Formel 1 mit Hybridantrieb: Elektrische Zahnbürsten klingen besser
Die Formel 1 von Michael Schumacher und Sebastian Vettel – das waren große Motoren, die ohrenbetäubend mit 19.000, ab 2005 mit 18.000 Umdrehungen pro Minute kreischten. Die neue Formel 1, möglicherweise die von Nico Rosberg und Lewis Hamilton, ist deutlich leiser und vor allem deutlich effizienter.
Nach dem ersten Rennen werden bereits Beschwerden laut, die Autos klängen nicht mehr nach Formel 1(öffnet im neuen Fenster) . Gut ein Viertel der Leser des Motorsport-Magazins, die sich an einer Umfrage zum Klang der neuen Formel 1(öffnet im neuen Fenster) beteiligten, meckerte, er sei schlimmer als der einer elektrischen Zahnbürste.
Ein Drittel weniger Benzin
Tatsache ist, dass der Motor statt acht nur noch sechs Zylinder und statt 2,4 nur noch 1,6 Liter Hubraum hat. Die Drehzahl ist auf 15.000 Umdrehungen begrenzt. Dafür kommen ein Turbolader und eine zweite elektrische Antriebseinheit hinzu, die den Formel-1-Sport deutlich effizienter machen als zuvor: Statt 150 Kilogramm (im Rennsport wird die Treibstoffmenge in Kilogramm, nicht in Litern berechnet) muss ein Fahrer in diesem Jahr ein Rennen mit 100 Kilogramm Treibstoff bestreiten.
Der neue Antrieb ist also um ein Drittel effizienter. Anders ausgedrückt: Er braucht bei vergleichbarer Leistung auf der gleichen Strecke ein Drittel weniger Treibstoff. Davon träumt bei den aktuellen Benzinpreisen wohl so mancher Autofahrer. Grund dafür sind unter anderem ein Turbolader und ein zweiter Elektromotor. Golem.de hat sich den neuen Antrieb vom Mercedes Formel-1-Team(öffnet im neuen Fenster) erklären lassen.
Aus KERS wird ERS
Neben der Verkleinerung des Motors sind der Turbo und das Energierückgewinnungssystem (Energy Recovery System, ERS) die wichtigsten Neuerungen bei den Formel-1-Wagen. Das deutlich komplexere ERS löst das kinetische Energierückgewinnungssystem ( Kinetic Energy Recovery System(öffnet im neuen Fenster) , KERS) ab, das den Fahrern pro Runde 6,7 Sekunden lang einen Zusatzschub von 60 Kilowatt, etwa 82 PS, bot. In der aktuellen Saison stehen ihm 33 Sekunden 120 Kilowatt, über 160 PS, zur Verfügung. Der Verbrennungsmotor leistet etwa 600 PS. Die Mercedes-Antriebseinheit hat eine Gesamtleistung von etwa 740 PS, wie Aufsichtsrat Niki Lauda kürzlich in einem Interview ausgerechnet mit Servus-TV verriet – der Fernsehsender gehört zum Konzern des Erzrivalen Red Bull.
Nach der Definition von Mercedes ist der Turbo die erste Energierückgewinnungsschleife: Der Abgasstrom treibt eine Turbine, die wiederum einen Kompressor antreibt. Der Kompressor verdichtet die einströmende Luft, was eine verbesserte Verbrennung ermöglicht.
Zwei Motor-Generator-Einheiten
Der Verbrennungsmotor wird ergänzt durch die zwei Elektromotoren. Einer, die MGU-K (Motor Generator Unit Kinetic – Motor-Generator-Einheit, kinetisch) oder ERS-K, arbeitet ähnlich wie das alte KERS: Wenn der Fahrer bremst, wird die kinetische Energie in elektrische gewandelt und in einen Akku eingespeist.
Der zweite Generator ist mit dem Turbo gekoppelt und springt bei einer Drehzahl von über 100.000 Umdrehungen pro Minute der Turbine an. Er gewinnt die Energie zurück, die über den Bedarf des Turboladers hinausgeht und speist sie in den Akku. MGU-H oder ERS-H (H steht für Heat, Wärme) heißt dieses System. Allerdings wandelt auch dieses kinetische Energie in elektrische um. Es trägt die Bezeichnung Heat, weil die Energie aus den Auspuffgasen kommt.
4 Megajoule
Jede MGU darf pro Runde etwa 2 Megajoule auf die Hinterachse einspeisen. Das macht knapp 4 Megajoule gegenüber rund 400 Kilojoule in den Vorjahren. Aber das ist nicht alles: Die beiden MGU können sich auch gegenseitig mit Energie versorgen. So kann etwa die MGU-K die MGU-H speisen, die dann den Turbo antreibt. Das verhindert das Turboloch, das beim konventionellen Turbo auftritt: fehlende Leistung im unteren Drehzahlbereich der Turbine, wenn die Abgase noch nicht genug Druck erzeugen.
Alternativ kann die MGU-H die Energie an die MGU-K und damit auf die Hinterachse leiten. Dieses Hybrid Compounding ist die effizienteste Hybridnutzung. Allerdings kann das nur an bestimmten Punkten einer Runde eingesetzt werden, weshalb ein Teil der Energie eben im Akku gespeichert wird, um sie für den optimalen Moment zur Verfügung zu haben – etwa um schneller aus der Kurve zu kommen und den Gegner am Ende einer Geraden überholen zu können.
Das neue Motorenreglement gilt als die größte Veränderung, die der Weltauto- und Motorsportverband Fédération Internationale de l'Automobile (FIA) je in der Formel 1 eingeführt hat. "Der Wechsel von V10- auf V8-Motoren war ebenfalls verpflichtend, aber wir hatten es immer noch mit einem Saugmotor zu tun, selbst angesichts der vorgeschriebenen Einschränkungen" , sagt Mercedes-Motorchef Andy Cowell(öffnet im neuen Fenster) . "Der Einsatz von KERS war in der Saison 2009 nicht verpflichtend, sondern eher eine Möglichkeit, die Performance zu steigern, wenn man es schaffte."
2,5 Jahre für den neuen Antrieb
Die für 2014 geltenden Regeln hätten "eine ganz andere Größenordnung" , sagt Cowell. Um den neuen Antriebsstrang zu entwickeln, hatten die Ingenieure bei Ferrari, Mercedes und Renault – die drei Motorenhersteller beliefern alle elf Teams – etwa 2,5 Jahre Zeit: Das neue Regelwerk wurde im Juni 2011 verkündet. Im Januar dieses Jahres fanden die ersten Testfahrten in Jerez statt.
Dabei zeigte sich, dass die Techniker es nicht alle gleich gut hinbekommen hatten: Während es bei den Teams mit Ferrari- und Mercedes-Antrieb ganz gut lief, kamen die Teams mit Renault-Antrieb, darunter auch das Weltmeister-Team Red Bull kaum zum Fahren. Der Eindruck bestätigte sich bei den beiden folgenden Testfahrten in Bahrain Ende Februar.
Austausch zwischen Rennsport und Serie
Mercedes ging deshalb als Favorit in das erste Rennen. Zurecht: Nico Rosberg gewann überlegen den Großen Preis von Australien – laut Team 992 Tage nach Veröffentlichung des Reglements. Die Plätze zwei und drei belegten Kevin Magnussen und Jenson Button. Ihre McLaren fahren ebenfalls mit Mercedes-Antriebsstrang. Ganz rund lief es aber bei Mercedes nicht: Rosbergs Teamkollege Lewis Hamilton fiel nach wenigen Runden mit einem technischen Defekt aus.
Red-Bull-Fahrer Daniel Ricciardo fuhr zwar zunächst auf den zweiten Platz, wurde anschließend aber disqualifiziert, weil er nach Ansicht der Rennkommissare das Treibstofflimit nicht eingehalten hatte. Die Durchflussmenge ist auf 100 Kilogramm pro Stunde begrenzt und wird durch einen Sensor kontrolliert. In den Motor des Red Bull soll jedoch mehr Benzin als erlaubt geflossen sein. Das Team macht den Sensor dafür verantwortlich und hat gegen die Entscheidung der Rennleitung Widerspruch eingelegt.
Unterstützung aus Stuttgart
Die Ingenieure in Brackley und Brixworth, wo das Mercedes-Team und die - Motorenabteilung(öffnet im neuen Fenster) beheimatet sind, bekamen bei der Entwicklung des "des komplexesten Antriebsstrangs, der je im Motorsport gefahren ist" , wie ein Mercedes-Vertreter Golem.de erklärt, Unterstützung aus Stuttgart aus dem Serienfahrzeugbau. Die Mercedes-Techniker aus Schwaben steuerten Kenntnisse unter anderem beim Elektroantrieb und beim Turbolader bei.
Umgekehrt soll – das ist erklärtes Ziel bei Mercedes – die Serie von der Formel 1 profitieren. In einem geringen Maß ist das auch schon passiert: Beim Bau des Elektrosupersportwagens SLS AMG Electric Drive konnte auf Erfahrungen aus der Entwicklung des KERS zurückgegriffen werden. Von dem neuen Antriebsstrang könnten der elektrifizierte Turbo, die Leistungselektronik oder die Akkus interessant sein.
Autos effizienter machen
Ziel der FIA ist es, die Effizienz der Autos zu steigern und so den Treibstoffverbrauch zu senken. Mit anderen Worten: FIA-Präsident Jean Todt will erreichen, dass Autos umweltfreundlicher werden – und die Formel 1 soll als Königsklasse des Motorsports vorangehen. Darauf ist das neue Regelwerk, das bis zum Jahr 2020 gilt, ausgerichtet – und es verlangt weitere Beschränkungen: In den kommenden Jahren soll der Treibstoff weiter reduziert werden. Wann genau, ist aber noch unklar.
Von der Effizienzsteigerung könnte auch die Serienproduktion profitieren. Damit könnte der Motorsport respektive die Formel 1 wieder zum Labor werden, in dem Technik entwickelt wird, die später in die Serie einfließt.
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