Mercedes GP – Wenn Effizienz zur Benchmark erhoben wird

Derzeit fahren die beiden MercedesGP Piloten Nico Rosberg und Lewis Hamilton die Erfolge in der F1 in Serie nach Hause. Selbst wenn man, wie Lewis Hamilton heute in Ungarn aus der Box dem Feld hinterher starten muss, steht man am Ende auf dem Teppich.

Ein Besuch im Herzen der Formel 1 Truppe klären, welche Faktoren zum Erfolg in diesem Jahr geführt haben.

Effizienz ist die neue Performance

Die aktuelle Überlegenheit des MercedesGP-Teams hat einen Grund.

Rund um Oxford sind die Wiesen grün, es regnet ausnahmesweise nicht, es geht ruhig und beschaulich zu. Touristen fluten das Herz der Grafschaft Oxfordshire und manch einer fährt vermutlich wieder, völlig ahnungslos vom High-Tech-Treiben rund um Oxford nach Hause. Dabei arbeiten hier ganz in der Nähe, nordwestlich von London und in der direkten Nähe zum “Home of British Motorracing” an die 1.300 Mitarbeiter für den Erfolg der Silberpfeile. 700 arbeiten direkt in Brackley, einem kleinen Ort zwischen Silverstone und Oxford, weitere 500 Mitarbeiter arbeiten am benachbarten Standort Brixworth und sind dort für das pulsierende und pochende Benzin-Herz des Silberpfeils verantwortlich.
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“Es gibt einen subtilen Prozess im Austausch von Technologien zwischen F1-Team und Serien-Produktion”

Paddy Lowe | Technik-Chef von Mercedes-Benz

Der Einstieg in die Königsklasse als Werksteam

2010 ist Mercedes in die Königsklasse des Motorsports als Werksteam eingestiegen und seit 2014 hat die Formel 1 ein völlig neuartiges Reglement. Seit 2009 gibt es eine neue Entwicklungsrichtung. Aus Höchstleistung wurde “höchste Effizienz”. Ohne die maximale Effizienz ist eine minimale Rundenzeit nichts mehr wert. Es war das Ende des “Sprit verblasens”.

Seit diesem Zeitpunkt an dem die massiven Regeländerung beschlossen wurde, arbeitete man in Brixworth an der neuen “Power-Unit”. Denn ein Regelwerk in dem Effizienz vor Höchstleistung steht, macht aus dem simplen Verbrennungsmotor eine komplexe “Power-Unit”, mit neuen Maßstäben in Punkto Effizienz. Zum ersten Mal mussten die Ingenieure mit einer Herausforderung umgehen, die man im Motorsport so bislang nicht antraf: Es gab ein Limit beim verbrennen von Benzin. 100 Kilogramm Rennsprit, mehr ist nicht mehr erlaubt und dennoch muss nach dieser, fast einer Halbierung entsprechenden Begrenzung der Treibstoffmenge, der gleiche Rennspeed erreicht werden. Durfte man bislang durch die Zylinder und Auspuffrohre jagen was ging, geht der Rennsieg nun über die maximale Effizienz.  Zusätzlich wurde neben dem Gesamtvolumen auch die maximale Menge des Sprit-Durchflusses begrenzt. Auch hier sind 100 Kilogramm pro Stunde das Limit. Das Geheimnis für die schnellsten Rundenzeiten liegt nun also in der Effizienz des gesamten Antriebsstranges.
Das Reglement schreibt einen 1.6 Liter großen V6-Turbomotor vor, der mit einer cleveren Technik zur Rückgewinnung von Energie ausgerüstet wird.

MGU-K / MGU-H

Bereits 2013 fuhr die Formel 1 mit einem System namens KERS. Die Wirkung war ähnlich der Technik in modernen Hybridfahrzeugen. Sobald der Fahrer vom Gas geht und bremst, arbeiten Elektromotoren im Antriebsstrang als Dynamos und wandeln überflüssige Bewegungsenergie in elektrische Energie um. Sobald die Leistung abgefordert wird, unterstützen die E-Motoren mit dem Saft aus den zuvor gespeisten Batterien den Schub. Für das neue System in 2014 wurde der technologische Aufbau um eine Komponenten erweitert. Nun wird zusätzlich Energie aus dem Abgassystem der Motoren gezogen. Und obwohl eigentlich alles in der Formel 1 vorgeschrieben ist, wird die maximale Energie die man aus dem Abgasstrom zurückgewinnen darf, nicht vorgeschrieben.

Wärmekraftwerk

Etwa die Hälfte der Energie wird bei einem Verbrennungsmotor in Wärme umgewandelt, war das bei Rennmotoren bislang nicht so wichtig, weil man eben einfach mehr Sprit verbrannte, niemand interessierte sich für den Verbrauch, muss man in der Formel 1 des Jahres 2014 die maximale Energie des Treibstoffs abschöpfen. Wenn ein Motor an die 500 PS Leistung entwickelt, dann bleibt fast ebenso viel Leistung in Form von heißen Abgasen übrig. Das Geheimnis ist also die maximale Gewinnung von Leistung aus jedem Tropfen Treibstoff. Bei einem rund 600 PS starken V6-Turbo ist demnach einiges an Leistung in Form des früher ungenutzten Abgasstrahls vorhanden.

Neben dem Elektromotor (MGU-K = Motor-Generator-Unit-Kinetic) sitzt im Turbolader die MGU-H Einheit (Motor-Generator-Unit-Heat), diese Komponente besteht aus einem Elektromotor dessen Welle das Turbinenrad im Abgasstrang und das Kompressorrad im Antriebsstrang verbindet. Diese MGU-H kann sowohl die Energie des Turbolader (Drehzahl) in Strom wandeln, als auch durch den Betrieb als E-Motor die Drehzahl des Turbos steigern und so als elektrischer Turbolader das Turboloch umgehen. Die komplexe Steuerung dieser Einheit ermöglicht einen elektrisch unterstützten Turbo.

Neben dem komplexen System aus Energie-Rückgewinnung und Batterie gespeister Leistung für Turbolader und E-Motor im Antriebsstrang (MGU-K) wurde die innermotorische Reibung um etwa 35% verringert.

Wer nun denkt, dies alles wird im Rennsport entwickelt und findet eventuell einmal den Weg in die Serie. Der irrt. Denn gerade unter dem Stichwort “Reibung” wurde im MercedesGP Team der umgedrehte Weg gegangen. Als es darum ging die Reibung des V6-Motors weiter zu senken, 40 % der innermotorischen Reibung entsteht direkt zwischen Kolben und Block und hier half ein Anruf in der Motoren-Entwicklungsabteilung in Untertürkheim.

NANOSLIDE

Mercedes-Benz hat ein Verfahren entwickelt mit dessen Hilfe man die Laufbahnen der Aluminium-Motorblöcke mit einer Eisenbeschichtung versieht um so nicht nur Aluminium auch für die Temperaturkritischen Laufbahnen zu nutzen, sondern zugleich auch die innermotorische Reibung minimiert. Dazu werden die Motoren mit einer rotierenden Wasserlanze und 3.000 bar Wasserdruck gereinigt, danach folgt ein Thermospray aus geschmolzenem Eisen. Zuerst wurde dieses Verfahren 2006 bei den V8-Motoren von AMG-Modelle verwendet. Seit 2013 werden die V6 Benziner (M276) und Dieselmotoren (OM642) damit behandelt und seit 2014 eben auch die Formel 1 Motoren. Ein klarer Beweis für den Techniktransfer, allerdings nicht wie man vermuten würde, aus der Formel 1 in Richtung Serie, sondern vom schwäbischen Untertürkheim hinüber ins englische Motorenwerk nach Brixworth. Das meinte Paddy Lowe mit der Subtilität. Manchmal sind es eben die Details.

Doch üblicherweise lassen sich Formel 1-Techniken nicht einfach vom Rennwagen demontieren und in ein Serien-Fahrzeug einbauen. Faszinierend deswegen auch die Tatsache, dass die V6-Motorblöcke für die Formel 1 in Untertürkheim auf dem gleichen Band stehen, wie die Serien-Motoren, wenn diese ihre NANOSLIDE-Behandlung erhalten. Davon gab es in diesem Jahr bereits 100 Stück und die letzten Motoren für diese Saison wurden erst vor kurzem beschichtet.

S500 Plugin-Hybrid

Maximale Effizienz, das ist in der Formel 1 nun per Reglement vorgeschrieben. In der Serie bleibt es eines von mehrere Entwicklungszielen. Wenn im September der S500 Plug-In Hybrid erscheint, dann muss er noch immer maximal komfortabel sein und Rundenzeiten werden weiterhin keine Rolle spielen. Aber Effizienz, maximale Effizienz ist das Ziel. Eben wie in der Formel 1. Und beide werden sich die NANOSLIDE-Technologie teilen.

Der S500 Plugin-Hybrid wird neben dem Turbobenziner und dessen 650 Nm noch mit zusätzlichen 85 kW und 340 Nm aus dem E-Motor an den Start rollen. Rein elektrisch sollen dann rund 33 Kilometer möglich sein. Beim Hybridsystem werden wir uns indes noch eine Weile gedulden müssen, bis wir hier die Energierückgewinnung aus dem Abgasstrang der Silberpfeile im Alltag wiederfinden.

Bei einem 325 kW starken V6-Bi-Turbo verstecken sich dort immerhin weitere 300 kW an Leistung.
Und auch wenn beide beim Gewicht völlig konträre Wege gehen, der MercedesGP F1 Renner wird auf ein Reglement-Gewicht von 691 kg (inkl. Fahrer) optimiert, wohingegen die S-Klasse schon alleine aus Gründen des Komforts ganz sicher nicht auf das letzte Gramm verzichten kann.

So hat man sich doch die Kollegen aus Brackley zum Vorbild genommen und mit dem S500 Plug-In Hybrid einen Normverbrauch von 2.8 Liter auf 100 Kilomter erreicht.

Effizienz gewinnt eben an Bedeutung. Nicht nur in der Formel 1.