Formel-1-Technik: So lief der Update-Kampf zwischen Mercedes & Red Bull

Die Formel 1 erlebt in dieser Saison einen etwas anderen Kampf um Upgrades. Denn weil die Teams aufgrund der Coronapandemie ihre Autos aus dem Vorjahr übernehmen mussten, konnten sie nicht mit einem weißen Blatt Papier beginnen. Stattdessen müssen sie das Pendel auf andere Weise zu ihren Gunsten ausschlagen lassen, selbst wenn sie einige Schwächen ihres Autos nicht beheben konnten.

Die engsten Kämpfe finden direkt an der Spitze statt: Red Bull und Mercedes kämpfen um Rang eins, McLaren und Ferrari um Rang drei bei den Konstrukteuren.

Hinzu kamen die Änderungen des Reglements, die sich auf die Verringerung des Abtriebs konzentrierten. Die Teams mussten ihre Unterböden, hinteren Bremsschächte und Diffusoren überarbeiten. Autos mit langem Radstand und geringerem Anstellwinkel waren davon offenbar stärker betroffen als ihre kürzeren Pendants mit höherem Anstellwinkel.

Der Mercedes W12 hatte mit seinem niedrigen Anstellwinkel deutlich an Performance verloren, genau wie seine Kopie, der Aston Martin AMR21. Aston Martin konnte den Boden bis jetzt noch nicht wieder gutmachen, obwohl man insbesondere zu Saisonbeginn stark auf Entwicklung fokussiert war.

Angesichts dieser Widrigkeiten und mit einem Auto, das während der Testfahrten vor der Saison unter einer gewissen Instabilität zu leiden schien, blieb Mercedes standhaft in seiner Vorgehensweise.

Man wählte einen pragmatischen Ansatz, um die Leistung zurückzugewinnen und ein Set-up zu finden, mit dem man mit Red Bull mithalten kann. Dabei hielt man sich weitgehend an seinen üblichen Plan, zu wichtigen Zeitpunkten der Saison Upgrade-Pakete einzuführen.

Red Bull hingegen - häufig mit schwierigem Entwicklungsstart in den vergangenen Jahren - hat sich für 2021 für einen stückweisen Ansatz entschieden, mit einem konstanten Strom von Updates bei fast jedem Rennen und einigen größeren Update-Paketen als Zugabe.

Zuvor hatte sich Red Bull dazu entschieden, seine beiden Token für das Heck des RB16B zu verwenden, um noch etwas aerodynamische und mechanische Performance herauszuholen, die sein Vorgänger nicht hatte.

Die Neugestaltung des Getriebeträgers erlaubte es, auch die Aufhängung neu auszurichten und ein ähnliches Layout wie beim Mercedes W11 zu verwenden. Die unteren Elemente wurden angehoben und zurückgeschoben, um den Raum darunter aufzuräumen und den Weg für den Luftstrom auf seinem Weg zum Heck des Autos zu verbessern.

Im Gegensatz zu Mercedes konnte man das untere hintere Aufhängungselement nicht so weit hinten anbringen, da dies auch eine Neukonstruktion der Crashstruktur erfordert hätte, was zwei weitere Token gekostet hätte, die das Team nicht zur Verfügung hatte.

Dafür war Red Bull in der Lage, die oberen inneren Aufhängungselemente zu verlagern und sie viel höher und weiter hinten zu platzieren, als es beim RB16 der Fall gewesen war (kleiner Einschub).

Red Bull Racing RB16B rear suspension

Photo by: Giorgio Piola

Bemerken lässt sich auch die hohle Radträgerverlängerung, die das Team 2020 eingeführt hat. Sie unterstützt nicht nur die hohe Position, sondern ermöglicht auch, dass die Luft nach hinten strömt, ohne dass sie behindert wird, wie es der Fall wäre, wenn sie eine solide Struktur wäre.

Da die Token für das Heck des Autos verbraucht wurden und Red Bull einen Großteil des Jahres 2020 damit verbracht hatte, ein Problem mit der Korrelation zwischen den Simulationswerkzeugen im Werk und der Leistung auf der Strecke zu lösen, konnte das Team für 2021 keine strukturellen Änderungen an der Frontpartie vornehmen.

Die Behebung einiger dieser aerodynamischen Unzulänglichkeiten stand jedoch immer noch ganz oben auf der Prioritätenliste, und so wurde für 2021 eine neue Schürze an dem Teil des Capes angebracht, der unter dem Chassis liegt.

Red Bull Racing RB16B front nose comparison

Photo by: Giorgio Piola

Dadurch wird der Bereich des Fahrzeugs, in dem die Teams zuvor ihre Luftleitbleche angebracht hatten, eingepackt und ein Kanal für den Luftstrom geschaffen, der sich unter der Nase sammelt und zentral entlang des Fahrzeugs fließt.

Die Umgestaltung des RB16B begann ebenfalls sofort. Noch vor Beginn der Saison trafen Entwicklungsteile ein.

Bei den Tests vor der Saison tauchte an der Unterseite des aerodynamisch verkleideten Seitenaufprallschutzes des RB16B ein neues Winglet auf. Diese scheinbar harmlose Veränderung trägt zweifellos dazu bei, die Richtung des Luftstroms auf dem Weg um die Unterseite des Seitenkastens herum neu zu bestimmen und ist seitdem allgegenwärtig.

Das war aber nicht die einzige aerodynamische Veränderng, die bei den Testfahrten aufgefallen war. Red Bull wollte auch den Unterboden des RB16B optimieren und auf die neuen Regeln reagieren.

Red Bull gehörte zu den Teams, die 2020 einen Unterboden der Spezifikation von 2021 getestet hatten, der ein sich verjüngendes Design aufwies, wie es das Reglement vorsah. Dies wurde jedoch schnell verworfen, da man einen Z-förmigen Unterboden installierte, der zuvor schon anderswo gesehen wurde, und ihn mit einer nach außen gewinkelten Strebe (Spec 2) kombinierte.

Noch vor dem Ende der Testfahrten folgten zwei weitere, aber leicht kürzere Streben direkt vor dem Hinterreifen, die mit der bereits vorhandenen Strebe vor dem Hinterreifen in Einklang arbeiten sollten (Spec 3).

Diese Änderungen dienten dazu, die bereits bestehenden Strömungsverhältnisse an der Unterbodenkante zu korrigieren und zu verstärken, und den Luftstrom über und um den Hinterreifen herum zu lenken, um die Leistung des Diffusors zu verbessern.

Push während der Saison

Schon beim zweiten Saisonrennen in Imola hatte Mercedes einige kleinere Veränderungen am Unterboden des W12 vor den Hinterreifen und dem Diffusor vorgenommen.

Diese Optimierungen waren wahrscheinlich eine Reaktion auf die Instabilitätsprobleme, mit denen das Team während der Vorsaisontests zu kämpfen hatte, da es die gesammelten Daten nutzte, um eine praktische Lösung für die überarbeiteten Strömungsstrukturen zu finden, die durch die neuen aerodynamischen Merkmale und Reifen für diese Saison entstanden waren.

Dies führte dazu, dass die Kerbe, die aus der vertikalen Strebe entfernt worden war, wiederhergestellt wurde, während die größere, weiter vorne angebrachte mittlere Strebe vor dem Hinterreifen durch eine kürzere, haifischflossenförmige Strebe ersetzt wurde, die näher an der Hinterkante des Bodens angebracht war.

Eine Neuausrichtung des Stroms in diesem Bereich kann sich deutlich auf die vom Hinterreifen erzeugten Turbulenzen auswirken, wobei das als Reifenwalken bekannte Phänomen eines der zu lösenden Probleme darstellt.

Red Bulls Entwicklung lief in Portugal auf Hochtouren, als man dem RB16B von vorne bis hinten Veränderungen verpasste.

Das Bargeboard-Cluster und die Abweiser der Seitenkästen wurden 2021 zum ersten Mal in Angriff genommen. Dabei wurde auf den Änderungen aufgebaut, die das Team Ende 2020 vorgenommen hatte, wobei auch die Auswirkungen auf die Änderungen berücksichtigt wurden, die durch das neue Reglement auf den nachfolgenden Strecken erzwungen wurden.

Die Finnen auf der Fußplatte der Bargeboards wurden daraufhin angepasst, und auch die beiden vertikalen Elemente der Abweiseranordnung wurden modifiziert.

Das vorderste dieser beiden Elemente wurde weiter nach vorne verlagert, um an der Vorderkante des "Axe Head" des Unterbodens zu sitzen, während ein Schlitz hinzugefügt wurde, um die Luftströmung besser beeinflussen zu können. Der untere Teil des alten vorderen Elements wurde hingegen beibehalten, ebenso wie die beiden nach vorne reichenden Winglets.

Am hinteren Teil des Abweisers wurde das vertikale Element, das zuvor über dem Boden hing, nun daran befestigt, während die Lamellen, die den jalousieartigen Teil bildeten, alle an ihre neue Umgebung angepasst wurden.

Am Heck des Fahrzeugs setzte das Team einen neuen Diffusor mit einem deutlich schlankeren Mittelteil ein, der den durch den neuen Getriebeträger entstandenen schlanken Kiel ausnutzt.

Vorne konnte man eine interessante kleine Anpassung an den vorderen Bremsschächten erkennen. Der obere Teil der Einlassschächte wurde verändert. Statt zwei Trennstreben gab es nun drei, wodurch der Anteil der einströmenden kühlen Luft für jeden Kanal verändert wurde.

Red Bull RB16B front brake duct comparison

Photo by: Uncredited

In diesem Bereich hatte Red Bull für Spanien eine weitere Anpassung vorgenommen. Erneut wurden die Trennstreben im oberen Bereich verändert. Diese Art von Veränderung kann einen kleinen, aber spürbaren Effekt auf die Kühlung der internen Komponenten und die Verbesserung des aerodynamischen Durchflusses der Elemente haben.

Mercedes antwortet

Monaco bildete die Kulisse für das erste große Update, das wir 2021 von Mercedes zu sehen bekamen. Es handelte sich um ein geplantes Leistungsupgrade, das speziell für den engen, mit Leitplanken gesäumten Stadtkurs entwickelt wurde.

Es war im Rahmen des Homologationssystems zulässig, ohne dass dafür irgendwelche Token ausgegeben werden mussten. Da Mercedes in der Vergangenheit auf dieser Art von Rennstrecke Probleme hatte, war es für das Team sinnvoll, einen Teil seiner Ressourcen einzusetzen, um seine Defizite zu beheben.

Wie man hier im Vergleich sehen kann, wurden die Spurstange und der untere Querlenker neu designt, damit sie etwas weiter vorne auf den Radträger treffen konnten.

Die Änderungen, die vorgenommen wurden, um ein überarbeitetes Spurstangen- und Querlenker-Design unterzubringen, werden durch die größere Biegung der Spurstange an der Stelle, an der sie mit dem Bremsschacht verbunden ist, deutlich.

Dies bedeutete auch, dass das Team den Rest des Einlasses opfern und die Aufteilung ändern musste, um ein ähnliches Volumen für den Abschnitt des Einlasses zu erhalten, der nicht vernetzt ist.

Dies zeigt auch, wie der Bremsschacht sowohl zur Kühlung der Bremsen als auch als Medium für die Bewegung des Luftstroms durch die Elemente zur Verbesserung der Aerodynamik verwendet wird. Letzteres wurde geopfert, um das erforderliche Maß an Kühlung für Stadtkurse zu erhalten.

Red Bull Racing RB16B diffuser comparison

Photo by: Giorgio Piola

Red Bull hatte ebenfalls ein paar neue Tricks in petto und nahm sich sogar ein Beispiel an Mercedes: Die Außenkanten des Diffusors wurden mit gezackten Kanten versehen. Das ist ein aerodynamischer Trick, den wir von Mercedes in den letzten Jahren an verschiedenen Stellen gesehen haben.

Red Bull Racing RB14B front wing detail

Photo by: Uncredited

An der Vorderseite des Fahrzeugs stand ebenfalls ein neuer Frontflügel zur Verfügung, bei dem ein überarbeiteter Außenbereich eingesetzt wurde, um das Verhältnis zwischen der Menge des erzeugbaren Abtriebs und der Betonung des Outwash, bei dem der Luftstrom um den Vorderreifen herum geleitet wird, neu zu verteilen.

Red Bull Racing RB16B flexi rear wing

Photo by: Giorgio Piola

Hinter den Kulissen hatte sich derweil ein Streit um flexible Flügel angebahnt, der jedoch in Aserbaidschan erst einmal zu den Akten gelegt wurde.

Denn die FIA verschärfte die neuen Belastungs- und Durchbiegungstests, die beim Großen Preis von Frankreich eingeführt werden sollten, noch einmal und verlangte von den Teams, Referenzpunkte auf ihren Flügeln anzubringen, damit die FIA die von den Rückfahrkameras an den Autos gesammelten Aufnahmen überwachen kann.

Dies führte dazu, dass sich im Laufe der nächsten Rennen ein interessanter Nebenschauplatz entwickelte, da sich die Teams nicht nur den neuen Tests anpassten, sondern auch nach Wegen suchten, die für die jeweilige Strecke erforderliche Leistung zu erzielen.

Dies hat häufig dazu geführt, dass die Teams unterschiedliche Herangehensweisen hatten und ihre Fahrer sogar gezwungen waren, eine andere Route zu nehmen, je nachdem, wie sie die Fahrzeugbalance während der Freien Trainings am Freitag fanden.

Red Bull RB16B diffuser detail

Photo by: Giorgio Piola

Beim Großen Preis der Steiermark folgte für Red Bull eine weitere Optimierung: Die gezackten Kanten, die in Monaco an der Hinterkante der Gurney-ähnlichen Diffusorflaps angebracht worden waren, wurden über die gesamte Länge verlängert und im gebogenen Bereich des obersten Flaps neben der Crashstruktur angebracht.

Eine Woche später beim Österreich-Grand-Prix brachten die Bullen zwei weitere Updates, um die Performance des Frontflügels und der Seitenkasten-Abweiser zu verbessern.

Der Wagen von Max Verstappen erhielt die Updates dabei regulär ein Rennen vor dem Wagen von Teamkollege Sergio Perez.

Die Änderungen am Frontflügel betrafen den Übergang zwischen dem neutralen Mittelteil und den Flaps, die für die Erzeugung und Abstimmung des Y250-Wirbels entscheidend sind.

Das neue Design zeichnete sich durch einen viel abrupteren Bogen in der Hauptebene aus, um die Stärke des Wirbels zu verändern, während die Flapspitzen oben ebenfalls verändert wurden, um die Veränderung der Wirbelstärke weiter auszunutzen.

Auch der zentrale Teil der Abweiser-Anordnung wurde erneut optimiert, indem das Designteam den Winglet-Stapel über dem "Axe Head" des Unterbodens um eine zusätzliche Ebene erweiterte und die Jalousie-ähnlichen Lamellen entsprechend überarbeitete.

Mercedes AMG F1 W12 sidepod deflector floor comparison

Photo by: Giorgio Piola

Das größte aerodynamische Update von Mercedes gab es in Silverstone, wo das Team eine überarbeitete Mittelsektion des W12 vorstellte.

Im Zuge wurde der vordere vertikale Abweiser heruntergetrimmt, wodurch die Jalousie-ähnlichen Lamellen nach vorne verlängert werden konnten (1). Der vertikale Hauptabweiser wurde auch vom Vorderkantenflügel des Seitenkastens abgetrennt, wodurch der bogenförmige Abschnitt, der zuvor die Schulter des Seitenkastens umrahmt hatte, entfernt wurde (2).

Der wellenförmige Bereich des Unterbodens, der den W12 seit Saisonbeginn auszeichnete, wurde ebenfalls überarbeitet (3 & 4), und die einzelne, stärker ausgeprägte Aufrollung wurde durch ein Paar ersetzt (5).

Dahinter wurden zwei Paare von vier abgewinkelten Finnen hinzugefügt, um den Luftstrom, der sich um den Seitenkasten herum bewegt, zu korrigieren (6 & 7).

An diesem Punkt deutete Toto Wolff an, dass Mercedes für diese Saison in Sachen Upgrades fertig sei. Und obwohl es verständlich ist, dass man in Monza mit einem streckenspezifischen Heckflügel mit geringem Abtrieb ankam, war dieser eigentlich eine Neuauflage des Flügels, der 2020 verwendet wurde.

Red Bull Racing RB16B new floor

Photo by: Giorgio Piola

Red Bull erhöhte in Silverstone ebenfalls den Druck und fügte ein stufenförmiges Winglet am Rand des Unterbodens hinzu.

Mit ihm verschwand eine der beiden kürzeren Streben, die während der Vorsaisontests hinzugefügt wurden, da die Struktur an den Punkt stößt, an dem sie sich befand.

Der geschlitzte Flügel ist ebenfalls in dieselbe Richtung wie die Streben geneigt und fächert den Luftstrom nach außen auf, wodurch die vorhandenen Strömungsstrukturen verstärkt werden, die den Luftstrom über und um den Hinterreifen herum leiten.

Red Bull Racing RB16B front brake comparison

Photo by: Giorgio Piola

Für den Großen Preis von Ungarn wurde eine weitere Änderung am vorderen Bremseneinlass des RB16B vorgenommen. Die Designer erweiterten den unteren Bereich, um ein quadratischeres und symmetrischeres Design zu schaffen, das sich nicht nur auf den unteren Bereich des Einlasses, sondern auch auf die obere Ecke auswirkt (siehe rote Linie zum Vergleich).

Es ist unklar, ob dies in direktem Zusammenhang mit dem Bedarf an mehr Bremsenkühlung steht oder ob das Team das Bedürfnis hatte, zusätzliche aerodynamische Unterstützung hinzuzufügen, denn während auf dem Hungaroring der Schwerpunkt eindeutig auf Ersterem liegt, hat das Team das Design auch auf weniger anspruchsvollen Strecken eingesetzt.

Während beide Teams erneut versuchten, die Balance zwischen Abtrieb und Luftwiderstand zu finden, um Spa-Francorchamps zu bezwingen, wurde eine weitere Überarbeitung des RB16B-Unterbodens vorgenommen.

Red Bull überarbeitete nicht nur die bereits vorhandene Strebe an der Ecke des Z-förmigen Bodenausschnitts, sondern fügte noch eine weitere hinzu, um einen definierteren Weg für den Luftstrom zu schaffen.

Dies verdeutlicht auch den starken Kontrast zwischen den Ausgangspositionen beider Teams in Bezug auf ihre Unterboden-Konstruktionen. Mercedes begann die Saison mit einer der komplexesten Konstruktionen im Feld und musste in gewisser Weise seine ursprüngliche Absicht verwässern, um unter realen Bedingungen ein konstanteres Leistungsniveau zu erreichen.

Red Bull hingegen begann mit einem konservativeren Arrangement, ähnlich dem, was die FIA mit ihrem neuen Reglement beabsichtigte, steigerte aber nach und nach die Performance.

Mercedes W12 front wing comparison

Photo by: Giorgio Piola

Trotz der Andeutungen des Teams, dass das in Silverstone vorgestellte Upgrade-Paket der letzte große Vorstoß für die Saison sein würde, stellte Mercedes beim Großen Preis von Russland einen neuen Frontflügel vor.

Allerdings wurde dieser noch nicht im Rennen eingesetzt. Nachdem er bei den letzten beiden Rennen im Freien Training getestet wurde, hat er keine ausreichenden Verbesserungen geliefert, um es an Auto zu schaffen, wenn es darauf ankommt.

Bei diesem noch nicht im Rennen erprobten Design wurde das Verhältnis zwischen dem unbeweglichen äußeren Teil des Flügels und dem äußersten Abschnitt der oberen Flaps verändert, was darauf hindeutet, dass das Team über eine Winkelanpassung hinaus einen Teil des Abtriebs des Flügels reduzieren und gleichzeitig den vom Flügel erzeugten Auswascheffekt verändern möchte.

Kopf-an-Kopf

Wie man sehen kann, haben Red Bull und Mercedes in dieser Saison völlig unterschiedliche Entwicklungsrichtungen eingeschlagen. Doch beide mussten ihre Entwicklungsressourcen vor und während der Saison balancieren.

Auf der einen Seite gibt es das Homologations- und Tokensystem der FIA, was Kosten reduzieren und die Entwicklung einschränken soll. Und auf der anderen Seite steht das neue Reglement, die Einführung der abgestuften Aerodynamik-Testregeln und ein brandneues Auto für 2022.

Für alle Teams ist das ein kniffliger Balanceakt - nicht nur für die beiden an der Spitze. Denn all diese Faktoren hatten nicht nur einen Einfluss auf 2021, sondern auch schon auf 2020. Und sie werden dazu führen, dass einige Teams für 2022 Fortschritte machen werden, während andere zurückfallen werden.