Die große Analyse: KERS für Dummys

(Motorsport-Total.com) - Alle reden davon, manche haben es im Auto (Ja, auch im eigenen PKW!), aber selbst von den hartgesottenen Fans wissen nur die allerwenigsten, was es eigentlich genau ist. Die Rede ist von KERS (kurz für "Kinetic Energy Recovery System"), der neuen Hybridtechnologie, die 2009 auf freiwilliger Basis Einzug in die Formel 1 hält.

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Nicht Baby, sondern KER-System an Bord: Achtung - Gefahr bei Berührung!

Freiwillig deshalb, weil kein Team dazu gezwungen ist, KERS einzusetzen. Tatsächlich werden nach aktuellem Informationsstand auch nur vier Rennställe in Melbourne damit fahren: McLaren-Mercedes, Ferrari, das BMW Sauber F1 Team (nur mit Nick Heidfeld) und Renault. Die Konkurrenz kann sich vorstellen, später nachzurüsten (Toyota, Williams, Force India) beziehungsweise plant vorerst einmal komplett ohne die neue Technologie (Toro Rosso, Red Bull, Brawn).#w1#

Im Wesentlichen drei Bestandteile

Aber wovon reden wir hier eigentlich? "KERS ist ein Bremsenergie-Rückgewinnungssystem", erklärt BMW Motorsport Direktor Mario Theissen, einer der größten Freunde des Systems. "Es besteht aus drei Komponenten: Das eine ist ein Motorgenerator, das zweite eine Batterie, wo man die Energie speichern kann, und das dritte die Steuerelektronik." Soweit klar, Herr Doktor, aber wie bringt die aufgefangene Energie des Bremsvorgangs bitteschön die Antriebsräder dazu, sich schneller zu drehen?

Theissen: "Wenn der Fahrer auf die Bremse tritt, schaltet sich der Generator zu - das kann man sich im Prinzip wie einen Fahrraddynamo vorstellen, der mitläuft und elektrische Energie erzeugt. Die geht dann in die Batterie. Wenn der Fahrer den Knopf drückt, dann wird diese Energie aus der Batterie abgerufen und in zusätzliche elektrische Leistung umgewandelt. Die Fahrer sagen, es funktioniert ganz gut. Sie spüren den Schub. Wenn der Kollege nebenan den Knopf nicht drückt, dann reicht das zum Überholen."

Womit wir bei einem von zwei Hauptmotiven wären, weshalb KERS in der Formel 1 überhaupt zugelassen wurde: 82 PS Zusatzleistung über 6,6 Sekunden bedeuten vor allem auf den Geraden einen erheblichen Beschleunigungsboost. Dieser soll dabei helfen, einen Vordermann leichter zu überholen. Nun ist all das freilich hinfällig, wenn zwei Gegner den Boost-Button gleichzeitig betätigen, aber das Konzept ist viel versprechend - und könnte vor allem in Kombination mit dem verstellbaren Frontflügel tatsächlich zu mehr Rad-an-Rad-Action führen.

Funktioniert das in der Praxis tatsächlich so wie eben skizziert, Herr Theissen? "Es funktioniert auf jeder Geraden", entgegnet der 56-jährige Deutsche. "Da die verschiedenen Strecken unterschiedlich lange Geraden haben, ist der Nutzen individuell sehr verschieden. Die zwei konträren Pole sind die Hochgeschwindigkeitsstrecke in Monza, wo man KERS logischerweise perfekt nutzen kann, und Monaco, wo es relativ wenig Sinn macht."

82 PS für 6,6 Sekunden sind erst der Anfang

KERS darf in der ersten Zulassungsstufe 400 Kilojoule Energie speichern und bei einer Entladung maximal 60 Kilowatt (oder eben 82 PS) freisetzen. Geht es nach der FIA, dann ist das aber erst der Anfang, denn der Automobilweltverband möchte die neue Technologie pushen. FIA-Präsident Max Mosley: "Wir wollen eine Speicherkapazität von 800 Kilojoule und einen Output von 100 Kilowatt. Damit könnte man die gesamte Energie abfangen, die beim Bremsvorgang eines herkömmlichen PKWs entsteht."

Der Technologietransfer vom Rennsport in die Serie war ursprünglich nämlich der Grundgedanke, weshalb KERS eingeführt wurde. Die FIA wollte die Formel 1 einerseits leistbarer gestalten, andererseits aber den Automobilherstellern nicht jede Möglichkeit nehmen, ihr Know-how ins mediale Schaufenster zu stellen. Also kam irgendwann KERS auf den Tisch. Eigentlich eine gute Sache - ganz nach dem Motto: Win on Sunday, sell on Monday.

Die Idee, KERS im am härtesten umkämpften Motorsportumfeld der Welt weiterentwickeln zu lassen, sodass die Technologie eines Tages auch für die Serie sicher, zuverlässig und effizient funktioniert, hat Charme. Doch dann machte die Weltwirtschaftskrise Mosleys Plänen einen Strich durch die Rechnung: Die Hersteller mussten plötzlich ihre Budgets kürzen - und schon brachte die Teamvereinigung FOTA für 2010 die Idee eines billigeren Einheits-KERS auf den Tisch. Das Argument der Weiterentwicklung im Wettbewerbsumfeld wäre damit ad absurdum geführt.

"In Straßenautos", träumt Mosley seinen Traum weiter, "ist die rückgewinnbare Bremsenergie eher gering. Um die Systeme besser zu machen, braucht es einen besseren Energiefluss und zweitens eine viel kleinere und leichtere KERS-Einheit als alles, was derzeit verwendet wird. Das sind im Moment noch schwere und riesige Dinger. Aber genau darin ist die Formel 1 normalerweise stark: etwas kleiner zu machen und leichter, zuverlässiger und effizienter." Insofern ist der FIA-Präsident ein Gegner des FOTA-Einheits-KERS.

KERS-Technologie seit 1997: Toyota Prius

Tatsächlich kommt Hybridtechnologie in Straßenautos schon heute zum Einsatz, man denke nur an das Vorzeigemodell von Toyota, den Prius. Doch die Prius-Technologie ist noch zu wenig effizient, zu schwer, zu teuer. Die Formel 1 möchte in diesen Bereichen als Entwicklungsmotor dienen. Schon jetzt wiegt ein Formel-1-KERS nur noch geschätzte 30 Kilogramm, wie Theissen indirekt bestätigt: "Wenn es 40 Kilo wiegt, sollte man es nicht einbauen - dann ist es zu schwer."

Derzeit gibt es in der Formel 1 drei Varianten, das Thema KERS anzugehen. Die überwiegende Mehrheit hat sich für eine elektrische Lösung, also für die zuvor von Theissen skizzierte Variante mit einem Generator und Lithium/Ionen-Batterien, entschieden. Das ist im Moment wahrscheinlich der praktikabelste Ansatz, aber sicher nicht der zukunftsträchtigste. Denn was viele nicht wissen: Der globale Lithiumvorrat neigt sich angesichts der immensen Nachfrage aus dem Automobilsektor in absehbarer Zeit dem Ende zu.

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Ein KERS-Generator für den Motorsport, entwickelt von der Firma Bosch Zoom

Laut 'TIME' ist Bolivien mit 50 Prozent der weltweiten Reserven das "Saudi-Arabien des Lithiumsektors". Staatspräsident Evo Morales hat kürzlich Toyota und Mitsubishi abgewiesen, als die beiden Automobilhersteller in seinem Land Lithiumminen eröffnen wollten. Stattdessen will er den Lithiumabbau verstaatlichen, selbst Batterien produzieren und auf diese Weise Reichtum für das Volk abschöpfen. Noch Ende dieses Jahres soll diese Maschinerie in Betrieb gehen. Bolivien könnte somit der ganzen Welt und der Formel 1 fast beliebige Preise aufzwingen.

Andererseits ist es vielleicht gar nicht so schlecht, dass die Industrie dazu gezwungen wird, sich nach anderen Hybridalternativen umzusehen, denn laut 'TIME' werden die globalen Lithiumreserven ohnehin bis 2020 erschöpft sein. Damit wären wir bei der elektromechanischen Lösung, die sich das Williams-Team einfallen hat lassen: Anstatt einer Batterie wird die Energie im neuen FW31 mittels eines sich in hoher Geschwindigkeit drehenden Schwungrads gespeichert - ähnlich wie auch bei einem rein mechanischen Konzept (Flybrid).

Ist das Schwungrad die Zukunft?

"Williams hat damit vielleicht auf das richtige Pferd gesetzt", anerkennt Mosley hinsichtlich der möglichen Vergabe eines Einheits-KERS-Auftrags ab 2010. Aber Williams geht in Melbourne noch nicht mit KERS an den Start - das System kränkelt. Die Karbonscheibe, über die sich das Schwungrad bewegt, läuft so heiß, dass die Lager überhitzen und ein Einsatz keinen Sinn machen würde. Das Team rechnet aber mit der Weltpremiere des hauseigenen KER-Systems noch in dieser Saison.

¿pbvin|512|1368||1pb¿Hauseigen ist bei Williams genau genommen übrigens nicht der richtige Ausdruck, denn Frank Williams und Patrick Head haben ihr KERS nicht selbst entwickeln lassen, sondern Mehrheitsanteile am auf KERS spezialisierten Unternehmen Automotive Hybrid Power (AHP) übernommen, dieses in Williams Hybrid Power (WHP) umbenannt und in der Nähe der Fabrik in Grove angesiedelt. Klingt teuer, war aber wesentlich billiger als der Weg, den einige andere Teams eingeschlagen haben.

So hört man zum Beispiel, dass Honda für das angeblich sensationelle KERS, das nun in Japan auf den Müll geschmissen werden kann, stolze 90 Millionen Euro gelöhnt hat - im Kaufpreis des Teams für Ross Brawn war KERS nicht enthalten. Angesichts solcher Summen klingt das Argument mancher Teamchefs, man habe die Hybridtechnologie zum falschen Zeitpunkt eingeführt, plausibel. Nur: Wer konnte damals ahnen, dass eine Weltwirtschaftskrise alles auf den Kopf stellen würde?

Bleiben wir bei den Kosten, denn die sind erheblich - nicht nur im Bereich Forschung und Entwicklung: So kosten die Lithium/Ionen-Batterien zwischen 30.000 und 70.000 Euro pro Stück. Nach ein bis zwei Rennwochenenden landen sie im Recyclingapparat. Daher wünscht sich Mosley: "Eigentlich würde es Sinn machen, die Lebensdauer der Batterien an die Lebensdauer der Motoren zu koppeln." Das würde bedeuten, dass pro Auto und Saison nur noch acht Batterien verwendet werden dürfen. Frühestens 2010 könnte so eine Regel eingeführt werden.

Hohe Transportkosten der Batterien

Wegen des erhöhten Gefahrenpotenzials (Brandrisiko durch auslaufende Chemikalien) erfordern die Lithium/Ionen-Batterien auch beim Transport rund um die Welt spezielle Sicherheitsmaßnahmen. Die Fluglinien transportieren solches Gefahrengut sowieso nur gegen Vorlage spezieller Zertifikate von A nach B - ebenfalls ein enormer Kostenpunkt, wie man hört. Und dann sind da natürlich noch die zusätzlichen Sicherheitsvorkehrungen an der Strecke.

Die Teams sind vorsichtig geworden, seit sich ein Mechaniker von BMW bei den Wintertests in Estoril einen Stromschlag geholt hat. Der Mechaniker berührte die Karosserie, als sie offenbar noch unter Spannung stand, und ging daraufhin zu Boden . Warum dem Fahrer nichts passiert ist? Der gerät erst in Gefahr, wenn er mit einem Körperteil den Boden und gleichzeitig noch das Auto berührt. "Zur Not müssen wir halt mit beiden Beinen gleichzeitig aus dem Cockpit springen", witzelt Sebastian Vettel nicht ohne ernsten Hintergrund.

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Schrecksekunde: Ein Mechaniker erlitt bei Berührung einen heftigen Stromschlag Zoom

Seit dem besorgniserregenden Zwischenfall in Jerez hat sich aber einiges getan, wurde mit dem Segen der FIA sogar eine eigene Arbeitsgruppe ins Leben gerufen, die sich mit dem Thema KERS-Sicherheit beschäftigt. Das scheint zu funktionieren: Stromschläge hat es seither ebenso nicht mehr gegeben wie Fabriksbrände (Red Bull musste die Anlage in Milton Keynes 2008 sogar evakuieren lassen). Trotzdem: Das Unbehagen fährt weiterhin mit.

Was passiert zum Beispiel, wenn sich ein Auto überschlägt und der Fahrer kopfüber den Boden berührt? Wann steht ein Auto unter Spannung und wann nicht? Erste Gegenmaßnahme: Die Mechaniker laufen meistens nur noch mit klobig aussehenden Gummihandschuhen durch die Gegend, um bei Berührung geschützt zu sein. "Es ist neu für uns, große Batterien und Elektromotoren im Auto zu haben. Das ist komplett neues Terrain", warnt Renault-Technikchef Bob Bell, auch wenn sein Kollege Pat Symonds KERS für "eine gute Sache" hält.

Sicherheit geht vor

Bei den Testfahrten spielten sich dann und wann merkwürdig anmutende Szenen ab, wenn KERS an Bord war. So warteten zum Beispiel die Renault-Mechaniker immer mehrere Sekunden auf das Aufleuchten eines Sicherheitslämpchens, ehe sie den R29 berührten, und Red Bull arbeitete zum Teil sogar mit Absperrungen, damit das Auto nicht aus Versehen angefasst werden konnte. An die Warnschilder, die in der Box an den Boliden angebracht sind, hat man sich inzwischen schon gewöhnt.

Bleibt die Frage: Wofür eigentlich der ganze Aufwand? "Optimal genutzt soll es maximal drei Zehntel pro Runde bringen", vermutet Ex-Weltmeister Niki Lauda, heute nur noch als TV-Experte im Fahrerlager präsent. "Das ist verdammt viel Aufwand für wenig Erfolg. Wenn du das System optimal nutzt, drei Zehntel holst, aber im Qualifying übersteuerst und zu viele Reifen verbrauchst, dann brauchst du kein KERS mehr. Was du einbaust und zurückgewinnst, ist nicht so viel wert."

"Auf der Positivseite", wirft Theissen ein, "steht die zusätzliche Leistung. Auf der Negativseite haben wir das Gewicht des Systems mit seiner Auswirkung auf die Gewichtsverteilung des Autos sowie den Reifenverschleiß. Wir werden von Strecke zu Strecke und von Fahrer zu Fahrer entscheiden." Mercedes-Sportchef Norbert Haug sieht eher die Vorteile: "KERS kann Rennen entscheiden, vielleicht sogar schon am Start. Ob dies in mehr Überholmanöver münden wird, muss sich auf der Rennstrecke allerdings erst noch zeigen." Theissen nickt: "Wer Weltmeister werden will, muss KERS haben."

Oder doch nicht? Brawn glaubt, auch ohne KERS Rennen gewinnen zu können - und die Wintertestfahrten scheinen das bestätigt zu haben. Aber die große Frage ist: Können die Nicht-KERS-Teams auch dann noch mithalten, wenn BMW, Mercedes und Co. die neue Technologie hundertprozentig im Griff haben? Und was passiert in der Zukunft, sollte die Beschränkung der Speicherkapazität tatsächlich aufgelockert werden? Dann werden die profitieren, die schon jetzt einen Entwicklungsvorsprung haben.

Etwa 0,3 Sekunden Zeitgewinn pro Runde

KERS bringt anno 2009 "je nach Strecke 0,25 bis 0,35 Sekunden pro Runde", vermutet Renault-Chefingenieur Symonds, "aber auch ungewünschten Ballast auf der Hinterachse. Das muss man gegen den Zeitgewinn abwägen, den wir bekommen, wenn der Hinterreifen durch Gewichtsverlagerung nach vorne weniger leidet." Je nach Empfindlichkeit des Autos kann ein Abbauen der Bodenhaftung an der Antriebsachse nämlich schwere bis katastrophale Auswirkungen auf die Rundenzeit haben.

Grundsätzlich ist die Gewichtsverteilung nicht nur, aber auch wegen KERS eines der großen Themen des Jahres. Baut jemand KERS - üblicherweise unter dem Tank oder im Bereich der Seitenkästen - ein, dann hat er mehr Gewicht auf der Hinterachse und somit eine stärkere Beanspruchung der Hinterreifen. Bleibt KERS hingegen draußen, dann gewinnt man 30 bis 40 Kilogramm Spielraum zur Verteilung von Ballastwolframplatten, mit denen man die Balance optimieren kann. Je leichter das Auto ohne KERS ist, desto besser.

Aus diesem Grund setzte im Winter ein richtiggehender Magerwahn unter den Piloten ein, denn jedes Kilogramm weniger auf den Hüften ist eines mehr, mit dem man die Gewichtsverteilung verbessern kann. Doch weil es nicht im Interesse des Sports sein kann, dass ein Phänomen wie vor einigen Jahren im Skispringen eintritt und alle Athleten bis an die Grenzen ihrer Gesundheit abspecken, wird nun ein Anheben des Mindestgewichts von 605 Kilogramm (Auto plus Fahrer) in Erwägung gezogen. BMW Motorsport Direktor Theissen hat sich als Erster dafür ausgesprochen.

Um die Balance auch mit KERS halbwegs in der Waage zu halten, tauchten im Winter einige gewagte Konstruktionen auf. So experimentierte Ferrari angeblich mit ganz vorne an der Nase angebrachten Batterien - was zur Folge hatte, dass der Frontflügel prompt regelmäßig am Asphalt aufgescheuert wurde. Insgesamt ist die Vorderachse 2009 im Vergleich zur Vergangenheit stärker. Dafür sorgen auch die Slicks, die vorne prozentual mehr Zusatzgrip gewinnen als hinten, sowie die größer gewordenen Front- und kleiner gewordenen Heckflügel.

Das erste KERS-Auto der Formel-1-Geschichte

Doch das hat mit KERS eigentlich nur noch peripher zu tun. Anstatt uns in Details zu verirren, wollen wir zum Abschluss unserer großen KERS-Reise noch auf eine letzte Facette der Formel-1-Geschichte hinweisen, die in den vergangenen Wochen und Monaten in der Berichterstattung fast völlig untergegangen ist. Denn wenn am Freitag erstmals ein Fahrer den KERS-Boost-Button betätigt, dann wird dies keineswegs eine Premiere im Rahmen eines Formel-1-Rennwochenendes sein.

Bereits 1998 wurde KERS erstmals in der Formel 1 eingesetzt - als eines der Erfolgsgeheimnisse des Wunder-Silberpfeils von Mika Häkkinen und David Coulthard. Die beiden McLaren-Mercedes-Piloten gewannen den Grand Prix von Australien überlegen und überrundeten das komplette Feld. Zwar wurde das von Mercedes-Partner Ilmor entwickelte Energierückgewinnungssystem gleich wieder verboten, aber der technologische Vorsprung des Teams war so groß, dass Häkkinen trotz Ferrari-Aufholjagd relativ locker Weltmeister wurde.

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Der McLaren-Mercedes MP4-13 war das erste Hybridauto der Formel-1-Geschichte Zoom

"Die Sache geht sogar noch weiter zurück, ins Jahr 1996", bestätigt FIA-Präsident Mosley. "Damals haben drei Teams an solchen Systemen gearbeitet. Das von McLaren hat Ilmor gebaut und es basierte auf einem hydraulischen Konzept, soweit ich weiß. Ich hielt das damals schon für eine faszinierende Technologie." Nach einer intensiven Diskussion mit seinem Technischen Delegierten Charlie Whiting hielt es Mosley aber für richtig, das System zunächst zu unterbinden.

"Ich habe mich mit Charlie und einigen anderen Leuten unterhalten und entschieden, dass wir die Sicherheit der Speichermedien nicht garantieren konnten. Es bestand Explosionsgefahr. 400 Kilojoule sind zwar nicht viel Energie, aber es reicht, um 120 Gramm Wasser verdampfen zu lassen. Wenn man diese Energie auf einen Schlag freisetzt, gibt es einen Riesenknall. Man hätte die Energieabgabe auf zwei oder drei Sekunden entzerren müssen, aber diese Technologie existierte damals nicht", begründet Mosley seine damalige Ablehnung.