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Formel-1-Technologien im Straßenverkehr
20. April 2021
Autoteile & Technik

Formel-1-Technologien im Straßenverkehr

Der Rennsport steht heute stärker in der Kritik als noch vor wenigen Jahren. In Zeiten von Fridays for Future, E-Wende und zunehmender sozialer Ungleichheit muss sich vor allem die kostspielige und materialintensive Formel 1 den Vorwurf gefallen lassen, ein verzichtbares Luxus-Spektakel auf Kosten der Umwelt zu sein. Dabei gerät allerdings häufig aus dem Blick, dass die Autohersteller den Rennbetrieb der Königsklasse auch zur Erprobung von neuen Technologien nutzen, die später ganz normale Autos sicherer und energieeffizienter machen.

Wir stellen ein paar der Technologien vor, die es von der Formel 1 in die Massenproduktion geschafft haben.

Technologien aus der Formel 1

Die Teilnahme an der Formel 1 schafft für alle beteiligten Unternehmen eine prestigeträchtige Werbeplattform. Vor allem Werksteams wie Ferrari oder Mercedes profitieren dabei direkt: Durch Erfolge in der konkurrenzstarken Rennserie demonstrieren sie technische Überlegenheit - was auch auf das Image ihrer Straßenwagen abstrahlt. Aber auch wer wie Red Bull gar keine Autos herstellt, sondern Energy Drinks, profitiert über die gebrandeten Rennställe, denn das mediale Interesse ist groß und der eigene Markenname damit dauerpräsent. Außerdem passt der Dynamik und Draufgängertum ausstrahlende Rennsport zum Bild, das die Marke von sich zeichnen will.

Natürlich wird in der Formel 1 auch Geld verdient: Teams sind an den Einnahmen durch TV-Verträge beteiligt und können sich pro Saison für verschiedene Boni qualifizieren. Erfolgreiche Teams erwirtschaften zudem durch Sponsoren und Preisgelder Gewinne in Millionenhöhe. Dies ist vor allem für private Teams essenziell, die sich durch die Teilnahme selbst finanzieren und nicht durch andere Unternehmensbereiche querfinanziert werden.

Neben finanziellen und werbewirksamen Gründen bietet die Partizipation an der Formel 1 jedoch auch die Möglichkeit, bahnbrechende Entwicklungen in der Sicherheits- und Antriebstechnik voranzutreiben, die auch Einfluss bei der Herstellung von Autos des alltäglichen Verkehrs haben. Die Ingenieure der verschiedenen Rennsport-Teams feilen an den kleinsten Details, um sich gegenüber den Wettbewerbern einen Vorteil zu verschaffen.

Der Bau der Formel-1-Boliden ist vor allem für kleinere Teams der größte Ausgabepunkt. Große und erfolgreiche Teams wie Mercedes, Ferrari und Red Bull steckten darüber hinaus jährlich hunderte Millionen Euro in die Entwicklung neuer Technologien. Erst vor wenigen Monaten wurde eine Budgetobergrenze von umgerechnet 121 Millionen Euro beschlossen (die durch diverse Ausnahmen aber auch Spielraum darüber hinaus lässt), die den ausufernden Kosten Einhalt gebieten und so eine gewisse Chancengleichheit erwirken soll.

Trotz Budgetobergrenze und eines Einnahmerückgangs durch COVID-19 ist die Formel 1 weiterhin ein Multimillionen-Business. Fahrzeughersteller sind daher darauf bedacht, möglichst viele Synergieeffekte zu nutzen und versuchen, entwickelte Technologien auf den Bau von Pkws und Lkws übertragen zu können – schließlich spart man so Entwicklungskosten. Wir haben dir einige Beispiele aus dem Rennsport zusammengestellt, die du vielleicht aus deinem eigenen Auto kennst.

Scheibenbremsen

Es sind nicht nur offensichtliche Hightech-Revolutionen, die der Rennsport hervorbringt, sondern auch auf den ersten Blick unscheinbare Bauteile wie beispielsweise die Scheibenbremse. Diese zwar stammt nicht direkt aus der Formel 1, aber dennoch aus dem Rennsport. In den 1950er Jahren wurde die Scheibenbremse erstmals im Jaguar C-Type eingesetzt, der die legendären 24 Stunden von Le Mans gewann. Kurz darauf erhielt die Scheibenbremse auch Einzug in die Alltagsfahrzeuge und löste damit die bis dahin hauptsächlich eingesetzte Trommelbremse ab.

Die Scheibenbremse stammt ursprünglich zwar nicht aus der Formel 1, machte ihr Debüt aber im Rennsport (Bild: iStock)

Elektronische Einspritzanlage und Turbolader

Ein weiteres Beispiel ist die elektronische Einspritzanlage, die die Kraftstoffverbrennung deutlich effizienter gestaltet. Daraus resultieren höhere Leistungen des Motors und geringere Kraftstoffverbräuche. Auch Motoren mit Turbolader kommen ursprünglich aus dem Motorsport und werden heute noch sehr verbreitet als Diesel- oder Benzinvarianten in vielen verschiedenen Fahrzeugen verbaut.

Schaltwippen

1989 war es Ferrari, die ihren Fahrern als Erste ermöglichten, mithilfe zweier Hebel am Lenkrad zu schalten. Mika Häkkinen entschied sich 1994 erstmals dafür auch die Kupplung per Hand zu bedienen. Inzwischen sehen die Lenkräder der Formel 1 in etwa so aus, wie man sich vor 20 Jahren futuristische Videospiel-Controller vorgestellt hat. Die komplexen Steuerungselemente werden den jeweiligen Vorlieben der Rennfahrer entsprechend individualisiert.

Bei Straßenfahrzeugen kommt die Technologie vor allen bei Sportwagen zum Einsatz. Porsche war mit dem 993 der erste Hersteller, der Schaltwippen am Lenkrad verbaute. Auch in Autos mit Automatikgetrieben findet man sie häufiger – sie ermöglichen Fahrern optional manuelle Kontrolle über den Gangwechsel und werden besonders von sportlichen Fahrern geschätzt.

Hybridantriebe für die Straße

Hybridantriebe erleben in Straßenwagen erst seit wenigen Jahren einen massiven Aufschwung. In der Formel 1 wurden erste Hybridmotoren schon 2009 eingesetzt, seit 2014 setzt die gesamte Formel 1 darauf und entwickelt die Motorenart seitdem stetig weiter. Der Wechsel von einem gewöhnlichen Verbrenner hin zu einem komplexen Hybridantrieb hat die Formel 1 sowohl leistungstechnisch als auch in Bezug auf den Kraftstoffverbrauch revolutioniert.

Damit einher ging das KERS (Kinetic Energy Recovery System), ein Rückgewinnungssystem der Bremsenergie, das Fahrern einen kurzzeitigen Performance-Boost ermöglichte. Bremsenergierückgewinnungssysteme werden heute sehr verbreitet in Autos für den Alltag eingesetzt, um Kraftstoff zu sparen und das Fahren dynamischer zu gestalten.

Mercedes Benz hat unterdessen angekündigt, die in der Formel 1 verwendete MGU-H (Motor Generation Unit - Heat) in einer angepassten Form auch in seinen Straßenmodellen einzusetzen und somit den Umschwung auf alternative Antriebe weiter voranzutreiben.

Leichtbau durch Carbon

Der stärkste und effizienteste Motor führt nicht zum Sieg, wenn er zu viel Gewicht bewegen muss. Obwohl sich das Mindestgewicht der Formel-1-Boliden seit Jahren durch komplexe Hybridmotoren und Sicherheitssysteme wie Halo konstant erhöht, ist die maximale Optimierung des Gewichts obligatorisch: jedes Kilogramm kostet wertvolle Sekunden.

Allerdings darf unter diesen Bestrebungen nicht die Sicherheit leiden. Das Monocoque genannte Cockpit muss bei einem Crash sehr großen Belastungen standhalten und die massive Crashenergie absorbieren, um Fahrer vor schweren Verletzungen zu bewahren. Hierzu werden sehr widerstandsfähige Materialien wie Kohlefaserverbundstoffe oder Titan verwendet, die heute auch in Alltagsfahrzeugen eingesetzt werden.

Die Karosserie des bayerischen Elektroautos BMW i3 ist beispielsweise zum Großteil aus Carbon gefertigt, um das Gewicht zu reduzieren und somit die Reichweite zu erhöhen, ohne dabei an Sicherheit einbüßen zu müssen. Auch der BMW 7er setzte 2015 auf den sogenannten Carbon Core, einen Mischbau der Karosserie mit Carbonfaser-verstärkten Kunststoffen (CFK). Allerdings: Aufgrund hoher Kosten liegt auch bei E-Autos inzwischen ein größerer Fokus auf intelligentes Energiemanagement – für den BMW i5 spielt Carbon schon keine Rolle mehr.

Leichtbau wie in der Formel 1: Die Karosserie des BMW i3 wurde aus Carbon gefertigt (Bild: BMW)

Connectivity auf höchstem Niveau

Moderne Formel-1-Fahrzeuge sind mit hunderten Sensoren ausgestattet, die in Echtzeit verschiedene Werte wie G-Kräfte, Drücke, Temperaturen und weitere physikalische Werte erfassen. Bei solch komplexen Fahrzeugen sind diese Daten essenziell, um Probleme frühzeitig zu erkennen, zu lösen, und den Fahrer nicht in Gefahr zu bringen. Hierzu müssen die Daten jedoch schnellstmöglich und auch valide bei der Boxencrew ankommen, sodass sie die richtigen Entscheidungen zur Problemlösung treffen kann.

Daher ist das Fahrzeug über die gesamte Trainings- und Rennzeit via Funk mit der Garage verbunden. Außerdem ist es möglich, das Fahrzeug während der Boxendurchfahrt mit neuen Daten oder Parametern zu versorgen. Hierzu wird seit 2017 auf ein Hightech-WIFI mit Übertragungsraten von bis zu 1,9 Gbits pro Sekunde gesetzt.

Diese oder verwandte Technologien werden zunehmend sowohl für Smartphones als auch in Alltagsfahrzeugen eingesetzt und sind in Zukunft in Hinblick auf autonomes Fahren unabdingbar. Sobald ein Fahrzeug die volle Kontrolle über das Fahrgeschehen übernimmt, muss es in der Lage sein, mit anderen Fahrzeugen und der Verkehrsinfrastruktur zu kommunizieren, sei es beispielsweise über ein Smartphone oder ein intern verbautes Kommunikationsmodul. Es muss gewährleistet werden, dass die Kommunikation verzögerungs- und fehlerfrei zwischen den verschiedenen Verkehrsteilnehmern vonstattengeht, um einen sicheren Straßenverkehr zu gewährleisten. Auch hierfür bieten die Connectivity-Entwicklungen, die in der Formel 1 eingesetzt werden, eine interessante Grundlage.

Digitalisierung in der Entwicklung

Nicht nur das Fahrzeug an sich wird digitaler, auch die dazu notwendigen Entwicklungsmethoden. Auch durch die Budgetobergrenze bedingt sind die Arbeitsstunden für neue Entwicklungen sowie die Anzahl von Tests auf Prüfständen oder im Windkanal begrenzt, sodass Rennteams auf andere Testmöglichkeiten ausweichen müssen.

Hierzu zählen aufwendige Simulationen, mit denen die Auswirkungen von Änderungen des Setups oder der Karosserie auf das Fahrverhalten analysiert werden. Solche Simulationsverfahren können auch bei der Entwicklung von Straßenfahrzeugen verwendet werden, um aufwendige Testfahrten im öffentlichen Straßenverkehr zu reduzieren und somit Änderungen am Fahrzeug schneller und günstiger umzusetzen.

Formel-1-Technik in Autos der Zukunft

Wie du siehst, spielt die Formel 1 in der Entwicklung von Straßenfahrzeugen eine signifikante Rolle, auch wenn es dabei selten um 1:1-Übertragungen zwischen beiden Welten geht – dafür sind Rennwagen und Straßenfahrzeuge doch zu unterschiedlich. Doch wie sieht das in der Zukunft aus?

Der Trend hin zur Elektrifizierung wird immer stärker, sowohl im Motorsport als auch auf öffentlichen Straßen. Demnach ist davon auszugehen, dass zukünftig sowohl Rennwagen- als auch Pkw- und Lkw-Bauer vor ähnlichen Kernproblemen stehen, wenn auch mit unterschiedlichen Betrachtungswinkeln. Allerdings ist es auch davon abhängig, wie sich die Formel 1 in den nächsten Jahren entwickelt.

Die Budgetbegrenzung der FIA umfasst auch die Anzahl der Arbeitsstunden, die Teams auf Entwicklungen aufwenden dürfen. Bis 2023 sinken die Budgets weiter, bevor die Vereinbarung 2024 neu geprüft wird. Welche Evolutionen und Revolutionen in den kommenden Jahren anstehen, lässt sich heute noch nicht mit Sicherheit sagen. Außerdem haben sich weitere interessante Rennserien hervorgetan, die in Zukunft die Automobilentwicklung beeinflussen werden: Die Formel E ist hier ein prominentes Beispiel, das sich wachsender Beliebtheit erfreut.

Wahrscheinlich ist, dass Rennsport weitere Entwicklungen für den Straßenverkehr beeinflussen wird, doch welche konkrete Rolle die Formel 1 dabei spielt, wird sich erst in den nächsten Jahren zeigen.

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Quelle Titelbild: Daimler

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