MOTORSPORT

Dr. Peter Schöggl ist bei der Firma AVL als Leiter der Produktlinie ‚Racing’ im Bereich ‚Powertrain Engineering’ tätig.

Dr. Peter Schöggl ist seit 1996 in der Grazer Zentrale der Firma AVL List GmbH als Leiter der Produktlinie ‚Racing’ tätig. Er ist verantwortlich für die Rennsportaktivitäten im Geschäftsbereich ‚Powertrain Engineering’. AVL ist laut der firmeneigenen Website „das weltweit größte private und unabhängige Unternehmen für die Entwicklung von Antriebssystemen mit Verbrennungsmotoren und Mess- und Prüftechnik“.

Nicht nur Formel 1-Teams, sondern auch jene aus der NASCAR-Serie oder der Formel 3 gehören zu den Kunden von AVL – die Firma beliefert die Rennställe mit hochmodernen Prüfständen und Simulationswerkzeugen.

Dr. Schöggl verfügt über ein ungeheures Insiderwissen – so hatte er auch Einsicht in die Ergebnisse der „Arbeitsgruppe Überholen“, die im Windkanal die aerodynamisch abgerüsteten, überholfreundlicheren Boliden für 2009 erarbeitete. Gerade weil Dr. Schöggl quasi die „technische Intimsphäre“ der Formel 1 kennt, muss er verständlicherweise auf höchste Diskretion achten.

Im Gastgarten des Wiener Lokals Concordia nahm sich Dr. Schöggl die Zeit, um in aller Ruhe unsere Fragen zu beantworten. Der erste Teil des Gesprächs dreht sich um die heutzutage übliche Prüfstandarbeit in der Formel 1 und die Folgen der „Motoreneinfrierung“…

Michael Noir Trawniczek (MNT): Die Firma AVL entwickelt für die Formel 1 Software, um verschiedene Simulationen vorzunehmen…

Nicht nur für die Formel 1 - grundsätzlich ist AVL die größte Firma für die Entwicklung von Verbrennungsmotoren, für die Herstellung von Prüf- und Mess-Systemen und für Simulationswerkzeuge. In diesem Bereich ist AVL die größte Firma weltweit in Privatbesitz, mit mehr als 4.200 Mitarbeitern weltweit, davon arbeiten knapp 2.000 in Graz. Ein Teil unserer Aufgaben ist der Motorsport – dort arbeiten wir für mehrere Rennserien, nicht nur für die Formel 1, sondern auch in der NASCAR und in der Formel 3.

MNT: Kann man das vergleichen mit Magneti Marelli?

Nein, Magneti Marelli liefert Steuergeräte und elektrische Komponenten für Fahrzeuge. Die AVL produziert über die AVL-Schrick Tochter mechanische Bauteile wie Zylinderköpfe oder Nockenwellen, über unsere Instrumentation Group verkaufen wir hochdynamische Prüfstände, fast alle Formel 1 Teams setzen diese Prüfstände ein. Und wir verkaufen Simulationswerkzeuge – damit können die Teams das gesamte Fahrzeug voroptimieren.

Für ein gewisses Rennen beispielsweise. Ein Formel 1-Auto hat ungefähr 300 Parameter, an denen man drehen kann. Die Fahrwerksfeder vorne links, die Fahrwerksfeder vorne rechts, die Flügelstellung, und so weiter. Man muss das Getriebe auf die jeweilige Strecke übersetzen, man muss das Motor-Mapping anpassen – wie gesagt: Das gesamte Formel 1-Auto hat ungefähr 300 Einstellmöglichkeiten.

Allein wenn man einen Stoßdämpfer ansieht – der hat wiederum verschiedene Einstellmöglichkeiten. Den können Sie in der Zugstufe verstellen, und in der Druckstufe – und dann können sie ihn noch in der schnellen und in der langsamen Stufe verstellen. Und jeder dieser Stufen hat 14 Klicks. So kommen Sie bei zwei Stoßdämpfern schon auf mehrere Millionen Einstellmöglichkeiten. Wenn man jetzt bedenkt, dass man nicht nur die Stoßdämpfer, sondern auch die Federn und vieles mehr hat – so ist das mit der richtigen Einstellung ungefähr wie im Lotto.

MNT: Also geht es bei Ihrer Arbeit nicht nur um die Motoren-, sondern auch um Fahrwerks-Simulationen?

Ja, es geht um den Motor und das Fahrwerk - aber auch um die Reifen und die Aerodynamik. Wir haben ein Simulationswerkzeug entwickelt, mit dem man wirklich jeden Teil eines Formel 1-Fahrzeugs optimieren kann. Dann dreht man halt virtuell am Computer seine Runden – die guten Teams drehen tausende von Runden komplett virtuell am Computer…

MNT: Also keine Fahrsimulation, wo ein Pilot am Steuer eines Simulators sitzt, sondern eine reine Simulation, oder?

Ja, da wird alles simuliert, auch der Fahrer.

MNT: Auch die Unregelmäßigkeiten eines Piloten?

Ja, die kann man eingeben. Ich würde nicht von Unregelmäßigkeiten sprechen, ich würde es Fahrstil nennen. Jeder Fahrer hat einen eigenen Stil – wie er bremst, wie er lenkt, wie er Gas gibt. Wie er reagiert, wenn das Auto über- oder untersteuert – das macht jeder Fahrer anders. Und das kann man auch in ein Simulationsmodell integrieren.

motorline.cc-Redakteur Michael Noir Trawniczek.

MNT: Indem man Recordings, also Datenaufzeichnungen, die es von ihm gibt, heranzieht und Tendenzen herausrechnet?

Ein einfaches Beispiel: Das Auto bricht hinten aus und der Fahrer reagiert mit Gegenlenken. Jetzt kann ich eine Response-Zeit eingeben – wie lange braucht der Fahrer, um zu reagieren und wie schnell lenkt er gegen? Ich kann aber auch die Intensität einstellen, mit der er dagegen lenkt. So kann ich ein Modell erarbeiten, dass den Fahrer ziemlich genau simuliert. Dann beginne ich, das Auto um den Fahrer herum zu justieren – für gewisse Rennstrecken.

Zum Beispiel Spa-Francorchamps – ich optimiere, fahre 500 Runden in Spa und ändere während dieser 500 Runden Getriebeübersetzungen, Federn, Reifen, Flügel. Dann habe ich ein Setup für Spa – das funktioniert aber nur, wenn es trocken ist. Und vielleicht auch nur am Samstag, wenn der Grip so und so hoch ist. Am Freitag ist der Grip aber sagen wir um sieben Prozent weniger, dann muss ich wieder das Setup optimieren – für den Samstag-Grip.

Da muss ich dann die Ingenieure davon überzeugen, dass die Lösung, die sie am Freitag hatten, mit der sie vielleicht sogar Schnellste waren, am Samstag nur noch den zehnten Platz liefert. Das glaubt nämlich keiner – weil sie sagen: ‚Jetzt waren wir eh die Schnellsten, jetzt behalte ich dieses Setup!’ Und das sind also jene Werkzeuge, die wir anbieten.

MNT: Nehmen wir zum Beispiel einen Formel 1-Motor – wenn ich den simuliere: Der kriegt doch im realen Leben Schläge ab, wenn ich über die Randsteine räubere, auf Bodenwellen und so weiter…

Die werden auch simuliert.

MNT: Rein virtuell oder auch mechanisch?

Wovon wir bisher gesprochen haben, war rein virtuell, dass ist die billigste Variante. Billig deshalb, weil nichts kaputt werden kann. Die nächste Steigerung ist, dass man das, was man zuvor in der Simulation gefunden hat, auf Prüfständen testet. Es gibt auch einen Getriebeprüfstand, wo in Wirklichkeit nur das Getriebe auf dem Prüfstand steht – und dann hat man zwei Elektromotoren: einen am Eingang und einen am Ausgang vom Getriebe. Der eine simuliert den Motor, der andere simuliert das Auto. Jetzt glaubt das Getriebe, es fährt ein Rennen in Spa-Francorchamps.

Oder ich habe nur einen Motor am Prüfstand – und dazu eine Maschine, die den Rest des Autos simuliert. Das wird aber natürlich teurer als die rein virtuelle Variante. Es ist zwar viel günstiger als wirklich zu fahren – aber immerhin, ein Motor ist nach 1.400 Kilometern auch kaputt.

Das macht man eben – heute machen es die guten Teams so, dass sie tausende Runden völlig virtuell am Computer simulieren und dann etwa 100 Runden auf Motorenprüfständen. Während dieser 100 Runden wird alle fünf bis zehn Runden irgendetwas geändert. Da fahre ich fünf virtuelle Runden und noch während der Fahrt spiele ich beispielsweise das nächste Motoren-Mapping rein oder verändere Setup-Einstellungen am Auto – so kann ich dann feststellen, dass sich zum Beispiel in Runde 9 die Rundenzeit verändert und dergleichen.

Man hat noch einen zweiten Effekt: Wenn der Motor diese 100 Runden überlebt, wird er danach zerlegt und analysiert. Da gibt es Verschleißuntersuchungen von Teilen. Man überprüft die Lager, man begutachtet das Motoröl. Da stellen sich Fragen wie: Befinden sich Fremdkörper im Öl? Wie ist das Kolbenspiel?

MNT: Und bei diesen Untersuchungen ist AVL auch im Spiel?

Diese Untersuchungen machen die Teams meistens selbst – wir liefern ihnen dazu die Prüfmethoden.

MNT: Die wiederum auch eine Software benötigen, nicht wahr?

In der Regel benötigen die eine Software. Das gleiche Simulationsmodell, von dem wir gesprochen haben, wird auch danach eingesetzt. Nur schneide ich halt, wenn ich zum Beispiel einen Getriebeprüfstand habe, das virtuelle Getriebe heraus und ersetze es durch das wirkliche Getriebe. So einfach ist das. Man dreht pro Rennen wie gesagt rund 100 solcher Runden.

MNT: Man versucht sich also auf alle möglichen Um- und Zustände einzustellen…

Naja, man kann nicht alle Möglichkeiten einstellen. Ein Beispiel: In Hockenheim hatten wir das bereits - dass es auf der Westseite regnet und auf der Ostseite ist es trocken. Wenn man beginnen würde, auch solche Dinge zu berücksichtigen, dann würde man wohl verrückt werden. Man macht die Grip-Änderungen, man macht ein Regen-Setup – man kann ja oft nur weil es gerade ein bisschen regnet nicht sofort reinkommen und Reifen wechseln – man muss schon wissen, ob das Auto überhaupt fahrbar ist, wenn es regnet…

Wie kann mittels modernster Prüfstandtechnik ein Motorschaden analysiert und verhindert werden?

MNT: Jetzt hatte beispielsweise Ferrari im Sommer diese beiden Motorschäden in kurzer Zeitspanne, die der Scuderia Sorgen bereitet haben. Kommt in einem solchen Fall dann Ferrari zu Ihnen und sagt: ‚Wir müssen jetzt unbedingt am Prüfstand alle Möglichkeiten durchspielen, damit das ja nicht mehr passiert!’ Wird dann speziell für dieses Problem von Ihnen eine Software geschrieben? Oder wie kann man sich das vorstellen?

Software ist dafür nicht unbedingt eine neue zu schreiben. Ferrari wird das Problem nachstellen und genauestens analysieren, wodurch der Schaden entstanden ist - wenn das ein Teil ist, den sie selbst hergestellt haben. Oder man wird mit den Partnerfirmen, welche die Teile liefern, eine Taskforce gründen und in einem Spezialfall dieses Problem analysieren. Unter Umständen wird man versuchen, den Vorgang auf den Prüfständen nachzustellen – um so schnell wie möglich Lösungen zu finden, wie man das Problem beheben kann.

MNT: Ich nehme einmal an, dass es in der Praxis so sein könnte, dass jeder die Schuld auf den anderen schieben will?

Nein, das ist nicht so. Wenn ein Teil bricht, ist es eigentlich völlig egal, wer schuld ist. Alle, die an dem Projekt beteiligt sind, sind ausgefallen.

MNT: Man hat dann ja die Recordings von jenem Rennen oder Rennwochenende, an dem so ein Motorschaden vorgefallen ist – spielt man dann diese Recordings immer wieder ab, um der Ursache auf den Grund zu gehen?

Man muss zunächst einmal herausfinden, warum der Teil gebrochen ist – und das erkennt man unter Umständen nicht an den Datenaufzeichnungen. Es gibt Motorschäden, die sich ankündigen. Entweder geht der Öldruck verloren oder die Öl- oder Wassertemperatur steigen. Es hat sich beispielsweise irgendwann einmal die Kühlluftzuführung verstopft oder der Boxenstopp hat zu lange gedauert, wodurch die Wassertemperatur kurz in einen kritischen Bereich kam. Dann weiß ich jedenfalls, dass es einen Auslöser für das Problem gab.

Es gibt aber auch Strukturbrüche, zum Beispiel am Kolben – und so etwas kündigt sich nicht an. Da findet man nicht einmal eine Zehntelsekunde vor dem Schaden einen Hinweis – plötzlich ist der Kolben zerbrochen. Dann hat man folgendes Problem: Wenn so ein Kolben zerbricht, bricht meistens auch das Pleuel, oder auch die Kurbelwelle, der Kopf – sodass man unter Umständen gar nicht so genau sagen kann, von wo dieser Schaden ausgegangen ist. Ein kaputter Motor ist unter Umständen so kaputt, dass man nicht so einfach den Auslöser erkennen kann.

MNT: Kann man dann quasi virtuell in den Motor reingehen und sagen: Ich bin jetzt das Pleuel oder ich befinde mich im Pleuel und ich schaue jetzt einmal: Wie ist die Temperatur? Und so weiter…?

Also das Pleuel selbst ist thermisch ein nicht so sehr belasteter Bauteil. Das Pleuel wird eher von der Schmierung und von der Festigkeit her belastet, von den anderen beiden Seiten – und schon auch von Vibrationen, dass es also irgendwie kraftgeschädigt wurde. Aber es ist nicht so einfach, hier eine Lösung zu finden.

Vor allem: Man glaubt dann eine Lösung zu haben – aber ob es letztendlich wirklich die Lösung ist - selbst wenn man es glaubt - zeigt oft erst das nächste Rennen. Da ist man dann schon sehr nervös. Man kann sich dann vielleicht auch drei oder vier Lösungen überlegen – wissend, dass wahrscheinlich nur eines das echte Problem war. Aber sicherheitshalber – denn ich habe nicht die vier Rennen Zeit, dass ich dann womöglich beim vierten Rennen draufkomme, dass es die vierte Lösung war. Ich könnte mehr Öldruck fahren, ich könnte das Spiel in den Lagern ändern, ich könnte die Wärmebehandlung vom Pleuel ändern.

Oder noch ein Beispiel: Man spritzt immer mit Öl auf die Kolben – und ein bisschen etwas geht auch auf das Pleuel. Ich könnte also die Richtung der Spritzdüsen so ändern, dass ich halt auch das Pleuel ein bisschen mit schmiere und kühle.

MNT: Dürfte man das vom Reglement her überhaupt?

Ja, das geht schon. Wenn etwas kaputt wird, kann man solche Änderungen durchführen. Was man in einem solchen Fall machen würde – und ich sage jetzt ganz bewusst Dinge, die auf Ferrari nicht zutreffen: Man kann durchaus drei bis vier Änderungen gleichzeitig machen – einfach nur um sicher zu gehen. Es kann aber auch sein, dass diese Änderungen dann 5 PS kosten – aber das nimmt man dann in Kauf.

MNT: Kann es sein, dass Ferrari beim letzten Motoren-Update auf irgendeinem Gebiet zu optimistisch war?

Das ist eine Frage, in der ich nicht zu sehr ins Detail gehen darf – aus Geheimhaltungsgründen. An und für sich gibt es ein Design-Freece – das heißt: Die Motoren, wie sie jetzt gefahren werden, wurden bei allen Teams am 31. März eingefroren.

MNT: Aber wenn man Sorgen hat, dass etwas bricht, darf man ja etwas ändern – und da kann man ja im Zuge dieser Änderungen auch etwas so mit ändern, dass man daraus ja vielleicht doch einen kleinen Performancegewinn ziehen kann?

Die FIA ist nicht dumm. Die FIA weiß schon ganz genau, was man ändert…

motorline.cc-Stargastautor Helmut Zwickl.

Helmut Zwickl (HZ): Diese Änderungen werden auch an alle anderen Teams verschickt.

Es werden alle anderen Teams über die Änderungen informiert. Und wenn jemand Bedenken hätte – dass diese Änderungen also nicht nur die Lebensdauer, sondern auch die Leistung beeinflusst…

HZ: …dann würden sie sofort Einspruch erheben.

Ja, dann könnte ein Einspruch eingelegt werden oder aber es könnte jemand fordern, dass er diese Änderungen ebenfalls durchführen möchte. Das ist momentan ziemlich transparent.

HZ: Bei Ferrari ist dann ja ein Materialbruch die Ursache gewesen...

Schon – zum Teil wird das Material eingesetzt, das schon seit zwei oder drei Jahren im Einsatz war. Da sind Teile gebrochen, die zwei oder drei Jahre lang nicht gebrochen sind. Im Prinzip sind die Motoren, wie sie jetzt eingesetzt werden, schon länger im Spiel. Aber es kann schon einmal etwas passieren – in zwei, drei Jahren erzeuge ich hunderte von Teilen, dann gab es halt einmal beim 640. Teil ein Problem, aus irgendeinem Grund. Weil es bei der Materialherstellung Probleme gab, weil beim Transport irgendwas passiert ist oder was auch immer. Und das herauszufinden, ist unheimlich schwierig.

HZ: Oder eben, dass eine ganze Lage von Teilen einen Produktionsfehler aufweist und dann genau diese Teile in den jeweiligen Motoren gelandet sind…

Ja, das kann sein. Das ist ein Riesenproblem – wenn es eine ganze Charge ist, stellt sich die Frage, wie ich so schnell neue Teile herbekomme? Wie kriege ich für das übernächste Rennen andere Teile her? Ich meine, möglich ist alles, aber… - vor allem steht dann alles andere.

MNT: Also haben Sie schon gemerkt, dass man bei Ferrari ziemlich besorgt war wegen der Motorschäden?

Ich persönlich habe es nicht zu spüren bekommen - aber es ist so üblich, dass alle fürchterlich im Kreis rennen, wenn etwas passiert.

MNT: Und das alles, obwohl das Motorenreglement eingefroren wurde, aus Kostengründen. Auf Ihre Firma dürfte das aber keinen Einfluss ausgeübt haben – denn es wird trotzdem fleißig simuliert und das wahrscheinlich rund um die Uhr, nehme ich an…

Naja, das spürt man schon. Wenn die Motoren ‚eingefroren’ sind, wird weniger Entwicklung betrieben. Und zwar Grundsatzentwicklung. Früher hat man halt immer wieder nach etwas Neuem gesucht, während der Saison.

Da ist der Kolben während der Saison drei oder vier Mal geändert worden – oder andere Teile. Die mussten natürlich getestet werden – das fällt jetzt eigentlich weg. Das Interessante an den letzten Formel 1-Jahren war, dass die Leistung, die richtige Motorleistung, eigentlich während der Saison gefunden wurde.

Über die Winterpause hat man meistens gar nicht so viel gefunden – denn während der Saison hatte man den Vorteil, auch bei Rennbedingungen zu fahren – das fällt jetzt weg. Das ist eingefroren.

Das heißt schon, dass weniger am Prüfstand getestet wird. Das heißt jetzt allerdings nicht, dass wir weniger Prüfstände verkaufen – aber es bedeutet zum Beispiel, dass Zulieferfirmen wie Mahle oder Pankl sicherlich weniger Teile verkaufen. Der Sinn des Kostensparens ist schon eingetroffen. Die Firmen haben zum Teil massiv Leute abgebaut.

HZ: Weil weniger Motoren im Umlauf sind.

Weil weniger im Umlauf sind und weil keine mehr konstruiert werden. Wenn keine mehr konstruiert werden, dann brauchen keine mehr gefertigt werden und wenn keine mehr gefertigt werden, dann brauchen auch keine mehr getestet werden. Und das ist viel.

HZ: Aber das ersparte Geld wird ja sofort umgeschifft und in anderen Bereichen eingesetzt. Dann arbeitet man noch mehr im Windkanal oder man nimmt einen dritten Windkanal dazu…

Naja, mehr als 24 Stunden am Tag kann niemand arbeiten.

HZ: Oder man kauft noch mehr Computer, lässt Computer bauen…

Ja, wobei das eine billigere Variante ist. Aber auf der Motorenseite haben die Sparmaßnahmen wirklich zu einer Kostenreduktion geführt.

HZ: Und wie groß war diese Einsparung? In Prozent?

Das kann ich nicht genau sagen. Ich weiß, dass teilweise viele Leute weg gegangen sind, dass viele Leute gekündigt wurden oder dass sie gewechselt haben. Bei einigen Teams sind Leute in die Serie gegangen.

Im zweiten Teil des Gesprächs (ab Freitag auf motorline.cc) mit Dr. Peter Schöggl geht es um das neue Energierückgewinnungssystem KERS, die Boliden der Generation 2009 und künftige Motorenkonzepte. Werden die Rennen dank KERS an Spannung und Dramatik gewinnen? Wird mit den aerodynamisch abgerüsteten Boliden das Überholen erleichtert? AVL hat bereits Simulationen durchgeführt, Dr. Schöggl weiß die Antworten auf diese Fragen…