Technik Windkanal

Genau wie der Ritter von der traurigen Gestalt fühlt sich heute der ein oder andere Motorradfahrer, der bei höheren Geschwindigkeiten verzweifelt versucht, dem Orkan zu trotzen, der über ihn hereinbricht – und das, obwohl seine Maschine eine Verkleidung hat. Er muss sich nicht nur am Lenker festklammern, sondern bekommt durch die Turbulenzen zudem noch kräftig eins auf die Ohren. Sind Supersportler allein auf gute Aerodynamik, also hohe Fahrleistungen optimiert? Schließen sich effektiver Windschutz und ausgefeilte Aerodynamik aus?
Fragen, denen MOTORRAD im Windkanal von VW in Wolfsburg am Beispiel von sechs Supersportlern nachging. In der 750er-Klasse trat die schlanke MV Agusta F4 S gegen Suzukis Superbike GSX-R 750 an. Bei den Big Bikes stellte sich die neue Honda CBR 900 RR der überarbeiteten Yamaha YZF-R1, und in der großen Klasse trafen die Suzuki GSX 1300 R Hayabusa und Kawasaki ZX-12R aufeinander.
Da der Luftwiderstand das Produkt aus dem Luftwiderstandsbeiwert cw, der die aerodynamischen Qualitäten definiert, und der Stirnfläche A des Fahrzeugs ist, wurde zunächst die Stirnfläche ermittelt. Mit einer technisch ausgefeilten Methode (siehe Kasten Seite 18) erfassen die Windkanalspezialisten von VW die Fläche, die der Motor durch den Wind schieben muss. Zuerst ohne Fahrer. Unfug, wird der geneigte Leser denken, hat man je ein Motorrad ohne Fahrer fahren sehen? Abwarten, lassen sich daraus doch interessante Schlüsse ziehen. Als weiteres folgen die Messungen mit liegendem und sitzendem Piloten.
Erwartungsgemäß hat die schlanke MV Agusta ohne Fahrer mit Abstand die kleinste Stirnfläche von 0,45 m2, gefolgt von der R1 mit knapp einem halben Quadratmeter. An dritter Stelle liegt die CBR 900, an vierter die GSX-R 750. Ebenfalls nicht überraschend stanzen die Hayabusa und ZX-12R mit ihren wuchtigen Erscheinungen die größten Löcher in die Luft, nämlich 0,56 und 0,58 m2.
Sind die Unterschiede zwischen den Maschinen noch relativ groß, schrumpfen sie bei der Messung mit liegendem Fahrer beträchtlich. Zwischen der MV mit der immer noch kleinsten Stirnfläche (0,64 m2) und der ZX-12R (0,7 m2) beträgt die Differenz nur noch 10 gegenüber 30 Prozent bei der Messung ohne Fahrer. Die ohne Fahrer auf Platz zwei liegende R1 rückt nun mit der GSX 1300 R (0,67 zu 0,69 m2) dicht zusammen.
Bei sitzendem Fahrer sind die Verhältnisse ähnlich. Allerdings kann sich die MV wieder stärker von der Konkurrenz absetzen. Das rührt von ihrer extremen Sitzposition mit weit vornübergebeugtem Oberkörper her, bei welcher der Fahrer immer noch mehr liegt als sitzt. Abgesehen von der ZX-12R rückt das restliche Feld von der GSX-R 750 bis zur Hayabusa mit 0,75 bis 0,78 m2 ganz eng zusammen. Mit 0,8 m2 hat die Kawasaki klar die rote Laterne.
Entscheidender als die einzelen Werte an sich ist der prozentuale Zuwachs der Stirnfläche mit Fahrer –daher war die Messung des Motorrads allein notwendig. Ein großer Flächenzuwachs beweist, dass ein großer Teil des Fahrers über die Grundfläche des Motorrads hinausragt – was sowohl dem cw-Wert und damit der Windschlüpfigkeit als auch dem Windschutz wenig zuträglich ist. Die mit ihrer schmalen Silhouette zunächst sehr aerodynamisch erscheinende MV büßt mit Fahrer einen Teil ihres guten Luftwiderstands wieder ein. Sie legt stolze 43 Prozent mit liegendem Fahrer zu, während es bei der ZX-12R nur 21 Prozent sind. Noch extremer ist der Zuwachs mit sitzendem Fahrer: 38 Prozent der Kawasaki stehen satte 61 der MV gegenüber.
Um den Luftwiderstand definitiv zu ermitteln, wechseln Fahrer und Maschine nun vom heißen Rampenlicht des Projektionsscheinwerfers in den kühlenden Orkan des Windkanals, der mit 180 km/h herantost. Die Messwaagen bringen schonungslos die Widerstandskräfte und somit den Luftwiderstandsbeiwert cw ans Tageslicht. Der cw-Wert ist eine dimensionslose Größe, die die aerodynamischen Qualitäten eines Körpers beschreibt. Die Messung mit liegendem Fahrer bestätigt die Aussagen anhand des Flächenzuwachses. Suzuki Hayabusa mit 0,48 und GSX-R 750 mit 0,49 setzen sich beim cw-Wert klar von der Konkurrenz ab. Die MV fällt mit 0,51 ins Mittelfeld zurück und zieht mit R1 und ZX-12R gleich. Am schlechtesten schneidet die CBR 900 RR bei den aorodynamischen Qualitäten ab.
Mit sitzendem Fahrer legt der cw-Wert der MV mit 0,56 aufgrund der extremen Sitzposition vergleichsweise moderat zu. Ganz vorn liegen hier aber die großen Bikes. Die vergleichsweise üppigen Verkleidungen integrieren den Fahrer am besten und sorgen so für einen guten cw-Wert. Allen voran die ZX-12R, dicht gefolgt von der Hayabusa. Einen Ausreißer bildet die Yamaha R1, bei der der sitzende Fahrer die Aerodynamik nachhaltig stört.
Doch schließlich ist für den Luftwiderstand und damit den echten Leistungsbedarf am Hinterrad eines Fahrzeugs das Produkt aus cw x A ausschlaggebend. Dabei übernimmt die MV mit liegendem Fahrer – und das ist bei hohen Geschwindigkeiten der entscheidende Wert – die Spitze, ganz dicht gefolgt von Suzuki GSX-R 750. Und die mächtige Hayabusa liegt nur knapp hinter der zierlichen 750er. Doch selbst die ZX-12R läuft im Schlussspurt nicht weit hinter den anderen ins Ziel. Mit Werten zwischen 0,33 und 0,36, also nicht einmal zehn Prozent Differenz, nivellieren sich die Unterschiede zwischen der schlanken MV und der voluminösen ZX-12R.
Bei sitzendem Fahrer liegt die MV mit 0,41 wiederum in Führung, gefolgt von der Hayabusa, GSX-R und ZX-12R mit 0,43, dahinter mit Respektabstand von 0,45 die CBR 900 RR und mit 0,49 abgeschlagen die R1, deren Fahrer offensichtlich wie ein Großsegel in einer steifen Brise hängt. Macht im Leistungsbedarf bei 200 km/h zwischen dem besten und schlechtesten Kandidaten in liegender Position gerade einmal 3,9 PS, sitzend aber bereits 11,5 PS Differenz aus, mit entsprechenden Auswirkungen auf den Verbrauch.
Auf der Straße schlägt nun die Stunde der Wahrheit. Die Probanden müssen beweisen, ob gute aerodynamische Qualitäten nur für überlegene Fahrleistungen sorgen, aber guten Windschutz ausschließen. Autobahnfahrt mit höheren Geschwindigkeiten ist angesagt, allen voran die MV Agusta. Sie untermauert die in Wolfsburg gemessenen Ergebnisse. Selbst zusammengefaltet wie das sprichwörtliche Klappmesser lastet bei Geschwindigkeiten über 200 km/h ein erheblicher Winddruck auf Helm und Schultern, da die Scheibe viel zu flach gestaltet ist. Ein ähnliches Ergebnis dann mit sitzender - Verzeihung, halbliegender Position: Der ohnehin schon hohe Winddruck auf den Helm nimmt noch weiter zu. Zwar benötigt die MV mit liegendem und sitzendem Fahrer den geringsten Leistungsbedarf zur Überwindung des Luftwiderstands. Den Windschutz des Fahrers haben die Konstrukteure der MV aber eindeutig dem Design untergeordnet.
Ganz anders die Suzuki GSX-R 750: Bei geducktem Fahrer streift der größte Teil des Luftstroms über den Helm hinweg und bietet einen deutlich besseren Windschutz als die MV. Dabei kann die GSX-R mit demselben Luftwiderstand glänzen, obwohl ihre weit abstehenden Spiegel sogar Rücksicht erlauben und die nicht in die Spiegel integrierten Blinker ebenso wie der Schalldämpfer frei im Wind stehen. Selbst bei sitzendem Fahrer ist noch ausreichend Windschutz vorhanden. Klarer Sieger nach Punkten ist die Suzuki GSX-R 750.
Die Honda CBR 900 RR, bei ihrem Erscheinen 1992 weder ein aerodynamisches Wunder noch mit gutem Windschutz gesegnet, führt diese Tradition fort. Auch bei tief hinter der Scheibe gekauertem Fahrer rütteln starke Turbulenzen am Helm. Geht der Pilot in eine entspannte Sitzhaltung über, bekommt er die Turbulenzen bei hohen Geschwindigkeiten auch vehement am Oberkörper zu spüren. Schnellfahren artet auf der CBR rasch in Anstrengung aus. Weder die aerodynamischen Qualitäten, bei denen sie mit liegendem Fahrer sogar das Schlusslicht bildet, noch der Windschutz können überzeugen. Modellpflege ist angesagt.
Die Yamaha-Techniker wussten um die aerodynamischen Defizite und den bescheidenen Windschutz der R1 (siehe MOTORRAD 13/1998) und haben bei der 2000er-Version nachgebessert. Mit Teilerfolgen: Das geänderte Verkleidungsoberteil samt Scheibe bietet dem liegenden Fahrer nun einen spürbar besseren Schutz. Mit sitzendem Piloten ist der Winddruck auf den Oberkörper des Fahrers dann aber enorm, selbst wenn geringere Turbulenzen als bei der Honda auftreten. Mit liegendem Fahrer noch im Mittelfeld platziert, fällt die R1 mit sitzendem Fahrer gegenüber der Konkurrenz deutlich ab. Knapper Sieg nach Punkten über die Honda CBR 900.
Bei den Speedbikes deutete bereits die Messung der Stirnfläche mit und ohne Fahrer an, dass sie ihren Piloten besser ins Motorrad integrieren und somit ordentlichen Windschutz bieten. Tatsächlich kann die ZX-12R in dieser Disziplin voll und ganz überzeugen. Tief hinter die Scheibe geduckt, tritt sogar relative Ruhe ein, und die Maximalgeschwindigkeit von über 300 km/h verkraftet die Nackenmuskulatur weit länger, als es jegliche Verkehrslage erlaubt. Und selbst mit entspanntem Oberkörper ist der Windschutz so gut, dass überdurchschnittlich hohe Tempi auf lange Distanzen kein Problem sind. Weniger verblüffend, dass das ausladende Powerbike mit liegendem Fahrer dank der größten Stirnfläche auch den größten Luftwiderstand hat, sich mit sitzendem Fahrer die Verhältnisse jedoch stark verschieben. Die ZX-12R hat zwar nicht die beste Aerodynamik zu bieten, ist aber in Sachen Windschutz absoluter Chef im Ring.
In letzterer Disziplin kann die Suzuki Hayabusa nicht mithalten. Bei extrem hohen Geschwindigkeiten zerren selbst in zusammengefalteter Sitzposition erhebliche Windkräfte am Helm. Richtet sich der Fahrer nur geringfügig auf, ist die Nackenmuskulatur eines Preisboxers gefragt. Trotzdem schneidet die GSX 1300 R in Sachen Windschutz weit besser ab als die Honda CBR 900 oder Yamaha R1. Und gegenüber der ZX-12R kann sie mit aerodynamischen Qualitäten glänzen. Sie sieht nicht nur aus wie ein Produkt aus dem Windkanal, sondern setzt sich dank guter cw-Werte im Feld der ungleich kompakteren 750er bis 1000er in puncto Luftwiderstand prächtig in Szene.
Bleibt als Ergebnis festzuhalten: Den Spagat zwischen gutem Windschutz und ausgefeilter Aerodynamik meistern nicht etwa extrem dynamisch auftretende Erscheinungen wie die MV Agusta am besten, sondern die Suzuki GSX-R 750, die sich mit dem gelungensten Kompromiss aus gutem Windschutz und ordentlicher Aerodynamik klammheimlich die Pole Position im Feld erobert hat. Und das, obwohl bei ihr viele Details noch nicht einmal auf gute Windschlüpfigkeit ausgelegt sind.
Für die restlichen Kandidatinnen gilt, dass sie allenfalls in einem Kriterium überzeugen können. Liegen sie bei den aerodynamischen Qualitäten vorn, bleibt der Windschutz auf der Strecke (siehe Hayabusa) und umgekehrt (ZX-12R). Und manche Sportbikes wie die Honda CBR 900 und Yamaha R1 können noch nicht mal mit besonders guter Aerodynamik glänzen. Schlechte Anströmung viel zu großer Kühler, zu kurze und falsch gestaltete Verkleidungsscheiben und viele weitere aerodynamische Todsünden sind bei den meisten Motorrädern eher die Regel als die Ausnahme.

VW-Windkanal

Spezialisten von VW ermittelten im Windkanal den Luftwiderstand der Motorräder. Die Aufgabe war für die Pkw-Entwickler keineswegs so ungewöhnlich, wie es zunächst erscheinen mag. Orientieren sich Zweiräder doch viel stärker am Pkw als Viererbobs, Skirennläufer oder Telefonzellen – bei denen werden die Windkräfte auf die Türen während eines Sturms simuliert. Das alles wurde schon im Windkanal von VW gemessen.Pfiffig ist die Bestimmung der Stirnfläche: Ein mehrere hundert Meter entfernter Scheinwerfer projiziert die Fläche des zu vermessenden Objekts auf eine Leinwand. Eine dahinter liegende Kamera nimmt das Bild ab und überträgt es zur Auswertung direkt auf den Rechner. Im großen Klimawindkanal bestimmen die Experten den cw-Wert. Ein Gebläse mit einer Antriebsleistung von 3500 PS mit neun Metern Durchmesser entfacht in einem geschlossenen Kreislauf, in dem sich die Messstrecke befindet, einen Orkan von bis zu 180 km/h Windgeschwindigkeit. Waagen, auf denen das Fahrzeug montiert ist, registrieren die Kräfte, bei Motorrädern in Fahrzeuglängs- und -vertikalrichtung, aus denen sich der cw-Wert sowie der Auf- beziehungsweise Abtrieb am Vorder- und Hinterrad ergibt. Zudem lassen sich Lufttemperaturen von minus 30 bis plus 45 Grad Celsius und eine relative Luftfeuchtigkeit von fünf bis 95 Prozent herstellen.

MV Agusta 4S

Wer eine Zweiradschönheit fahren will, muss leiden. Die F4 S ist zwar die mit Abstand kompakteste Maschine im Vergleich, hat aber bei weitem nicht die ausgeklügelte Aerodynamik, die ihr Erscheinungsbild suggeriert. Trotzdem: geringer Luftwiderstand. Der Windschutz ist allerdings nur mäßig.

Suzuki GSX-R 750

Der moralische Sieger des Vergleichsfelds: Dank größerer, günstig gestalteter Verkleidung genießt der Fahrer guten Windschutz, dank guter Aerodynamik bekommt er zudem hohe Fahrleistungen. Die Suzuki GSX-R 750 ist der Beweis, dass beide Forderungen durchaus unter einen Hut zu bringen sind.

Honda CBR 900 RR

Hart am Wind: Egal ob liegend oder sitzend, beuteln starke Turbulenzen den Fahrer. Mit dem bescheidenen Windschutz gepaart mit bescheidener Aerodynamik liegt die CBR 900 weit hinter der Konkurrenz. Von der Jury der Windgesichter für das goldene Windei nominiert.

Yamaha YZF R1

Wir haben verstanden: Für das Modelljahr 2000 von Yamaha in Sachen Windschutz und Aerodynamik modifiziert, präsentiert sich die R1 benutzerfreundlicher. Besserer Windschutz bei liegendem Fahrer, aber enormer Winddruck bei sitzendem Piloten. Perfekt ist noch mal anders.

Kawaski ZX-12 R

Catch the wind: Schnellfahren leicht gemacht. Egal ob mit liegendem oder sitzendem Fahrer, die Kawasaki ZX-12R legt in puncto Windschutz die Messlatte für Sportmotorräder. Trotz aerodynamischer Qualitäten bei sitzendem Fahrer treibt die größte Stirnfläche im Vergleich den Luftwiderstand in die Höhe.

Suzuki GSX 1300 R

Ride the winds of change: Wenn sich die Form der Aerodynamik unterwirft, bleiben Kontroversen nicht aus, beim Publikum und beim Fahrer. Bestnoten für den Cw-Wert, nur mittlere Noten für den Windschutz, wechselhafte bis windige Beurteilungen im Schönheitswettbewerb.