SKF für Formel-1-Boliden: Boxenstopp in Schweinfurt - KEM

Der Autor: Dietmar Seidel, Leiter Fachpresse und Corporate Publishing, SKF, Schweinfurt

Nach acht Jahren hat der 2,4-l-V8-Saugmotor ausgedient und ist durch einen 1,6-l-V6-Turbomotor ersetzt worden: Ein Signal der Formel 1, dass man auch in der Königsklasse des Motorsports verstärkt auf den Verbrauch achtet. Damit trotz der schwächeren Verbrennungsmotoren, die durchschnittlich 150 PS weniger leisten, attraktive Höchstgeschwindigkeiten und womöglich neue Rekordzeiten erzielt werden, darf ein neues Energierückgewinnungssystem (ERS) eingesetzt werden. Per Elektromotor stellt dieses System für knapp ein Drittel einer Runde zusätzliche 160 PS zur Verfügung. „Allerdings nimmt durch die Elektromotoren die Komplexität der Antriebseinheit ein gehöriges Stück zu“, weiß der schwäbische Renningenieur der Scuderia Ferrari, Dieter Gundel. „Insofern darf man nach wie vor gespannt sein, welches Team die technischen Neuerungen im Laufe der Saison am besten in Renngeschwindigkeit umsetzt.“

Grundsätzlich besteht das neue System aus zwei Motorgeneratoren (MGU): Dem MGU-K für die Rückgewinnung aus kinetischer Energie und dem neuen MGU-H für die Rückgewinnung aus Abwärme. Für die Abwärmeturbine erlauben die Vorschriften ein festes Übersetzungsverhältnis: Diese kann daher entweder auf derselben Achse wie der Kompressor betrieben werden (und dieselbe Drehzahl haben) oder sie wird über eine Getriebeübersetzung gekoppelt. Dabei dreht die MGU-H mit bis zu 125 000 min-1.

Um diesen hohen Ansprüchen gerecht zu werden, hat die SKF Racing Unit u. a. besonders robuste Hybridpräzisionslager entwickelt. Damit die Lager beispielsweise den enormen Temperaturen und hohen Motorschwingungspegeln im Energierückgewinnungssystem widerstehen können, ist ihr Stahlkäfig mit einer speziellen Beschichtung gehärtet worden: Die gesinterten Metallringe weisen einen Härtegrad von fast 70 HRC auf. Diese Lager können von den Teams in zusammengepassten Einzellagerungen oder auch in Duplex-Kartuschen angeordnet werden. Ihre Lebensdauer beträgt rund 50 h. Das trägt zu einer höheren Zuverlässigkeit des neu konstruierten ERS bei.

Das Hochdrehzahl-Energierückgewinnungssystem sorgt dafür, dass das Drehmoment am Ausgang einer Kurve sofort zur Verfügung steht. Aufgrund der neuen Motordrehzahlen mussten die Formel-1-Teams sämtliche Getriebe entlang des Antriebsstrangs entsprechend anpassen. Das hat u. a. dazu geführt, dass heute in fast allen Getriebelagern Keramikrollen zum Einsatz kommen. Dabei sind die Formel-1-Lagerrollen – gemessen an „normalen“ Anwendungsfeldern – sehr klein: Die kleinsten Rollen für die Formel 1 haben einen Durchmesser von gerade mal 3,5 mm. Die damit verbundene produktionstechnische Herausforderung hat SKF ebenfalls gemeistert: In der laufenden Saison beliefert das Unternehmen die Rennserie mit Keramikrollen, die in Sachen Oberflächenrauheit und Profilgenauigkeit ihresgleichen suchen. Außerdem weisen sie ein spezifisches Rennprofil für hohe Kantenspannungen auf.

Zu den am stärksten belasteten Getriebelagern gehören die Seitenvorgelegelager: Sie müssen neben den Belastungen vom Kegelrad auch Aufhängungsbelastungen aufnehmen, die über das Drehmoment durch das Gehäuse auf das Lager wirken. Für diese Lager hat SKF einen Titankäfig entwickelt, der eine Tragfähigkeit von 48,4 kN ermöglicht. Zum Vergleich: Lager mit bis dato verwendeten Käfigen aus PEEK konnten in der Regel nur 45,7 kN aufnehmen. Durch die Titankäfige profitieren die Formel-1-Teams von einer um rund 20 % erhöhten Lebensdauer. Dazu trägt auch eine spezielle Käfigbeschichtung bei, die für eine höhere Verschleißfestigkeit sorgt.

Ein ähnliches Konstruktionsprinzip setzt SKF außerdem für das Vorgelegewellenlager ein, das ganz vorne im Getriebe sitzt. Dieses Lager nimmt die Belastungen durch das Getriebe und die zusätzlichen Belastungen durch die Kupplung auf. Durch den neuen Titankäfig und zwei zusätzliche Rollen konnte die Lebensdauer dieses Lagers um etwa 40 % gegenüber den vorherigen PEEK-Varianten gesteigert werden.

Damit das Maximum der Motorleistung bei den Rädern ankommt und möglichst wenig Energie ungenutzt verpufft, verlässt sich manches Formel-1-Team inzwischen auch auf reibungsminimierte Dichtungen von SKF. Basis dafür sind die Low Friction Engine Seals des Unternehmens, deren Reibungswerte um bis zu 55 % unter denen herkömmlicher Radialwellendichtringe liegen. Für die Formel 1 hat SKF diese Dichtungen noch einmal modifiziert. Die Rennversion nutzt die Wafertechnologie von PTFE-Dichtungen, fußt jedoch auf einer speziellen Gummimischung mit einem sehr niedrigen Druckverformungsrest. Alles zusammen resultiert in einem extrem geringen Reibungswiderstand, ohne dass dadurch die Zuverlässigkeit der Dichtung beeinträchtigt wird.

Neben zahlreichen, hochleistungsfähigen Wälzlagern stellt SKF der Formel 1 auch neuartige Gleitlager zur Verfügung. Typische Anwendungsfälle dafür finden sich u. a. an der Radaufhängung: z. B. Querlenker, Schub- und Zugstangen, Spurstangen und Dämpferbefestigungen. In der Regel herrschen dort hohe Belastungen und niedrige Gleitgeschwindigkeiten. Um diesen Anforderungen zu begegnen, veredelt die SKF Racing Unit ihre Renn-Gleitlager mithilfe eines modernen Beschichtungsverfahrens. Manche Sonderanfertigungen verfügen sogar über Innenringe bzw. Kugeln, die mit einer speziellen Keramikschicht ummantelt sind.

Kein Wunder also, dass innovative Lösungen aus dem Hause SKF inzwischen als feste Größe im Entwicklungsprozess der Formel 1 gelten. Gerade bei Getriebe-, Kupplungs- und Differenziallagern greifen fast alle Formel-1-Teams auf die Kompetenz und die Qualität der SKF-Racing-Spezialisten zurück. Die Scuderia Ferrari arbeitet dabei bereits seit 67 Jahren mit SKF zusammen. I

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