Technik: Aerodynamik- und Akustikvergleich Hart am Wind

Zweiradfahren ist generell eine windige Angelegenheit. Wie hart der Fahrer am Wind segelt, hängt jedoch vom Maschinenkonzept ab. MOTORRAD hat es am Beispiel eines Supertourers, eines Supersportlers und eines Naked Bikes untersucht.

Foto: fact
Im Wind- und Akustikkanal wurden drei Bike-Typen getestet.
Im Wind- und Akustikkanal wurden drei Bike-Typen getestet.
Gespenstische Ruhe umgibt den Tester, der im schallisolierten Raum des Akustik-Windkanals von BMW auf dem Motorrad kauert. Plötzlich kündet ein laues Lüftchen davon, dass das 3000-PS-Gebläse seine Arbeit aufgenommen hat. Sukzessive wächst die sanfte Brise zum tosenden Orkan. Mit verschiedenen Motorradtypen und zwei unterschiedlich großen Fahrern wiederholt sich das Szenarium ein ums andere Mal. Quasi ein Heimspiel hat der opulente Superttourer von BMW, die K 1200 LT, denn
ihre Schale wurde direkt vor Ort entwickelt. Für die Zunft der Supersportler nimmt die Kawasaki ZX-10R den Kampf mit den Elementen auf, während die Yamaha XJR 1300 die Kategorie der Naked Bikes vertritt.
Dass ein großer Tourer dem Fahrtwind mehr Widerstand entgegensetzt als ein vollverkleideter Supersportler, ist klar. Ebenso, dass der Supertourer dem Fahrer ungleich mehr Windschutz bietet als ein unverkleidetes Motorrad. Doch der Fahrtwind
übt auf Motorrad samt Reiter eine Menge anderer Einflüsse aus. Wie ist es um die Akustik oder Fahrstabilität der verschiedenen Motorradkategorien bestellt? Sind kleine Fahrer gegenüber großen in Sachen Aerodynamik wirklich immer im Vorteil? Ist ein verkleidetes Motorrad stets leiser als ein unverkleidetes? Fragen über Fragen, die MOTORRAD auf dem aerodynamischen Prüfstand und in der Praxis untersuchte.
Um die aerodynamischen Qualitäten der Motorräder messtechnisch zu beschreiben, ermittelten Waagen in den drei räumlichen Ebenen die Kräfte, die bei einer Windgeschwindigkeit von 160 km/h entstehen. Aus ihnen lassen sich der Luftwiderstand sowie der Auftrieb an Vorder- und Hinterrad ermitteln. Und aus dem Luftwiderstand sowie der Stirnfläche lässt sich der
cw-Wert errechnen, der angibt, wie windschlüpfig ein Körper geformt ist. Die größten Unterschiede zwischen den drei Probanden ergeben sich bereits augenscheinlich in der Stirnfläche. Mit einem 1,72 Meter großen Fahrer, die Scheibe komfortorientiert in mittlerer Position justiert, setzt die BMW K 1200 LT dem Fahrtwind eine Fläche von mehr als einem Quadratmeter entgegen. Die Kawasaki stanzt ein Loch von lediglich 0,62 m2 in die Luft. Bei beiden ändern sich die Werte durch Zusammenkauern des Fahrers nur minimal. Anders bei der Yamaha XJR 1300. Je nach Sitzposition des Piloten variiert die Stirnfläche zwischen 0,72 und 0,81 m².
Ein überraschendes Ergebnis brachte die Bestimmung der
cw-Werte. Die dicke K 1200 LT mit der steilen Scheibe steht mit einem Wert von 0,57 der schlanken, aggressiv in den Wind geduckten Kawasaki ZX-10R aerodynamisch gerade mal fünf Prozent nach. Die Aerodynamiker von BMW haben offensichtlich ganze Arbeit geleistet. Ins Hintertreffen gerät, wie erwartet, die Yamaha XJR 1300. Mit zusammengefaltetem Fahrer liegt sie zwar erstaunlicherweise auf dem Niveau der BMW, sitzt er jedoch aufrecht, fällt sie mit einem cw-Wert von 0,8 weit zurück.
Was bedeutet das in der Praxis? Für eine Geschwindigkeit von 200 km/h muss die BMW zur Überwindung des reinen Luftwiderstands ohne sonstige Fahrwiderstände 82 PS mobilisieren, die Kawasaki lediglich 47. Bei der Yamaha verlangt der Fahrtwind vom Motor je nach Haltung des Piloten zwischen 65 und 80 PS für 200 km/h. Gravierende Unterschiede, die sich nicht nur auf das Fahrverhalten, sondern auch auf den Verbrauch auswirken.
Und welchen Einfluss haben unterschiedlich große Fahrer in diesem Spiel? Nach der ersten Messreihe mit einem 1,72 Meter kleinen Piloten stemmt sich der 1,88 Meter große Vergleichsfahrer gegen den Orkan. Er fährt die Scheibe der BMW ebenfalls hoch, bis sich optimaler Windschutz einstellt – bei ihm ist sie etwa zwei Drittel ausgefahren. Trotzdem steigt der Luftwiderstand lediglich um ein Prozent. Diese minimale Differenz zwischen den beiden Fahrern ergibt sich auch bei der Kawasaki in zusammengefalteter Position. Und das, obwohl der große Fahrer die Ellenbogen nicht vor, sondern neben seinen Knien einsortiert, die Umströmung seines Körpers also eher günstiger zu sein scheint. Sechs Prozent beträgt der Unterschied dagegen bei normaler Sitzposition – die Stirnfläche nimmt dann sichtbar zu. Bei der Yamaha liegen die Unterschiede sowohl bei sitzendem als auch liegendem Fahrer
bei je zwei Prozent. Fazit: Während die Fahrergröße bei der BMW keine große Rolle spielt, muss der Lange bei der Kawasaki
und Yamaha die Drosselklappen weiter öffnen, um mit dem Kurzen mitzuhalten.
Was freilich viel weniger bedeutsam ist als der Einfluss des Winds auf die Fahrstabilität. Der Winddruck wirkt als Kraft auf die gesamte Frontfläche. Sie verursacht ein Drehmoment um die Querachse des Motorrads, welches das Vorderrad ent- und das Hinterrad belastet. Unter der veränderten Radlastverteilung leidet die Fahrstabilität vor allem bei höheren Geschwindigkeiten.
Bei der riesigen BMW wird bereits bei 160 km/h das Vorderrad um 17 Kilogramm entlastet, was bei einer gesamten Radlast von 196 Kilogramm fahrdynamisch allerdings nicht sonderlich ins Gewicht fällt. Dabei genießt der Fahrer der K 1200 buchstäblich die Ruhe im Auge des Hurrikans, während die Elemente um ihn herum toben. Bei höheren Geschwindigkeiten drückt die hinter dem Fahrer sich einrollende Strömung den Oberkörper lediglich sanft nach vorn.
Ein ganz anderer Eindruck ergibt sich auf der Yamaha. Bei ihr fängt der Oberkörper des Fahrers einen großen Teil des herantosenden Fahrtwinds ab. Das Vorderrad der XJR 1300 wird bei 160 km/h bereits um zirka 25 Kilogramm entlastet bei einer
Radlast von lediglich 138 Kilo. Und eine weitere Erscheinung schmälert die Fahrstabilität der Yamaha. Um dem Sturm zu trotzen, muss der Fahrer die auf seinen Oberkörper einwirkende Kraft über die Arme am Lenker abfangen, wodurch er permanent selbst unerwünschte Lenkimpulse ins Fahrwerk einleitet.
Das Vorderrad der Kawasaki (Radlast 126 Kilo) wird zwar bei 160 km/h bereits um 18 Kilogramm entlastet. Wie sich bei den Fahrtests zeigte, bleibt sie jedoch bis in höchste Geschwindigkeitsregionen weitgehend unbeeindruckt von diesen Fahrtwindeinflüssen, zumal der Fahrer durch die nach vorn geneigte Sitzposition die Handgelenke bei höherem Tempo eher ent- als belastet.
Die Eindrücke der Windkanalsitzung bestätigte in der Praxis auch die BMW. Auf ihr reist der Fahrer wie in Abrahams Schoß, und erst jenseits der 160 wird er durch den Winddruck sanft nach vorn geschoben. Klar, dass es auf der Kawasaki in normaler Sitzhaltung schon erheblich stärker zieht. Zwar liegt der Oberkörper im Windschatten der Verkleidung, am Kopf treten jedoch starke Turbulenzen auf. Hinter die Verkleidung geduckt, nimmt der Windschutz zu, die Turbulenzen im Helmbereich allerdings ebenso. Die starke Entlastung des Vorderrads und die vom Fahrer ungleichmäßig in den Lenker eingeleiteten Haltekräfte, führen bei Autobahnfahrten mit der Yamaha zu einer permanenten Pendelneigung ab zirka 180 km/h. Außerdem lässt sich ein solches Tempo wegen der starken Ermüdung des Piloten nur kurzzeitig realisieren.
Wie sieht es mit den Windgeräuschen aus? Neben den beiden Testfahrern hat nun der Kollege mit dem Kunstkopf seinen Auftritt. Bei diesem speziellen Dummy erfassen Mikrofone im Ohrbereich des Helms das Fahrgeräusch. Obwohl es bei allen drei Motorrädern kräftig was auf die Ohren gibt, sind die Unterschiede enorm. Auf der BMW steigt der Schalldruckpegel zwischen 100 und 180 km/h von 81 auf 97 Dezibel (dB) an – ein gewaltiger
Pegel, der subjektiv weit mehr als doppelt so laut empfunden wird (zehn Dezibel gelten als Verdoppelung der Lautstärke).
Im Vergleich zur Yamaha und Kawasaki geht das aber geradezu als Hintergrundgesäusel durch, ist es allein auf der XJR 1300 schon bei 100 km/h fast so laut wie auf der K 1200 LT bei 180. Zu aller Überraschung setzt die ZX-10R trotz Verkleidung mit 102 dB bei 100 km/h noch eins drauf. Bei 180 km/h schwellen die Pegel auf der Yamaha und Kawasaki auf über 110 dB an (siehe Diagramm Seite 46). Es verhält sich ähnlich wie beim Windschutz: Während bei der XJR die Strömung laminar auf den Kopf des Fahrers trifft, erzeugt die Verkleidung der ZX-10R im Helmbereich starke und eben auch laute Turbulenzen. Eine Verkleidung erfordert folglich erhebliche Detailarbeit im Windkanal, um nicht nur den Windschutz, sondern auch den Geräuschpegel zu optimieren. Das Testverfahren mit dem Kunstkopf liefert dazu praxistaugliche Messwerte; die menschlichen Tester konnten jedenfalls die Resultate ihres künstlichen Kollegen bestätigen. Wobei im Bereich der Höchstgeschwindigkeit bei der Kawasaki und bei der Yamaha geradezu infernalische Schalldruckpegel auftreten, die über kurz oder lang zu einer Schädigung des Gehörs führen. Niemand sollte also auf Ohrstöpsel verzichten, noch nicht einmal, wenn er eine vergleichsweise leise BMW bewegt.
Bleibt zumindest für die Helmhersteller eine Menge zu tun, denn ob jemand in der relativen Stille einer K 1200 LT komfortabel reisen oder mit strammem Tempo auf der ZX-10R über die Autobahn fegen will, sollte auch in Zukunft dem persönlichen Gusto jedes einzelnen überlassen bleiben.

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