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ZF und die Formel E: eine Win-win-Situation

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Tags: NullEmissionen, Elektromobilität, Motorsport

Elektrische Antriebe von ZF verhelfen Piloten in der Formel E zu Top-Platzierungen. Die Technik kann auch Serien-E-Fahrzeugen mehr Reichweite verleihen.
Andreas Neemann, 22. Mai 2019
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Andreas Neemann hat seinen ersten ZF-Magazintext im Jahr 2001 zum 6HP-Automatgetriebe geschrieben. Seither begleitet der Automotive-Autor mit Faible für komplexe Themen den Konzern in vielen Publikationen für interne wie externe Leser.
Rennsport ist ein Kräftemessen – und das gleich auf mehreren Ebenen: Im Mittelpunkt stehen seit jeher das Geschick und der Mut der Fahrer bei der Kurvenhatz. Unterstützt werden sie durch ein ganzes Team von Technikern und Ingenieuren. Und natürlich gibt auch die Leistungsfähigkeit des Automobils und der Automobiltechnik einen wesentlichen Ausschlag. Das optimale Zusammenspiel von Fahrer, Team und Technik schafft die besten Voraussetzungen für einen Platz auf dem Siegertreppchen.

Durch eine Motorsportgeschichte, die bis in die 1930er Jahre zurückreicht, weiß man bei ZF, dass bereits bei der Entwicklung oder Anpassung der verbauten Produkte für den Renneinsatz Sportsgeist gefragt ist: Extrem kurze Entwicklungszeiten und straffe Reglements schränken die Möglichkeiten ein. Umso größer ist das Erfolgsgefühl, ein Produkt bereitzustellen, das dem jeweiligen Team einen Vorsprung verschafft. Noch besser ist es, wenn die gewonnenen Erfahrungen später auch für Serienprodukte genutzt werden können – und dann ihre Vorzüge 'racing approved' in den Fahrzeugen für uns alle ausspielen.
So profitieren Serienprodukte durch das ZF-Engagement im Rennsport.

In der Formel E aufs Siegerpodest

Diese Win-Win-Situation ist ZF in der Formel E ein weiteres Mal gelungen. Der Konzern entwickelte für die Boliden des in Monaco ansässigen Teams Venturi den E-Antrieb mit einer Maximalleistung von 250 Kilowatt. Er kommt seit dem Beginn der laufenden Saison 2018/2019 zum Einsatz, und Venturi-Pilot Edoardo Mortara fuhr mit ihm beim Rennen in Hongkong Anfang März 2019 den allerersten Formel-E-Sieg für das Team ein.
„Die Entwicklungsphase war höchst dynamisch“, erzählt Tobias Hofmann, bei ZF Projektleiter für den Formel-E-Antrieb. Wesentlicher Unterschied zu einem Serienprojekt: zahlreiche Variablen, kurzfristige Änderungen und Designschleifen. „Wesentliche Anforderungen für den Antrieb kamen erst spät – beispielsweise der 'Attack Mode', der dem Piloten zeitweise 25 Kilowatt Mehrleistung für Überholmanöver zur Verfügung stellt“, erinnert sich Hofmann.

Klar war hingegen das Hauptziel. Es ging um höchste Energieeffizienz – jede Wattsekunde zählte, denn seit der Saison 2019 verzichtet das Reglement der Formel E auf einen Fahrzeugwechsel in der Mitte des Rennens. Die Boliden müssen mit einer Batterieladung durchfahren. Und wie stets im Motorsport waren auch maximale Gewichtseinsparung sowie eine hohe Haltbarkeit gefragt. Immerhin müssen die Antriebskomponenten der Formel-E-Fahrzeuge die 13 Rennen einer Saison mit insgesamt über 5.000 Renn- und Qualifying-Kilometern durchhalten. Die Teams dürfen die Antriebskomponenten pro Fahrzeug nur einmal ersetzen, ein weiterer Tausch hat empfindliche Zeitstrafen zur Folge.
Auf den Stadtkursen wird die Technik der Fahrzeuge ans Limit gebracht.

Systemansatz: Lösung für die Boliden und Impulse für Serienfahrzeuge

Um all diese Ziele zugleich zu erreichen, spielte ZF seine Systemkompetenz aus. „Wir haben Materialwissen, Erfahrung in der Verzahnungstechnik sowie neueste Trends für die Leistungselektronik zusammengeführt. Nur deshalb konnten wir ein optimales Gesamtpaket entwickeln“, so Hofmann. Herausgekommen ist ein E-Antrieb, der ein extrem niedriges Gewicht hat und einen sehr hohen Wirkungsgrad erreicht. Unter den zahlreichen neuen Wegen, die das ZF-Team ging, erwies sich der Einsatz von Siliziumkarbid für die Leistungselektronik als besonders vielversprechend. Chipsätze aus Siliziumkarbid lassen sich zehnmal dünner auslegen als ihre aktuellen Pendants aus Silizium, was einen geringeren Innenwiderstand mit sich bringt. In der Folge steigen Wirkungsgrad und Reichweite der Fahrzeuge. Ebenso wären bei gleichbleibender Reichweite kleinere Batterien möglich, was Gewicht und Kosten sparen kann.
„Die Erfahrungen, die uns die Entwicklung des E-Antriebs für den Motorsport gebracht hat, werden wir auch für Serienprojekte nutzen können.”
— Tobias Hofmann, Projektleiter Formel-E-Antrieb bei ZF

Genau das ist auch für langsamere E-Mobile abseits der Rennstrecke interessant. Deshalb plant ZF, Leistungselektroniken mit Siliziumkarbid bald auch für Serienfahrzeuge anzubieten. Die Erfahrungen und Daten, die ZF nun in der Formel E sammelt, fließen direkt in die Weiterentwicklung dieser neuen Technologie ein. Ein neues Wicklungsverfahren für die E-Maschine zählt ebenfalls zu den Konzepten, die der Konzern zwar speziell für die Racing-Anwendung entwickelt hat, welche aber auch für Serienanwendungen weiterverfolgt werden. Sogar auf die Testanlagen hat sich die Entwicklung des elektrischen Motorsportantriebs positiv ausgewirkt. Weil der Racing-Antrieb dem idealen Wirkungsgrad von 100 Prozent sehr nahekommt, musste auch der Prüfstand hohe Anforderung an die Messgenauigkeit erfüllen. Das kommt nun auch der Erprobung der ZF-Vorserienprojekte zugute.

Eine der wertvollsten Erfahrungen für Hofmann ist der spezielle 'Mindset' in der Motorsport-Entwicklung: die aus der Notwendigkeit geborene Bereitschaft, unter Zeitdruck erfolgreich Grenzen zu überwinden und neue Wege zu gehen. „Das wird uns auch bei künftigen Serienprojekten helfen“, meint Hofmann. Systementwicklung mit vielen offenen Parametern gibt es auch bei den sogenannten New Automotive Customers - den neuen Anbietern von elektrischen Kleinbussen und Transportern, jenseits der heute bekannten Hersteller. Der Sportsgeist der ZF-Ingenieure wird sich so als Wettbewerbsvorteil für das Unternehmen ZF erweisen.

5000 Kilometer
Höchstbelastung bei Rennen und Qualifying muss ein E-Antrieb in der Formel E während einer Rennsaison ohne Ausfälle durchhalten.