Wie funktioniert die neue Technik?

Dienstag, 11.03.2014 | 10:45 Uhr
Die Powerunit von Mercedes gilt derzeit als stärkster der neuen F1-Motoren
© mercedes
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Vor dem Saisonstart der Formel 1 in Melbourne sind die V6-Turbo-Motoren weiter im Fokus. Dabei bestehen die komplizierten Powerunits, die vor allem Renault noch Probleme machen, aus wesentlich mehr Teilen. SPOX gibt einen Überblick über die neuen Antriebseinheiten der F1, erklärt ihre Funktionsweise und präsentiert die übrigen Reglementänderungen zur Saison 2014.

Die Einzelteile der neuen Powerunits:

Motor: Vom V8 mit 2,4 Liter Hubraum und 750 PS fährt die Formel 1 zumindest beim Verbrennungsmotor eine Stufe zurück. Zwar ist eine Drehzahl von 15.000 Umdrehungen pro Minute zugelassen, trotzdem entsteht aus sechs Zylindern durch die sogenannten Internal Combustion Engine (ICE) künftig eine geringere Nennleistung. Wie viele Pferdestärken die Motoren genau haben, darum rankten sich lange Gerüchte. Die Hersteller hüllten sich in Schweigen, bis sich Mercedes-Aufsichtsratschef Niki Lauda bei "Servus TV" verplapperte: "Der Benzin-Motor hat ungefähr 580 PS. Dann kommt elektrisch." Damit überraschte der Österreicher selbst seinen Landsmann von Red Bulls. "Interessante Daten", sagte Motorsportberater Helmut Marko: "Ich wäre froh, wenn ich 180 PS hätte."

Turbo: Das Benzin wird im neuen Motor mit bis zu 500 bar direkt eingespritzt, die Abgase werden genutzt, um ihn zu beatmen. Die Turbine des Turboladers rotiert mit bis zu 125.000 Umdrehungen pro Minute. Dadurch wird die angesaugte frische Luft verdichtet, dem Motor kann mehr Luft zur Verbrennung zugeführt werden, was die Leistung wiederum steigert.

MGU-H: KERS ist tot - es lebe ERS. Die Energierückgewinnung ist nunmehr zweigeteilt. Direkt hinter dem Turbolader sitzt die bedeutendste neue Technik. Die Welle des Turboladers treibt einen Dynamo an, der die Energie der Abgase in elektrische Energie umwandelt: Die Motor Generator Unit - Heat. Allerdings dient MGU-H auch dazu, ein Turboloch zu verhindern. Im unteren Drehzahlbereich fungiert das Bauteil als Elektromotor, der den Turbolader antreibt. Somit kann auch im unteren Drehzahlbereich mehr Luft verdichtet und die Leistung gesteigert werden.

MGU-K: Auch das bekannte KERS bleibt Teil der Formel 1. Die beim Bremsen entstehende Reibungswärme wird auch 2014 umgewandelt und beim Beschleunigen an der Kurbelwelle abgegeben. Allerdings übernimmt das System künftig auch die Abgabe des Stroms, der vom MGU-H produziert wird. Insgesamt kommen so 120 kW (160 PS) statt der bisherigen 60 kW (82 PS) zusammen.

Energiespeicher: Da die zurückgewonnene Energie nicht immer dann gebraucht wird, wenn sie produziert wird, muss sie gespeichert werden. Diese Aufgabe übernimmt der Energiespeicher. Die Batterien sind dabei einer riesigen Belastung ausgesetzt. Dauerhaft wird Energie abgegeben und wieder aufgenommen. Insgesamt können zwei Megajoule pro Runde aus dem MGU-K gewonnen werden, die Menge aus MGU-H ist unbegrenzt. Abgegeben werden an der Hinterachse unterdessen vier Megajoule - zehnmal so viel wie bisher. Zudem steht die Zusatzenergie statt 6,7 nun 30 Sekunden zur Verfügung und wird nicht mehr per Knopfdruck vom Fahrer abgerufen. Die Formel 1 hat ein echtes Hybridsystem.

Steuerelektronik: Allein die Beschreibung der Technik ist kompliziert, die praktische Umsetzung erfordert Ingenieurskunst pur. Tritt der Fahrer aufs Gas, entscheidet die Elektronik, ob der Verbrennungsmotor allein so viel Leistung generieren kann. Ist das nicht der Fall, bestimmt sie, welches ERS-Bauteil die nötige Zusatzenergie liefert.Direkter Elektroboost? Zusätzlicher Ladedruck? Beides gleichzeitig? Genau darum kümmert sich die Elektronik.

Wie funktionieren die Powerunits genau?

Bremsen: Das MGU-H und der Turbo haben dagegen keine Bewandtnis. Die Funktionsweise bei der Verzögerung ist altbekannt. Das MGU-K wandelt die kinetische Energie der Hinterräder um und lädt damit die Batterie wieder auf. Weil durch die gesteigerte Leistungsfähigkeit die Belastung der Bremsscheiben ab 2014 sinkt, dürfen die Hinterradbremsen nun elektronisch kontrolliert werden. Das sogenannte Break-by-Wire-System sorgt für eine fahrbare Bremsbalance, erfordert allerdings wieder das Können der Ingenieure.

BLOG Gentlemen, start your engines!

Vollgas: Der Fahrer tritt das Pedal durch, der Motor arbeitet auf Hochtouren, an der Hinterachse wird Energie abgegeben. Trotzdem fließt kein Strom aus dem Speicher. Wie das geht? Das Geheimnis ist die Beschränkung der Drehzahl der Turbowelle. Weil sie auf 125.000 Umdrehungen pro Minute beschränkt ist, darf der Turbolader nicht das gesamte Potenzial zum Verdichten der Luft nutzen. In diesem Moment springt MGU-H an. Das System greift die Differenz ab und leitet sie ohne den Umweg über den Energiespeicher direkt zum MGU-K. Dort wird der Strom zum Antrieb der Achse genutzt.

Überholen: Vollgas heißt nicht maximale Energie. Will ein Fahrer seinen Konkurrenten überholen, kann er sich zusätzliche Power verschaffen. Das funktioniert so: Das MGU-H leitet wie unter Vollgas die überschüssige Energie an das MGU-K weiter. Das System an der Hinterachse bezieht aber zusätzlichen Strom aus dem Energiespeicher. Das ERS feuert also aus allen Rohren, die das Reglement zur Verfügung stellt und ermöglicht so eine deutlich höhere Endgeschwindigkeit. Dieser Modus wird auch im Qualifying genutzt.

Beschleunigen: Jetzt wird es richtig anspruchsvoll! Im unteren Drehzahlbereich droht ein Turboloch. Deshalb unterstützt die Batterie das MGU-H. Das Energierückgewinnungssystem gibt nun selbst Energie ab und bringt die Turbine auf Drehzahl, damit die Luft verdichtet und der Motor befeuert werden kann. MGU-K kommt nicht zum Einsatz, weil sonst die Räder definitiv durchdrehen würden. Das Ziel ist vielmehr, eine gleichmäßige Drehmomentkurve zu ermöglichen und das Turboloch zu verhindern. Sobald die Drehzahl des V6-Motors soweit steigt, dass die Abluft des Verbrennungsmotors zur Versorgung des Turboladers reicht, schaltet MGU-H um. Wenige Sekundenbruchteile später arbeitet es wieder für die Energierückgewinnung und leitet den Überschuss an die Batterien weiter.

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