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SKF in der Formel 1: Boxenstopp in Schweinfurt

Mit der Scuderia Ferrari arbeitet SKF bereits seit fast sieben Jahrzehnten zusammen. Das ist im schnell- lebigen Formel-1-Zirkus die mit Abstand traditionsreichste Kooperation.

Dieter Gundel, schwäbischer Renningenieur der Scuderia Ferrari: „Das neue Antriebskonzept stellt extreme Ansprüche an das verwendete Material.“

Im Vakuum geschmolzener Stahl, spezielle Keramiken für Rollen und Kugeln: Für die Formel 1 zieht die SKF Racing Unit alle Register.

Fertigungspräzision auf die Spitze getrieben: SKF Getriebelager für die Formel 1. Links eine Variante mit Keramik-Kugeln und Alu-Käfig, rechts mit Keramik-Zylinderrollen und einem Käfig aus teilkristallinem, thermoplastischen Kunststoff.

Dietmar Geisler, Produktionsmana- ger Racing und Special Bearings bei SKF in Schweinfurt: „Dass uns inzwischen fast jedes Formel-1-Team das Vertrauen schenkt, spricht Bände!“

2014 Juli 18, 08:00 CEST

Vom 18. bis 20. Juli rast die Königsklasse des Motorsports erstmals mit den kleineren V6-Motoren und dem erweiterten Energierückgewinnungssystem über den Hockenheimring. Das neue Antriebskonzept stellt extreme Ansprüche an das dafür verwendete Material. Mit am Start: Hochleistungsfähige Lösungen von SKF, die inzwischen als „feste Größe“ im technisch anspruchsvollen Entwicklungsprozess für neue Formel 1-Boliden gelten.

Schweinfurt, den 18. Juli 2014

 

Nach acht Jahren hat der 2,4-Liter V8-Saugmotor ausgedient und ist durch einen 1,6-Liter V6-Turbomotor ersetzt worden: ein Signal der Formel 1, dass man auch in der Königsklasse des Motorsports verstärkt auf den Verbrauch achtet. Damit trotz der schwächeren Verbrennungsmotoren, die durchschnittlich 150 PS weniger leisten, attraktive Höchstgeschwindigkeiten und womöglich neue Rekordzeiten erzielt werden, darf ein neues Energierückgewinnungssystem (ERS) eingesetzt werden. Per Elektromotor stellt dieses System für knapp ein Drittel einer Runde zusätzliche 160 PS zur Verfügung. „Allerdings nimmt durch die Elektromotoren die Komplexität der Antriebseinheit ein gehöriges Stück zu“, weiß der schwäbische Renningenieur der Scuderia Ferrari, Dieter Gundel. „Insofern darf man nach wie vor gespannt sein, welches Team die technischen Neuerungen im Laufe der Saison am besten in Renn-Geschwindigkeit umsetzt.“

 

Grundsätzlich besteht das neue System aus zwei Motorgeneratoren (MGU): dem MGU-K für die Rückgewinnung aus kinetischer Energie und dem neuen MGU-H für die Rückgewinnung aus Abwärme. Für die Abwärmeturbine erlauben die Vorschriften ein festes Übersetzungsverhältnis: Diese kann daher entweder auf derselben Achse wie der Kompressor betrieben werden (und dieselbe Drehzahl haben) oder sie wird über eine Getriebeübersetzung gekoppelt. Dabei dreht die MGU-H mit bis zu 125.000 min-1. Diese Neuerung stellt extreme Ansprüche an das verwendete Material.

 

Hybridlager fürs ERS

Um diesen extremen Ansprüchen gerecht zu werden, hat die SKF Racing Unit unter anderem besonders robuste Hybrid-Präzisionslager entwickelt. Damit die Lager beispielsweise den enormen Temperaturen und hohen Motor- schwingungspegeln im Energierückgewinnungs- system widerstehen können, ist ihr Stahlkäfig mit einer speziellen Beschichtung „abgehärtet“ worden: Die gesinterten Metallringe weisen einen Härtegrad von fast 70 HRC auf. Diese Lager können von den Teams in zusammengepassten Einzellagerungen oder auch in Duplex-Kartuschen angeordnet werden. Ihre Lebensdauer beträgt rund 50 Stunden. Das trägt zu einer höheren Zuverlässigkeit des neu konstruierten ERS bei.

 

Keramikrollen fürs Getriebe


Das Hochdrehzahl-Energierückgewinnungssystem sorgt dafür, dass das Drehmoment am Ausgang einer Kurve sofort zur Verfügung steht. Aufgrund der neuen Motordrehzahlen mussten die Formel 1-Teams sämtliche Getriebe entlang des Antriebs- strangs entsprechend anpassen. Das hat unter anderem dazu geführt, dass heute in fast allen Getriebelagern Keramikrollen zu Einsatz kommen. Dabei sind die Formel 1-Lagerrollen – gemessen an „normalen“ Anwendungsfeldern – sehr klein: Die kleinsten Rollen für die Formel 1 haben einen Durchmesser von gerade mal 3,5 Millimetern. Die damit verbundene produktionstechnische Heraus- forderung hat SKF ebenfalls gemeistert: In der laufenden Saison beliefert das Unternehmen die Rennserie mit Keramikrollen, die in Sachen Ober- flächenrauheit und Profilgenauigkeit ihresgleichen suchen. Außerdem weisen sie ein spezifisches Rennprofil für hohe Kantenspannungen auf.

 

Getriebelager für extreme Lasten

Zu den am stärksten belasteten Getriebelagern gehören die Seitenvorgelegelager: Sie müssen neben den Belastungen vom Kegelrad auch Aufhängungsbelastungen aufnehmen, die über das Drehmoment durch das Gehäuse auf das Lager wirken. Für diese Lager hat SKF einen Titankäfig entwickelt, der eine Tragfähigkeit von 48,4 kN ermöglicht. Zum Vergleich: Lager mit bis dato verwendeten Käfigen aus Polyetheretherketon (PEEK) konnten in der Regel nur 45,7 kN auf- nehmen. Durch die neuen Titankäfige profitieren die Formel 1-Teams von einer um rund 20 Prozent erhöhten Lebensdauer. Dazu trägt auch eine spezielle Käfigbeschichtung bei, die für eine höhere Verschleißfestigkeit sorgt.

 

Ein ähnliches Konstruktionsprinzip setzt SKF außerdem für das Vorgelege- wellenlager ein, das ganz vorne im Getriebe sitzt. Dieses Lager nimmt die Belastungen durch das Getriebe und die zusätzlichen Belastungen durch die Kupplung auf. Durch den neuen Titankäfig und zwei zusätzliche Rollen konnte die Lebensdauer dieses Lagers um rund 40 Prozent gegenüber den vorherigen PEEK-Varianten gesteigert werden.

 

Reibungsminimierte Dichtungen für die Wellen

Damit das Maximum der Motorleistung bei den Rädern ankommt und möglichst wenig Energie ungenutzt verpufft, verlässt sich manches Formel 1-Team inzwischen auch auf reibungsminimierte Dichtungen von SKF. Basis dafür sind die „Low Friction Engine Seals“ des Unternehmens, deren Reibungswerte um bis zu 55 Prozent unter denen herkömmlicher Radialwellendichtringe liegen. Für die Formel 1 hat SKF diese Dichtungen noch einmal modifiziert. Die „Rennversion“ nutzt die Wafertechnologie von PTFE-Dichtungen, fußt jedoch auf einer speziellen Gummimischung mit einem sehr niedrigen Druckverformungsrest. Alles zusammen resultiert in einem extrem geringen Reibungswiderstand, ohne dass dadurch die Zuverlässigkeit der Dichtung beeinträchtigt wird.

 

Gleitlager für die Radaufhängung

Neben zahlreichen, hochleistungsfähigen Wälzlagern stellt SKF der Formel 1 auch neuartige Gleitlager zur Verfügung. Typische Anwendungsfälle dafür finden sich unter anderem an der Radaufhängung: zum Beispiel Querlenker, Schub- und Zugstangen, Spurstangen und Dämpferbefestigungen. In der Regel herrschen dort hohe Belastungen und niedrige Gleitgeschwindigkeiten. Um diesen Anforderungen zu begegnen, „veredelt“ die SKF Racing Unit ihre Renn-Gleitlager mit Hilfe eines modernen Beschichtungsverfahrens. Manche Sonderanfertigungen verfügen sogar über Innenringe bzw. Kugeln, die mit einer speziellen Keramikschicht ummantelt sind.

 

Entwicklung im Formel 1-Tempo

Kein Wunder also, dass innovative Lösungen aus dem Hause SKF inzwischen als „feste Größe“ im Entwicklungsprozess der Formel 1 gelten. Gerade bei Getriebe-, Kupplungs- und Differenziallagern greifen fast alle Formel 1-Teams auf die Kompetenz und die Qualität der SKF Racing-Spezialisten zurück. Eine Partnerschaft währt dabei schon besonders lange: Die Scuderia Ferrari arbeitet bereits seit 67 Jahren mit SKF zusammen. Das ist im schnelllebigen Formel-1-Zirkus die mit Abstand traditionsreichste Kooperation.

 

Mit Vollgas produziert

Die SKF Sonderlagerfertigung ist mit den Rennsport-Aufträgen für die Saison 2014 gut ausgelastet. Im Bereich der Formel 1-Lager wird in diesem Jahr womöglich der bislang höchste Umsatz erwirtschaftet. Weil das neue Antriebskonzept in der Formel 1 sicher noch Potenzial für weitere Optimierungen birgt, dürften die Erwartungen an SKF in der laufenden Saison auch besonders hoch sein. SKF sieht darin eine großartige Chance, den Teams zu zeigen, warum das Unternehmen Weltmarktführer bei lagerspezifischen Produkten für die Formel 1 ist: Auch im Höchstleistungsbereich will der „Knowledge Engineering“-Konzern unter Beweis stellen, dass die Kunden in Sachen maßgeschneiderter Lösungen bei SKF definitiv auf der Pole-Position stehen.

 

Mehr dazu auch unter: www.skf.com/de/industry-solutions/racing/index.html

 

 

 

Interview mit Dietmar Geisler, Produktionsmanager Racing und Special Bearings bei SKF in Schweinfurt

Was macht ein Lager eigentlich zu einem Formel 1-Lager? Dietmar Geisler, der bei SKF in Schweinfurt als Produktionsmanager Racing und Special Bearings an Sonderlösungen für die Formel 1 und weitere Serien arbeitet, lüftet ein wenig den Schleier über der oft „geheimnisvollen“ Welt der Rennsport-Technik.

 

Herr Geisler, was genau ist das besondere an einem „Formel 1-Lager“?

Dietmar Geisler:Generell ist ein solches Lager mit einem Standardlager überhaupt nicht zu vergleichen. Schon rein optisch unterscheiden sie sich oft erheblich. Das liegt daran, dass wir in unseren Rennlagern sehr viele Merkmale und technische Besonderheiten unterbringen, die in der Serienproduktion gar nicht vorkommen. Die Formel 1-Lösungen sind in der Regel präzise auf eine ganz bestimmte Anwendung in einem ganz bestimmten Rennwagen zugeschnitten. Das stellt z.B. individuelle Anforderungen an die Lagergeometrie oder auch die Lagerluft. Da wir uns überall in technischen Extrembereichen bewegen, ist Präzision oberstes Gebot. Wir reden hier über Toleranzen von 0,005 mm bzw. 5 µm.

 

Stellt das nicht auch besondere Anforderungen an die entsprechenden Werkstoffe?

Dietmar Geisler:In der Tat. Wir nutzen zum Beispiel im Vakuum geschmolzenen Stahl, um letztlich die Reinheit bis zu einem Optimum zu steigern. Außerdem verwenden wir manche Materialien, darunter auch spezielle Keramiken, die schon aufgrund der Kosten kaum für die Serienfertigung in Frage kämen. Keramik setzen wir vor allem für die Rollen und Kugeln ein, die dadurch leichter und zugleich belastbarer werden. Schließlich sind die Teams immer darauf aus, das Gewicht des Fahrzeugs zu reduzieren, ohne die Stabilität zu verschlechtern. Natürlich sieht das Reglement ein Mindestgewicht von 690 Kilogramm inklusive Fahrer vor, aber den Teams ist daran gelegen, diese Kilos genau so über das Fahrzeug zu verteilen, dass es für die jeweilige Rennstrecke eine optimale Balance hat.


Auf die Zusammenarbeit mit SKF bauen neben der Scuderia Ferrari zahlreiche weitere Formel 1-Teams. Wie sieht diese Zusammenarbeit konkret aus?

Dietmar Geisler:Grundsätzlich gibt es sechs hochspezialisierte SKF Anwendungsingenieure bzw. Business Engineers, die bei den einzelnen Teams quasi „vor Ort“ sitzen. In Italien beispielsweise sind es zwei Kollegen, die die Scuderia Ferrari und das Team Toro Rosso betreuen. Sie arbeiten eng mit den Ingenieuren der Teams zusammen und erstellen Berechnungen und Auslegungen direkt in den jeweiligen Entwicklungszentren der Teams. Für ein neu konzipiertes Lager kommen diese dann zu uns nach Schweinfurt oder Steyr in die Produktentwicklung, wo eine Vorschlagszeichnung erstellt wird, die der Rennstall anschließend prüft und freigibt. Nach der Freigabe fertigen wir einige Prototypen, die in Fahrzeugen und Prüfständen ausgiebig getestet werden. Erst, wenn hier alles perfekt passt und optimiert wurde, werden größere Stückzahlen geliefert.

 

Das verlangt doch sicher nach einer Menge Know-how. Mit anderen Worten: Die beteiligten Mitarbeiter müssen ihr Handwerk offenbar perfekt beherrschen…

Dietmar Geisler:Absolut! Die Qualität, die hier gefordert wird, kann bestimmt nicht jeder liefern. Deshalb verfügen die meisten Kollegen in unserer Formel-1-Fertigung über jahre- oder sogar jahrzehntelange Erfahrung. Wie im Rennstall oder in der Boxengasse kommt es auch bei uns vor allem auf Teamarbeit an. Denn es kann nicht der eine Mitarbeiter den Außenring schleifen und der andere den Innenring, um dann zu schauen, ob diese auch zusammenpassen. Hier muss jede Hand von Anfang an perfekt in die andere greifen. Nur so können wir die Präzision liefern, die man von uns verlangt.

 

Da Sie gerade die Boxengasse ansprachen: Spielt der Zeitdruck auch in Ihrem Team eine Rolle?

Dietmar Geisler:Nun, die Entwicklung läuft ja im Grunde permanent. Allerdings ballen sich viele Aufträge zwischen Juli und Weihnachten. In dieser Phase testen die Teams verstärkt die Boliden für die kommende Saison und geben uns modifizierte Anforderungen durch. Dabei machen wir vieles möglich – egal, ob es eine kleine Veränderung ist oder doch ganz schnell ein ganz neuer Käfig aus glasfaserverstärktem Kunststoff. Natürlich sind dann auch mal Nachtschichten und Wochenend-Einsätze nötig. Nach der „Expressüber- arbeitung“ eines Lagers kann es schon mal vorkommen, dass wir das neue Teil am Flughafen einem Anwendungsingenieur in die Hand drücken, der damit direkt nach Frankreich, Italien oder England jettet. Es liegt in der Natur der Sache, dass wir uns der Geschwindigkeit der Formel 1 anpassen müssen.

 

Steigt mit dem Zeitdruck nicht auch die Fehleranfälligkeit?

Dietmar Geisler:Moment mal: Wir überlassen auch in solchen Fällen nichts dem Zufall. Jedes Lager – und damit meine ich wirklich jedes einzelne – wird vor der Auslieferung auf Herz und Nieren geprüft. Wir kontrollieren die Dimensionierung, Lagerluft, Qualität des Stahls, usw. usw. – und zwar in aller erforderlichen Ruhe und mit absoluter Genauigkeit. Erst, wenn wir keine Fehler gefunden haben, tritt das Lager seine Reise an. Wir hätten es wohl kaum auf eine fast 70-jährige Partnerschaft mit der Scuderia Ferrari gebracht, wenn wir dem Team nicht immer perfekte Produkte geliefert hätten. Dass uns inzwischen fast jedes Formel 1-Team sein Vertrauen schenkt, spricht ja ebenfalls Bände: Für uns ist das ein eindeutiges Indiz für die Anerkennung unserer Qualitäts- arbeit. In der aktuellen Saison haben wir schon nach dem ersten Rennen Dankesschreiben von diversen Rennställen erhalten. Das erfüllt uns natürlich mit Stolz. Umso mehr freuen wir uns darüber, dass SKF auch in der neuen, technisch herausfordernden und sicher sehr spannenden Saison wieder in der Formel 1 mitfährt!


Pressekontakt:


Dietmar Seidel, Leiter Technische Fachpresse Deutschland,

Tel. 09721-56 2843, E-Mail: dietmar.seidel@skf.com


SKF ist ein weltweit führender Anbieter von Wälzlagern, Dichtungen, Mechatronik-Bauteilen und Schmiersystemen mit umfassenden Dienstleistungen in den Bereichen Engineering, Wartung und Instandhaltung sowie Training. Weltweit ist SKF in mehr als 130 Ländern präsent und arbeitet mit rund 15.000 Vertragshändlern zusammen. Der Umsatz der Unternehmensgruppe betrug im Jahr 2013 MSEK 63.597. Die Anzahl der Mitarbeiter lag bei 48.401.

Mehr Infos unter www.skf.com

 

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