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Exklusiv: Formel 1 gegen WEC

Mercedes schneller, Porsche sparsamer

Formel 1 vs. WEC - Aufmacher Foto: ams 50 Bilder

Sie sind unterschiedlich und doch gleich. Unter der Verkleidung des Formel 1-Mercedes und des WEC-Sportwagens von Porsche steckt jeweils Hybrid-Technologie. auto motor und sport bekam exklusiv GPS-Daten der ultimativen Fahrmaschinen von der Rennstrecke in Spa-Francorchamps.

28.12.2015 Michael Schmidt

Geht das überhaupt? Ein Marathonläufer gegen einen Sprinter. Ein Coupé gegen ein Cabrio. Porsche gegen Mercedes. Auf den ersten Blick haben ein Formel 1-Auto und ein Sportwagen für die Langstrecken-WM (WEC) wenig gemeinsam. Der Mercedes AMG W06 erfüllt nur einen Zweck. So schnell wie möglich im Kreis herumfahren. Ohne fremde Hilfe, sprich externen Starter, bewegt er sich nicht vom Fleck. Mit dem Porsche 919 Hybrid könnte man auch zum Einkaufen fahren. Er hat ein Dach, verkleidete Räder, Scheinwerfer, einen Scheibenwischer, einen Anlasser, Platz für Ablagen im Cockpit. Hört sich nach einem echten Auto an.

Auch die Anforderungen scheinen nicht geeignet, das eine mit dem anderen zu vergleichen. Der Porsche fährt zwischen sechs und 24 Stunden am Stück. Eine Antriebseinheit ist auf 6.000 Kilometer ausgelegt. Beim Mercedes fällt spätestens nach zwei Stunden die Zielflagge. Motor und Getriebe sind trotzdem Langläufer. Der beste Mercedes-Motor hat in diesem Jahr 4.798 Kilometer geschafft. Ein Getriebe muss 3.500 Kilometer halten.

Im Porsche wechseln sich drei Fahrer ab. Die zwei Silberpfeile gehören Lewis Hamilton und Nico Rosberg ganz allein. Der Mercedes wiegt mit Fahrer 701 Kilogramm. Sein vollverkleidetes Ebenbild bringt inklusive dem Fahrer-Pflichtgewicht 950 Kilogramm auf die Waage.

Effizienz und Downsizing sind Trumpf

Lassen wir uns nicht von Kleinigkeiten ablenken. Der Mercedes und der Porsche sind sich ähnlicher, als es den Anschein hat. Unter der Kohlefaserhaut steckt in beiden Fällen Hybridtechnik. Es geht um Effizienz, Downsizing und kleine Drehzahlen. Die Hubräume hören sich nicht nach großem Motorsport an. Mercedes verwendet reglementbedingt einen aufgeladenen 1,6 Liter-Sechszylinder. Die Regeln schreiben nur eine Turbine und einen Verdichter vor. Porsche hatte alle Freiheiten und entschied sich für einen 2,0-Liter-V4-Biturbo.

Technikchef Alex Hitzinger erklärt warum: "Abgasrückgewinnung macht nur Sinn mit einem Turbo-Motor. Damit geht man Richtung kleiner Motor, um das Gewicht niedrig zu halten. Der Motor sollte auch ein strukturelles Teil vom Auto sein. Das gibt das V-Konzept vor. Wir hatten die Wahl zwischen einem V4 und einem V6. Ein V4 hat thermodynamische Vor- und mechanische Nachteile."

Porsche musste es leidvoll erfahren. Der Vierzylinder wurde praktisch zwei Mal konstruiert. Beim ersten Anlauf vibrierte der Motor so stark, dass sämtliche Teile in der Peripherie kurz und klein geschlagen wurden. "Wir waren zu ambitioniert mit der Zündfolge. Da haben wir nur auf den Ladungswechsel geschaut, und gedacht, das kriegen wir noch hin. Ich musste die Reißleine ziehen, wenn wir 2014 Rennen fahren wollten. Die neue Zündfolge bedeutete eine neue Kurbelwelle, neue Nockenwellen und eine neue Abstimmung des Ladungswechsel. Das war schon eine Mega-Nummer."

Mehr Freiheiten für WEC-Motoren

In der Formel 1 sparte die FIA den Herstellern einen aufwendigen Denkprozess, viel Zeit und Geld. Die Architektur des Motors ist in Stein gemeißelt. "Was hätten wir gemacht, hätten wir wie Porsche alle Freiheiten gehabt?", stellt sich Mercedes-Motorenchef Andy Cowell die Frage. "Ein V4? Möglich. Weniger als 1,6 Liter Hubraum mit viel Boost? Möglich. Ein Twin-Turbo? Da wird es mit der Verpackung in einem Formel 1-Auto schon schwieriger. Wir wollen im Heck so schlank wie möglich sein. Zwei Lader auf der Außenseite des Motors schränken die Flaschenhalsform ein."

Den Turbo-Motoren stehen jeweils zwei Elektromaschinen bei. Die eine bezieht ihren Saft aus kinetischer Energie und heißt MGU-K. Die andere speist sich aus der Abgasrückgewinnung. Im Prinzip tun die MGU-H (Formel 1) und die AER (WEC) das gleiche. Sie nutzen die Wärmeausdehnung der Abgase, die nicht zum Aufbau des Ladedrucks verwendet werden. Der Unterschied besteht in der Nutzung. Und die bestimmt das Reglement. Ein Formel 1-Auto darf pro Runde nicht mehr als vier MegaJoule Energie aus der Batterie ziehen, jedoch nie mehr als 163 PS auf einmal. Der Langstreckenrenner ist in der Nutzung seiner Energie frei.

Damit ergeben sich entscheidende Unterschiede im Energiemanagement. Der Formel 1 verteilt seine 120 Kilowatt schön über die Runde. Mit der Ausnahme Spa ist der Speicher immer so gefüllt, dass die Elektro-Power die ganze Runde reicht. Porsche lässt seinen Elektroschub hauptsächlich beim Beschleunigen von der Kette.

Andy Cowell erklärt warum: "Die Rundenzeit wird bestimmt durch Scheitelpunkt- und Kurvenausgang-Speed, nicht wie schnell du in die Kurve reinfährst. Deshalb willst du die maximale Leistung für das erste Drittel der Gerade. Wenn du dafür die letzten zwei Drittel vom Gas gehst, tut das der Rundenzeit weniger weh. Würden Porsche die ganze Gerade Elektro-Boost geben, müssten sie beim Beschleunigen etwas her schenken. Das wäre weniger schnell. Wir sind durch die 120 Kilowatt-Regel eingeschränkt. Deshalb verteilen wir die Power anders. Wir stellen sicher, dass der Verbrennungsmotor so viel Leistung abgibt wie möglich und boosten dann über die Gerade, solange wir die elektrische Leistung vorhanden ist. Und sie ist da."

Le Mans-Sieger Porsche wird auf 1.350 PS taxiert

Wie viel elektrische Leistung Porsche beim Beschleunigen mobilisieren kann, bleibt geheim. Mindestens 500 PS, wenn man dem Porsche-Prospekt glauben darf. 850 PS, wenn man die Messungen der Konkurrenz stimmen. Das ergäbe zusammen mit dem V4-Biturbo, der bei 9.000/min rund 530 PS abgibt eine Systemleistung von rund 1.350 PS. Da nehmen sich die rund 850 PS des Formel 1-Motor eher harmlos aus.

Für Cowell nicht das Ende der Fahnenstange. "Alle Hersteller sind 2014 bereits mit PS-Zahlen gestartet, die sie zu Beginn der Entwicklung zwei Jahre davor für unmöglich hielten. Jeder von uns hat sich in den letzten 18 Monaten verbessert. Ich war überrascht, welche Steigerung wir in dieser Zeit erzielt haben. Ich hoffe, dass ich auch nach den nächsten 18 Monaten noch überrascht sein werde. Ist ein Sprung von 200 PS in zehn Jahren möglich? Warum nicht." Motor- und Benzinentwicklung gehen Hand in Hand. Während Mercedes-Partner Petronas freie Hand hat, geht bei Porsche nichts über den Sprit. "Wir fahren Einheitsbenzin von Shell", erklärt Hitzinger.

Die GPS-Daten bestätigen das, was Le Mans-Sieger Nico Hülkenberg so beschreibt: "Du fährst mit dem Porsche eher V-mäßig durch die Kurven, speziell aus langsamen Kurven raus, weil du immer so früh wie möglich 100 prozentig aufs Gas gehen willst." Der Porsche hat deshalb seinen Scheitelpunkt zwischen 20 und 40 Meter früher. Wenn der Mercedes seine langsamste Geschwindigkeit erreicht, steht der Porsche-Fahrer schon wieder auf dem Gas. Es dauert teilweise 200 Meter, bis der Formel 1 wieder gleichgezogen hat. Trotz seines Gewichtsvorteils von 250 Kilogramm.

Mercedes mit Allradantrieb drei Sekunden schneller

In der Formel 1 gilt die Durchflussmenge von 100 Kilogramm pro Stunde zu jeder Zeit und zu jeder Strecke. Wenn sich der Mercedes Benzin in einer Runde spart, kann er die Reserve in der nächsten Runde aufbrauchen. Doch er hat sie praktisch immer. Auch auf der Geraden, wenn der Porsche schon längst wieder "lift and coast" betreibt, um den Speicher mit maximal acht MegaJoule zu füllen und Benzin zu sparen. Das steht dem Sportwagen nicht so üppig zur Verfügung wie seinem Bruder aus der Königsklasse.

Der WEC-Porsche kriegt nichts mehr zurück. Für ihn gelten je nach Strecke feste Sätze. 96,9 Kilogramm pro Stunde. Bleibt er drunter, selber schuld. Deshalb kann man sich bei Porsche auch einen Luxus wie das "Überladen" des Motors nicht leisten. Die Formel 1 rekuperiert auch beim Beschleunigen kinetisch, weil die MGU-K gegen das überschüssige Drehmoment ankämpft, das nicht auf die Straße gebracht werden kann. Dazu wird auf verbrauchsarmen Strecken beim Gasgeben mehr Benzin eingespritzt als eigentlich nötig. "Das macht bei uns keinen Sinn", bedauert Hitzinger.

Er hat dafür weniger Probleme mit der Traktion. Der Porsche 919 ist ein Allradauto und hat eine Traktionskontrolle. Die MGU-K gibt ihre Power über die Vorderräder ab. Mercedes-Technikchef Paddy Lowe schätzt: "Mit Traktionskontrolle und Allrad könnten wir drei Sekunden pro Runde gewinnen."

Was der Mercedes nicht mit der MGU-K rekuperieren kann, muss er mit der MGU-H aufstocken. Die fungiert hauptsächlich als Generator, um das Turboloch zu füllen, darf aber sowohl Energie in der Batterie deponieren als auch direkt über die MGU-K abgeben. Und zwar unbegrenzt. Doch diese Energie gibt es nicht umsonst. Sie erzeugt einen Gegendruck im Abgassystem und kostet den Verbrennungsmotor Leistung.

Porsche hat dieses Problem dank seines Biturbo genial gelöst. Die AER liefert bei Vollast Strom, ohne das der Vierzylinder darunter leidet, wie Hitzinger ausführt: "In der Formel 1 fährt man mit einem elektrischen Turbolader. Du hast eine Turbine, die mit einer Welle mit dem Kompressor verbunden ist und du hast eine Elektromaschine, idealerweise zwischen Turbine und Verdichter. Wir haben einen normalen Turbolader und parallel dazu noch eine zweite Turbine. Und die treibt einen Elektrogenerator an. Diese Turbine regeln wir über eine VTG, die das Wastegate ersetzt. Sie bestimmt, wie viel Ladedruck der erste Kompressor abkriegt und wie viel zum Laden abgezweigt wird. Die zwei Turbinen sind räumlich voneinander getrennt. Wir haben damit keine Verlustleistung im Verbrennungsmotor beim Laden der MGU-H. Unser System hat noch einen zweiten Vorteil. Wenn die MGU-H nicht mehr funktioniert, treibt der Turbomotor separat das Auto an. Bei einen 24-Stunden-Rennen kann das dir das Rennen retten. In der Formel 1 fährst du keinen Meter mehr."

Der Porsche 919 ist ein Formel 1 mit Dach

Beide Autos passen gut in eine Doppelgarage. Der Mercedes ist 30 Zentimeter länger, dafür 10 Zentimeter schmaler und 10 Zentimeter niedriger. Dafür genießt der Porsche architekturbedingt aerodynamische Vorteile. Verkleidete Räder und ein Dach über dem Kopf verbessern das Verhältnis Luftwiderstand zu Abtrieb um 20 bis 30 Prozent.

Das Regelkorsett ist in beiden Fällen gleich eng. Die Formel 1-Technik ist auf 88 Seiten definiert, die der WEC auf 72. "Der Diffusor ist komplett reglementiert. Es gibt Fußraum-Templates, für den Fahrer, für die Sicht nach vorne und zur Seite. Um die herum baust du so klein wie möglich dein Monocoque. Beim Heckflügel gibt es Boxen, in denen sich der Flügel bewegen muss. Dazu eine Finne auf der Motorabdeckung, die Vorschrift ist. Bei den Radkästen hinten bist du mit den Ausschnitten stark begrenzt. Die Aufgabe ist es, den Luftstrom so um vordefinierte Löcher herum zu dirigieren, dass der Schaden so gering wie möglich ist", erklärt Hitzinger.

Im Prinzip entwickelt die Formel 1 nach dem gleichen Prinzip. Turbulente Luft in gute umwandeln. Wirbelschleppen als Waffe gegen andere Luftwirbel nutzen. Sein Kollege Paddy Lowe hat sich längst an die Einschränkungen gewöhnt. "Sind die Regeln zu kompliziert, zu restriktiv? Ich glaube nicht. Die Hälfte der Regeln betreffen die Sicherheit. Sie müssen sein. Die Komplexität kommt daher, dass eine gut gemeinte Regel von Ingenieuren mit schlauen Ideen torpediert wird. Also muss sie umgeschrieben werden. Das macht sie kompliziert."

Seit 2009 wurde der Abtrieb so reduziert, dass sich die Ingenieure praktisch auf eine Aero-Konfiguration konzentrieren können. Lowe: "Wir müssen viel weniger auf diese extremen Rennen Rücksicht nehmen als früher. Der Abtrieb ist inzwischen so gering, dass wir fast überall mit Monte Carlo-Abtrieb unterwegs sind. Monza und Spa ausgenommen. Auf den anderen Strecken bist du mit maximalem Abtrieb unterwegs oder sehr nahe daran."

Mercedes nahm sich zwei Jahre Entwicklungszeit

In der WEC bestimmt Le Mans den Entwicklungsfahrplan. Porsche fuhr die ersten beiden Rennen im Le Mans-Trim, um für den Klassiker zu üben. Die verschenkten Siege an Audi ließen sich verschmerzen. Porsche gewann in Le Mans und baute dann ein Aero-Kit für den Rest der Saison. Und gewann auch da. So unterschiedlich sind die beiden Autos am Ende gar nicht, wie Hitzinger meint: "Im Prinzip haben wir ein Formel 1-Chassis mit Dach. Wir haben eine sehr ähnliche Aufgabenstellung wie in der Formel 1, nur dass es bei uns hauptsächlich um den geringen Luftwiderstand geht."

Das 2015er Modell des 919 Hybrid ist bereits der zweite Aufguss. Eine komplette Neukonstruktion, die 30 Kilogramm gegenüber Vorjahr abspeckte. Der Mercedes wurde um neun Kilogramm schwerer. Das Reglement verlangte es. Der aktuelle Mercedes ist eher eine Evolution als eine Revolution. Weil die Aufgabe im Jahr davor so groß war. "Es war ein großes Projekt", blickt Lowe zurück. Viele Arbeiten mussten sehr früh beginnen, weil es ein völlig neues Konzept, eine völlig neue Architektur verlangte. Normalerweise beginnst du dir Gedanken über das neue Auto im ersten Quartal des Vorjahres zu machen. Diesmal haben wir schon zwei Jahre davor begonnen.“

Formel 1-Pilot Nico Hülkenberg ging in diesem Jahr fremd. Sein Sieg in Le Mans warf alte Fragen wieder auf: Wer ist schneller, wer stärker, wer effizienter? Der Kalender macht es uns einfach. Die beiden so konträren Autos fahren bisweilen auf identischen Rennstrecken. Formel 1 und die WEC gastierten in Silverstone, Spa, Shanghai, Austin und Bahrain.

Jeweils andere Scheitelpunkte auf gleicher Strecke

Mercedes und Porsche haben auto motor und sport exklusiv die GPS-Daten der jeweils schnellsten Runde von Spa bereitgestellt. 10.974 Datensätze für jeweils eine Runde auf der 7,004 Kilometer langen Ardennenstrecke geben einen atemberaubenden Einblick, was die beiden Hightech-Renner wirklich können. Zum Beispiel, dass beim Hoch- und Runterschalten die Gänge manchmal nur neun Meter lang im Eingriff sind. Und dass die Motoren eine erstaunliche Elastizität aufweisen. Der Mercedes fährt in Spa im Abschnitt Pouhon 640 Meter lang im siebten Gang. Der vierte Gang beim Porsche reicht von 154,5 bis 200,4 km/h.

Grundsätzlich gilt: Der Mercedes ist trotz Aerodynamik-Nachteil schneller auf der Geraden. Weil er dort in voller Länge auf Elektropower zurückgreifen kann. Hülkenberg bekam es im Porsche zu spüren: "Wenn die Elektrokraft wegfällt und du noch mit dem kleinen Vierzylinder unterwegs bist, fehlt dann halt Power."

Man merkt es an den Topspeeds auf den zwei Vollgasabschnitten von 1.952 und 1.677 Metern Länge. Auf der Kemmel-Gerade schlägt der Mercedes den Porsche mit 337,3 zu 321,1 km/h. Der Bestwert wird an unterschiedlichen Stellen erreicht. Der Formel 1 bei 2.190 Meter, der WEC bei 1.539 Meter. Danach steigt der Elektromotor aus. Vor der Busstop-Schikane bremst der Mercedes in 156 Metern von 324,1 auf 75,5 km/h herunter. Der Porsche braucht wegen 250 Kilogramm extra 184 Meter von 288,9 auf 70,5 km/h.

Auch in schnellen Kurven ist der Formel 1 im Vorteil, weil den Porsche 250 Kilogramm Zusatzgewicht hemmen. Eau Rouge geht mit 309,3 km/h zu 280,0 km/h klar zugunsten des Formel 1 aus. "Das Gewicht spürst du vor allem bei schnellen Richtungswechseln. Zum Beispiel in der Pouhon-Kurve. Da ist der Porsche im Vergleich zum Formel 1 schwerfällig", erklärt Hülkenberg. Hamilton brauste da auf seiner Quali-Runde mit 279,1 km/h durch. Der schnellste Porsche-Pilot schaffte in dem Sechste-Gang-Linksbogen 253,6 km/h.

In der Beschleunigung ist der Porsche trotz des höheren Gewichts klar überlegen. Mehr Power, Traktionskontrolle und Allradantrieb zahlen sich aus. Wie Hülkenberg anschaulich erzählt: "Ich bremse gar nicht so viel früher. Wir kommen viel langsamer in den Kurven an als im Formel 1. Der Ausgang ist viel einfacher mit dem Porsche, weil du ein Allradauto hast. Der marschiert einfach. Im Formel 1 zirkelst du das Auto um La Source rum, gehst aufs Gas und sofort ist das Heck schwammig. Es ist zu viel Drehmoment da. Du hast sofort durchdrehende Reifen und musst das ganz sanft modulieren."

Die La Source-Haarnadel zeigt die unterschiedlichen Fahrlinien. Der WEC erreicht seine geringste Geschwindigkeit mit 64,9 km/h bei 386 Metern nach dem Zielstrich. Da ist der Formel 1 noch 83,3 km/h schnell. Der Mercedes kommt bei 405 Metern mit 71,2 km/h zu seinem langsamsten Punkt. Da beschleunigt der Porsche schon wieder und erzielt 91,0 km/h. Es dauert weitere 145 Meter, bis Gleichstand erzielt ist. Dann drückt den Langstrecken-Renner wieder das Gewicht.

Mercedes ist um 7,5 Sekunden schneller als Porsche

Bei 19 Kurven und neun Bremsmanövern, bei denen 101 Kilowattstunden Energie vernichtet werden, geht der Vergleich der Rundenzeit klar an den Mercedes. Die Pole Position mit 1.47,197 Minuten entspricht einem Schnitt von 235,215 km/h. Der Porsche ist auf seiner schnellsten Trainingsrunde mit 1.54,767 Minuten um 7,570 Sekunden langsamer. Das entspricht dem Gewichtsfaktor, der in Spa 0,308 Sekunden pro 10 Kilogramm, also 7,7 Sekunden in Summe ausmacht. Hamilton und Rosberg schalten auf den 7,004 Kilometern 51 Mal. Nico Hülkenberg musste im WEC-Porsche die Schaltwippe nur 42 Mal betätigen.

Und die Effizienz? Da hat der Sportwagen die Nase vorn. Der Porsche darf in Spa pro Runde nur 1,98 Kilogramm Benzin verbrauchen. Der Mercedes darf gemäß Reglement mehr Kraftstoff inhalieren: 2.19 Kilogramm pro Runde. Macht beim Langstrecken-Renner über eine GP-Distanz von 44 Runden 87,12 Kilogramm. Der Formel 1 dürfte die 100 Kilogramm-Grenze ausschöpfen, tut es aber nicht, weil man lieber Gewicht spart als einen Liter zu viel an Bord zu nehmen. Trotzdem sind die heutigen Hybrid-Renner Spritspar-Wunder. Vor zwei Jahren haben sie noch ein Drittel mehr verbraucht.

Formel 1WEC
Abmessungen
Längefreimax. 4.650 mm
Breitemax. 1.800 mm1.800 bis 1.900 mm
Höhemax. 950 mmmax. 1.050 mm
Frontflügelbreite1.650 mm1.900 mm
Heckflügelbreite750 mmmax. 1.800 mm
Heckflügelhöhe900 mmmax. 965 mm
Höhe Nasemax. 185 mmmax. 300 mm
Überhang vornemax. 1.200 mmmax. 1.000 mm
Überhang hintenmax. 600 mmmax. 750 mm
Unterbodenflach zwischen Achsenzwei Kanäle
Diffusorhöhemax. 125 mmmax. 200 mm
Diffusorlängemax. 350 mmmax. 1.750 mm
Angeblasener Diffusorverbotenverboten
Mindestgewicht701 kg mit Fahrer870 kg plus 80 kg Fahrergewicht
Gewichtsverteilung45,5:54,5frei
Spielmasse Ballast7 kgverboten, Position definiert
Motor
Hubraummax. 1.600 cm³frei
Zylinder6frei
Zylinderwinkel90 °frei
Bohrungmax. 80 mmfrei
Drehzahlmax. 15.000/minfrei
Variable Ansaugrohreerlaubterlaubt
Turbolader1frei
Turbine Rotationmax. 125.000/minfrei
Einspritzdruckmax. 500 barfrei
KraftstoffSuper, Tankstelle, 5,75% BioSuper, 20% Bio, Diesel, 10 %
Kraftstoffmenge100 kg65.86 kg (Silverst.), 87,12 kg (Spa)
Durchfluss100 kg/h96,90 kg/h
ElektromotorMGU-K und MGU-Hmax. 2 Ers-Systeme
max. Speichern2 mJoulefrei
max. Abrufen4 mJoule2, 4, 6, 8 mJoule
max. Energie120 kW =163 PSfrei
Mindestgewicht145 kgfrei
Batteriegewicht20 bis 25 kgfrei
Antrieb
Getriebe8 Gänge o. Zugkraftunterbr.max. 7 Gänge m. Zugkraftunterbr.
LeistungsabgabeHinterräderVorderräder und Hinterräder
Traktionskontrolleverbotenerlaubt
Fahrwerk
Aktive Aufhängungverbotenverboten
Fricverbotenerlaubt
Räder Breitemax. 355 mm (v), 380 mm (h)max. 330 mm (v,h)
Räder Durchmessermax. 660 mmmax. 686 mm
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