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Rennschlitten: Konkurrenzfähig bleiben durch technischen Vorsprung

Optimal durch den Eiskanal

von Dipl.-Ing. Ilja Feldstein

Olympische Spiele gelten für die meisten Athleten als das ultimative Ziel. Sie genießen aufgrund ihres Vierjahresrhythmus und der weltweit medialen Wirkung meist einen viel höheren Stellenwert als etwa die Weltmeisterschaften, die in der Regel jährlich oder zwei­jährig statt­finden. Es gibt drei Disziplinen im Eiskanal: Bob, Rodeln und Skeleton.

Der Skeletonathlet liegt nach dem Anschieben beim Startsprint auf einem Schlitten, der deutlich kürzer als sein Körper ist. ­Dadurch stehen Körper- extremitäten wie Kopf und Beine über und müssen unter Körperspannung entgegen der Schwerkraft in aerodynamisch-optimaler Lage gehalten werden. Dabei wirken v.a. in den Kurven vertikale Fliehkräfte von bis zu 5G. Zeitgleich muss er bei Spitzengeschwindigkeiten von bis zu 150km/h den Schlitten sauber durch den Eiskanal steuern. Fahrfehler werden auf einem Niveau wie Olympia nicht verziehen: eine Sekunde Zeitverlust entscheidet in einem Lauf in der Regel über Rang 1 oder 15. Daher spielt natürlich auch der Austragungsort eines Wettkampfes eine Rolle. Neben dem bekannten Phänomen des Heimvorteils im Sport kommt hier noch die Eigenbeschaffenheit der Bahn – jeder Eiskanal ist anders – zum Tragen.

Entscheidend: das Material

Mit entscheidend für den Erfolg eines Skeletonpiloten ist das ihm zur Verfügung gestellte Material. Die Sportausrüstung muss stetig weiterentwickelt werden, um nicht den Anschluss an die Spitzengruppe zu verlieren. Bereits geringfügige Veränderun­gen, die den Schlitten wenige zehntel ­Sekunden schneller machen, können den Athleten weit nach vorne werfen. So ließen sich bspw. die Briten ihren Schlitten 2010 vom Sportwagenhersteller McLaren bauen und holten die erste Goldmedaille für Großbritannien im Eis­kanal seit 1964. Dass Großbritannien dies gelang, kommt nicht von ungefähr: Die Forschung und Entwicklung von Sport­geräten in Nischensport­arten wie Skeleton ist sehr kostspielig und bedarf eines finanzstarken Partners. Großbritannien ist, seitdem ein Großteil der Gewinne aus der ­nationalen Lotterie in die Sportförderung fließt, finanziell sehr gut aufgestellt. Auch die deutsche Skeleton­pilotin Anja Huber wollte sich ihren Schlitten mithilfe externer Unterstützung optimieren lassen und wandte sich daher an die Technische Universität München. Möglich wurde ihr dies durch ihren Partner Red Bull. Daraus entwickelte sich eine enge ­Zusammenarbeit zwischen der Athletin, ihrem langjährigen Techniker Wolfram Schweizer, Red Bull und der TU München. Wolfram Schweizer, früher selbst Skeleton-Fahrer, versorgt auch die weiteren Nationalmannschaftsmitglieder mit Ausrüstung. Er verfügt dabei über jahrzehntelange Erfahrung im Skeletonbau und sticht als Praktiker hervor, der viel aus dem Bauchgefühl heraus entscheidet. Die TU München zeichnet sich dagegen durch ihr sehr breit aufgestelltes Fachwissen in Bereichen wie Aerodynamik, Ergonomie, mechanische Beanspruchung, Materialkunde und Herstellverfahren aus. Diese Mischung ermöglichte eine sehr produktive Zusammenarbeit, in der Theorie und Praxis auf Augenhöhe aufeinandertrafen und voneinander lernen konnten.

Der optimale Rennschlitten

Zu Beginn einer solchen Schlittenoptimierung muss das Reglement des Internationalen Bob und Skeleton Verbandes (FIBT) studiert werden. Hier müssen die Vorgaben im Hinblick auf Abmaße, Form, Material und Gewicht genau beachtet werden. Da die Schlitten ohnehin bereits am Limit ausgelegt sind, gilt es insbesondere Lücken im Reglement zu finden und diese zum eigenen Vorteil auszulegen. Ein Reglement kann grundsätzlich kaum vollständig sein, da es immer Neuheiten geben kann, die im Schriftwerk nicht abgehandelt werden. Anschließend gehört auch noch etwas Glück dazu, dass die Änderungen von der Materialkommission des FIBT zugelassen werden: Diese kann in etwa argumentieren, dass die Änderungen am Schlitten im ­Reglement nicht explizit verboten worden und daher zulässig sind. Oder aber das ­Gegenteil ist der Fall und die Kommission beruft sich darauf, dass die Änderungen nicht explizit erlaubt sind und daher unzulässig. Häufig ist es auch ein iterativer Prozess mit mehreren Änderungsschleifen, bis die Kommission eine Modifikation anerkennt.

In diesem konkreten Fall lag der Fokus auf der Gesamtaerodynamik des Schlittens samt Fahrer sowie auf der Kontaktfläche zwischen Schlitten und Fahrer. Zugleich lag die Bemühung dabei, das Gewicht der Einzelelemente zu reduzieren. Dies hat den Grund, dass der Schlitten gemäß Reglement einem Gesamtmaximalgewicht unterliegt. Umso mehr Gewicht man an den einzelnen Elementen einspart, umso mehr Zusatzgewichte aus Blei kann man an strategisch vorteilhaften Stellen einbringen. Dadurch können z.B. der Schwerpunkt des Schlittens insgesamt tiefer gelegt und das Fahrverhalten des Schlittens erheblich beeinflusst werden. Eine Möglichkeit, das Gewicht der Elemente zu beeinflussen, besteht bspw. darin, die gewöhnlichen Stahlelemente durch Bauteile aus hochfestem Stahl wie z.B. TRIP-Stählen zu ersetzen. Dadurch können die Bauteile – bei gleich bleibender Festigkeit und nahezu identischer Dichte – dünner ausgelegt werden. TRIP-Stähle haben die Eigenschaft, dass sie bei der Umformung eine besondere Martensitbildung aufweisen und dadurch eine höhere Härte und Streckgrenze erzeugen. Es sei angemerkt, dass das Reglement ferritischen Stahl als Material für alle tragenden Teile des Schlittens vorschreibt und daher Carbon-Werkstoffe, wie in anderen Leistungssportarten üblich, nicht möglich sind.

Spezialbeschichtung und Pneumatik-System

Um aerodynamische Eigenschaften des Schlittens ermitteln zu können, wurde ein 3D-Modell kreiert und mit Hilfe von Simulationen analysiert. Die Bemühungen lagen darin, die Strömungsmechanik des Schlitten-Fahrer-Komplexes zu optimieren und dabei insbesondere den Luftwiderstand zu reduzieren. Selbstverständlich war dies nur innerhalb der Vorgaben des Reglements möglich, wodurch die Möglichkeiten für Änderungen stark eingeschränkt waren. Eine gummierte Spezialbeschichtung auf der Auflagefläche in Verbindung mit einem neu entwickelten Pneumatiksystem in der Liegeschale soll dazu beitragen, die Pilotin fest im Schlitten zu halten. Die Liegeschale – das Bindeglied zwischen Schlitten und Pilot – muss möglichst flächendeckend an der Pilotin anliegen, um optimal steuern zu können. Ein Verrutschen der Pilotin auf dem Schlitten während der Fahrt würde diesen aus dem Gleichgewicht bringen. Das Pneumatiksystem hilft dabei mittels Luftdruckanpassung auch langfristig, körperliche Veränderungen des Skeletonfahrers auf dem Schlitten auszugleichen. Es bleibt zu hoffen, dass die Veränderungen an Anja Hubers Schlitten dazu beitragen, sich im harten Konkurrenzkampf durchzusetzen und in Sotschi auf Medaillenrang zu fahren.

Fotos: © TUM, Anja Huber, FluiDyna GmbH, M + C Penev