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Das Lebenselixier der Formel 1

Ohne Benzin und Öl würde sich in der Formel 1 kein Rad drehen. Grund genug für F1Total.com, einmal hinter die Kulissen zu schauen

Toyota-Tankwart
Energie-Spender: Ein Toyota-Tankwart rüstet sich zum Auftanken
© Irlmeier

(Motorsport-Total.com) - Benzin, was ist eigentlich Benzin? Wie selbstverständlich fahren täglich Millionen von Menschen weltweit eine Tankstelle an, um ihr Auto aufzutanken. In Zeiten der mobilen Menschheit, in der in den Industriestaaten fast jede Familie eines oder meistens sogar mehrere Autos besitzt, ist das Betanken ein Vorgang, der für den Menschen zum Alltag geworden ist. Über Benzin spricht man nur noch dann, wenn gerade wieder einmal der Benzinpreis nach oben geschnellt ist. Dabei hat uns Benzin das Leben unheimlich erleichtert und hat mehr Aufmerksamkeit verdient.

Zusammengesetzt ist Benzin aus Kohlenwasserstoffen, versetzt mit verschiedenen Zusatzstoffen. Der für die Menschheit mit am bedeutensten gewordene Energieträger ist flüssig, farblos und wiegt pro Liter zwischen 0,72 und 0,76 Kilogramm. Bei der Verbrennung von einem Kilogramm Benzin werden Kohlenstoffdioxid, Wasser sowie rund 40.000 kJ Energie in Form von Wärme frei. Zum Vergleich: Eine Frau mit einer Körpergröße von 1,70 Meter und einem Normalgewicht von rund 63 Kilogramm verbraucht am Tag bei mittlerer Belastung eine Energiemenge von 9.300 kJ.

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Hergestellt wird Benzin meistens durch die so genannte fraktionierte Destillation von Erdöl in Raffinerien. Dabei wird das Erdöl erhitzt, die verschiedenen Bestandteile des Erdöls verdampfen bei unterschiedlichen Temperaturen, auf diesem Weg lässt sich das Mischprodukt in einzelne Bestandteile trennen. So entstehen Leichtbenzin (Siedepunkt 40-70 °C), Mittelbenzin (Motorenbenzin, Siedepunkt 90-180 °C) und Schwerbenzin (Siedepunkt 150-180 °C).

Das Benzin haucht den Formel-1-Motoren Leben ein

In der Formel 1 ist das Benzin nicht wegzudenken, es ist der Energielieferant, der den Motoren das Leben einhaucht. Die Königsklasse des Motorsports existiert bereits seit 1950. Vor 50 Jahren waren in der Formel 1 noch Kompressor-Motoren zugegen - wegen der enormen thermischen Probleme konnten diese nicht mit herkömmlichem Benzin betrieben werden. Da das Reglement damals die Wahl des Treibstoffes freistellte, mischten die Spezialisten der Mineralöl-Industrie dem Sprit einen gewaltigen Prozentsatz Alkohol zur Kühlung bei.

Aggressives Benzin, das Motoren frisst

Noch bis Ende des Jahres 1957 war die Mixtur alleine Sache der Chemiker. Mercedes setzte zum Beispiel auf folgendes Rezept: 45% Benzol, 25% Methylalkohol, 23% Flugbenzin, 3% Aceton und 2% Nitrobenzol. Die restlichen zwei Prozent sind bis heute ein Geheimnis. Das brisante Gemisch reagierte derart aggressiv, dass Restbestände nach den Trainings- und Renneinsätzen abgelassen werden mussten. Anschließend wurde der Motor mit herkömmlichem Sprit durchgespült. Ohne diese Vorsichtsmaßnahme hätte der Motor über Nacht Schaden genommen.

Von 1958 bis Ende 1960 wurde Flugbenzin mit 130 OZ - die Oktanzahl OZ ist ein Maß für die Klopffestigkeit von Benzin - vorgeschrieben, nachdem die Mineralölsponsoren der Teams darauf gedrängt hatten, handelsübliches Benzin vorzuschreiben, um dem Gesundheitsschutz Rechnung zu tragen und um so einen besseren und glaubwürdigeren Produkt-Transfer zwischen den Fans und der Formel 1 herzustellen.

Turbomotoren mit bis zu 1.400 PS

Als 1983 die Turbo-Motoren in der Formel 1 auftauchten und mit PS-Zahlen von 1.300 bis 1.400 im Qualifying bei maximalem Ladedruck aufwarteten, da wurde die verwendbare Benzinmenge pro Rennen auf 150 Liter begrenzt, um die Leistung der Motoren nicht ausufern zu lassen. Die Aggregate erzielten nun während der Renneinsätze ca. 700 PS. Die Gefahr, wegen der geringen Spritvorräte von nur 150 Litern nicht über die Runden zu kommen, war gewaltig.

1992 traten neue Vorschriften in Kraft, die den Kraftstoff der Formel-1-Autos betrafen. Neben Stickstoff und Sauerstoff - beides in begrenzten Mengen - durfte der Kraftstoff nur noch Kohlenwasserstoffe enthalten. Alkohol, Stickstoffverbindungen und andere "PS-freundliche" Additive waren verboten. Der Umwelt zuliebe war ab sofort bleifreies Benzin verbindlich vorgeschrieben.

"Umweltfreundlicher" Sprit in der Formel 1

Nur ein Jahr später wurden Benzin-Paragraphen beschlossen, nach denen der Kraftstoff allen Sicherheits- und Gesundheitsvorschriften der EU entsprechen musste. Damit hatten die Funktionäre endgültig dem "Tankstellenbenzin" im Grand-Prix-Sport den Weg geebnet. Während Mineralölfirmen noch Anfang der 90er- Jahre pro Saison mit mehr als 300 Mischungen experimentierten, beschränkt man sich heute auf wenige Mixturen.

Das Rennbenzin - in Verbindung mit dem erforderlichen Setup des Motors für eine gewisse Leistungssteigerung verantwortlich - unterscheidet sich nicht aufgrund chemischer Bestandteile, sondern lediglich durch deren Zusammensetzung. Seit 1995 muss der jeweils verwendete Kraftstoff in seiner Zusammensetzung mit einer Probe (chemischer Fingerabdruck) identisch sein, die zuvor bei beim Motorsportweltverband FIA zur Freigabe hinterlegt wurde.

Das verwendete Benzin entspricht weitestgehend üblichem Super-Tankstellensprit, muss bleifrei sein und hat nur wenige leistungsfördernde Zusätze. Der Verbrauch ist ein gut gehütetes Geheimnis der Hersteller, im Schnitt liegt er bei 70 Litern auf 100 Kilometer, im Extremfall kann ein Formel-1-Auto aber auch mehr als ein Liter pro Kilometer schlucken.

In einem mobilen Labor, das in einem Laster von Rennen zu Rennen mitgeführt wird, können die FIA-Kommissare überprüfen, ob die Teams mit legalem Sprit unterwegs sind. Theoretisch könnten die Motoren mit speziellem Sprit deutliche Leistungsexplosionen schaffen, was ausgeschlossen werden muss. Aus diesem Grund werden in unregelmäßigen Abständen Proben entnommen und mithilfe der Gaschromatographie und Massenspektometrie auf die Konzentration von Schwefel, Benzol und anderen Stoffen kontrolliert.

200.000 Liter Benzin pro Jahr - und Team

In der Formel 1 hat jedes Team einen Partner, der sich um die Ausstattung des Teams mit Benzin und Öl kümmert. Bei Ferrari ist dies das Unternehmen Shell, das bereits seit 1950 mit der Formel 1 aktiv ist, sich 1973 wegen der Öl-Krise zurückziehen musste und 1996 zu Ferrari zurückkehrte. Seitdem hat die Firma mit der gelben Muschel den Roten in jedem Jahr 200.000 Liter Benzin und 26 Tonnen Öl geliefert.

Benzin als Lebenselixier - Öl als Überlebenselixier

Neben dem Benzin spielt auch das Öl eine wichtige Rolle. Es ist ausschließlich synthetischer Natur und wird speziell für die Anforderungen der Formel-1-Motoren optimiert. Das heutige Öl ist beinahe so flüssig wie Wasser. Die Hauptaufgabe des Öls: Reibung minimieren und dadurch die Hitzeentwicklung und Abnutzung der Bauteile im Motor und Getriebe reduzieren.

Wie wichtig die Treib- und Schmierstoffe für das Weltmeisterteam sind, zeigt der Aufwand, den der Mineralölpartner für das Team leistet. So ist bei jedem Rennen und bei jedem Test ein LKW vor Ort, in dem zwei Mitarbeiter mit modernsten Anlagen Öl wie Benzin kontrollieren können. Wenn Michael Schumacher und Rubens Barrichello ihre Autos abstellen, dann beginnt die Arbeit für die zwei Männer erst recht. Innerhalb von wenigen Minuten können Benzin und Öl analysiert werden, die Ergebnisse der Analyse im Streckenlabor werden den Ingenieuren von Ferrari übermittelt.

"Bluttests" in der Formel 1

"Ich stehe mit den Ferrari-Mechanikern in Verbindung, um verschiedene Öl-Proben zu kritischen Momenten während eines Rennwochenendes zu nehmen", so Shell-Mitarbeiter Tobias Tasche. "Diese werden dann mit unserem hochmodernen Analysegerät untersucht, dabei verwenden wir fortschrittliche Röntgentechnik, um Metallrückstände im Öl festzustellen. So können wir die Lebenserwartung von Komponenten feststellen um Ausfälle durch Abnutzung zu vermeiden."

"Das funktioniert wie ein Bluttest, denn die Proben, die wir aus den Autos entnehmen, geben uns einen guten Hinweis darauf, wie stark der Motor oder das Getriebe durch Abnutzung beschädigt ist. So werden wir vor etwaigen Problemen schon im Vorfeld gewarnt. Die Ergebnisse diskutiere ich dann mit den Ferrari-Ingenieuren, die daraufhin entscheiden, ob man etwas austauschen muss oder nicht." Damit die Technik reibungslos funktioniert, werden rund 36 Mal an einem Rennwochenende Ölproben genommen und analysiert. "Wir können Ferrari nach dem Warm Up sagen, ob unserer Meinung nach der Motor einsatzbereit ist oder getauscht werden sollte. Unsere Maschinen können in einer Tonne Öl ein Gramm Verschmutzung feststellen."

"Schmutz" im Öl

Ein schnelles Auto, das auf halber Strecke der Renndistanz stehen bleibt, ist wertlos, ebenso ein Auto, das zwar ins Ziel kommt, aber nicht schnell genug ist. Und so arbeiten alle Beteiligten in einem Formel-1-Team am Limit. Wenn die Ingenieure zu viel Metallabrieb im Öl finden, dann können sie zum Beispiel absehen, dass es das Getriebe nicht mehr lange mitmachen wird und es sicherheitshalber vor dem Rennen austauschen. 1999 entdeckte man nach dem Warm Up viel Metallabrieb im Motoröl von Eddie Irvines Auto. Der Motor wurde gewechselt und der Ire sicherte Ferrari mit seinem Sieg den Konstrukteurstitel.

Wenn das Öl von den Technikern untersucht wird, so ist das tatsächlich also vergleichbar mit einem Bluttest beim Arzt. Die Untersuchungen sind sogar so genau, dass Tasche sagen kann, aus welchem Auto das Öl stammt: "Manche Fahrer kommen in einer Kurve an, bremsen hart und schalten weich und progressiv nach unten. Andere kommen in die Kurve und schalten spät und hart, was das Getriebe stärker verschleißt. Man kann nach dem Rennen das Getriebe so dem einzelnen Fahrer genau zuordnen."

Angst vor illegalem Sprit

Die Techniker haben aber noch ganz andere Aufgaben. So helfen sie dem Team dabei, die richtige Boxenstoppstrategie herauszufinden und man untersucht mit den Testinstrumenten, ob das Benzin den strengen Vorschriften des Reglements entspricht. Selbst kleinste Benzinmengen, die zum Beispiel auf der Startaufstellung nachgefüllt werden müssen, werden sicherheitshalber noch einmal analysiert. Dass ein Team mit illegalem Sprit fährt, ist schnell passiert. Motoren, Benzinpumpen und Tanks können mit Sprit verschmutzt sein, der zu Testzwecken ausprobiert wurde, von der FIA aber noch nicht freigegeben wurde.

Bereits am Mittwoch vor einem Rennen kommen die Benzin-Ingenieure mit ihrem Truck an die Rennstrecke und entnehmen die ersten Proben aus den Benzin- und Ölfässern, die gleichzeitig auf Transportschäden untersucht werden. 72.000 Kilometer spult der Fahrer des Benzin-LKWs innerhalb von einer Saison ab, um zwischen den Rennorten und der Zentrale in Großbritannien hin- und herzupendeln. Dort arbeiten rund 40 Spezialisten für das Engagement in der Formel 1.

Benzin als High-Tech-Produkt

Die Entwicklung des Benzins wird auf einem hoch professionellen Niveau betrieben, an das ein normaler Formel-1-Fan mit Sicherheit nicht denkt. Dank der heutigen Computer-Technik können die Ingenieure virtuell Benzin mixen und es auch verbrennen lassen ohne tatsächlich das Benzin herstellen zu müssen. Technikpartner Ferrari hat seine Technik so angepasst, dass das virtuelle Benzin sogar im virtuellen Motor getestet werden kann. So probiert Shell ein nicht existentes Benzin in einem nicht existierenden Motor aus. Eine wöchentliche Videokonferenz mit Ferrari rundet die Tests ab. Dadurch kann in kürzerer Zeit das Benzin verbessert und gleichzeitig auch noch Geld gespart werden.

Zur Kreierung neuer Benzine verfügt Shell über einen einzigartigen "optischen Motor". Dieser Motor ermöglicht es den Ingenieuren, den Prozessen im Inneren zuzusehen um die Effizienz und die Art und Weise, wie das Benzin im Brennraum abbrennt, besser beurteilen zu können. Rund 20.000 Dollar kostet ein solcher gläserner Experimentalmotor. Des Weiteren setzt man einen Einspritz-Prüfstand ein, in dem man das Einspritzen des Benzins in den Motor simulieren und die Effizienz eines Benzins verbessern kann.

Schumi kann auch mit normalem Sprit fahren

Als Werbegag testete Michael Schumacher im letzten Jahr mit ganz normalen Super Plus-Sprit von der Tankstelle seinen Ferrari und war nur um ein paar Zehntelsekunden langsamer als mit dem Rennsprit. Grundsätzlich sind die Zutaten im Rennsprit die gleichen wie im Tankstellensprit, was dieser Test beweisen sollte. Dennoch wird das Benzin speziell auf den Motor abgestimmt. Tankstellensprit muss mit vielen verschiedenen Motoren funktionieren, das Rennbenzin jedoch nur mit einem einzigen - und aus diesem Benzin versucht man das Maximum herauszukitzeln. Wenn der Motorhersteller seinen Motor optimiert, optimiert auch der Benzinlieferant den Kraftstoff.

Die Erfolgsformel für ein gutes Benzin ist im Prinzip ganz einfach, die Umsetzung aber alles andere als leicht. Das Benzin sollte dem Motor möglichst viel PS verleihen, der Verbrauch sollte möglichst gering gehalten werden, damit das Gewicht des Autos gering gehalten werden kann und man beim Auftanken an der Box eine möglichst kurze Standzeit hat, wenn der Sprit mit 12 Litern in der Sekunde in den Tank der Autos fließt. Und schlussendlich sollte das Benzin selbst auch möglichst leicht sein.

Spritsparen ist auch in der Formel 1 ein Thema

"Um ein Auto so schnell wie möglich zu machen, muss man den Tank des Autos so klein wie möglich halten", erklärt Ross Brawn, der Technische Direktor des Ferrari-Teams. "Bei Ein-Stopp-Rennen, bei denen der Tank voll ist, kann dies ein limitierender Faktor sein, wir brauchen aus diesem Grund ein Benzin mit der höchstmöglichsten Volumenmaß-Effizienz. Wir haben einen Sprit, der es uns erlaubt, eine oder zwei zusätzliche Runden zu fahren, was schon oft entscheidend war."

Gut geschmiert ist halb gewonnen

Noch beeindruckender sind die Anforderungen an das Öl, das im Getriebe und im Motor seinen Dienst verrichtet. Das Öl dient als Schmierstoff und soll die Reibung im Motor verhindern sowie die entstehende Wärme abführen. Ohne Öl würde ein Motor binnen Sekunden den Hitzetod sterben. Reiben Sie doch einmal ihre beiden Handflächen schnell gegeneinander, dann werden Sie merken, wie warm ihre Hände werden. Tropfen Sie sich nun etwas Speiseöl auf die Handfläche, sie werden feststellen, dass ihre Hand beim schnellen Reiben nun kaum noch warm wird, weil der Reibwert verringert wurde.

So sorgt das Öl im Motor dafür, dass heute Drehzahlen von bis zu 19.000 Umdrehungen in der Minute möglich sind. 19.000 Umdrehungen pro Minute bedeuten 9.500 Zündungen pro Zylinder in der Minute. Pro Sekunde sind dies 158 Zündungen pro Zylinder oder alle sechs Tausendstelsekunden eine Zündung. Das Gemisch strömt in den Zylinder ein, wird vom Kolben verdichtet, durch die Zündkerze entflammt, die Flammenfront wandert durch den kompletten Brennraum, das Verbrennungsgas expandiert, erzeugt über den Kolben die vom Motor abgegebene Leistung und wird über die Auslasskanäle abgeführt - all dies passiert 158 Mal pro Sekunde in jedem der 10 Zylinder. Ein unvorstellbarer Wert. Zum Vergleich: Ein Serienmotor erreicht etwa ein Drittel dieser Drehzahl. Diese Anforderung muss auch das Benzin mitmachen.

"Das Problem der Ingenieure ist, dass die Motorabteilung gerne ein Öl hätte, das den Motor so gut wie möglich kühlt wohingegen die Aerodynamiker kleinere Kühler wollen und aus diesem Grund ein möglichst kühles Öl haben möchten, so dass sie mehr Platz haben, um die Seite des Autos zu formen", so Tasche. "Es geht also darum, gemeinsam einen guten Kompromiss zu finden und darin sind wir gut!"

Nicht zu dick und nicht zu dünn

Auch im Getriebe geht ohne Öl nichts, wenn dort innerhalb eines Rennens mehr als 1.000 Mal geschaltet wird. Wie im Motor gilt auch hier: Je dickflüssiger ein Öl ist, desto besser kann es die Hitze reduzieren. "Je dickflüssiger ein Öl ist, desto besser können wir Motor und Getriebe schützen", erklärt Tasche. "Mit einem dickflüssigen Öl könnten wir die Lebenserwartung von Getriebe und Motor bedeutend erhöhen. Dickflüssigeres Öl transportiert die Hitze auch besser ab als dünnflüssiges Öl."

"Das Problem ist jedoch, dass je dickflüssiger das Öl ist, desto langsamer kann der Motor drehen, er wäre damit zwar zuverlässiger aber auch schwächer. Ein dünnflüssigeres Öl lässt den Motor schneller drehen und man hat so mehr Power, doch dann ist man wieder bei der Zuverlässigkeitsfrage angelangt. Dünneres Öl bedeutet auch eine schlechtere Wärmeleitfähigkeit, wir bräuchten deshalb mehr Öl um die gleiche Wärmeleitfähigkeit zu erzeugen und das würde wiederum das Gewicht des Autos anheben, was ebenfalls negativ ist. Es kommt also auf den richtigen Kompromiss an."

Unterschiedliches Öl für unterschiedliche Strecken

Je nach Strecke werden sogar verschiedene Öle eingesetzt, wie Tobias Tasche erklärt: "Enge Kurse wie Monaco und der Hungaroring verlangen viel vom Motor, da oft beschleunigt und viel geschaltet wird. Wenn ein Auto einem anderen einige Kurven dicht folgt, steigen die Temperaturen im Motor dramatisch an, da weniger Luft auf den Kühler strömt. Auf schnelleren Strecken drehen die Motoren für längere Zeit mit Höchstdrehzahl. Hier ist es zum Beispiel wichtig, dass das Benzin effizient ist, da man ansonsten Zeit in der Box beim Auftanken verliert."

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