Technologieschub für Formel 1 dank PLM Nur die Hälfte überlebt - KEM

Technologieschub für Formel 1 dank PLM

Nur die Hälfte überlebt

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McLaren-Mercedes, Ferrari oder BMW: in dieser Saison war es fast bei jedem Formel-1-Rennen ein anderes Team, das die Nase vorn hatte. Ein Grund dafür liegt darin, dass alle Formel-1-Rennställe praktisch täglich ihre Rennautos verbessern, um sie noch schneller, spritziger und sicherer zu machen. Möglich wird die kontinuierliche Entwicklung der Boliden durch eine vernetzte IT-Landschaft, die die Rennwagen auf der Piste mit den Formel-1-Ingenieuren in den Labors verbindet.
Das Geheimnis des Erfolgs in der Formel 1 liegt in der richtigen Mischung aus genialem Fahrer, eingespieltem Team, richtigen Reifen, schnellem Auto und nicht zu vergessen, den erfinderischen Entwicklungslabors der Rennställe. Dort sorgen – nahezu im Geheimen – Ingenieure dafür, dass mit Hilfe modernster Informationstechnologie die Formel-1-Wagen von einem Rennen zum nächsten schneller und sicherer werden.
Nach jedem Rennen finden Telemetrie-Auswertungen statt, die das Fahrverhalten des Wagens analysieren. Diese Ergebnisse fließen unmittelbar in die laufende Konstruktion und Entwicklung neuer Teile des Rennautos ein. Dieser Prozess der steten Entwicklung führt dazu, dass nur etwa die Hälfte aller Bauteile, mit denen ein Formel-1-Wagen am 9. März 2003 im australischen Melbourne am Start war, auch beim letzten Rennen am 12. Oktober 2003 in Suzuka (Japan) über die Ziellinie fahren.
Bei der Wahl des vernetzten IT-Systems vertrauen acht der zehn Formel-1-Teams auf die computergestützte Konstruktion mit der CAD-Software Catia und dem digitalen Produktdatenmanagement mit Enovia, beides Softwaresysteme von IBM und Dassault Systèmes. Mit diesem Software-Duo können Ingenieure ihre digitalen Daten des Formel-1-Wagens standortübergreifend verwalten, verteilen und sichern. Der gesamte Lebenszyklus jedes einzelnen Bauteils eines Rennwagens wird dreidimensional überwacht, die Fachwelt spricht vom dreidimensionalen Product Lifecycle Management, kurz 3D PLM.
Der Wagen wird angepasst
Die digitale Computerwelt der Formel-1-Rennställe beherbergt ein exaktes virtuelles Gegenstück des echten Rennwagens – und das bis auf die kleinste Schraube. Das 3D-PLM-System ermöglicht Simulationen von einzelnen Teilen des Rennboliden, noch lange bevor die entsprechenden Prototypen gebaut werden. Neben den digitalen Daten des Autos archivieren die Ingenieure mit PLM auch ganz spezielle Informationen zu Fahrern, Rennstrecken oder Wetterbedingungen. Mit diesem Wissen kann ein Rennwagen innerhalb kürzester Zeit exakt auf einen anderen Fahrer, eine neue Rennstrecke oder auch das aktuelle Wetter angepasst werden.
Virtueller Test von Motor und Pilot
Verschiedene Datenquellen schnell zusammentragen, das ist bei der digitalen Datenmenge eines Formel-1-Wagens nicht immer leicht – er besteht aus rund 3 000 Einzelteilen. Die Informationen des virtuellen Rennwagens zieht der Ingenieur mit einem Mausklick aus dem Archiv auf seinen Bildschirm. Aber nicht nur der statische Aufbau des Boliden läuft virtuell ab, auch die Dynamik des Motors, der rund 900 bewegliche Teile besitzt und Drehzahlen von etwa 18 000 Umdrehungen pro Minute erreicht, testet der Techniker virtuell. Das 3D-Modell des Rennwagens kann der Konstrukteur auf dem Bildschirm von allen Blickwinkeln betrachten und nochmals modifizieren – die damit verbundenen Auswirkungen werden sofort sichtbar. Zudem müssen bei einer Änderung nicht alle Skizzen neu gezeichnet werden, da der Computer diese Modifikationen innerhalb weniger Sekunden aktuell berechnet.
Vorgaben der FIA
Obwohl sich ein Formel-1-Wagen von Rennen zu Rennen entwickelt, reden die Rennställe trotzdem jedes Jahr von ihrem „Neuen”. Das liegt daran, dass parallel zum aktuellen Rennwagen ein neues Modell entwickelt wird. Bereits Anfang 2003 „packten” die Formel-1-Ingenieure im Computer das Grundgerüst für jenen Boliden, der in der kommenden Saison 2004 starten wird. Grundlage dafür sind nicht nur die virtuellen Daten des Vorgängermodells, sondern vor allem die strengen Reglements des Motorsportweltverbandes FIA (Federation Internationale de l’Automobile), die Sicherheit und fairen Wettbewerb in der Formel 1 garantieren. „Wie groß dabei das Chassis, die Flügel oder der Motor werden, wo der Tank sitzt und welche Ausmaße das Monocoque – die Fahrerzelle – haben muss, wird durch die FIA vorgegeben”, sagt Harald Robok. “Diese FIA-Vorgaben kennt Catia und überwacht stets deren Einhaltung bei der Fahrzeugentwicklung.”
Gitterelement verändert Farbe
Ein wichtiges Element, um die Straßenlage der Boliden zu verbesssern, ist die Aerodynamik. Früher wurde lediglich versucht, den Luftwiderstand des Rennwagens gering zu halten, doch heute wird die Wechselwirkung zwischen Luft und Fahrzeug gezielt dafür eingesetzt, um das Fahrzeug über den so genannten Abtrieb auf die Piste zu drücken. Die Flügel in der Formel 1 bewirken also genau das Gegenteil von jenen Tragflächen, die in der Luftfahrt für den Auftrieb sorgen. Catia baut für den virtuellen Test eine dreidimensionale Gitterstruktur des gesamten Fahrzeuges auf. Jedem Gitterelement können dabei physikalische Eigenschaften des Materials zugeordnet werden, wie zum Beispiel Dichte, Belastbarkeit oder Wärmeausdehnung. Wird nun eine Fahrt simuliert, ändern die Gitterelemente ihre Farben und zeigen beispielsweise an, wie sich die Kräfte des Fahrtwindes auf Flügel und Chassis verteilen und wo die geometrischen Kurven noch verbessert werden müssen. Der Computer simuliert dieses Spiel der Kräfte und berechnet aus den Daten über Reifen, Chassis, Flügel und Wetter genau jene Geschwindigkeit, bei der das Formel-1-Auto gerade noch eine enge Haarnadelkurve meistern kann.
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Weitere Informationen
Catia
KEM 447
Enovia
KEM 448
PLM
KEM 449
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