Formel 1

In der Formel 1 erreicht die technologische Entwicklung des Rennsports ihren Höhepunkt. Aufgrund des 2014 eingeführten Reglements ist dies besonders prägnant. Vor allem die Umstellung von den 2,4-Liter-V8-Saugmotoren auf die 1,6-Liter-V6-Turbomotoren birgt erhebliche technische Herausforderungen. Trotz der deutlich kleineren Motoren entstehen höhere absolute Leistungen – auch bedingt durch die elektrische Zusatzleistung von 120 kW – und erheblich gestiegene spezifische Leistungen. Mit Einzug der Turboaufladung müssen Verbrennungsspitzendrücke von mehr als 200 bar beherrscht werden, gleichzeitig bewegen sich die Motoren auch auf einem extrem hohen Drehzahlniveau von bis zu 15.000 1/min, die das Reglement erlaubt. Daraus resultieren vor allem sehr hohe mechanische Belastungen, die auf die Komponenten einwirken – allen voran auf den Kolben als das mit Abstand wichtigste mechanische Bauteil eines modernen Rennmotors. MAHLE motorsport hat daher die Weiterentwicklung der Werkstoffe intensiv vorangetrieben: Verbesserte Aluminium-Legierungen – auch in pulvermetallurgischer Form – und neue Beschichtungen des Kolbenbodens und der Ringnutflanken sind grundlegende Maßnahmen. Mit Hilfe von 3D-Topologieoptimierungen konnten zudem erhebliche Fortschritte bei der Auslegung der Kolbenstruktur erzielt werden. Da primär mechanische Einwirkungen kritisch sind, wird auch der Einsatz von Stahlkolben in Formel 1 Motoren untersucht.

Eine zweite, weitreichende Reglementänderung bei der Antriebsauslegung betraf das bisherige „KERS“ (Kinetic Energy Recovery System): Das heutige „ERS“ (Energy Recovery System) wandelt zusätzlich auch Wärmeenergie über den Turbolader in elektrische Energie um und speichert diese. Erhöht wird dabei nicht nur die zulässige elektrische Speicherkapazität, sondern auch die maximale zusätzliche Leistung, die vom Fahrer abgerufen werden kann. Statt bislang zirka 60 kW, die pro Runde für 6,7 Sekunden zur Verfügung standen, sind es seit 2014 bis zu 120 kW für 33,3 Sekunden pro Runde. Die elektrische Zusatzleistung entlastet den Verbrennungsmotor und seine Komponenten allerdings nicht – im Gegenteil: Das hohe externe Drehmoment, das vom Elektromotor über das Getriebe in den Motor eingeleitet wird, sorgt für zusätzliche Verspannungen. Diese Biegebelastungen müssen auch bei der Kolbenkonstruktion berücksichtigt werden.

Schließlich sieht das Reglement seit 2014 vor, pro Fahrer und Saison nur noch fünf statt bisher acht Motoren zuzulassen. Ein Motor muss daher erheblich längere Distanzen überstehen: Wo ehemals 2.000 km genügten, sind nun 4.000 km zu meistern – eine enorme Mehrbelastung für alle Komponenten. Das Motorenreglement ist damit annähernd übertragbar auf die anderen großen Rennserien, wie beispielsweise das 24-Stunden-Rennen von Le Mans.

Alle Formel-1-Motoren, der alten und der neuen Generation, werden mit MAHLE Motorsportkomponenten ausgestattet.