Durch die obere Etage dringt ein Höllenlärm. Auf dem Leistungsprüfstand im Stockwerk darunter donnert ein aktueller Moto3-WM-Renner, was das Zeug hält. Kaum zu glauben, dass ein 250er-Einzylinder ein solches Getöse verursacht! KTM hat seinen Auspuffpartner Akrapovic um mehr Leistung für die österreichischen Flitzer gebeten, denn die Hondas rücken ihnen in der Weltmeisterschaft immer dichter auf den Pelz. Heute, eineinhalb Wochen und zwölf Auspuffkonfigurationen später, kommt die Erfolgsmeldung: Die Jungs der Rennabteilung haben tatsächlich mehr Punch aus dem Motor gekitzelt – alles mit Hilfe des richtigen Rohrs.
Wie viel Power dazukam, darüber schweigt sich der slowenische Hersteller natürlich ebenso aus wie über die absolute Leistung. Es dürfte das ein oder andere Pony mehr sein als die von der Szene für solche Bikes kolportierten 55 PS. Doch warum ist ein Auspuff so wichtig für die Leistung? Und was müssen die Hersteller beim Bau einer Anlage berücksichtigen? Um das herauszufinden, blicken wir der Mannschaft aus der Research & Development-Abteilung (R & D) im Werk in Ivancna Gorica/Slowenien knapp zwei Tage lang über die Schultern. Zwar dient als Versuchsträger kein WM-Renner, doch dafür spult eine aktuelle Kawasaki ZX-10R mit unterschiedlichen Auspuffvarianten zahlreiche Prüfstandsläufe ab.
„Beim Entwickeln eines Auspuffs kommt es darauf an, die Druckwellen, die beim Ausstoß des verbrannten Gemischs entstehen, optimal zu nutzen“, erklärt Testleiter Jaka Klemenc. „Idealerweise reflektiert der Auspuff diese energiereichen Impulse so, dass direkt hinter dem öffnenden Auslassventil ein Unterdruck entsteht. Dieser zieht die Abgase aus dem Brennraum und schafft so Platz für Frischgas.“ Reduziert auf eine einfache Formel bedeutet das: Je mehr Frischgas in den Brennraum gelangen kann, desto besser die Füllung. Und je besser die Füllung, desto höher die Leistung.
Es liegt also an den günstigeren Druckverhältnissen, warum die Kawa mit komplettem Auspuff mehr Punch generiert als mit dem gekürzten Krümmer. Folgerichtig trifft auch die landläufige Meinung nicht zu, ein möglichst geringer Gegendruck steigere die Leistung. Dieser Gegendruck setzt sich aus permanent hin und her wandernden Druckwellen sowie Strömungsverlusten zusammen und beträgt im Mittel zwischen 50 und 250 Millibar. Die einzelnen Impulse erreichen dagegen um zwei bar. Weitere interessante Zahlen? Bitteschön: Die Druckwellen bewegen sich mit Schallgeschwindigkeit, abhängig von der Temperatur sind das bis zu 2000 km/h! Die durchschnittliche Strömungsgeschwindigkeit im Auspuff beträgt 360 bis 550 km/h.
Timing von Druck und Unterdruck bestimmt die Power
In erster Linie beeinflusst also nicht die schiere Höhe des Gegendrucks die Motorperformance. Vielmehr bestimmt das Timing von Druck und Unterdruck die Power. Maßgeblich steuert das Krümmerlayout dieses Timing. Auch Form und Ort der Rohrzusammenführung sowie Gestaltung und Sitz des Sammlers sind wichtig. Im Gegensatz dazu fördert ein möglichst geringer Gegendruck im Endtopf prinzipiell die Leistung. Aufgrund der strengen Normen erzeugen zugelassene Auspuffe meist einen hohen Gegendruck. Offene Renntüten sind dagegen so konstruiert, dass das Abgas möglichst hindernisfrei durch sie hindurchströmen kann.
Drei Parameter bestimmen hauptsächlich das Potenzial eines Krümmers: der Durchmesser der Rohre, deren Form und Länge. Dabei wirken sich bereits kleine Unterschiede auf die Leistung aus. „Zehn Millimeter kürzere oder längere Rohre beeinflussen schon die Leistungsabgabe“, verrät Klemenc. Kunstvoll geschwungene Krümmer dienen also nicht in erster Linie der Optik, sondern verbessern wegen ihrer Geometrie die Druckverhältnisse. Außer mit unterschiedlichen Längen arbeiten bekannte Auspuffhersteller wie Akrapovic auch mit verschiedenen Durchmessern und Rohrformen. Die Racing-Anlage der Kawasaki zeigt das eindrucksvoll. Ihr Krümmer ist kurz hinterm Auslass auf der Innenseite extrem flach. „Wenn eine Maschine nur wenig Platz bietet, müssen wir sehr enge Radien verwenden. Um störende Verwirbelungen zu vermeiden, gestalten wir die Krümmer dann innen in D-Form. Generell macht die optimale Abstimmung und das Zusammenspiel der unterschiedlichen Parameter die Leistungsfähigkeit einer Auspuffanlage aus“, erläutert Jaka Klemenc.
Jedes Motorenlayout und jede Zündfolge hat eine Besonderheit
Grundsätzliches lässt sich über die Leistungssuche bei unterschiedlichen Motoren dagegen leider nicht sagen. „Bei Einzylindern bringen längere Krümmer mehr Midrange-Power, kürzere Rohre generieren eine höhere Spitzenleistung“, erklärt der R & D-Mann. „Bei Reihenvierzylindern gilt diese Formel aber nicht. Und die aktuelle Yamaha-R1 ist wegen ihres Hubzapfenversatzes ohnehin ein Sonderfall. Jedes Motorenlayout und jede Zündfolge hat eine Besonderheit, die man bei der Auspuffentwicklung beachten muss.“ Klingt alles ziemlich kompliziert - und ist es auch. Detailliert auf jede Bauart einzugehen, würde den Rahmen dieser Story sprengen. Daher behandeln wir an dieser Stelle lieber jenen Motorentyp, der besonders gut auf Auspuff-Tuning reagiert: hochdrehende (Sport-) Motoren, die generell mit langen Ventilüberschneidungen (Ein- und Auslassventil gleichzeitig geöffnet) arbeiten.
Wegen der langen Überschneidungsphase kann bei unteren und mittleren Drehzahlen frisches, unverbranntes Gemisch in den Auslass gelangen. Da nur verbranntes Gemisch Leistung und Drehmoment erzeugt, klafft in diesem Drehzahlbereich oft eine Lücke. Ein clever konstruierter Auspuff ebnet diesen Einbruch mit gezielten Reflexionen der Druckwellen, die das Strömungsverhalten des Frischgases positiv beeinflussen. Dadurch bleibt dieses Gas, wo es hingehört: im Brennraum. „Auch bei Motoren mit weniger Überschneidung bringt ein guter Auspuff eine bessere Performance“, ergänzt Klemenc. „Er unterstützt die Spülung des Brennraums und befreit ihn von Abgasresten.“
Angepasstes Einspritz-Programm ratsam
Doch einfach einen Zubehör-Auspuff ans Bike zu stecken, kann auch böse Folgen haben. Speziell mit Racing-Komplettanlagen benötigen manche Maschinen ein neu programmiertes Einspritz-Kennfeld. Die Test-Kawa ist ein solches Bike. Mit Serien-Mapping läuft sie zu mager, was auf Dauer Motorschäden wegen Überhitzung verursachen kann. „In diesen Fällen weisen wir ausdrücklich darauf hin und empfehlen ein entsprechendes Mapping“, sagt der Testleiter. Doch auch für weniger heikle Maschinen ist ein angepasstes Einspritz-Programm ratsam. Denn nur so entfaltet das Bike seine maximale Power.
Bei den meisten Reihenmotoren mit mehr als zwei Zylindern sitzen kleine Verbindungen zwischen einzelnen Krümmerrohren. Diese sogenannten Interferenzen dienen dem schnelleren Abtransport des Abgases. Verbunden sind immer jene Zylinder, deren Zündfolge und damit Ausstoß-Takte weit voneinander entfernt liegen. Das stellt sicher, dass sich das Abgas nicht leistungsmindernd in die Quere kommt. Das kann bei den KTM-Werksrennern logischerweise nicht passieren. Ob sie die Hondas leistungsmäßig wieder in den Griff bekommen, wird sich im Laufe der Saison zeigen. Der neue Auspuff soll demnächst im Grand Prix zum Einsatz kommen.
Technik: Dämpfertypen
Grundsätzlich gibt es zwei Arten von Auspuffendtöpfen: Reflexions- und Absorptionsdämpfer. Die erste Variante ist komplizierter aufgebaut und beherbergt mehrere Kammern, die mit Rohren unterschiedlicher Länge und Durchmesser verbunden sind. Eine ausgeklügelte Konstruktion führt die Schallwellen so, dass sich ihre Energie durch Überlagerung abbaut. Dabei dienen die einzelnen Kammern als Resonanzkörper, die für bestimmte Frequenzen hohe Widerstände bilden und damit den Schall dämpfen. Oft steckt in solchen Auspufftöpfen in einer doppelwandigen Außenhülle zusätzlich Dämmmaterial, was die Lautstärke weiter senkt. Serienmäßige Bikes sind meist mit Reflexionsdämpfern ausgerüstet. Ihr Hauptvorteil besteht in der langen Haltbarkeit. Nachteile: hohes Gewicht, hoher Preis, hoher Gegendruck.
Immer häufiger kommen Systeme mit Vorschalldämpfern im Reflexionsprinzip und Endtöpfen in Absorptionsbauweise zum Einsatz. Letztere sind vergleichsweise simpel konstruiert: gelochtes Innenrohr, Mantel aus Dämmmaterial (beispielsweise aus Glasfaser), Außenhülle, Endkappe. Absorptionsdämpfer „schlucken“ vor allem hochfrequente Schallwellen, wodurch sie meist sehr dumpf klingen. Diese Dämpfer sind leichter und günstiger als ihre Reflexions-Freunde. Dazu bauen sie weniger Gegendruck auf, was sich prinzipiell leistungssteigernd auswirkt. „Bikes mit Absorptions-dämpfer gehen meist auch besser ans Gas“, frohlockt R & D-Mann Jaka Klemenc. „ReflexionsAuspuffe müssen dazu erst genügend Druck in den Kammern aufbauen.“ Nachteil der Absorptions-Bauart: geringere Haltbarkeit. Denn der Abgasstrom schleudert die Fasern des Dämmmaterials nach und nach ins Freie. Daher müssen solche Töpfe von Zeit zu Zeit neu gedämmt werden.
Vergleich: Messwerte
Wie dieses Experiment verdeutlicht, kommt es bei der Auspuffentwicklung nicht generell auf einen möglichst geringen Gegendruck im System an. Der Leistungseinbruch zwischen 6000/min und 10 000/min mit dem gekürzten Krümmer (orange Kurve) spricht eine deutliche Sprache. Auffällig ist aber auch die Leistungsentfaltung bis zu dieser Marke – da hält der Stummel-Krümmer locker mit der Racing-Anlage mit und überflügelt diese sogar teilweise.
Mit gezielten Eingriffen lässt sich die Midrange-Power oder die Spitzenleistung erhöhen. Daher bildet ein Auspuff immer einen Kompromiss. Die Slip-on-Variante ist bis 7000/min deutlich stärker als die Serienanlage. Auch die Maximalleistung liegt um ein Pferdchen höher (Hinterrad-Messung).
Kurzporträt: Racing-Department
Der Erfolg von Akrapovic hängt maßgeblich mit dem Engagement im Rennsport zusammen. „Die Erfahrung daraus kommt der Entwicklung für seriennahe Bikes zugute“, sagt der Rennabteilungsleiter mit dem schwierigen Namen Slavko Alojz Trstenjak. Kaum eine Serie, die ohne die slowenischen Auspuffe an den Start geht. International ist das Unternehmen seit 1996 unterwegs, damals klopfte Kawasaki an die Pforten. „Weltweit beliefern wir inklusive dem Offroad-Sektor 66 Teams mit insgesamt 174 Fahrern.“ Die namhaftesten Kunden kämpfen im MotoGP um Punkte und Ehre: Ducati und Yamaha. Mit den Japanern und Jorge Lorenzo holte Akrapovic 2012 den Titel. Für diese Saison kam Ducati neu dazu. „Die Italiener krempeln immer noch viel um“, grübelt der Rennsportchef. „Für sie haben wir seit letztem Sommer mehr als zehn Varianten konstruiert.“
Doch das liegt nicht immer an der Suche nach mehr Power. Vielmehr erfordern beispielsweise Fahrwerksmodifikationen oder auch Änderungen am Sitz neue Ausbaustufen. Auf die Frage nach der größten Herausforderung nennt Trstenjak sofort die Honda VTR 1000 SP 2. „Das war damals für die Japaner und uns ein völlig neues Projekt. Wir haben uns alle mächtig reingehängt und gleich im ersten Jahr den Titel in der Superbike-WM geholt. Zwischen den Jahren 2000 und 2002 entwickelten wir insgesamt 40 Upgrades!“ Auch für exotische Motoren konstruiert Akrapovic Auspuffanlagen. So ging das Team Roberts 2005 mit einem KTM-V4 mit slowenischem Auspuff an den Start in der Königsklasse. „Im Laufe der Jahre zählten alle Hersteller in der MotoGP zu unseren Kunden.“
Welche dieser Maschinen showträchtig Flammen aus dem Auspuff jagten, wissen wir nicht. Doch der Rennsportchef erklärt, wie sie entstehen: „Das hat immer mit unverbranntem Gemisch im Auspuff zu tun, das durch die hohen Temperaturen entzündet wird. Es gelangt beispielsweise durch lange Ventilüberschneidungen oder auch durch leicht geöffnete Drosselklappen im Schiebebetrieb in den Auspuff.“ Wie hoch das Budget liegt, darüber macht der Rennsportchef dagegen keine Angaben. „Das können wir gar nicht genau beziffern. Wir lernen bei jedem Projekt dazu, was letztlich unbezahlbar ist“, lautet die ausweichende Antwort.
Klarheit herrscht dagegen beim Personal. Inklusive Chef kümmern sich neun Leute um die anspruchsvolle Kundschaft. „2013 haben wir 240 bis 270 Upgrades entwickelt. Irgendwie schaffen wir es, dass sich keiner benachteiligt fühlt“, sagt Trstenjak. Seit 2008 mischt das Unternehmen auch immer stärker im automobilen Rennsport mit. Doch damit hat der Zweiradbereich nichts zu tun. „Wir kümmern uns nur um die Motorräder, da gibt es genug Arbeit.“ Neue Kunden nicht ausgeschlossen.
Kurzporträt: Akrapovic
Als Racer und Tuner erkannte Igor Akrapovic früh das Potenzial optimierter Auspuffanlagen und experimentierte bereits Ende der 80er-Jahre eifrig mit den Rohrgeflechten. Mit Erfolg. Schnell machte sich der Slowene in der Szene einen Namen und gründete 1990 die Firma Scorpion. Der internationale Durchbruch gelang 1996, als Kawasaki die Anlagen erstmals in der Superbike-WM einsetzte. Der erste Sieg folgte 1997. Zu dieser Zeit flatterte ein Anwaltsschreiben der Firma Ford ins Haus. Darin bestand der Autohersteller auf eine Umfirmierung, denn die klangliche Nähe zu seinem Mittelklassemodell „Scorpio“ war den Amis zu groß. Seither läuft die Firma unter dem Nachnamen des Firmengründers. Was blieb, ist das Logo mit dem Skorpion.
Dem Erfolg hat die Namensänderung nicht geschadet, das Unternehmen wuchs weiterhin rasant. 1999 folgte der Umzug innerhalb des Städtchens Ivancna Gorica in größere Hallen. Bis heute hält die Erfolgsstory an, rund 700 Leute arbeiten derzeit für das Unternehmen. Jährlich zweistellige Zuwachsraten machen Akrapovic zu einer der erfolgreichsten Firmen Sloweniens. Dieses Jahr steht ein weiterer Umzug an. Die komplette Produktion wird ins rund 60 Kilometer entfernte Crnomelj ausgelagert. Das schafft Platz für neue Projekte, immer mehr Hersteller rennen dem Auspuffproduzenten die Türen ein. Selbst für Roller und Custombikes entwickeln die Slowenen nun Auspuffanlagen. Dazu arbeiten sie seit 2008 auch für die Autoindustrie. „Momentan betreuen wir nur bei den Zweirädern 40 Projekte“, sagt Entwicklungs-
leiter Ziga Zadnik. „Tendenz steigend!“
Mit allen drei Varianten zeichnet die ZX-10R eine saubere Leistungskurve
Besonders gespannt sind wir auf das Ergebnis mit einem massiv gekürzten Krümmer ohne weitere Auspuffteile. Am liebsten hätten wir die Kawa ganz ohne Anlage gemessen. Denn schließlich, so der Gedanke, könne der Motor das Abgas ja widerstandsfrei und damit leistungsfördernd ins Freie pusten. Leider ist dieser Versuch nicht möglich, denn die bis zu 900 Grad heißen Abgase hätten den Kühler und weitere Anbauteile des Bikes gnadenlos gegrillt. Doch auch mit den kurzen Rohren zeichnet die Leistungskurve ein klares Bild: massiver Einbruch zwischen knapp über 6000/min bis 10000/min. Komplett ohne Krümmer läge der Leistungsabfall laut den Technikern sogar noch höher. Warum? Dazu gleich mehr.
Zunächst verdeutlichen eine Racing-Komplettanlage und der Serienauspuff den Unterschied zur Minimalversion. Außerdem stecken wir einen anderen Endtopf (Slip-on) auf die originale Anlage. Mit allen drei Varianten zeichnet die Kawasaki ZX-10R vom Drehzahlkeller bis zum Begrenzer eine blitzsaubere Leistungskurve. Am deutlichsten fällt der Unterschied mit der Racing-Anlage aus. Als Maximum presst die Kawa bei rund 7000/min exakt 12,5 PS und 11,3 Nm mehr auf die Prüfstandsrolle als mit dem gekürzten Krümmer. Die Top-End-Power am Hinterrad liegt mit 179 PS zu 173 PS dagegen etwas dichter beieinander.
