Wie hoch kann ein F1-Motor drehen?

• Aktuelle F1-Motoren sind gemäß FIA-Vorschriften auf 15.000 U/min begrenzt, laufen aber typischerweise mit 11.000–12.000 U/min für maximale Effizienz.
• Ältere F1-Motoren wie die V10 drehten über 20.000 U/min, aber moderne Hybride konzentrieren sich auf Leistungsabgabe, Kraftstofffluss und Nachhaltigkeit.
• Drehzahl, Drehmoment und PS arbeiten zusammen, um Beschleunigung, Geschwindigkeit und Zuverlässigkeit des Motors in der Formel 1 zu optimieren.

Moderne Formel-1-Motoren sind durch FIA-Vorschriften auf maximal 15.000 Umdrehungen pro Minute (U/min) begrenzt, obwohl die meisten Teams während des Rennens typischerweise zwischen 11.000 und 12.000 U/min betreiben, um in der Spitze Leistungsfähigkeit und Kraftstoffeffizienz zu bleiben.

In früheren Epochen, insbesondere bei V10-Motoren, konnten F1-Fahrzeuge über 20.000 U/min erreichen, aber Fortschritte in der Hybridtechnologie, Kraftstoffdurchflussbeschränkungen und Kostenreduzierungsmaßnahmen haben diese Grenzen gesenkt.

Die heutigen 1,6-Liter-V6-Turbo-Hybrid-Einheiten setzen auf Leistungsabgabe, Zuverlässigkeit und Nachhaltigkeit statt auf reine Drehzahl.

Wie hoch kann ein F1-Motor wirklich drehen?

Diese Frage lässt sich auf zwei Arten beantworten: das aktuelle von der FIA vorgeschriebene Drehzahllimit und das physikalisch mögliche Drehpotenzial von F1-Motoren ohne Einschränkungen.

• Regulatorisches Limit: Seit 2014 sind alle F1-Antriebseinheiten auf 15.000 U/min begrenzt. Im Rennbetrieb laufen sie typischerweise zwischen 11.000 und 12.000 U/min aufgrund des Kraftstoffdurchsatzes und der Effizienzkurven.
• Technisches Limit: Historisch gesehen konnten Motoren viel höher drehen. Die 3,0-Liter-V10-Motoren der frühen 2000er-Jahre erreichten regelmäßig über 19.000 U/min. In der Entwicklung wurden einige Einheiten über 20.000 U/min getrieben.

Ein herausragendes Beispiel für technischen Ehrgeiz kam von Cosworth. Um ihren V10 in den späten 1990er Jahren zu verfeinern, entwickelte Cosworth einen Einzylinder-Prototypmotor, der 20.000 U/min erreichte. Dieser „Test-Mule“ erlaubte es ihnen, das Verhalten bei hohen Drehzahlen, die Verbrennungsdynamik und die Haltbarkeit von Komponenten zu bewerten, ohne die Kosten eines vollständigen Zehnzylindermotors.

Wichtige technische Einblicke:

• Test-Mules: Cosworth nutzte Einzylinder-Motoren, um vollständige Motorbedingungen zu simulieren. Diese waren einfacher, günstiger und schneller zu entwickeln.
• Drehzahltreue: Diese Mules entsprachen der Drehzahl vollständiger Motoren und lieferten genaue Daten zu Spannungsbelastung, Verhalten des Ventiltriebs und thermischen Bedingungen.
• Leistungsextrapolation: Der Einzylinder-Mule des 900-PS-V10 lieferte 90 PS. Ähnlich erzeugte ein Dreizylinder-Test-Mule für den 1.000-PS-Aston Martin Valkyrie V12 250 PS, was das Skalierungsmodell bestätigte.

Mit diesen Zahlen ist es sicher anzunehmen, dass Motorenhersteller die heutige Grenze von 15.000 U/min überschreiten könnten, wenn die Formel 1 die Begrenzung der Drehzahl aufheben würde.

Moderne F1-Teams nutzen auch heute noch verkleinerte Testmotoren während der Entwicklung, besonders bei hochdrehenden Saugmotor-Konfigurationen für Straßen- oder Prototypenanwendungen. Diese Techniken bleiben entscheidend, um die Leistung voranzutreiben, während gleichzeitig Kosten und Zeitaufwand gemanagt werden.

Warum drehen Formel-1-Autos so hoch?

Formel-1-Motoren erreichen extrem hohe Drehzahlen, denn mehr Umdrehungen pro Minute bedeuten mehr Verbrennungszyklen und damit mehr Leistung. Eine hohe Motordrehzahl ermöglicht es Teams, maximale Leistung aus einem kompakten Motorvolumen herauszuholen, während sie innerhalb der Hubraumbeschränkungen bleiben.

So wird in einer modernen Hybrid-F1-Antriebseinheit Leistung erzeugt:

• Verbrennungsmotor (ICE)
  Der aktuelle 1,6-Liter-V6-Turbo erzeugt Leistung durch schnelle Verbrennungszyklen. Wenn Kraftstoff und Luft in den Zylindern verbrennen, treiben die expandierenden Gase die Kolben an, die wiederum die Kurbelwelle drehen. Je schneller die Kurbelwelle sich dreht (innerhalb sicherer mechanischer Grenzen), desto mehr Leistung wird pro Sekunde erzeugt.
• Hohe Drehzahl bedeutet hohe Leistungsdichte
  Da F1-Motoren auf 1,6 Liter begrenzt sind, setzen Teams auf hohe Drehzahlen, um die für Spitzenleistung nötige Energie zu gewinnen. Bei 12.000 U/min führt der Motor 200 Umdrehungen pro Sekunde aus und erzeugt außergewöhnliche Leistung aus einem relativ kleinen Aggregat.
• MGU-K (Motor Generator Unit – Kinetisch)
  Dieser Elektromotor gewinnt Energie während des Bremsens zurück, wandelt sie in elektrische Energie um und speichert sie im „Energy Store“ (ES). Er kann bis zu 120 Kilowatt (160 PS) zusätzliche Leistung direkt an den Antriebsstrang abgeben.
• MGU-H (Motor Generator Unit – Hitze)
  Dieses System gewinnt Energie aus den Abgasen des Turboladers zurück und leitet sie entweder an die MGU-K weiter oder speichert sie in der Batterie. Es hält auch den Turbo auf optimaler Drehzahl, um Turboloch zu minimieren. Die MGU-H ist mit der Turbinenwelle des Turboladers verbunden, um Wärmeenergie aus Abgasen in Elektrizität umzuwandeln. Die Energie wird direkt zur Nutzung an die MGU-K oder in die Batterie für später geschickt.

Zusammen ermöglichen diese Systeme es Formel-1-Fahrzeugen, hochdrehende Verbrennungskraft mit sofortigem elektrischem Drehmoment zu kombinieren. Das Ergebnis ist explosive Beschleunigung, höhere Effizienz und Energierückgewinnung beim Bremsen und aus Wärme – entscheidend für moderne Formel-1-Strategien und Technik.

Wie erzeugt ein F1-Motor so viele Umdrehungen?

Kurbelwelle, Getriebe und Antriebswellen arbeiten zusammen, um die Kolben in den Zylindern eines Motors auf und ab zu bewegen und so Leistung zu erzeugen. Die Energie wird über die Räder auf die Straße übertragen und das Formel-1-Auto bewegt sich.

Niedrigere Kolbengeschwindigkeiten bedeuten weniger Belastung für Pleuel und Kurbelwellen sowie eine größere Fähigkeit, Kraftstoff sparsamer zu verbrennen. Dies kann zu einer erheblichen Lautstärkeerhöhung führen. Formel-1-Fahrzeuge haben häufig ein großes Bohrung/Hub-Verhältnis, was zu hoher Motorleistung (und damit mehr Leistung) sowie hohen Drehzahlen führt.

Typisch ist für Formel-1-Fahrzeuge ein Bohrung/Hub-Verhältnis von 2,5. Vereinfacht gesagt ist der Kolbendurchmesser 2,5-mal größer als der Kolbenhub im Zylinder. Wenn die Kolbenkammer in dieser Hinsicht breiter ist, sind größere Ventile erforderlich. Dies erhöht den Luftstrom erheblich und verbessert somit die Verbrennung.

Was ist Drehmoment und warum ist es wichtig in der Formel 1?

Drehmoment ist die rotierende Kraft, die ein Motor erzeugt, um die Kurbelwelle zu drehen und letztlich die Räder anzutreiben. In der Formel 1 ist Drehmoment ebenso wichtig wie Pferdestärken, da es bestimmt, wie schnell ein Auto beschleunigen kann – besonders beim Herausbeschleunigen aus Kurven oder beim Start.

So wirkt sich Drehmoment auf die F1-Leistung aus:

• Definition von Drehmoment
  Gemessen in Newtonmetern (Nm) beschreibt Drehmoment die Drehkraft, die auf ein rotierendes Objekt angewendet wird. In einem Formel-1-Auto ist es die Kraft, die über Getriebe und Antriebswelle die Räder dreht.
• Drehmoment vs. Pferdestärke
  Pferdestärken messen, wie schnell Arbeit verrichtet wird, während Drehmoment die Kraft ist, die diese Arbeit verrichtet. Hohes Drehmoment bei niedriger Drehzahl unterstützt kräftige Beschleunigung, während hohe PS-Zahlen bei hoher Drehzahl hohe Endgeschwindigkeiten ermöglichen. F1-Motoren sind ausgewogen abgestimmt, um Fahrbarkeit und Leistungsabgabe zu maximieren.
• Wichtigkeit unter Rennbedingungen
  Moderne F1-Motoren erreichen ihr maximales Drehmoment bei ca. 10.500 bis 11.500 U/min, wo die Antriebseinheit am effizientesten arbeitet. Konstantes Drehmoment in diesem Bereich gibt Fahrern vorhersehbare Gasannahme — entscheidend beim Kurvenausgang, Überholen und in haftungsbegrenzten Situationen.
• Energierückgewinnung verstärkt Drehmoment
  Die MGU-K liefert bis zu 160 PS elektrisches Drehmoment direkt an die Kurbelwelle. Diese zusätzliche Kraft ist besonders wertvoll in Beschleunigungszonen und kann Drehmomentlücken des ICE kompensieren, was Turboloch reduziert und die Reaktionsfreudigkeit erhöht.
• Getriebeübersetzung und Drehmomentmultiplikation
  F1-Autos verwenden ein fixes 8-Gang-Getriebe (einschließlich Rückwärtsgang), und Teams wählen Übersetzungsverhältnisse vor der Saison. Niedrigere Gänge multiplizieren das Drehmoment für explosive Beschleunigung, während höhere Gänge für Höchstgeschwindigkeit sorgen. Ingenieure optimieren diese Übersetzungen, um sie an die Drehmomentkurve des Motors und an die Eigenschaften jeder Strecke anzupassen.

Im Wesentlichen ist Drehmoment die Kraft, die ein Formel-1-Auto in Bewegung setzt. Ohne sie wäre die Hochdrehleistung des Motors nutzlos. Das effektive Management und die kontrollierte Nutzung von Drehmoment sind Schlüssel zur Rundenzeit, Traktion und Reifenverschleiß – und damit ein zentraler Aspekt im F1-Antriebsdesign.

Wie viele Pferdestärken hat ein F1-Auto?

Ein modernes Formel-1-Auto erzeugt insgesamt etwa 1.050 PS, bestehend aus der Kombination von Verbrennungs- und Elektroleistung.

Hier die Aufschlüsselung dieser Zahl:

• Verbrennungsmotor (ICE)
  Der 1,6-Liter-V6-Turbo-Hybridmotor liefert alleine etwa 850 PS, abhängig von der Motorabstimmung und vom Kraftstoffmodus im Rennen.
• MGU-K (Motor Generator Unit – Kinetisch)
  Dieser Elektromotor gewinnt Energie beim Bremsen zurück und gibt sie direkt an den Antriebsstrang ab. Er kann bis zu 120 Kilowatt, also rund 160 PS, für maximal 33,3 Sekunden pro Runde liefern.
• Gesamte kombinierte Leistung
  Wenn beide Systeme zusammenarbeiten, wird eine Gesamtleistung von etwa 1.000 bis 1.050 PS erreicht, abhängig von Strecke, Energieeinsatzstrategie und Wetterbedingungen.
• Qualifying- vs. Rennmodus
  Im Qualifying setzen Teams oft aggressivere Motor-Modi ein, um über kurze Zeit maximale Leistung abzurufen. Im Rennen wird die Energie sorgfältig gemanagt, um Kraftstoffeffizienz und Batterielebensdauer zu optimieren – was die Spitzenleistung leicht verringern kann.
• Kraftstoffflussbegrenzung
  Die Leistung wird auch durch die von der FIA festgelegte Kraftstoffdurchfluss-Grenze von 100 kg/h beeinflusst, gemessen bei maximal 10.500 U/min. Dies soll Effizienz neben Performance fördern.

Während rohe PS beeindruckend sind, verlassen sich Formel-1-Autos ebenso sehr auf Energierückgewinnung, Drehmomentmanagement, Aerodynamik und Fahrwerksbalance, um Leistung in Rundenzeit umzuwandeln.

Moderne Formel-1-Motoren sind technische Meisterwerke, die extreme Leistung mit strengen Regulierungen vereinen. Obwohl sie auf 15.000 U/min begrenzt sind, sind diese Hybrid-Antriebseinheiten dafür optimiert, zwischen 11.000 und 12.000 U/min Spitzenleistung zu liefern – mit Fokus auf Drehmoment, Kraftstoffdurchsatz und Effizienz. Mit einem Erbe aus hochdrehenden V10 und der Weiterentwicklung von Energierückgewinnungssystemen priorisieren heutige F1-Motoren zuverlässigen Output und fortschrittliches Energiemanagement über reine Drehzahl. Das Verständnis, wie Drehzahl, Drehmoment und PS zusammenwirken, bietet tiefere Einblicke in das, was ein Formel-1-Auto nicht nur schnell, sondern unermüdlich effizient unter Druck macht.

Übersetzung aus dem englischen Artikel “How High Can An F1 Engine Rev?“