Audi und die IT An die Spitze bei Rennfahrzeugen

Seit 25 Jahren engagiert sich der Automobilhersteller Audi im harten sportlichen Wettbewerb – und das mit großem Erfolg. Dahinter steht die engagierte Rennsport-Mannschaft von Audi Sport und deren Gespür für technische Finessen.
Von Klaus Wiedemann

Rund 150 Mitarbeiter sind an den Standorten Ingolstadt und Neckarsulm mit ihrer enormen Erfahrung Garant dafür, dass die Marke Audi  auch im Motorsport "Vorsprung durch Technik" demonstriert. Die Herausforderung besteht aber nicht nur darin, erfolgsrelevante Innovationen zu entwickeln: Sie müssen auch in kurzer Zeit auf die Strecke gebracht werden, um im Wettbewerb der Schnellsten und Zuverlässigsten zu bestehen. Dabei setzt Audi Sport seit 1995 auf die Partnerschaft mit PTC.

Seit Anfang der 80er, als Audi mit dem Vierrad-getriebenen Quattro mit Walter Röhrl und auch mit der Französin Michèle Mouton als erster Frau zwei Fahrer- und zwei Markenweltmeisterschaften im Rallyesport erringen konnte, ist das Engagement im Motorsport eines der Kernelemente in der Markenkommunikation von Audi.

Nachdem man im Rallyesport alles gewonnen hatte, was es zu gewinnen gab, engagierte sich der mittlerweile zum VW-Konzern gehörende Hersteller mit ähnlichem Erfolg in den Jahren 1988 bis 1997 im prestigeträchtigen Tourenwagensport. Ende der 90er folgte schließlich der Sportprototyp R8, mit dem Audi u.a. viermal das 24-Stunden-Rennen von Le Mans und fünfmal die amerikanische Le Mans-Rennserie ALMS gewinnen konnte.

Der R8 ist mit seiner Erfolgsbilanz der erfolgreichste Sportprototyp aller Zeiten. Besonders stolz ist Wolfgang Ullrich, seit 1993 Leiter der Abteilung Sport- und Sonderentwicklungen bei Audi, auf die Tatsache, dass bei dem R8 "in fünf Jahren nur ein technischer Ausfall aufgrund einer rutschenden Kupplung" zu verzeichnen war.

"Erfolge im Motorsport unterstützen die Eröffnung neuer Märkte für den Serienfahrzeugbau", erklärt Audi-Sportchef Ullrich. Manchmal haben Erfolge aber auch eine ganz andere Seite – dann nämlich, wenn Dauererfolg zu Reglementsänderungen veranlasst. So zielten Reglementsänderungen wie das Verbot des Vierradantriebs im Tourenwagensport darauf, die Dominanz von Audi zu beenden.

Dass Audi aber auch ohne Quattro ganz vorne mitfahren kann, bewiesen die Ingolstädter 2004, als sie im ersten Jahr ihrer Rückkehr in die DTM (Internationale Deutsche Tourenwagen Meisterschaft) mit dem Audi A4 schon im vorletzten Rennen die Fahrerwertung gewinnen konnten. Die Spitzenposition in der Markenwertung folgte mit dem Schlussrennen in Hockenheim.

Auch der Sportprototyp Audi R8 wird zum Ende der Saison 2005 aufgrund einschneidender Änderungen im Reglement einem Nachfolger Platz machen müssen, der derzeit bei Audi entwickelt wird. In der Zwischenzeit wurde bereits versucht, ihn durch einen Extraballast von 50 kg und einen kleineren Luftmengenbegrenzer, der die Leistung von 600 auf circa 520 PS reduziert, etwas langsamer zu machen.

Der R8 wie auch das aktuelle DTM-Meisterschaftsfahrzeug A4 sind Beispiele für Erfolgskonstruktionen, die sich auf die Leistungsfähigkeit der Entwicklungstools von PTC stützen. So wurde in nur "vier Monaten und zwei Wochen", so Ullrich, mit dem A4 eine vollkommene Neuentwicklung realisiert, die "bis auf die Dachkonstruktion inklusive A-, B- und C-Säule" kaum ein Komplettteil mit dem Serienfahrzeug gemein hat.

Die Freiheit der Radhäuser

Die Freiheit der Radhäuser

Wie eine erfolgreiche Rennsportabteilung arbeitet und welchen Stellenwert dort CAx-Werkzeuge wie Pro/Engineer und Pro/Mechanica einnehmen, vermittelt ein Besuch vor Ort. Den entsprechenden Fragen stellt sich Johann Reitmaier, im Team von Audi Sport verantwortlich für die Positionierung von Triebwerk und Antriebsstrang sowie für die Entwicklung von Versorgungselementen wie Kühlung, Öltank und Abgasanlage. Bei seiner Arbeit setzt er als Konstruktionswerkzeug Pro/Engineer ein.

"Bei der Entwicklung eines Rennfahrzeugs herrschen andere Gesetzmäßigkeiten als bei der Entwicklung eines Serienfahrzeugs", erklärt er. "Kompromisslos für den Renneinsatz entwickeln", heißt die Devise. Dabei gilt es allerdings zu berücksichtigen, was die Reglements vorschreiben. So muss beispielsweise der Mittelschnitt durch die Karosserie mit dem Serienfahrzeug identisch sein. Um die Radhäuser herum gibt es gewisse Freiheiten, wo Audi Sport aerodynamische Optimierungen vornehmen darf. Letztlich sind Dach und Teile vom Seitenblech aber das Einzige, was bei der Karosserie der Serie entstammt.

Der erste Blick auf die der Serie angelehnte Karosserie täuscht allerdings darüber hinweg, was sich dahinter verbirgt: eine weitgehende Neukonstruktion. Basis dafür ist ein Gitterrohrrahmen aus Stahl, in der eine Sicherheitszelle für den Fahrer untergebracht ist. Für standesgemäßen Vortrieb sorgt ein V8-Motor mit 4-Liter-Hubraum, der im Audi-Werk Neckarsulm – ebenfalls mit Pro/Engineer – entwickelt wird.

Hohe Ingenieurskunst

Eine Turboaufladung ist nicht zugelassen, doch auch ohne diesen ist ein Luftmengenbegrenzer vonnöten, um die Leistung auf 460 PS zu drosseln. Das ist vom Reglement so vorgeschrieben. Elektronische Hilfen wie ABS oder Traktionskontrolle sind nicht erlaubt. Zahlreiche Komponenten wie Getriebe, Antriebswelle, Motorelektronik und Karbonbremsscheiben sind wiederum Standardteile, die von allen Herstellern benutzt werden müssen, um Kosten einzusparen.

Die Kunst der Entwickler besteht darin, die vorgegebenen Standardkomponenten mit den rennsportspezifischen Entwicklungen so zu kombinieren, dass daraus möglichst schnell ein konkurrenzfähiges Fahrzeug entsteht. Maßgebliche Unterstützung erhalten die Entwicklungsingenieure von Audi Sport dabei von Pro/Engineer.

"Die Struktur des Fahrzeugs mit der im Windkanal entwickelten Außenhaut zu verbinden, ist unser Job", sagt Johann Reitmaier. Hinter diesen lapidaren Worten verbirgt sich eine Vielzahl von Besprechungen, Abstimmungen und Kompromissen. Wichtig ist vor allem die Kommunikation im Team: In regelmäßigen Abständen finden so genannte Vorbaubesprechungen statt, in denen sich die Spezialisten für Aerodynamik, Fahrwerk und Antriebsstrang miteinander abstimmen.

Ein bedeutsames Element in diesem Kommunikationsprozess ist das CAD-Werkzeug: "Weil wir mit Pro/Engineer sehr schnell verschiedene Varianten generieren und im Team präsentieren und analysieren können, entsteht in kürzester Zeit die für alle Aspekte beste Lösung", kommentiert Johann Reitmaier.

Von besonderer Bedeutung: die Aerodynamik

Von besonderer Bedeutung: die Aerodynamik

Schon lange bevor die Detailarbeit beginnt, wird das Aerodynamikkonzept festgelegt. Die Aerodynamik ist eines der bestimmenden Elemente im Rennsport. Bei Motor und Antriebsstrang herrscht durch reglementierte Leistungsbegrenzung, Standardgetriebe und -Antriebswellen weitgehende Chancengleichheit.

"Bevor mit der Arbeit an einem neuen Fahrzeug begonnen wird, legt der Konstruktionsleiter zusammen mit dem Aerodynamik- und Versuchsteam das Aerodynamikkonzept fest. Dabei richtet man sich nach den spezifischen Anforderungen der Rennstrecken, die für die kommende Saison auf dem Plan stehen", erzählt Reitmaier. "Zunächst fangen einige wenige Leute damit an, sich Gedanken zu machen, wie das Auto stehen muss, damit es möglichst flach liegt und der Heckflügel ideal angeströmt werden kann", verrät Reitmaier.

"Möglichst flach" bedeutet, dass der Wagen nach dem Reglement mindestens 1200 mm über dem Fahrzeugunterboden stehen muss. "Bis zu 275 mm über der Bodenplatte darf man sich aerodynamisch frei bewegen", sagt Reitmaier. Im Klartext heißt das, dass dieser Raum frei gestaltet werden kann, damit optimale Strömungsverhältnisse entstehen. Dementsprechend ist durch die weit reichenden Freiheiten für die Konstrukteure die aerodynamische Auslegung einer der Hauptaspekte, dem viele andere konstruktive Aspekte untergeordnet sind.

"Das Auto lebt von der Aerodynamik. Und wir müssen viel tun, um Freiraum für sie zu schaffen", sagt Reitmaier. Das heißt, es muss Raum für die Luftschächte geschaffen werden. Dazu werden mit Pro/Engineer die Geometrien für erste CFD-Betrachtungen modelliert. Doch damit ein Auto wirklich schnell wird, sind auch Themen wie Gewichtsverteilung, Schwerpunktlage, Gewichtsoptimierung in die Betrachtung mit einzubeziehen.

Die Entwicklung läuft von Beginn an parallel: Der "Käfigmann" beginnt am Käfig zu arbeiten, der "Fahrwerker" versucht, seine Kinematik zu optimieren. In dieser Phase kommt den so genannten virtuellen Vorbaugesprächen besondere Bedeutung zu. "Die ganze Mannschaft beschäftigt sich mit den 3D-Modellen des Autos und stimmt die einzelnen Teilbereiche aufeinander ab", erläutert Reitmaier.

Sobald die Entscheidungen über die Positionierung der Hauptkomponenten festgeschrieben sind, werden die Hauptbaugruppen weiter detailliert und schließlich von den Einzelkomponenten Zeichnungen erstellt. Dabei wird großer Aufwand getrieben, um die einzelnen Teile möglichst leicht und dennoch robust zu halten. Hier trägt das Simulationswerkzeug Pro/Mechanica dazu bei, Robustheit, Fehlpositionen, Eigenfrequenzen und andere Eigenschaften schon im Konstruktionsstadium abzusichern. Dadurch, dass die Zulieferer direkt auf die genutzten Pro/Engineer-Daten aufbauen können, ergibt sich eine höchst effiziente Lieferkette.

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