F1-Technik: So funktioniert der Hybrid-Arbeitszyklus

Mit der Einführung der Formel 1 Hybrid Power Units in der Saison 2014 hielten die MGU-H, MGU-K und ERS ins F1-Lexikon Einzug. Doch «Hybrid-Arbeitszyklus» wurde beim Comeback der Turbo-Power im Feld kein Teil des Standardvokabulars. 

Das Basisprinzip hinter dem Hybridsystem ist es, das volle Potential der Energie, die durch den Sprit zur Verfügung steht, zu nutzen. Gleichzeitig wird Energie von der MGU-H und der MGU-K gesammelt, um das Auto so schnell und effizient wie möglich um die Strecke zu bewegen. Jedes Team steht vor der Aufgabe, dieses Zusammenspiel auf jeder Strecke zu optimieren. So kann das Auto die gesammelte Energie so lange wie möglich auf einer Runde einsetzen und zugleich die maximale Leistung vom Verbrennungsmotor (ICE) nutzen. 

Die Charakteristik einer Runde variiert jedoch stark von Strecke zu Strecke. Die Streckenlänge und der Streckenverlauf, die Anzahl von langsamen und schnellen Kurven, die Höhenlage und Höhenunterschiede, die Fahrstile und der Zustand der Reifen... all diese Fakten haben Einfluss darauf, wie die Hybrid-Energie gewonnen und eingesetzt wird. Das ist mit dem Hybrid-Arbeitszyklus gemeint - wie das Auto die Energie effizient im ERS und Verbrennungsmotor einsetzt. 

Das ERS besteht aus den beiden Motorgeneratoreinheiten - der MGU-K und der MGU-H - sowie dem Energiespeicher und der Kontrollelektronik. Die Fahrer dürfen maximal 2 Megajoule Energie pro Runde über die MGU-K speichern. Dieser Vorgang wird durch von der FIA homologierte Sensoren gemessen, wenn die Energie in den Batterien gespeichert wird. Energie darf auch über die MGU-H (Wärmeenergie aus dem Verbrennungsmotor, die sonst verpuffen würde) gewonnen werden. Auf einer Runde dürfen maximal 4 Megajoule an Energie aus der Batterie an die Hinterräder abgegeben werden - das bedeutet 161 zusätzliche PS für ungefähr 33 Sekunden pro Runde. 

Während die Fahrer auf jeder Strecke die gleiche Menge an Energie zurückgewinnen dürfen, besitzt jeder Kurs unterschiedliche Leistungs-Befindlichkeiten, Benzinverbräuche und Speichermöglichkeiten. Auf längeren Strecken wie Spa oder Baku lässt sich die nötige Energie vergleichsweise einfach zurückgewinnen. Auf kürzeren Strecke kann es viel schwieriger sein, das volle Potential zu sammeln. Dann müssen die Teams noch eine Schippe drauflegen und härter an der Effizienz ihres Hybrid-Arbeitszyklus arbeiten. 

Das nächste Rennen in Spielberg stellt in dieser Hinsicht eine der härtesten Herausforderungen im F1-Kalender dar. Mit nur 4,309 Kilometern Länge ist die österreichische Strecke sehr kurz, gleichzeitig wird hier sehr viel ERS genutzt. Es ist eine Power-Strecke mit einer geringen Anzahl an Kurven, mehreren Geraden sowie Beschleunigungs- und Bremsstellen. Dieser Streckenverlauf erhöht den Benzinverbrauch. Aber die größte Herausforderung ist es, das Sammeln und Einsetzen der Energie im Hybrid-Energiesystem bestmöglich auszunutzen. 

In Spielberg müssen die Fahrer bei jeder Gelegenheit Energie sammeln. Aber sie setzen diese auch genauso regelmäßig ein. Eine Runde dauert 68 Sekunden und 33,3 Sekunden davon dürfen sie die Extraleistung einsetzen - das sind beinahe 50% der Runde. Aber nur, wenn sie es richtig machen. Dank des neuen Reglements für die Saison 2017 dürften die Rundenzeiten noch einmal sinken, wodurch dieser Anteil noch einmal steigen wird. 

Im Kampf auf der Strecke kann der richtige Umgang damit den Unterschied ausmachen, wenn man angreift oder sich verteidigen muss. Besonders der erste Sektor mit seinem langen Anstieg zu Kurve 3 ist ein Bereich, in dem der Fahrer sicherstellen muss, dass ihm genügend Hybrid-Power zur Verfügung steht, um seinen Speed zu optimieren. Zu wenig elektrische Energie könnte ihn an dieser Stelle anfällig für einen Angriff machen. 

Zudem liegt diese Strecke höher als die meisten anderen. Durch den niedrigen Druck wird die Power Unit hier anders belastet. Das schlägt sich in der Gesamt-Effizienz nieder. Während die Höhenlage einen deutlichen Einfluss auf die Basis-Performance des Verbrennungsmotors hat, ist die elektrische Leistung davon nicht gleich betroffen. Umso stärker wiegt das Hybrid-Element der Power Unit hier und das lässt dem Hybrid-Arbeitszyklus eine umso wichtigere Rolle zukommen. 

Auf einer typischen Runde in Spielberg sind die MGU-K und die MGU-H stark im Einsatz und erhöhen damit die ERS-Leistung. Aus diesem Grund werden die Batterien im Energie-Speicher heiß und müssen zusätzlich gekühlt werden. Hierbei ist es wichtig, zu wissen, dass jede Strecke eigene Anforderungen und Grenzen besitzt. Deshalb wird vor jedem Rennwochenende in Brackley und Brixworth so viel Arbeit in diesen Bereich gesteckt, um sicherzustellen, dass der Arbeitszyklus für den jeweiligen Grand Prix optimiert wurde. 

Im Vorfeld des Österreich Grand Prix arbeitet nicht nur unser Team daran, den bestmöglichen Hybrid-Arbeitszyklus zu haben. In einem so engen Titelkampf, bei dem jedes noch so kleine Details einen entscheidenden Unterschied ausmachen kann, könnte nun vielleicht auch endlich der Hybrid-Arbeitszyklus eine Erwähnung im Fahrerlager erhalten..