Italien-GP in Monza: Die Krux mit den Bremsen

Monza ist für bekannt für hohe Geschwindigkeiten, lange Geraden und nur eine begrenzte Anzahl von Kehren. Dadurch wird jede Kurve – und jedes Mal, wenn der Fahrer in die Eisen steigt – umso wichtiger. Deshalb konzentriert sich das jüngste Feature von Mercedes auf die Bremsen, die auf dem Highspeed-Kurs im königlichen Park besonders hart gefordert werden.

Zunächst stellt sich die Frage, warum das Bremsen so wichtig ist. Die Antwort ist simpel: Der Bremsvorgang ist die erste Phase jeder Kurvenfahrt. Wenn ein Fahrer also den Bremsvorgang nicht richtig hinbekommt, vermasselt ihm das normalerweise die gesamte Kurve, wodurch er wertvolle Zeit verliert.

Aus der Sicht eines Ingenieurs stellt eine Kurve eine Art Widerspruch dar. Denn beim Anbremsen sollte das Auto so stabil wie möglich sein und die wenigsten Lenkkorrekturen durch den Fahrer benötigen. Sobald man aber den Einlenkpunkt einer Kurve erreicht hat, möchte man ein Auto mit starkem Lenkeinschlag, das sehr schnell auf Lenkbewegungen reagiert.

Im Idealfall verlangt Bremsstabilität nach einer ruhigen Vorderachse mit viel Abtrieb. Dadurch würde das Einlenken in der Kurve jedoch sehr schwierig. Entsprechend schwierig gestaltet sich die Suche nach der richtigen Balance, bei der sowohl die Aerodynamik als auch die Aufhängung die grösste Rolle spielen.

In Monza ist das Bremsen besonders wichtig, weil es eine relativ schnelle Strecke ist, auf der die Fahrer ihre Autos aus sehr hohen Geschwindigkeiten abbremsen müssen. Gleichzeitig treten sie mit dem niedrigsten Abtriebsniveau des Jahres an, wodurch das Bremsen auf dem italienischen Kurs noch kniffliger wird. Der Grossteil der Strecke in Monza wird mit Vollgas gefahren und nur durch den Luftwiderstand des Autos und die Performance der Antriebseinheit eingeschränkt.

Dadurch sind die elf Kurven dieser Strecke besonders wichtig, da der Fahrer dort gegenüber seinen Konkurrenten einfach Zeit gutmachen oder verlieren kann. Das gilt besonders für die beiden grössten Bremszonen des Autodromo: die Variante del Rettifilo (Kurven 1 und 2) und die Variante della Roggia (Kurven 4 und 5). Lewis Hamilton fuhr auf seiner schnellsten Rennrunde im Vorjahr (Runde 50) mehr als 330 km/h. Für die erste Kurve verzögerte er um 260 km/h auf unter 70 km/h. Auf der Geraden vor Kurve 4 fuhr er 310 km/h und bremste auf unter 110 km/h herunter. Beide Male muss der Fahrer locker 4g aushalten. Zum Vergleich: Ein High-Performance-Strassenfahrzeug kann mit Spezialreifen etwas mehr als 1g erreichen.

Heisse Eisen: Mehr als 1000 Grad Celsius

Die starken Bremszonen fordern aber nicht nur die Fahrer, sondern auch die Bremsen: Auf den langen Geraden kühlen die Bremsscheiben auf rund 200 Grad Celsius ab. Wenn der Fahrer dann auf das Bremspedal tritt, steigen die Temperaturen innerhalb einer Sekunde auf mehr als 1000 Grad. Deshalb ist es eine wichtige Aufgabe für jeden F1-Fahrer, die Bremstemperaturen im Griff zu haben. Denn wenn die Bremsen zu heiss werden, lassen sie nach und sorgen vielleicht sogar für Zuverlässigkeitsprobleme.

Die Bremsen eines Formel-1-Boliden haben denn auch herzlich wenig mit den Bremsen von Strassenautos gemein. GP-Renner produzieren sehr viel Abtrieb, und dieser wird grösser je schneller sie fahren. Je mehr Abtrieb ein Auto produziert, desto höher ist das Gripniveau. Dadurch besitzen die Autos bei hohen Geschwindigkeiten mehr Bremskraft als bei niedrigen.

Da sich das Gripniveau verändert, ist es eine Herausforderung, ein F1-Auto abzubremsen. So ist es zum Beispiel ziemlich schwierig, die Räder bei Geschwindigkeiten von mehr als 300 km/h zu stoppen, bei 60 km/h ist es jedoch relativ einfach. Deshalb müssen die F1-Fahrer zu Beginn des Bremsvorgangs sehr hart auf die Bremse steigen, wenn sie die grösste Bremskraft haben. Danach lassen sie immer mehr nach, je weiter sie an den Einlenkpunkt herankommen. So verhindern sie mögliche Verbremser.

Das ist aber nicht der einzige Unterschied zwischen einem F1-Auto und einem Strassenauto. F1-Autos verwenden eine Migrationsbremse – eine dynamische Veränderung der Bremsbalance als Funktion des Bremsdrucks. Das funktioniert so: Beim Bremsen findet eine Gewichtsverlagerung im Auto statt. Das ist genauso als ob man ein Fahrzeug abrupt stoppt – in einem Strassenauto wird man dann in den Sicherheitsgurt gepresst, in der U-Bahn findet man sich vielleicht auf dem Schoss des Nachbarn wieder.

Auf der Suche nach der richtigen Bremsbalance

Formel 1-Autos verwenden diese Art der Gewichtsverlagerung zu ihrem Vorteil und verschieben die Bremsbalance nach vorne, sobald der Fahrer auf das Bremspedal tritt. Wenn er dann langsam von der Bremse geht, um das Blockieren der Räder zu verhindern, wird die Gewichtsverlagerung nach vorne reduziert. In diesem Moment wird die Bremsleistung nach hinten verschoben. Wie sehr hängt von der Strecke und der jeweiligen Kurve ab.

Die Fahrer können die Bremsbalance von Kurve zu Kurve über einen Schalter an ihrem Lenkrad verstellen. Kurz vor dem Einlenkpunkt können sie die Bremsbalance beinahe ganz nach hinten verstellen, damit das Auto etwas übersteuert und so besser einlenkt, ähnlich wie man in einem Strassenauto die Handbremse ziehen kann.

Hybrid-Motoren geben den Ingenieuren die Möglichkeit, kinetische Energie beim Bremsen zu sammeln und diese dann dazu verwenden, um das Auto beim Beschleunigen anzutreiben. Es wird aber nicht nur Energie gesammelt. Die Einführung der Hybrid-Motoren und des Brake-By-Wire-Systems gab den Ingenieuren auch die Chance, durch die Feinabstimmung des Fahrzeugs weitere Bremsvorteile durch die Verbesserung der Bremsmigration zu erreichen.

Vor der Hybrid-Ära verwendeten die Teams mechanische Systeme, um die Bremsbalance in einer Kurve oder für einen Bremspunkt zu verstellen. Um die Bremsbalance zwischen zwei Kurven schnell verstellen zu können, verwendeten sie Hydraulik-Systeme. Heute können beide Funktionen über einen Schalter am Lenkrad verändert werden. Genau genommen sind es sogar fünf Knöpfe und ein Drehschalter. Dadurch können die Fahrer diese Funktionen viel schneller erreichen.

Ein weiterer Vorteil des Systems ist, dass die Ingenieure das Verhalten der Antriebseinheit beim Bremsen und Herunterschalten ausgleichen können. Jedes Mal, wenn der Fahrer die Kupplung zieht, verliert er die Motorbremse. Vor der Hybrid-Ära brachte dies bei jeder Betätigung der Kupplung plötzliche Veränderungen in der Bremsbalance und bei der Bremskraft mit sich. Heutzutage können die Autos dies mit etwas mehr Bremsdruck ausgleichen, sobald das Auto die Motorbremse verliert. Dadurch ist das Drehmoment an der Hinterradbremse kontinuierlicher, wodurch der Fahrer näher am perfekten Reifenschlupf agieren kann.

Allgemein gesagt erzeugen Formel-1-Fahrer sehr viel Bremsdruck. Wenn sie auf die Bremse steigen stehen sie praktisch auf dem Bremspedal. Wenn sie bei 4g bremsen, üben sie vier Mal ihr Körpergewicht auf das Pedal aus. Gleichzeitig sind die Bremsen (wie auch fast alles Andere in einem F1-Auto) stark individualisiert und hängen von den Vorlieben des Fahrers ab. Das Bremspedal kann an den Druck angepasst werden, mit dem ein Fahrer normalerweise auf die Bremse tritt, da es als Hebel für den Hauptbremszylinder funktioniert.

Wenn ein Fahrer das Gefühl hat, dass er nicht genug Kraft in den Beinen hat, kann das Bremspedal entsprechend angepasst werden, sodass er einfacher mehr Druck ausüben kann. Das bedeutet aber auch, dass das Pedal mehr Spiel hat. Aus diesem Grund gehört es zum Fitnessprogramm der Fahrer, ihre Beine für starke Bremsmanöver zu trainieren.

Der ideale Bremspunkt verändert sich im Laufe eines Rennens. Er ist abhängig von der Benzinmenge, der Reifenmischung, dem Reifenabbau und wie sehr die Fahrer auf die Reifen achten müssen. Deshalb müssen die Fahrer auch beim Bremsen variieren und dabei an alle Parameter denken, die es beeinflussen.

Im Qualifying bleiben die Bremspunkte mehr oder weniger gleich, da das Auto mit ähnlichen Spritmengen und frischen Reifen rausgeschickt wird. Wenn man sich die Telemetrie aus dem Qualifying ansieht, erkennt man, dass die Fahrer wiederholt ungefähr am genau gleichen Punkt bremsen. Normalerweise bremsen sie innerhalb von wenigen Metern oder noch weniger.

Fünf oder sechs Meter stellen einen grossen Unterschied dar. Das ist umso beachtlicher, wenn man bedenkt, dass ein Auto bei 330 km/h innerhalb einer Sekunde beinahe 92 Meter zurücklegt. Den richtigen Bremspunkt perfekt zu erwischen ist also eine Angelegenheit von Sekundenbruchteilen.

Die Fahrer legen den idealen Bremspunkt im Verlauf des Wochenendes fest. Sie fangen konservativ an, bremsen früh und geben sich so einen kleinen Spielraum für Fehler. Wenn die Strecke mehr Grip hat, bremsen sie immer später vor der Kurve und verändern ihren Bremspunkt um einige Meter bis zum Limit.

Aber es gibt immer einen Bremspunkt, der extrem schwierig zu treffen ist: Das Anbremsen der ersten Kurve nach dem Start des Rennens. Am Sonntag gibt es keine freien Trainings und die Fahrer müssen das Gripniveau nach ihren wenigen Runden vor dem Einreihen zur Startaufstellung bestmöglich schätzen. Diese Arbeit wird zusätzlich erschwert, weil die Bremsen kalt sind. Dadurch ist es noch schwieriger, den Bremspunkt richtig einzuschätzen.

Zudem gehen andere Fahrer vielleicht ein grösseres Risiko vor der ersten Kurve ein, da das Feld noch eng zusammenliegt und sie so relativ einfach eine Position gewinnen können. Deshalb möchte man nicht zu früh bremsen, da man dann vielleicht überholt wird. All diese Umstände machen es sehr schwierig, den richtigen Bremspunkt für die erste Kurve festzulegen. Die Fahrer erhalten jedoch etwas Hilfe von ihren Ingenieuren, die auf Basis früherer Erfahrungswerte Einstellungen für die Bremsbalance und die Bremsmigration vorschlagen.