Sicherheit/Schlimme Unfälle von Rennwagen

[Gast Viktor]

Dieses Thema finde ich vom technischen Aspekt sehr interessant, soll jedoch keine Fahrzeuge zeigen, bei welchen Menschen verletzt wurden.

Interessant finde ich zu sehen, welche technischen Fortschritte/Maßnahmen in den Fahrzeugen getroffen wurden bzw. wo Schwachstellen liegen, um Verletzungen im Motorsport zu vermeiden.

Auch Sicherheitseinrichtungen im Detail wären interessant, als Bilder einzustellen.

Ich hoffe, das Thema ist nicht zu grenzwertig und findet Interesse.

Ich fange mit einem Unfall von Stan Fox 1995 in der Indy-Serie an. Stan Fox zog sich bei diesem füchterlichen Crash nicht einen Knochenbruch zu - ironischerweise starb er 2000 bei einem Verkehrsunfall.

Die Bilder veranschaulichen jedoch, daß die Sicherheit der damaligen Fahrzeuge sicher verbesserungswürdig war.

Vielleicht kann ja jemand aus der Materie erklären, was man tun kann, ein Carbon-Monocoque sicherer zu machen.

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[botzelmann]

Unfälle, bei denen sich ein Monocoque in zwei Teile zerreist, sollten heute eigentlich nicht mehr passieren, zumindest in der Formel 1 bei den ganzen Sicherheitstests und -standards. Ich fange mal an wild herumzuspekulieren:

Die Ursache, wie es das Monocoque genau an der Stelle zerrissen hat liegt höchstwahrscheinlich daran, dass Chassis generell erstmal auf Steifigkeit ausgelegt werden und dass das Cockpitopening an der Stelle eine extreme Schwachstelle bringt (macht ja auch irgendwie Sinn, schließlich ist die Grundidee hinter einem Monocoque eine große, Runde Röhre, in welcher ein großes Loch geometrische Nachteile hat, da sich dort die "Spannungen sammeln"). Bei dem Monocoque (Formula Student), bei wessen Entwicklung ich stark beteiligt war, sieht das zum Beispiel so aus:

Zur Erkärung

Im Bereich von ca 1000 bis 1500mm liegt das Cockpit Opening, Ab 1500mm ist es das Monocoque, davor ein Gitterrohrrahmen als Heckmodul. Je flache die Kurve, desto steifer ist es im jeweiligen Bereich

Die Excelnäherung sieht dank der wenigen Punkte so aus, als wäre das Cockpitopening sehr viel steifer, es ist aber recht linear im Vergleich zum restlichen Monocoque.

Das ist bei der Auslegung u.a. eines der Ziele. Damit es so aussieht wie bei uns, haben wir genau an dieser Stelle sinnvoll, aber fast doppelt soviel Carbon untergebracht. Aus Kostengründen leider "nur" HT und IM Fasern

In größeren Rennsportklassen könnte ich mir vorstellen, dass dieses Steifigkeitsproblem durch die Verwendung von anderen Carbonfasern (sehr teuren) gelöst wird, die hochsteif sind (z.B. eine m55j Faser) und im Vergleich zu einer normalen und günstigeren hochfesten Fasern (z.B. T300 oder T800) sogar vergleichbare Festigkeitswerte mit sich bringt.

Klingt ja erstmal ganz toll. Viel steifer bei ähnlicher Festigkeit = Gewichtseinsparpotential. Nur haben die hochsteifen Fasern einen Nachteil, der v.a. bzw. eigentlich nur im Crashfall tragend wird: Bruchdehnung und Querkraftbelastungen. Da halbieren bis dritteln sich die Kennwerte nämlich. Bei manchen Fasern ist es schon so krass, dass sie schon beim Belegen in die Form Probleme bereiten und Brechen können - dafür aber auf Zug Mega Steif sind.

Sinnvoll gelöst werden kann das meiner Meinung nach also nur über eine gute Faser, die genau an diesen Stellen sinnvoll in Richtung und Menge platziert wird, vielleicht lohnt sich auch der gezielte Einsatz von Aramid oder anderen Faserarten, das weiß ich nicht. Nur bekommt man damit ziemlich schnell einige kg mehr an Gewicht hinein. Und man versucht ja an jeder Stelle Gewicht zu sparen. Ich denke aber, dass gerade an diesen Hochbelasteten Stellen heutzutage adäquat gehandelt wird und dementsprechend mehr Material aufgebaut wird. So ein zerfleddertes Monocoque kann ich mir heutzutage eigentlich kaum noch vorstellen. Vielleicht war es aber auch nur ein Fertigungsfehler - gerade zum Thema wie man den Vorderen Überrollbügel bei F1 und Co ins Monocoque einbringt, habe ich schon die wildesten Geschichten gehört. Vielleicht wurde das Monocoque auch nur zu oft repariert und einige Schäden im Laminat übersehen. Aber das sind alles nur Vermutungen. Faserverbundwerkstoffe sind ja schon alleine durch die Komplexität heutzutage nicht mal ansatzweise komplett beherrschbar. Daher lieber ein paar Sicherheitsfaktoren mehr drauf schlagen und Fahrerleben retten

[Gast Viktor]

@botzelmann:

Danke, das ist sehr interessant, was Du erzählst - gerade wenn man nicht in dieser Materie ist. In der Formel1 wurde meines Wissens, aus Deinen genannten Gründen des leichten Brechens der hochfesten Fasern, im Regelemt um das Jahr 2000 verankert, daß das Cockpit anders gefertigt werden muß, nachdem es hier auch mehrere Brüche gab.

Beim Ferrari F399 wundert mich, daß die beiden Wagen an unterschiedlichen Stellen gebrochen sind. Werden Monocoques aus mehrern Teilen zusammengesetzt und kann dies an unterschiedichen Stellen beim gleichen Modell erfolgt sein?

[botzelmann]

Im Normalfall werden 2 oder mehr Hälften laminiert (meistens in der YZ Ebene, ab und zu aber auch XZ. Hängt ein wenig von der Rennserie ab) und dann zusammenlaminiert. Geht natürlich auch "einteilig", ist aber ein Mordsgeschäft

Die meisten Bilder vom zerlegten Privat-Ferrari kannte ich bislang noch nicht (aber interessant und zum Glück nichts passiert). Ich habe mich mal einem F1 Konstrukteur über genau das Bild unterhalten, leider nicht mehr genau die Ursache im Kopf (wobei der gute Mann hier an der Uni ab und zu unterwegs ist und ich dementsprechend hoffentlich bald nochmal nachfragen kann), meine aber das sich das mit dem, was ich im obigen Beitrag am Schluss erwähnt habe, deckt: Der vordere Überrollbügel wird soweit ich weiß (bitte um Korrektur, falls ich da was falsches im Kopf habe) mitsamt der großen Falz des Cockpit Openings nachträglich eingeklebt. Die Trennung sieht zumindest so aus, als wäre das Teil am den Überrollbügel entlang komplett weggerissen, was vielleicht auf einen Verarbeitungsfehler sprechen könnte. Alternativ könnte es auch sein, dass das Monocoque an der Stelle repariert wurde. Gibt dazu ein interessantes Dokument von G.Savage. Dabei wird die beschädigte Struktur herausgefräst, die Struktur in der Form neu aufgebaut und über Schäftungen verklebt. Das wäre auch noch eine denkbare Ursache, wobei eine Reparatur im Normalfall doch strukurell danach wieder genauso viel aushalten sollte, wie vorher.

Das MC vom Schumacherunfall hingegen würde ich einzig und alleine auf die brachiale frontale Kraft des Einschlags zurückführen, bei dem die Crashnase nicht genug Energie absorbiert hat und dementsprechend noch das MC zuviel Kraft aufnehmen musste. Carbon ist am Ende auch nur ein Werkstoff

[double-p]

Du fragst erst recht allgemein und dann so speziell auf Carbon-Monos?

botzel ist da schon der Richtige

Ansonsten, auch in "kleinen Serien" wird quasi jedes Jahr die Latte hoeher gelegt.

Wobei es da auch immer noch fuer und wider gibt.

[Gast Viktor]

Du fragst erst recht allgemein und dann so speziell auf Carbon-Monos?

Ja mich interessieren auch z.B. Käfige in Tourenwagen usw. - einfach der technische Aspekt und was man verbessern kann.

Aber das Monocoque-Thema ist schon mal sehr interessant. Man kann ja nicht alles auf einmal diskutieren - da wirds etwas unübersichtlich denke ich.

Zu den Monocoques: Wenn ich mir die Laminierungsstellen und Bruchstellen so ansehe, halte ich es schon für riskant, an den Stellen, wo der Fahrer sitzt, zu "stückeln".

Ich hab noch ein Bild oben eingefügt vom Kovalainen-McLaren - anhand Botzelmanns Bildern aus der Bauphase eines Monocoques kann sich auch ein Laie nun darunter was vorstellen.

[JML CO]

Wie gibt Carbon eigentlich bei einer Zerstörung nach?

Splittert es einfach Faser für Faser weg? Oder pilzt es auf wie ein Geschoss und bricht danach erst ab?

[botzelmann]

Nicht, dass ich es falsch rübergebracht habe: mein Bild zeigt die Reparatur eines Monocoques - bei der Erstfertigung wird da nichts gestückelt, sondern lediglich 2 Hälften zusammenlaminiert (hierbei wird jeweils ein breiter Rand gelassen und dann der normale Laminataufbau samt Honeycombs dazwischen aufgebaut)

@Marius:

Das kann man so genau nicht sagen. Das geht vom ablösen der einzelnen Laminatschichten (Delamination) über Zwischenfaserbrüche entlang der Faser bis hin zum Faserbruch. Das ist gewissermasen auch das Problem - eine kaputte Laminatstruktur zB durch Delamination zu erkennen ist schwer... Daher kann ein Teil nach wie vor funktionieren, aber schon im nächsten Moment kaputt gehen. Gefährlich v.a. Bei CFK Querlenkern. Die Anzeichen sind da deutlich geringer als bei Stahl und Alu, die sich vorm Defekt erstmal ordentlich deformieren und man sie dadurch tauscht. Carbon geht salopp gesagt einfach kaputt wenn du dich da mehr für interessierst, sag bescheid. Ich habe die gängigen Festigkeitshypothesen alle in pdf Form hier auf dem Rechner :-)

[tollewurst CO]

Die Rennställe fertigen Ihr Monos unterschiedlich. Die einen fertigen one piece die anderen Kleben. Toyota hat in der xy Ebene geklebt, verwendet wurde der "Schweinchenkleber" von Henkel. Benneton hat seinerzeit die Monos in der xz Ebene geklebt.

Die F1 Monos haben einlaminierte Kraftmessdosen und Dehnmesstreifen. Die Daten werden gesammelt und ab einer bestimmten Belastung oder einer bestimmten Anzahl von Lastwechseln werden die Monos getauscht. So weit ich weiß werden in der F1 keine Monos Instand gesetzt, lediglich Verkleidungsteile und Flügel.

Der Lagenaufbau ist variabel, an einigen Stellen sind Aluminiumwaben zur Energieabsorbtion als Sandwichmaterial im Aufbau. Der meiste Teil ist aber massiv ausgelegt uns besteht aus bis zu 140 Lagen, das entspricht ca 15mm Materialstärke. Das Gewicht eines F1 Monos liegt bei ca 120 kg und ist gar nicht sooo leicht.

Verwendet werden so weit ich weiß hauptsächlich HM und HT Fasern, die Gründe hat Tim bereits genannt. Es ändert sich aber ständig etwas, von daher kann es sein das die Infos nicht mehr alle zutreffen.

Das ein Mono bricht kann immer mal passieren, es können nicht alle Kraftfälle angenommen werden, es ist immer ein Kompromiss die wahrscheinlichsten Unfälle abzusichern. Der Bruch direkt vorm Einstieg sollte allerdings nicht passieren, es ist aber auch die kritischste Stelle am Mono (Offenes Profil/Kerbwirkung)

[double-p]

Wie gibt Carbon eigentlich bei einer Zerstörung nach?

Splittert es einfach Faser für Faser weg? Oder pilzt es auf wie ein Geschoss und bricht danach erst ab?

Es reisst einfach. So wie jedes klassisch geschlagene Seil auch - der "Stoff drunter" ist dabei unerheblich.

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[botzelmann]

@Dominik: In der F1 werden Monocoques definitiv wieder hergestellt, schließlich hat jeder Fahrer nur ca 2 Stück pro Jahr. Nur sollte man es mit dem Reparieren nicht übertreiben, als Fahrer hätte ich ein arg schlechtes Gefühl in einer "reparierten Bastelbude" zu sitzen

[tollewurst CO]

Über die Versagensarten kann man ein ganzes Buch schreiben.

Je nach Lastfall gibt es grob gesagt

Delamination: die einzelnen Lagen lösen sich voneinander, die Steifigkeit ist dahin

Zwischenfaserbruch: nicht alle Fasern im Laminat werden gleich belastet, einzelne Fasern versagen vorzeitig. Dies ist schwierig festzustellen, deshalb werden einige Teile auch nach bestimmten Lastzyklen getauscht.

Bruch: Die Spannung ist zu groß und die Fasern versagen alle, dies ist genau genommen eine Kettenreaktion im Faserversagen. Eine Faser reißt und die Nachbarfaser wird stärker belastet. Ist die Kraft zu groß bricht das Bauteil.

Gerade mal telefoniert, die werden mitlerweile tatsächlich wieder repariert:-o Vor zwei Jahren wurde noch auf Verdacht getauscht.

[netburner]

Tim, die Motoren in der Formel 1 sind limitiert, die Chassis normalerweise nicht, da gibt es nur Kostenlimits. Wenn ein Chassis wirklich gerissen oder gebrochen ist, wird es definitiv ausgetauscht. Kein Team würde seine Fahrer in eine geflickte Kiste setzen, bei der nicht gesagt werden könnte, ob sie den nächsten Crash so übersteht, wie ein neuwertiges Chassis.

[Gast Viktor]

Wenn ein Chassis wirklich gerissen oder gebrochen ist, wird es definitiv ausgetauscht. Kein Team würde seine Fahrer in eine geflickte Kiste setzen, bei der nicht gesagt werden könnte, ob sie den nächsten Crash so übersteht, wie ein neuwertiges Chassis.

Ich denke, repariert wird halt, wenn z.B. im Bereich der Nasenbefestigung oder Unterbodenaufnahme was anbricht/abbricht. Bei einem wirklichen Riss kann ich mir nicht vorstellen, daß dann geflickt wird.

[tollewurst CO]

Ein Beispiel welches mir genannt wurde:

Räder ab Mono unten angeschliffen. Die untere Schale wird ausgefräst und eine neue untere Schale/Hälfte eingeklebt.

[netburner]

Ein Beispiel welches mir genannt wurde:

Räder ab Mono unten angeschliffen. Die untere Schale wird ausgefräst und eine neue untere Schale/Hälfte eingeklebt.

Das kann ich mir durchaus noch vorstellen. Aber wenn irgendwo wirklich Risse erkannt werden, wird da normalerweise nicht mehr dran rumgebastelt. Solche Autos wandern normalerweise nachher in Richtung Showcar (Motor und Getriebe raus, Sponsorenlogos vom jeweils aktuellen Jahr drauf und ab auf die Messen dieser Welt).

[botzelmann]

Ich weiß, ich habe es selbst nicht geglaubt und gedacht, dass so ein MC aus dem Ärmel geschaukelt wird, aber du kannst mir glauben: auch Monocoques werden geflickt. Die zwei Monocoques sind ebenfalls korrekt, und wie gesagt: Es Ist nicht trivial, ein solches Teil zu flicken, alleine über den Schäftungswinkel zum Verkleben gibt es x wissenschaftliche Arbeiten dazu. Natürlich kommt es auch mal vor, dass man ein MOnocoque nicht mehr retten kann, zB wenn ein Insert herausreist oder sich lockert - aber in den meisten Fällen ist eine Reparatur problemlos möglich. Wobei ich den Ferraricrash auf der Seite vorher auch für irreperabel halte ;-) ich lade gleich noch ein paar Bilder hoch, wie so etwas aussieht.

Pro Monocoque benötigt man 4 Arbeiter und 2 bis 3 Wochen. Gerade kleinere Teams können sich einfach mittlerweile nicht mehr leisten. Vielleicht baut Ferrari ein paar mehr, aber generell kannst du mir da schon vertrauen - die Info stammt aus erster Hand und zwar sogar doppelt

[netburner]

OK, habe gerade auch nochmal nachgeschlagen: Ferrari hat bislang in dieser Saison, inklusive der Vorsaisontests, insgesamt 5 Chassis genutzt.

[botzelmann]

Wie gesagt:

Ich hatte es auch nicht glauben wollen Klingt im ersten Moment erstmal richtig wenig - wenn man aber bedenkt, dass so ein Monocoque mit Abstand das aufwändigste Carbonteil am Fahrzeug ist, dann macht es schon Sinn, nur soviele machen zu müssen, wie nur irgendwie möglich.

Ich wollte dir die Datei eigentlich kurz per Mail schicken, da ich es auch nur aus einer wissenschaftlichen Datenbank habe, aber habe den Link sofort bei google gefunden. Von daher:

Klick mich, ich bin ein Link

Das ist von Gary Savage, ehemaliger stellvertretender technischer Leiter von BAR Honda F1. Der gute Mann hat einige interessante Sachen publiziert, kann man echt nur empfehlen.

Das hier ist u.a. auch von ihm:

Ich bin auch ein Link

Auf Seite 28 sieht man, wie z.B. BAR ihre Monocoques gefertigt hat. Mir ist die Teilung in der XZ Ebene übrigens auch lieber

So langsam wird das hier echt ein interessantes Thema

[tollewurst CO]

Link 2 funzt nicht

[natches]

Link 2 funzt nicht

Der hier geht: Klick

[tollewurst CO]

Heute zu Tage sind die Monos in der Regel so sicher das die auftretenden Kräfte von über 60g im Craschfall eher die inneren Organe verletzen als dass das Mono so beschädigt ist das der Fahrer äußerlich verletzt ist.

[Gast Viktor]

Das Hintergrundwissen über die Monocoques ist megainteressant.

Ich mach mal weiter mit Rohrrahmen-Autos, wie die DTM-Autos mit Carbon-Sitzwanne. Sicherlich gibt es Interessantes über eine solche Konstruktion zu erfahren - auch wenn ich solche Fahrzeuge nicht so aufregend wie einen Gruppe-A-Tourenwagen oder einen Monoposto finde.

Hier mal der Unfall von Dumbreck in Zandvoord:

Und Premat in Adria:

Wäre ein solcher Unfall in einem Gruppe-A-Auto auch so glimpflich ausgegangen?

[Chrischi09 CO]

Schwer zu sagen, wobei man bei Unfällen ja auch sagt, um so spektakulärer es aussieht umso weniger schlimm ist der eigentliche Unfall. Der DTM Wagen zerlegt sich ja komplett und Dumbreck steigt aus eigener Kraft aus dem Fahrzeug aus.

Da ich nicht einen neuen Thread aufmachen möchte und ich denke es hier mit am besten passt, am Sonnabend ist noch ein Rennfahrer tödlich verunglückt. Marco Simoncelli ist in der 250ccm Klasse gestürzt und seine Verfolger hatten keine Chance mehr auszuweichen und sind über ihn rüber gefahren. Sehr sehr übel der Unfall! Ich glaube speziell im Motorradrennsport ist es gar nicht mögilich die Sicherheit noch zu erhöhen... Da stellen sich mir die Frage, ob und wie es überhaupt möglich ist höhere Sicherheitsstandards zu etablieren. Ich glaube HANS war der letzte wirklich große Schritt, der die Sicherheit der Rennfahrer erhöht hat aber was kann noch kommen? Außer z.B. mögliche beschränkungen bei Reifen und Motorleistung.

Grüße

[tollewurst CO]

Kommen kann noch eine verbesserte Energieabsorption im Crashfall. Wobei die meisten CFK Elemente so ausgelegt sind das sie möglichst viel Energie aufnehmen. Ein Gitterrohrrahmen kann halt keine/sehr wenig Energie aufnehmen. Aber Aluminiumwaben sind hierfür sehr gut geignet.