Ein Besuch in den BMW-Windkanälen.

Reportage - Aerodynamik bei BMW-Motorrad

„Wir zählen jeden Tropfen“

Der cw-Wert ist bei Motorrädern kein zentrales Thema. Trotzdem ist die Aerodynamik extrem wichtig. Wind- und Wetterschutz, Akustik, Fahrstabilität – überall spielt der Luftstrom eine Rolle. Ein Besuch in den BMW-Windkanälen.

Es gibt Motorräder, bei denen man sicher sein kann, dass sie niemals einen Windkanal gesehen haben. Naked Bikes zum Beispiel. Spaß beiseite. Auch so mancher Allrounder und der eine oder andere Tourer dürften diese Einrichtung nur vom Hörensagen kennen, derart rauscht, rumpelt und tropft es hinter Verkleidungsoberteilen und Verkleidungsscheiben. Und zwar ganz unabhängig von der Scheibenstellung und Körpergröße. Turbulenzen, ganz egal, wohin der behelmte Kopf sich auch zurückzieht, sind ein sicheres Indiz dafür, dass hier zwar Designer, aber keine Aerodynamiker am Werk waren.

Denn eines der vorrangigsten Ziele dieser Spezialisten ist es, den Fahrer so in das System Motorrad zu integrieren, dass es an möglichst wenigen Ecken zieht, zerrt oder pfeift. Nicht nur aus Komfortgründen, sondern auch, weil möglichst wenig Angriffsfläche auch einen niedrigen Luftwiderstand bedeutet. Und das wiederum kommt der möglichen Höchstgeschwindigkeit zugute. Bei Supersportlern natürlich ein zentrales Thema. Ebenso wie der Abtrieb, der zwar etwas Speed kostet, aber Stabilität bringt. Man merkt schnell, das ist eine hochkomplexe Angelegenheit.

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Zielgerichtete Entwicklung erst seit 2010 möglich

So komplex, dass die Bayerischen Motorenwerke schon seit 1994 – dem Geburtsjahr der BMW R 1100 RT – eine eigene Abteilung für funktionale Entwicklung und funktionale Integration haben. Dort arbeiten Designer und Aerodynamiker quasi Hand in Hand. Zum Wohle des Fahrers und der Maschine, denn natürlich sind auch der Wetterschutz, die Kühlung des Motors und das punktgenaue Abführen der heißen Abluft ein zentrales Thema. Genau wie der mögliche Kontakt des Fahrers mit ebendieser Abluft. Bevor dem das Schienbein wegschmilzt, muss sich ein Designer eine neue Lösung einfallen lassen – auch wenn die alte noch so flott aussah.

Ein weites Feld also, das früher nur durch umfangreiche Fahrversuche beackert werden konnte – und daher eher nach dem Prinzip „Learning by doing“ funktionierte als durch gezielte aerodynamische Entwicklung und Grundlagenforschung. Letztere ist so zielgerichtet wie heute auch bei BMW erst seit 2010 möglich. Denn seitdem gibt es im riesigen Forschungs- und Innovationszentrum FIZ im Münchner Norden das Energie- und umwelttechnische Versuchszentrum und dortselbst neben dem Klimawindkanal und dem Thermowindkanal eben auch einen Umweltwindkanal, in dem sich nahezu alle Klimazonen der Welt und alle Wetterverhältnisse nachstellen lassen.

Projektabläufe haben sich verändert

„Früher mussten wir mit Sack und Pack in ein Warmland fahren, wenn wir wissen wollten, wie der Temperaturhaushalt bei 35 Grad funktioniert und ob der Fahrer bei dieser Hitze von der Motorwärme gegrillt wird“, erklärt Helmut Diehl, der Leiter Funktionale Entwicklung Karosserie bei BMW Motorrad.

„Das wäre bei den heutigen Projektabläufen schon zeitlich überhaupt nicht mehr möglich. Außerdem hatte man ja auch dort keine Wettergarantie, sondern Temperaturschwankungen, Wind und andere Umwelteinflüsse, welche sich auf die Ergebnisse auswirken. Hier im Umweltwindkanal können wir uns alles so einstellen, wie wir es brauchen.“

Lösungen werden gemeinsam entwickelt

Bedingungen wie im „Warmland“: Das heißt, im Windkanal in Münchens Norden stanzen auch im deutschen November BMW-Motorräder bei konstant 35 Grad ein Loch in den künstlich erzeugten Gegenwind. „Wenn das unter diesen Bedingungen funktioniert, hast du auch im Feld kein Problem“, erklärt Versuchsingenieur Armin Hirn. Kein Problem, das heißt: Der Temperaturhaushalt des Motors liegt unter allen Bedingungen im grünen Bereich, und der Dummy in üblicher Motorrad-Schutzbekleidung wird nirgends über Gebühr von der warmen Abluft gebraten.

„Zeigen unsere Sensoren 50 Grad an der Oberfläche der Schutzkleidung, ist das noch völlig okay. Bei 60 Grad nicht mehr, da müssen wir etwas tun“, so Hirn. Etwas tun, das heißt in erster Linie: sich mit den Designern und Technikern zusammensetzen und eine andere Lösung suchen. Das ist bei der Hitzeentwicklung an Maschine und Fahrer so, und das ist beim Wetterschutz nicht anders.

Wasser stammt aus den Münchner U-Bahn-Schächten

Wenn die BMWler es wollen, regnet es im Umweltkanal Bindfäden. Bildlich gesprochen, denn die Düsen für das Regenwasser sind vor und nicht über dem Motorrad positioniert. Das macht aber nichts, denn auch im täglichen Motorradleben kommt während der Fahrt das Wasser ja von vorne. Und natürlich von unten, weshalb das Laufband unter dem Motorrad bis zu einem Tempo von 250 km/h nicht nur die Luft unter dem Verkleidungskiel bewegt, sondern auch das Spritzwasser einer nassen Straße simuliert.

Apropos Spritzwasser: Es ist keineswegs einfaches Leitungswasser, das dort im Umweltwindkanal nach dem Motto „Viel hilft viel“ für sintflutartigen Regen sorgt, sondern kalkarmes Sickerwasser aus den Münchner U-Bahn-Schächten. „Das läuft ganz anders als kalkreiches Wasser aus der Leitung“, erklärt Hirn. „Und damit man auch sieht, wie es läuft, fügen wir das Kontrastmittel Zinopal hinzu.“ Das Ergebnis: siehe Bildergalerie.

10.000 gut gekühlte Prozessoren stehen zur Verfügung

„So zählen wir jeden Tropfen“, freut sich Toine Ruhe, der Leiter Karosserie-Entwicklung BMW Motorrad. Numerisch könne man das erst seit einem halben Jahr, vorher habe man sich auf den subjektiven Eindruck verlassen müssen. Will heißen: Die Truppe aus dem Umweltwindkanal weiß heute nach der simulierten Regenfahrt ganz genau, wie viel Wasser an welcher Stelle gelandet ist. Um zu wissen, wie viel Winddruck an welcher Stelle anliegt, brauchen sie in München – theoretisch – nicht einmal mehr den Windkanal. Da tun es, flapsig ausgedrückt, das Datenmaterial aus der Designabteilung und ein paar Computer. Etwas exakter: Es stehen mehr als 10.000 gut gekühlte Prozessoren gleichzeitig zur Verfügung, um zirka 100 Simulationen pro Motorradvariante durchzuführen.

Berechnungsdauer pro Simulation: 25 Stunden, trotz der gewaltigen Rechenleistung. Doch es lohnt sich, auch wenn die Lizenzkosten für die Simulationsprogramme für die gesamte BMW AG im siebenstelligen Euro-Bereich liegen. „Das hat die Windkanalzeit ungefähr halbiert“, erklärt Helmut Diehl. „Aber das könnten wir uns natürlich alleine, also ohne die Autos, niemals leisten.“ Kein Wunder also, dass die Rechnerzeiten ebenso hart umkämpft sind wie die im Windkanal. Pascal Ewerth, einer der Programm-Spezialisten, weiß davon ein Lied zu singen: „Bei einem Auto sitzen an jeder Ecke 20 Leute, da ist der Abstimmungsprozess beim Motorrad deutlich einfacher.“ Noch besser: Der Idealfall wie bei der BMW R 1200 RT, wo die Simulation punktgenau vorweggenommen habe, was der Windkanal später bestätigt hat. Nämlich, dass es passt.

Simulation, Windkanal und Fahrversuch

„Trotzdem gibt es viele Fahrzeuge, bei denen wir alle drei Tools, also die Simulation, den Windkanal und den Fahrversuch brauchen“, relativiert Helmut Diehl. Auch und gerade, wenn es um die Aeroakustik geht. Der Geräuschpegel im Mikrofon-bespickten Helm und dessen Qualität lassen sich nämlich mit keiner Simulation der Welt berechnen. „Da macht jedes Motorrad ein anderes Geräusch“, erklärt Gerhard Hafer im Akustik-Windkanal.

Der Luft- und Raumfahrt-Ingenieur beschäftigt sich seit Jahren mit der Aerodynamik und Windgeräuschentwicklung und hatte schon viel Krach um die Ohren. Die große BMW K 1600 GT ist mit hochgefahrener Scheibe und 83 dB(A) für ihn daher ein Hort der Ruhe. 83 dB(A) – sogar zwei weniger als im Lastenheft. Da haben Helmut Diehl und seine Truppe ganze Arbeit geleistet.

So funktionieren die Windkanäle

Die Technik. Nicht mehr taufrisch, aber immer noch up to date ist der Akustik-Windkanal an der Hanauer Straße. In dem 43 Meter langen und 15 Meter hohen Gebäude weht ein raues Lüftchen, wenn der im Durchmesser fünfeinhalb Meter großer Ventilator von 2638 PS angetrieben wird und Windgeschwindigkeiten von 255 km/h erzeugt. Hier werden vor allem Akustikwerte und Luftwiderstand ermittelt. Im deutlich neueren Umweltwindkanal (siehe Bildergalerie) geht es um Einflussgrößen wie Hitze, Kälte, Luftdruck und Niederschlag. „Die ganze Welt mit allen Klimazonen in einem Gebäude“ – so das Motto. Hier können es die Münchner sogar schneien lassen. Nicht nur zur Winterzeit.

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