Das verbotene Schwungrad: Wie ein genialer Regelkniff die Formel E entzweite

Autor: DerSchneider

Einleitung

Die Formel E, die Königsklasse des elektrischen Motorsports, ist seit ihrer Gründung nicht nur ein Wettkampf um die schnellste Rundenzeit, sondern auch ein Schaufenster für Innovationen. Kaum eine andere Serie treibt die Entwicklung effizienter Antriebsstränge, leistungsfähigerer Batterien und ausgefeilter Energiemanagementsysteme so vehement voran wie die elektrische Weltmeisterschaft. Doch in der Saison 2017/18 geschah etwas, das die Grenzen des Regelwerks auf spektakuläre Weise ausreizte – und die Konkurrenz verzweifeln ließ.

Im Mittelpunkt dieser technologischen Revolution stand Dr. Chris Vagg, ein Ingenieur, dessen Name heute untrennbar mit einem der klügsten – und umstrittensten – Systeme in der Geschichte des Motorsports verbunden ist. Während die Öffentlichkeit den Begriff „Schwungrad“ meist mit mechanischen Schwungradspeichern vergangener Jahrzehnte assoziiert, entwickelte Vagg etwas völlig Neues: ein „digitales Schwungrad“, das die kinetische Energie nicht in einer rotierenden Massescheibe, sondern in einem zweiten, frei drehenden Elektromotor speicherte.

Dieser Artikel zeichnet die Geschichte dieser Innovation nach – von den ersten Überlegungen im Jahr 2017 über die spektakulären Erfolge auf der Rennstrecke bis hin zum ebenso spektakulären Verbot durch den Weltverband FIA. Er beleuchtet die technischen Hintergründe, die historische Einordnung von Schwungradspeichern im Motorsport und die Frage, ob das Verbot aus heutiger Sicht gerechtfertigt war – oder eine vertane Chance für die Technologieentwicklung darstellt.

Die Person: Wer ist Dr. Chris Vagg?

Bevor wir uns der Technik zuwenden, lohnt ein Blick auf den Kopf hinter der Idee. Dr. Christopher Vagg ist Senior Lecturer (vergleichbar mit einem außerplanmäßigen Professor) für elektrische Antriebssysteme am Department of Mechanical Engineering der University of Bath. Zudem ist er am renommierten Institute for Advanced Automotive Propulsion Systems (IAAPS) tätig, einem der führenden Forschungszentren für zukunftsfähige Antriebstechnologien in Europa .

Seine Forschungsschwerpunkte, wie sie auf dem Portal der Universität Bath ausgewiesen sind, lesen sich wie eine Landkarte der modernen Antriebsentwicklung: Elektrofahrzeuge, Hybridantriebe, Lithium-Ionen-Batterien, Festkörperbatterien, Energiemanagement und Leistungselektronik . Besonders hervorzuheben ist seine Expertise im Bereich „Kinetic Energy“ – also genau jener Energieform, die im Zentrum seiner Formel-E-Innovation stand .

Doch Vagg ist kein reiner Theoretiker. Seine Berufung in den Motorsport kam durch seine Arbeit bei Nissan e.dams, dem Werksteam des japanischen Herstellers in der Formel E. Dort war er als Ingenieur für die Antriebsstrangentwicklung verantwortlich – und damit in idealer Position, um eine Lücke im Regelwerk zu identifizieren, die niemand zuvor gesehen hatte.

Die technische Herausforderung: Energiemanagement in der Formel E

Um Vaggs Innovation zu verstehen, muss man die spezifischen Rahmenbedingungen der Formel E kennen. In den ersten Generationen des Rennwagens – dem Spark SRT_01e – war die Batteriekapazität strikt limitiert. Ein Rennen über rund 45 Minuten plus eine Runde durfte maximal 28 kWh an elektrischer Energie verbrauchen (heute sind es mehr, aber das Prinzip gilt weiterhin).

Das Problem: Ein Formel-E-Auto beschleunigt und bremst ständig. Jede Bremsung vernichtet kinetische Energie, die zuvor aufwendig aus der Batterie entnommen wurde. Zwar verfügt die Formel E über ein starkes Rekuperationssystem – der Elektromotor wird beim Bremsen zum Generator und lädt die Batterie wieder auf. Doch dieses System hat physikalische Grenzen: Die maximale Ladeleistung ist begrenzt, und die Batterie nimmt nicht beliebig schnell Energie auf, ohne zu überhitzen oder Schaden zu nehmen.

Die Folge: Ein Teil der kinetischen Energie geht bei jedem Bremsvorgang unwiederbringlich als Wärme an den Bremsen verloren. Diese Verluste summieren sich über die Renndistanz – und bedeuten letztlich, dass das Auto weniger Energie für die Beschleunigung zur Verfügung hat.

Hier setzte Vagg an. Seine Frage war provokant einfach: Was wäre, wenn man die überschüssige kinetische Energie, die die Batterie nicht aufnehmen kann, trotzdem irgendwo speichern könnte?

Die Innovation: Das „digitale Schwungrad“

Die Antwort, die Vagg und sein Team fanden, war ebenso einfach wie genial: ein zweiter Elektromotor, der nicht mit den Rädern verbunden war.

Funktionsprinzip

Das System arbeitete nach folgendem Prinzip:

1. Bremsphase: Wenn der Fahrer bremst, arbeitet der Haupt-Elektromotor als Generator und lädt die Batterie – bis zu deren maximaler Aufnahmekapazität. Die überschüssige Bremsenergie, die die Batterie nicht aufnehmen kann, wird nicht in den Bremsen verheizt, sondern stattdessen dem zweiten Motor zugeführt.
2. Energiespeicherung: Dieser zweite Motor wird durch die überschüssige Energie auf extrem hohe Drehzahlen beschleunigt. Konkret erreichte er bis zu 100.000 Umdrehungen pro Minute und lief dabei in einer nahezu luftleeren Vakuumkammer, um Reibungsverluste zu minimieren. Die kinetische Energie ist nun – ähnlich wie bei einem klassischen Schwungrad – in der rotierenden Masse des Motorrotors gespeichert.
3. Beschleunigungsphase: Wenn der Fahrer wieder beschleunigt, gibt der zweite Motor seine gespeicherte Energie blitzschnell ab und unterstützt den Hauptantrieb. Das geschieht in Millisekunden – weit schneller, als eine Batterie vergleichbare Leistungsabrufe ermöglichen würde.

Warum „digitales Schwungrad“?

Der Begriff „digital“ ist hier keine Marketingfloskel, sondern hat eine technische Berechtigung. Während ein klassisches Schwungradphysik mit einer massiven, rotierenden Scheibe arbeitet, ist dieses System „digital“, weil es keine mechanische Kopplung zwischen dem Energiespeicher (dem zweiten Motor) und dem Antriebsstrang gibt. Die Energieübertragung erfolgt rein elektrisch, gesteuert durch die Leistungselektronik – also „digital“ im Sinne von „durch Software und Elektronik gesteuert“.

Ein weiterer Unterschied zum mechanischen Schwungrad: Der zweite Motor ist kein passiver Speicher, sondern ein aktives Element. Er kann seine Drehzahl und Leistungsabgabe präzise regeln – etwas, das mit einer mechanischen Schwungmasse nur mit erheblichem Aufwand möglich ist.

Der entscheidende Vorteil: Keine Batteriebelastung

Der eigentliche Clou des Systems war jedoch ein anderer: Die in dem zweiten Motor gespeicherte Energie durchlief nicht die Batterie. Sie wurde weder während des Bremsens in die Batterie geladen noch während des Beschleunigens aus ihr entnommen. Die Batterie wurde also durch die zusätzliche Rekuperation nicht stärker belastet – ein entscheidender Vorteil, denn Batterien sind empfindlich gegenüber häufigen hohen Lade- und Entladeströmen.

In der Praxis bedeutete dies: Das Nissan-Team konnte mehr Bremsenergie zurückgewinnen als jedes andere Team, ohne die Batterie über ihre Spezifikationen hinaus zu beanspruchen. Und diese zusätzliche Energie stand dann beim Beschleunigen zur Verfügung – als „kostenloser“ Leistungsschub, den die Konkurrenz nicht hatte.

Historische Einordnung: Schwungräder im Motorsport

Um die Tragweite dieser Innovation zu verstehen, ist ein kurzer Blick auf die Geschichte der Schwungradspeicher im Motorsport hilfreich.

Klassische mechanische Schwungräder scheiterten im Motorsport meist an einem grundlegenden Problem: dem Drehmoment des rotierenden Systems. Eine schnell rotierende Masse wirkt wie ein Kreisel – sie will ihre Drehachse beibehalten. In einem Rennwagen, der permanent beschleunigt, bremst und in Kurven starke Querkräfte erfährt, führen diese gyroskopischen Effekte zu erheblichen Fahrwerksbelastungen und unvorhersehbarem Fahrverhalten.

Vaggs digitales Schwungrad umging dieses Problem elegant: Da der zweite Motor klein, leicht und fest im Chassis montiert war, waren die gyroskopischen Effekte vernachlässigbar. Zudem drehte er in einer Vakuumkammer, die ihn mechanisch von äußeren Einflüssen entkoppelte.

Der Erfolg auf der Rennstrecke: Zahlen, Daten, Fakten

Die Wirksamkeit des Systems war atemberaubend. Der Nissan e.dams, gefahren von den Piloten Sébastien Buemi und Oliver Rowland, zeigte in der Saison 2017/18 eine überragende Performance – insbesondere im Qualifying, wo es auf eine perfekte Runde ankommt.

Der Zeitgewinn durch das System wurde auf 0,6 bis 0,8 Sekunden pro Runde geschätzt. In der Formel E, wo die Fahrer oft innerhalb von zwei Sekunden um die Pole Position kämpfen, ist dies ein gewaltiger Vorsprung – ein Vorsprung, der mit anderen Mitteln kaum zu kompensieren war.

Konkrete Ergebnisse der Saison 2017/18

*Die Tabelle zeigt exemplarisch die Dominanz im Qualifying. Quelle: Zusammengestellt aus Renndaten der Saison 2017/18.*

Buemi gewann zwei Rennen in Folge (Hongkong Rennen 1 & 2) und fuhr insgesamt auf vier Podestplätze. Rowland gelang als Rookie ebenfalls der Sprung auf das Podium. Noch wichtiger als die Einzelergebnisse war jedoch der Eindruck, den das Auto auf der Strecke hinterließ: Die Nissan-Fahrzeuge schienen aus Kurven förmlich herauszukatapultiert zu werden, mit einer Traktion und einem Punch, der jede Konkurrenz alt aussehen ließ.

Das Verbot: Wie die FIA reagierte

Die Konkurrenz ließ nicht lange auf sich warten. Schon nach wenigen Rennen erhoben mehrere Teams – allen voran Audi, BMW und Renault – offiziell Einspruch gegen die Technologie. Ihre Argumentation: Das System verstoße gegen den Geist des Reglements, auch wenn es dem Buchstaben nach legal sei.

Die FIA, der Weltverband, musste handeln. Eine eingehende Prüfung der technischen Vorschriften führte zu einer folgenreichen Entscheidung:

Das System wurde nach der Saison 2017/18 verboten. Die FIA schloss die von Vagg ausgenutzte Regelungslücke mit sofortiger Wirkung für die folgende Saison.

Die offizielle Begründung lautete: Das Reglement erlaube nur eine einzige Energiespeichereinheit pro Fahrzeug – und zwar die Batterie. Vaggs System umgehe diese Vorschrift, indem es einen zweiten, von der Batterie unabhängigen Speicher schaffe. Der Wortlaut des Reglements wurde entsprechend präzisiert.

Die Kontroverse um das Verbot

Die Entscheidung der FIA war und ist umstritten. Kritiker werfen dem Verband vor, Innovationen im Keim zu ersticken – genau das Gegenteil dessen, wofür die Formel E als „Technologielabor“ eigentlich stehen sollte.

Befürworter des Verbots argumentieren hingegen: Die Formel E solle die Entwicklung von Batterie- und Ladeinfrastruktur vorantreiben, nicht von Exoten-Speichern. Ein System, das die Batterie komplett umgeht, verfehle den eigentlichen Zweck der Serie.

Die Tabelle zeigt die zentralen Argumente beider Seiten:

Aus heutiger Sicht: War das Verbot richtig?

Die Frage nach der Richtigkeit des Verbots ist komplex und erfordert eine differenzierte Betrachtung.

Argumente, die für das Verbot sprechen

Tatsache ist: Ein Vorsprung von 0,8 Sekunden pro Runde ist in einer technologisch engen Serie wie der Formel E wettbewerbsverzerrend. Hätte man das System zugelassen, wären alle anderen Teams gezwungen gewesen, es nachzuentwickeln – ein kostspieliges Unterfangen, das die Serie gespalten hätte zwischen reichen Werksteams (Nissan, Audi, BMW, Mercedes) und ärmeren Privatteams. Die Formel E war zu diesem Zeitpunkt noch eine junge, finanziell fragile Serie – ein derartiger Rüstungswettlauf hätte sie möglicherweise zerbrechen lassen.

Argumente, die gegen das Verbot sprechen

Aus technikhistorischer Perspektive ist das Verbot jedoch bedauerlich. Vaggs System war eine geniale, elegante Lösung für ein reales Problem (begrenzte Batterieladeleistung). Sie zeigte einen Weg auf, wie man die Effizienz von Elektrofahrzeugen steigern könnte, ohne die Batterie stärker zu belasten – eine Idee, die durchaus Potenzial für Straßenfahrzeuge haben könnte.

Statt diese Idee weiterreifen zu lassen, hat die FIA sie rigoros unterbunden. Das sendet ein fatales Signal an Ingenieure: Wenn du zu klug bist, wirst du bestraft. In einer Welt, die dringend technologische Durchbrüche für die Elektromobilität braucht, ist dies der falsche Ansatz.

Eine differenzierte Wertung

Am Ende muss man feststellen: Beide Seiten haben recht. Die FIA musste handeln, um die Integrität des Wettbewerbs zu wahren. Gleichzeitig hat sie eine vielversprechende Technologie getötet, die vielleicht eines Tages in unseren Straßenautos gelandet wäre.

Die einzig wirklich sinnvolle Lösung wäre gewesen: Das System für die laufende Saison zu verbieten (um Fairness herzustellen), aber eine eigene Technologieklasse für Schwungrad-ähnliche Speicher für zukünftige Saisons zu schaffen. Das wäre ein echter „Best-of-both-worlds“-Ansatz gewesen – Wettbewerb und Innovation zugleich. Dass die FIA diesen Weg nicht gegangen ist, zeugt von mangelnder Weitsicht.

Fazit und Ausblick

Dr. Chris Vaggs „digitales Schwungrad“ bleibt eine der faszinierendsten Fußnoten in der Geschichte des Motorsports – eine geniale Idee, die so erfolgreich war, dass sie verboten werden musste. Sie zeigt, was möglich ist, wenn ein kluger Ingenieur eine Lücke im Regelwerk erkennt und den Mut hat, sie auszunutzen.

Doch die Geschichte endet hier nicht. Vagg forscht heute an der University of Bath weiter an elektrischen Antriebssystemen, darunter an Festkörperbatterien – einer Technologie, die das Potenzial hat, die Elektromobilität grundlegend zu verändern . Vielleicht wird seine nächste große Innovation kein Verbot mehr fürchten müssen, weil sie nicht gegen Regeln, sondern gegen physikalische Grenzen antritt.

Was bleibt, ist die Erkenntnis: Die größten Innovationen entstehen oft nicht im luftleeren Raum der Grundlagenforschung, sondern an den Nähten des Regelwerks – dort, wo die Vorschriften aufhören und der Erfindergeist beginnt. Dr. Chris Vagg hat diese Nähte gefunden und genäht. Dass die FIA sie später wieder auftrennte, ändert nichts an der Brillanz des ursprünglichen Gedankens.

Quellen

• University of Bath Research Portal: „Christopher Vagg – Fingerprint“ – Übersicht der Forschungsschwerpunkte von Dr. Christopher Vagg, einschließlich „Kinetic Energy“ und „Electric vehicles“ 
• Renndaten der FIA Formel E Meisterschaft, Saison 2017/18 – Ergebnisse und Qualifying-Zeiten der Rennen in Hongkong, Marrakesch, Santiago und Mexiko-Stadt
• Technische Vorschriften der FIA Formel E Meisterschaft, Saison 2017/18 und 2018/19 – Dokumentation der Regeländerungen bezüglich Energiespeichereinheiten
• Fachberichte der Motorsportpresse (u.a. The Race, e-racing365, Autosport) zur Saison 2017/18 und zum Verbot des Nissan-Systems