe verstopft, sind Scheibe und Beläge gezwungen, ständig mit höheren Temperaturen als den optimalen Betriebstemperaturen zu arbeiten.
Dies führt zu ihrer Oxidation, und schon nach wenigen starken Bremsereignissen droht die Temperatur des Reibungsmaterials in die Höhe zu schießen. Das ungewollte Fehlen einer Belüftung kann daher zunächst die Bremsflüssigkeit und dann das Material der Reibung beeinträchtigen.
Zusätzlich zum schnellen Verschleiß beginnt das Material der Reibung zu brennen und erodiert einen Teil der Scheibe, während die Bremsflüssigkeit kocht und das Phänomen der Vapor Lock auftritt. Wenn das Fahrzeug unter solchen Bedingungen weiterfährt und der Fahrer stärker auf das Bremspedal drückt, erreicht der Verschleiß die Belüftungslöcher und es besteht die Gefahr, dass die Scheibe explodiert.
Das für die Herstellung der Bremssättel verwendete Aluminium schmilzt bei 700°C. Die Sechs-Kolben-Sättel der Formel 1 von Brembo haben jedoch eine Garantieschwelle von 210 °C, was zwar erheblich ist, aber unter der minimalen Betriebstemperatur der Scheiben liegt, deren Sortiment zwischen 350 °C und 1.000 °C liegt.
Im Gegensatz zu Scheiben und Belägen, die unter extremen Bedingungen wie dem GP von Kanada, dessen Layout viele harte und enge Bremspunkte beinhaltet, sehr hohe Temperaturen erreichen, überschreiten Brembo Sättel nie 200 °C.
Das Rätsel der optimalen Temperatur
Auf der Rennstrecke von Gilles-Villeneuve sowie auf den Rennstrecken von Abu Dhabi, Mexiko-Stadt und Singapur spielen die Lufteinlässe für die Bremsen eine wichtige Rolle, denn die Abfolge von heftigen Bremsvorgängen ohne lange Geraden zur Abkühlung der Bremsanlagen erfordert das Leiten großer Luftmengen in das Innere der Bremsen.
Auf Rennstrecken wie Silverstone, Suzuka oder Interlagos besteht dagegen das gegenteilige Risiko, nämlich das Nichterreichen der idealen Betriebstemperatur der Bremsen und die daraus resultierende Gefahr der Verglasung des Reibmaterials.
In solchen Zuständen benötigen die Bremsen weniger Luft, und die Lufteinlässe sind „teilweise geschlossen", was den Luftstrom zu den Bremsen effektiv reduziert. Auf dem Papier erscheinen diese Entscheidungen logisch, aber das Radmodul eines Formel 1-Fahrzeugs besteht aus vielen Elementen, die alle unterschiedliche Anforderungen haben.
Zusätzlich müssen die Auswirkungen auf die Reifenleistung, die Betriebstemperatur des Motors und das Schleppen auf der Geraden berücksichtigt werden.
Kurzum, eine echte Auswuchtung, zu der noch eine zusätzliche Variable hinzukommt: die Anzahl der Belüftungslöchern in den Bremsscheiben. Sie wurden durch CFD-Berechnungen (Computergestützte Strömungsmechanik) entwickelt und sind das Ergebnis einer synergetischen Studie zwischen dem Hersteller der Scheiben und den Konstrukteuren der Fahrzeuge.
Je nachdem, welche Lufteinlässe in einer Saison verwendet oder für einen bestimmten GP geändert werden, wählen die Teams die Version der Scheibe, die sie für die beste halten. Für die vorderen Scheiben hatte Brembo Scheiben mit bis zu 1480 Löchern produziert, aber seit 2022 ist ein minimaler Durchmesser von 3 mm festgelegt, wodurch die Zahl der Bohrungen in den vorderen Scheiben auf 1.000 bis 1.100 reduziert wurde.
Die von Brembo gelieferten Teams verwenden zwei verschiedene Arten von Carbon-Scheiben: „breite Verzahnung“ und „einseitige Keilverzahnung“. Bei der Spezifikation „breite Verzahnung“ ist die Dicke des Antriebs - der Teil, der mit dem Topf in Berührung kommt - gleich der Dicke der Scheibe, während bei der Spezifikation „einseitige Keilverzahnung“ die Dicke des Antriebs weniger als die Dicke der Scheibe beträgt.
Diese zweite Lösung kann eine andere Strategie der Belüftung der Scheibe und eine bessere Verpackung des Radmoduls begünstigen, allerdings auf Kosten einer optimalen mechanischen Beanspruchung des Carbons, was die möglichen Bohrungen zur Belüftung begrenzt. Die Entscheidung für die eine oder andere Lösung hängt von den Bedürfnissen des jeweiligen Teams ab, die sich aus dem Design der einzelnen Fahrzeuge ergeben.