BMW bereitet sich auf die Umstellung von Luft- auf Wasserkühlung vor.

Neuheiten: BMW R 1250 LC BMW: Wassergekühlter Boxermotor

Was Porsche mit dem Sechszylinder-Boxer im Auto längst vollzogen hat, bereitet BMW jetzt beim Zweizylinder der R-Baureihe vor: Die Umstellung von Luft- auf Wasserkühlung. So könnte der neue Antrieb in einem Motorrad und im Detail aussehen.

Zeichnung: Stefan Kraft
BMW bereitet sich auf die Umstellung von Luft- auf Wasserkühlung vor.
BMW bereitet sich auf die Umstellung von Luft- auf Wasserkühlung vor.

Es gab sie mit Hubräumen von 473 bis 1170 cm³, mit stehenden und hängenden Ventilen, mit einer Nockenwelle, deren zwei oder sogar vier, die unten, in Halbhöhenlage oder oben lagen. Es gab sie mit zwei oder vier Ventilen pro Brennraum, mit Vergasern oder Einspritzung, mit geteiltem oder Tunnelgehäuse. Es gibt sie seit Herbst 1923, die Boxer von BMW.

Doch trotz der Vielfalt, die in fast 90 Jahren Motorentwicklung entstanden ist, haben alle bis heute in Serie gebauten BMW-Boxer eines gemeinsam: Sie sind luftgekühlt, strecken ihre Kühlrippen, vor allem ihre heiße Auslassseite, in den Fahrtwind und kommen ohne Wasserpumpe, Schlauchwerk, große Radiatoren und Ventilatoren aus. BMW-Insider deuten zwar schon länger an, dass die nächste Generation wassergekühlt sein wird, bleiben aber mit Datierungen völlig unbestimmt, zumal der Doppelnockenmotor von R 1200 GS, RT und R voll auf der Höhe der Zeit ist und so anreißt, wie noch kein Boxer vor ihm.

Zurzeit mehren sich erstmals die Hinweise darauf, dass der Wasserboxer näher bevorsteht, als bisher angenommen. Er wird sicher nicht in diesem und auch nicht im nächsten Jahr präsentiert, der luftgekühlte Motor wohl auch im Jahr 2013 nicht ganz aufgegeben. Doch die BMW-Ingenieure arbeiten fleißig am ersten serienmäßigen Wasserboxer der Firmengeschichte, daran kann es keinen Zweifel mehr geben. Die zeichnerische Virtuosität und das profunde technische Verständnis von Stefan Kraft helfen MOTORRAD dabei, diese Hinweise in sicht- und verstehbare, fast schon belebte Technik umzusetzen. Kraft, seit Jahrzehnten ein gefragter Designer, hat "seinen" Wasserboxer auch gleich in ein komplettes Motorrad eingebaut, nach BMW-Sitte zuerst in eine neue GS. Das bietet sich an, weil die Bauart eines solchen Motors einige gestalterische Veränderungen mit sich bringt, nicht nur wegen der Unterbringung des neuen Kühlsystems.

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Foto: BMW

Durch die Umstellung auf Wasserkühlung ist es nämlich erstmals möglich, den Einlasskanal direkt von oben in den Zylinderkopf münden, den Auslass direkt nach unten austreten zu lassen. Diese Anordnung hätte bei einem luftgekühlten Motor das hintere Auslassventil in den Windschatten verbannt und überlebensfeindlich hohen Temperaturen ausgesetzt. Und die Alternativen - entweder nur zwei Ventile pro Brennraum oder ein Dreiventiler mit zwei Einlassventilen und einem am Auslass - versprechen nicht genug Leistung. Denn deutlich mehr als der aktuelle DOHC-Boxer muss eine komplette Neukonstruktion schon bringen, und der ist in der GS-, RT- und R-Version für kräftig drehmomentgefütterte 110 PS gut, in der scharfen Version der HP2 Sport leistet er gar 133 PS. Auf diesem Niveau, aber unter strengeren Abgas- und Geräuschnormen und mit kostengünstiger Großserienbearbeitung der Zylinderköpfe, muss ein Wasserboxer aufsetzen. Der HP2-Sport-Motor braucht dafür noch teure CNC-gefräste Einlasskanäle und Brennräume.

Also Einlass oben, Auslass unten. Diese Anordnung könnte dank des Fallstroms leichte Vorteile in Sachen Höchstleistung bringen, darüber hinaus sorgt sie für mehr Bein- und Fußfreiheit. Denn bisher stößt der Fahrer nicht selten mit den Schienbeinen an die Drosselklappenkörper. Apropos Drosselklappe: Im Kraftschen Entwurf ist noch eine Saugrohreinspritzung vorgesehen, es ist jedoch auch denkbar, dass BMW die thermischen Reserven der Wasserkühlung für den Einsatz einer mager abgestimmten Direkteinspritzung nutzt, um Verbrauch und Schadstoffemissionen weiter zu reduzieren. Zusätzliche thermische Reserven benötigt ein solches Magermix-Konzept, weil durch die optimierte Gemischaufbereitung und Verbrennung besonders hohe Temperaturen entstehen und die Einspritzung von zusätzlichen Spritmengen allein zur Innenkühlung ja genau diesen Ansatz ad absurdum führen würde.

Was die MV Agusta F3 kürzlich wieder demonstriert hat und BMW bei der F 800-
Baureihe selbst praktiziert, wäre mit der neuen Lage von Ein- und Auslass auch für die Boxer-Baureihe möglich: die Verlagerung des Benzinvorrats in unmittelbare Nähe des Schwerpunkts und also auch bis unter die Fahrersitzbank. Die Airbox, generell ein leichtes Teil, säße dann unmittelbar hinter dem Lenkkopf; im Gegensatz zu einem Teil des Spritvorrats an dieser Stelle beeinträchtigt sie das Handling kaum.

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Foto: BMW

Sie lässt auch mehr Spielraum bei der Kühl- und Ansaugluftführung. Und noch einen Vorteil bringt der gegenüber aktuellen Boxern um 90 Grad versetzte Einlasstrakt. Die Steuerkette muss nicht in abenteuerlichen Windungen einen weiten Einlasskanal umkurven, wie es beim heutigen Boxer der Fall ist. Stattdessen kann sie mit nur zwei Umlenkungen ein Zahnrad antreiben, das wiederum die jeweils zwei Nockenwellen pro Zylinderkopf dreht. Dieses Zahnrad würde bei konventioneller Durchströmung des Zylinderkopfs von hinten nach vorn quer im Einlasskanal rotieren - eine unmögliche Lösung.

Viele Details des aktuellen Boxers, zum Beispiel die hohle Nebenwelle als Antrieb der unteren Nockenwellenkettenräder und die in ihr gegenläufig rotierende Ausgleichswelle, sind perfekt ausgeklügelt und funktionieren bestens - sie können bleiben, wie sie sind. Dass nach über 80 Jahren Einscheiben-Trockenkupplung auch einmal eine neue Bauart angesagt wäre, findet wahrscheinlich jeder, der schon einmal nach zwei scharfen Anfahrmanövern eine Nase voll BMW-Geruch nehmen durfte. Auch ein Getriebe mit separatem Gehäuse gehört heute nicht mehr zum Stand der Motorradtechnik. Schau‘n wir mal, was den Ingenieuren dazu einfällt.

Interview mit Hendrik von Kuenheim

Foto: BMW

Herr von Kuenheim, wie lange werden Sie am luftgekühlten Boxermotor festhalten?
Ich kann Ihnen versichern, wir werden am Boxer mit Luftkühlung noch Jahre festhalten.

Für wie viel mehr Leistung und Drehmoment hätte er noch Reserven?
Das kommt darauf an, was man haben will. Bei drehmomentorientierter Auslegung haben wir derzeit sicher ein Optimum erreicht. So gut, wie der noch sehr neue DOHC-Boxer für die GS, R oder RT, war noch nie ein Boxermotor zuvor. Ginge man in Richtung Leistungsorientierung, markiert der Motor der HP2 Sport die Spitze. Zwischen 110 PS und 133 PS ist alles denkbar.

Die neuen EU-Richtlinien zur Typzulassung sind noch längst nicht beschlossen, der luftgekühlte Boxer erfüllt also noch auf Jahre hinaus die gültigen Regularien. Welche Gründe könnten Sie dazu bewegen, die Einführung eines wassergekühlten Motors vorzuziehen?
Mit dem Boxer, wie er heute konzipiert ist, können wir auch die zukünftigen Grenzwerte bei Abgas und Geräusch einhalten. Es zwingt uns niemand zur Wasserkühlung.

Welche technischen Vorteile versprechen sich Ihre Ingenieure vom Wasserboxer?
Ein luftgekühlter Motor kommt bei Leistungssteigerung irgendwann thermodynamisch und bei einzelnen Werkstoffen ganz natürlich an physikalische Grenzen. Wasserkühlung bietet hier Vorteile, allerdings wäre ein höherer Aufwand für die Kühlung zu betreiben … Wie Sie wissen, bedeutet Aufwand meistens auch Gewicht. Deshalb überlegen wir uns schon sehr genau, was wir tun.

Ein solches Motorkonzept legt die Vermutung nahe, dass es in absehbarer Zeit eine sportlichere Variante der R 1200 GS geben könnte, analog zur Ducati Multistrada. Was meinen Sie dazu?
Wir hatten bereits exklusive, sportliche Ableger der GS im Programm: die HP Enduro und - wenn man den Kreis etwas größer zieht - die HP Megamoto. Beide Modelle haben genug Leistung, um sehr viel Fahrspaß zu bieten. Ich habe auch nicht den Eindruck, dass unsere erfolgreichen Boxer-GS-Modelle unbedingt noch mehr Leistung benötigen.

Was mögen Sie lieber? Die nostalgische Anmutung und die Schlichtheit luftgekühlter Motoren oder die technische Effizienz der wassergekühlten?
Neben rein technischen Randbedingungen kommt es mir sehr darauf an, was für ein Produkt man anbieten will. Den schmalsten Reihensechszylinder kann man mit Luftkühlung nicht bauen. Und der Motor der K 1600 oder der sehr kompakte Vierzylinder der RR gefallen mir auch wassergekühlt sehr gut. Ein Boxermotor sollte nie die Anmutung eines Industriemotors haben.

Die Boxer-Historie

Foto: BMW

Im Jahr 1923:

Der erste: Abgeleitet von den längs eingebauten Boxermotoren, die BMW an Victoria verkauft und in Helios-Motorräder eingebaut hatte, konstruierte Max Friz den ersten quer eingebauten Boxer für die R 32. Die stehenden Ventile wurden von einer Nockenwelle, die über der Kurbelwelle rotierte, über Stoßstangen betätigt. Die Ausrichtung der Kühlrippen entsprach noch nicht der neuen Einbaulage; sie stammte noch vom Vorläufer, dem M2-B15-Einbaumotor. Schon die R 37 von 1925 erhielt die nächste Evolutionsstufe mit hängenden Ventilen und längs verlaufenden Kühlrippen.

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Im Jahr 1955:

Der Motor der R 69 steht stellvertretend für eine ganze Reihe von Nachkriegs-Boxern mit einer untenliegenden Nockenwelle. Diese Bezeichnung geht davon aus, dass die Kurbelwelle als tiefster Punkt eines Motors definiert wird, unabhängig von seiner tatsächlichen Einbaulage. Nach dieser Logik ist "unten" unterhalb des Zylinderkopfs, obwohl die Nockenwelle durchaus hoch im Motorgehäuse liegt. Diese Bauart führte BMW mit der R 51/3 von 1951 ein; sie wurde bis 1969 beibehalten. Vor dem Zweiten Weltkrieg und bis zur R 51/2 hatte BMW sportliche Boxermotoren mit zwei untenliegenden Nockenwellen gebaut.

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Im Jahr 1969:

Die Boxer der /5er-Baureihe waren die ersten mit Gleitlagern für Kurbelwelle und Pleuel und auch die ersten, die im Berliner Werk produziert wurden. Je zwei Ventile pro Brennraum wurden über lange Stoßstangen und Kipphebel von einer Nockenwelle betätigt. Diese befand sich im doppelten Sinne "unten", nämlich unterhalb der Zylinderköpfe und unten im Gehäuse. Mit zahlreichen Detailänderungen, aber nach den gleichen Konstruktionsprinzipien, produzierte BMW diesen Motor bis zum Ende der Zweiventil-Ära im Jahr 1996, das mit einem limitierten Sondermodell, der R 80 GS Basic, begangen wurde.

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Im Jahr 1993:

Erstmals mit vier Ventilen pro Brennraum und mit Einspritzung stieß der völlig neu konstruierte Motor der R 1100 RS in ungewohnte Leistungsdimensionen vor: Er drückte 90 PS bei 7250/min, in der R 1100 S aus dem Jahr 2000 sogar 98 PS bei 7500/min. Wie alle Motoren seiner langen Ahnenreihe blieb er luftgekühlt; seine Zylinderköpfe mussten also von hinten nach vorn durchströmt werden, damit die thermisch hochbelasteten Auslassventilzonen direkt im Fahrtwind lagen. Nach einer Hubraumsteigerung von 1085 auf 1130 cm³ und mit Doppelzündung blieb dieser Motor bis einschließlich 2006 im Programm.

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Im Jahr 2004:

Der "Sportboxer" der R 1100 S hatte es überdeutlich gemacht: Mit rund 100 PS werden die Verbrennungsdrücke so hoch, dass selbst ein Motor mit perfektem Ausgleich der Massenkräfte kernig vibriert. Deshalb bekam der nunmehr 1170 cm³ messende Motor der R 1200 GS als erster BMW-Boxer eine Ausgleichswelle. Sie läuft innerhalb der Zwischenwelle, aber gegen deren Drehrichtung und gegen die der Kurbelwelle - eine clevere, platzsparende Anordnung. Bis zu 110 PS leistete dieser Motor - bei tadelloser Laufkultur. Ende 2010 musste er abtreten, als die R 1200 R den DOHC-Boxer erhielt.

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