Hybridantrieb im Motorsport: Wer bremst, gewinnt (Energie)

In Kürze beginnt die erste Saison der Formel E, in der elektrisch angetriebene Formel-Rennwagen gegeneinander antreten. Das Auftaktrennen der leisen, sauberen Renner findet am 13. September 2014 in der chinesischen Hauptstadt Peking statt. Die Formel E ist aber nicht die einzige Rennserie, der der Weltauto- und Motorsportverband Fédération Internationale de l'Automobile (FIA) neue Antriebe verordnet hat: Die Formel 1 und die Le-Mans-Prototypen (LMP) sind mit Hybridmotoren unterwegs.

Einen ersten Anlauf gab es in der Formel 1, als die Teams 2009 ein kinetisches Energierückgewinnungssystem (Kinetic Energy Recovery System, Kers) einführten. Die Autos bekamen ein System, das kinetische Energie beim Bremsen in elektrische wandelte und den Strom in einem Akku speicherte. Die Fahrer konnten diese dann als Zusatzschub abrufen - um die Rundenzeit zu verbessern, ein Überholmanöver zu starten oder sich gegen einen Konkurrenten zu verteidigen.

Erster Hybridversuch 2009

Nur einige Teams setzten ein solches System ein, und in der Saison 2010 war es wieder verschwunden. Ab 2011 bekamen die Fahrer dann den Zusatzschub: Pro Runde standen ihnen 6,7 Sekunden lang zusätzlich 60 Kilowatt (kW), etwa 82 PS, zur Verfügung.

Der neue Antrieb ist allerdings deutlich komplexer. Ziel ist es, Motoren effizienter zu gestalten. So müssen die Formel-1-Boliden 2014 mit einem Drittel weniger Treibstoff auskommen als im Vorjahr: Statt 150 Kilogramm muss ein Fahrer ein Rennen mit 100 Kilogramm Treibstoff bestreiten - die Formel 1 bemisst die Treibstoffmenge in Kilogramm, nicht in Litern. Das Motorenreglement für 2014 sieht zudem sechs statt acht Zylinder und nur noch 1,6 Liter Hubraum vor. Die Drehzahl ist auf 15.000 Umdrehungen begrenzt.

Zwei Elektromotoren

Mehr Leistung bekommt der kleinere Motor durch einen Turbolader und ein Energierückgewinnungssystem (Energy Recovery System, ERS), das den Fahrern 33 Sekunden lang etwa 120 kW zusätzlich zu den 600 PS des Verbrennungsmotors zur Verfügung stellt. Das ERS besteht aus der MGU-K (Motor Generator Unit Kinetic - Motor-Generator-Einheit, kinetisch), auch ERS-K genannt, und der MGU-H oder ERHS-H (H steht für Heat, Wärme).

Erstere wandelt wie das alte Kers, wenn der Fahrer bremst, kinetische Energie in elektrische und speist sie in einen Akku ein. Die MGU-H ist mit dem Turbo gekoppelt und speichert Energie, die über den Bedarf des Turboladers hinausgeht. Jede MGU darf pro Runde etwa 2 Megajoule (MJ) direkt auf die Hinterachse einspeisen. Zudem dürfen sich die beiden MGU gegenseitig mit Energie versorgen. So kann die MGU-K die MGU-H antreiben, die ihrerseits den Turbo antreibt. Die Turbine bekommt dann auch im unteren Drehzahlbereich Leistung - die fehlt bei einem konventionellen Turbo, wenn die Abgase noch nicht genug Druck erzeugen.

Herausgekommen ist ein Hybridturboantrieb - laut dem Mercedes-Formel-1-Team - "der komplexeste Antriebsstrang, der je im Motorsport gefahren ist", wie ein Mercedes-Vertreter Golem.de zu Anfang der Saison erklärte. Mit dem technischen Meisterwerk können sich allerdings nicht alle anfreunden.