Formel 1: So schlägt das Herz im Weltmeister-Auto

Egal ob Pkw oder Formel 1-Rennwagen: Das Herz eines jeden Automobils schlägt in Form der Antriebseinheit unter der Karosserie.

Ich bin Geschäftsführer von Mercedes-AMG High Performance Powertrains. In der Motorenschmiede werden „Power Units“ für die firmeneigenen Formel 1-Autos entwickelt und gebaut – und künftig auch für die Straße. Hier erkläre ich euch einige technische Details des Formel 1-Motors und verrate, wie ich mein Team immer wieder neu zu Höchstleistungen motiviere.

Ich bin einer von rund 500 Mitarbeitern im englischen Brixworth, dem Sitz von Mercedes-AMG High Performance Powertrains. Hier entstehen die Motoren, mit denen Lewis und Valtteri für unser Team die WM-Punkte einfahren. Auch die Power Units für die Mercedes-Partnerteams von Williams und Force India werden in Brixworth produziert. Unser Triebwerk für die aktuelle Saison trägt den Namen F1 M09 EQ Power+ und ist ein hochmodernes Stück Technik, in dem viel Herzblut steckt.

Für einen V6-Vebrennungsmotor mögen 1,6 Liter Hubraum auf den ersten Blick recht wenig erscheinen – aber dank Hochdruck-Direkteinspritzung und Turbokompressor kommen wir auf 1000 PS Motorleistung, um ganz vorne mitzufahren. Und das ist noch nicht alles, denn seit 2014 gibt es in der Formel 1 ja auch noch deutliche Fortschritte bei der Hybrid-Technologie.

Das Tolle daran ist, dass das Hybrid-Element nicht nur auf der kinetischen Seite des Autos wirkt, also in Form von Bremsenergierückgewinnung, sondern durch Wärmerückgewinnung noch mehr Leistung herauskitzelt (auch bekannt als e-boost). Wenn die Fahrer Vollgas geben, hat unser F1-Motor überschüssige Energie. Wir holen uns diese Energie mit einem Generator wieder zurück, den wir MGU-H nennen. Das Kürzel steht für Motor Generator Unit Heat – „Heat“ wie „Wärme“. Darin unterscheidet sich ein F1-Motor von den meisten Pkw, bei denen unter Volllast überschüssige Energie eher über ein so genanntes Wastegate abgeführt werden.

Leistungsplus: Hybrid-Technologie

Aber zurück zu unserem F1 M09 EQ Power+. Die mit der MGU-H eingefangene Wärme übertragen wir als elektrische Energie in eine große Batterie, die sich im Auto befindet. Mit diesem Energiespeicher ist auch die zweite elektrische Maschine verbunden, die MGU-K. „K“ steht hier für „kinetisch“. Dieser E-Motor mit einer vom Formel 1-Reglement limitierten Leistung von 120 kW (160 PS) ist wiederum über ein Getriebe mit der Kurbelwelle verbunden.  Diese Zusatzpower können wir nutzen, wenn die Fahrer Vollgas fahren. Beim Bremsen verlangsamt die E-Maschine über Rekuperation das Auto und speist Energie in die Batterie ein – damit bei der nächsten Beschleunigung wieder genug Strom zur Verfügung steht.

Ein weiterer großer Vorteil der Hybridtechnologie ist die Möglichkeit, das Turboloch – also die Verzögerung vom Treten des Gaspedals bis zur vollen Leistungsentfaltung – sichtbar zu schließen. Während die Fahrer beispielsweise durch eine Kurve fahren, nutzen wir unsere MGU-H, um den Kompressor anzutreiben. Wenn Lewis und Valtteri also mit halbem Gas in die Kurve gehen, hält die MGU-H den Kompressor auf Touren. Sobald der Fahrer wieder Vollgas gibt, steht die Leistung sofort wieder zur Verfügung. Damit beträgt die Drehmomentverzögerung – sprich die Leistungsverzögerung – bei unserem Motor nahezu Null. Bei einem Pkw nennt man diese Technologie E-Boost.

Soweit die Theorie. Damit das alles in der Realität reibungslos funktioniert, stecken wir eine Menge Arbeit in die Motorenentwicklung. Mein Team und ich sind dafür verantwortlich, dass das Zusammenspiel von Verbrennungsmotor und Elektromaschinen auf der Rennstrecke für die Fahrer unbemerkt abläuft. Denn kein F1-Pilot mag es, wenn die Leistungsentfaltung eine Überraschung darstellt. Ganz egal, ob es sich um eine zu späte oder eine zu frühe Überraschung handelt.

Es ist unsere Aufgabe, dafür zu sorgen, dass sich die Kraftentfaltung zuverlässig vollzieht – und konsistent. So, dass jedes Mal, nach der gleichen Kurve, wenn das Gaspedal getreten wird, die Kraftabgabe identisch ist wie in der Runde zuvor. Wir tun alles dafür, damit die Verbindung zwischen dem Hybridsystem mit den beiden E-Motoren und der Energie aus der Batterie, einwandfrei mit dem stark turboaufgeladenen Verbrennungsmotor harmoniert.

Pedal to the metal?

Die Formel 1 ist etwas Besonderes. Bei einem normalen Pkw drückt der Fahrer das Gaspedal weniger als fünf Prozent der Fahrzeit bis zum Anschlag durch. Das ist bei einem F1-Qualifying anders: Hier sind es 70 Prozent der Zeit, in denen der Fahrer das Gaspedal zu 100 Prozent durchdrückt  – und deshalb optimieren wir den Motor auf volle Leistung. Wenn wir gut gearbeitet haben, können sich die Fahrer auf das konzentrieren, was ihre Hauptaufgabe ist: das Auto auf der Strecke zu beherrschen. Oder anders ausgedrückt: bremsen, um das Auto in der Kurve im Gleichgewicht zu halten, und Gas geben, ohne die Reifen  abzunutzen.

Wir sind im ständigen Austausch mit den Fahrern. Jedes Mal, wenn Lewis oder Valtteri aus dem Auto steigen, machen wir eine Nachbesprechung. Dabei gehen wir eine Standardliste von Fragen durch: Wie war das Fahrverhalten? War das Leistungsverhalten konsistent? Sind die Bedienelemente für den Antrieb immer klar und verständlich? Die Antworten und Kommentare vergleichen wir mit unserem Datenmaterial und schauen dann, was wir noch optimieren können. Unser klares Ziel ist es, beim nächsten Mal alles noch besser zu machen – um den nächsten Sieg einzufahren.

Wir liefern Hochleistungs-Antriebsstränge, um Meisterschaften zu gewinnen – das ist unser „Mission Statement“ in Brixworth. Wer Meisterschaften gewinnen will, darf nie zufrieden sein mit dem, was er gerade erschaffen hat. Ich schaue mir immer an, was wir erreicht haben und sage mir: „Ja, aber das nächste Mal können wir es noch besser machen.“ Unsere Mitarbeiter ziehen am selben Strang: Da wir mit vollem Elan um jedes kW gekämpft. Es motiviert jeden Einzelnen, wenn wir unter Zeitdruck neue Lösungen für sehr komplexe Problemstellungen finden. Ein Problem schnell zu lösen, ohne zusätzliches Gewicht, ohne zusätzliche Reibung und damit ohne Leistungsverlust zu lösen. Das ist es, was die Leute wirklich begeistert. Das ist wie ein Kick.

Königsklasse für die Straße: Mercedes-AMG Project ONE

Ein Stückchen Formel 1 bringen wir jetzt auf die Straße. Gemeinsam mit meinem Team betreue ich auch den Mercedes-AMG Project ONE, unser Straßenfahrzeug mit Formel 1-Technologie. Das Hypercar hat im Grunde genommen das Heck eines Formel 1-Fahrzeugs – inklusive des 1,6-Liter-V6-Hybridtriebwerks. Im Gegensatz zur Formel 1 gibt es jedoch noch zwei weitere je 120 kW (163 PS) leistenden E-Motoren an den Vorderrädern, zudem ist die Batteriekapazität rund viermal so groß ist wie beim F1 M09 EQ Power+.

Die Batteriegröße oder die zusätzlichen E-Motoren sind jedoch nicht die größte Umstellung für uns als Entwickler. Viel größer ist die Herausforderung in einem anderen Bereich. Denn anders als bei der Formel 1 haben wir bei unseren zukünftigen Kunden nicht Dutzende von Ingenieuren vor Ort, die ständig etwas in ihre Laptops tippen – und keine Funksprüche, die den Fahrern kurzfristig bei der Kalibrierung des Setups helfen könnten.

Alle diese Aktivitäten müssen die Steuergeräte selbst übernehmen – und zwar bei jeder Witterung und in jedem Temperaturbereich. Unsere Kunden sollen nicht mehr tun müssen als bei jedem normalen Pkw: zum Auto gehen, die Tür öffnen, einsteigen, den Startknopf drücken und losfahren – den Rest erledigt die Elektronik an Bord. Und das alles, ohne den Geist des Formel 1-Motors zu verlieren. Ich kann es wirklich kaum erwarten, den Wagen auf der Straße zu sehen.


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Andy Cowell ist Geschäftsführer von Mercedes AMG High Performance Powertrains. Er ist Mitglied des IMechE und der Royal Academy of Engineering. Mit seiner Arbeit bei der F1 ist ein Kindheitstraum von ihm in Erfüllung gegangen.

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