Top Fuel Bikes - Technik und Tuning

Wer sich für Rennsport interessiert, kennt die endlosen Diskussionen übers richtige "Set-up". Gemeint ist die optimale Abstimmung des Vehicles. In der höchsten Klasse im Drag Racing, den Top Fuel Bikes, geht es nicht anders zu. Bei den Nitrobikes sind es die Motoren-,Einspritz- und Kupplungseinstellungen, die hier über Sieg und Niederlage entscheiden. Fahrwerkstechnisch gibt es nur sehr geringfügige Veränderungen, da die absolute Beschleunigung im Vordergrund steht.

Aller Anfang ist bekanntlich schwer. Für eine solide Basis sorgt ein Gitterrohrrahmen, der ausschließlich aus Chrom-Molybdän Stahl hergestellt wird. Der Radstand, die Steifigkeit, der Schwerpunkt und die Position des Piloten sind Faktoren, die bereits in die Konstruktion des Bikes mit einfließen. Die Anordnung des Getriebes und die Zugänglichkeit bei den Wartungs- bzw. Servicearbeiten sind ebenfalls wichtige Kriterien. Knapp 20 Meter dieses kalt glänzenden Stahls sind nötig für die Herstellung eines Rahmens. Ist ein Chassis erst einmal auf den jeweiligen Fahrer abgestimmt (Hauptaugenmerk liegt auf Gewicht, Bein- und Armlänge) sind keine gravierenden Veränderungen mehr nötig. Die optimale Sitzposition ist enorm wichtig, da der Fahrer das eigene Körpergewicht einsetzt, um das Bike auf der Strecke zu halten. Der Geradeauslauf und das Handling sind unerlässlich, um diese PS-Monster beherrschen zu können.

Wer auf den zeitraubenden Eigenbau eines Chassis verzichten möchte, dem stehen unterschiedliche Hersteller zur Seite, die diese Rahmen bauen und dies bereits mehrfach erfolgreich im Wettbewerb beweisen konnten. Puma Engeneering, Race Visions Reborn Racing Innovations oder Weekend sind namhafte Manufacturen für Chassis dieser Art. Die Auftragsbücher sind voll und man muss mit langen Lieferzeiten rechnen.
Auch beim Treibling setzt man auf Bewährtes. Die Motorenblöcke sind aus speziellem Aluminium und werden aus dem Vollmaterial gefräst. Nur so sind diese enormen Kräfte zu bewerkstelligen. Die Zylinderköpfe kommen ebenso daher. Bei Kurbel- und Nockenwelle verlässt man sich natürlich auch auf rennerprobte Technik aus den Regalen der exklusiven Zulieferer. Nur die edelsten Teile kommen hier zum Einsatz. Diese spezialisierten Lieferanten sind überschaubar, man kennt sich halt. Wer eher enthusiastisch veranlagt ist, baut sich so einen Triebling selbst. In den Reihen der Top Fuel Super Twins sind recht häufig Eigenkonstruktionen anzutreffen, die jedes Dragracerherz entzücken lässt.

Da im Reglement der Top Fuel Bikes und den Super Twin Top Fuelern fast alles erlaubt ist trifft man auf die skurielsten Antriebskonzepte. Bei den reinen Top Fuel Bikes hat sich das Vierzylinder Aggregat mit Kompressoraufladung durchgesetzt. Ein Top Fuel Motor hat mit knapp 350 -480 Bar Spitzendruck einen 3-4 mal höheren Verbrennungsdruck wie ein nicht aufgeladener Benzin Rennmotor
Dies Blower Variante ist derzeit das Maß der Dinge weltweit! Der aktuelle Rekord liegt derzeit bei 5.70 Sekunden und wurde von Peter Svensson im August 2012 in Tierp, Schweden aufgestellt. Selbst die Big Boys in den USA haben das Nachsehen! Noch vor wenigen Jahren, waren Bike mit sechs bzw. acht Zylindern anzutreffen oder gar mehrmotorige bestückte Zweiräder.

Einer der weiß, wovon er redet, ist Multichampion Ian King. Er beschreibt sein mit Kompressor bestücktes Top Fuel Bike wie folgt. Der Schraubenkompressor fördert 2,1 Liter Luft pro Umdrehung, bei einer 22%igen Übersetzung, Kurbelwelle zum Antriebsrad des Kompressors ergeben sich annähernd 12.800 Umdrehungen pro Minute. Dabei dreht sich die Kurbelwelle mit ca. 10.500 U/min bei annähernd Top Speed. Somit stehen in einem sechs Sekunden Lauf ca. 2000 Liter Luft zur Verfügung, um fünf Liter Nitromethan zu verbrennen. Das von Legende Gulf Oil gesponserte und State Of The Art Top Fuel Bike produziert eine Leistung von 1500 PS aus 1500ccm. Dabei wird nur annähernd 85 % Nitromethan und 15 % Methanol verfeuert, je nach Witterung. Bei den Super Twin Top Fuel Bikes trifft man dagegen auf Hubraumgiganten mit bis zu 3,2 Liter Hubraum als reine Saugmotor Variante und die Fraktion der Kompressor Motoren mit bis zu 2 Liter Hubraum. Die Blowerbikes sind wesentlich schwieriger in der Abstimmung, sind aber trotzdem recht häufig in den Pits anzutreffen und das ist auch gut so!!

Wer aus einem Zweizylinder mit über 3 Liter Hubraum ca. 900-1100 PS bei 4800 U/min herausholt, den verwunderte es weniger, dass Vize Champion 2012 Christian Jäger sich über mangelnde Leistung nicht beschweren kann. Er vertraut auf einen populären Triebling von der Edelschmiede PRP (Pro Racing Products). Christian vom Black Seven Race Team setzt auf diesen Motorentyp und ist schwer begeistert von der enormen Power
800-1000 Nm Drehmoment bei über 1000 PS sorgen hier für den nötigen Fahrspass. Drehmomentmonster, die die Motorsportbegeisterten in ihren Bann ziehen. Der Aufwand für diese Leistungsausbeute ist gigantisch, ca. 15 Liter werden bei einem Top Fuel Bike von diesem flüssigen Sprengstoff während eines 400-Meter-Laufes durch die Kanäle geprügelt!

Nitromethan:
Der Stoff, aus dem die Träume sind! Die Zutaten sind reinstes Nitromethan (CH3NO2) und 1,5% Methanol. Nitromethan hat eine Detonationsgeschwindigkeit: 6210 m·s−1 bei einer Dichte von 1,14 g·cm-3. Nitromethan brennt gelb, die spektakuläre weisse Flamme, die man beim Start sieht (vor allem bei Nacht) ist reiner Wasserstoff, der verbrennt. Dieser kommt von der Luftfeuchtigkeit (Wasser in der Luft), der von der heißen Flamme zersetzt wird (Wasserstoff & Sauerstoff) und dann verbrennt. Die Verbrennungstemperatur ist um 50 % höher als bei herkömmlichem Sprit. Eine kühlende Funktion hat das Nitromethan in den Zylindern, da der Krafstoffanteil im Gemisch extrem hoch ist. Das Nitro wird meistens kurz vor dem Warmup angemischt. Dies wird mit einem Dichte/Refraktometer - Spindel bestimmt.

Um diese extreme Leistung überhaupt zu ermöglichen, versorgt eine Spritpumpe die Brennkammern mit ein Leistung von über 70 Liter die Minute, Das Bike „The Beast“ von Per Bengtsson hat z:B. bei ca. 360 km/h einen Kraftstoffdruck von 28 Bar! Gezündet wird dieses explosive Gemisch durch eine Hochleistungszündanlage aus dem Hause MSD. Bis zu 44 Ampere sorgen für den kernigen Zündfunken. Um dieses Kraftstoff-Luftgemisch zu entzünden. Pro Brennraum sind zwei Zündkerzen verbaut. Die Zündkerzenelektroden werden auf den 400 m total zerstört. Schon nach der Hälfte des Weges (200 m) sind die Elektroden aufgefressen und der Motor "dieselt" nur noch weiter von der hohen Kompression und von den Auspuffventilen die fast 800°C heiß sind. Der Motor kann nur ausgeschalten werden in dem der Sprit abgeklemmt wird! Die Abgasanlage bei Top Fuel Motoren muss so beschaffen sein, dass die noch brennenden und stark expandierenden Abgase (speziell bei Kompressormotoren) standhalten. Die Abgase erreichen Temperaturen von annähernd ca. 1000°C. Meistens wird zusätzlich noch darauf geachtet, dass jedes Abgasrohr die Selbe Länge hat. Bei der Anordnung der Headers sieht man unterschiedliche Varianten.

Kupplung
Eine Top Fuel Kupplung basiert auf dem Prinzip der Fliehkraft. Über einen überdimensionierten Zahnriemen wird die Drehzahl vom Motor direkt an die Kupplung übertragen. Das Kupplungspacket besteht aus drei oder mehr Kupplungsscheiben sowie zwei Druckplatten. Durch die Fliehkraft bewegen sich spezielle Arme, die mit kleinen Gewichten bestückt. Der Mechaniker stellt die Kupplung über kleine Gewichte ein, die er an die jeweiligen Arme befestigt. Diese Arme wirken dort eine Kraft aus, die auf die Kupplung einwirken. Umso höher die Drehzahl, desto höher der Druck auf das Kupplungspaket. Durch unterschiedliche Gewichte an den Fingern lässt sich die Kupplungseinstellung vornehmen. Am Start wird die meiste Energie in Hitze umgewandelt. Vom Start weg sieht man deutlich den Kupplungsstaub aufsteigen. Nach 2 sec., oder ca. 200 m ist die Reibung so enorm, dass der Kraft-schluss mit dem Motor hergestellt ist. Fast zeitgleich schaltet der Pilot, via Pneumatik oder auch hydraulisch über einen Knopf am Lenker in den zweiten Gang. Gerade bei der Kupplung und dem Antriebssystem wird viel Entwickelt, hier ist noch viel Potential vorhanden.
Wenn teilweise die Motoren bitterböse ihr Leben auf dem Drag Strip aushauchen, kann dies sehr schnell ruinöse Ausmaße annehmen. Der Supergau bei einem Top Fuel Motor ist z.B., wenn eine Zündkerze im frühen Stadium des Laufes aussetzt, sammelt sich unverbranntes Nitro im entsprechenden Zylinder, und explodiert dann mit solcher Gewalt, das der Zylinder abreißt oder der Motorblock in Stücke geht. Das Treibstoff/Luftgemisch wird dabei so stark komprimiert, dass es fast schon wieder flüssig ist. Die Kolben stehen bei Vollgas kurz vor hydraulic lock (das heißt, es befindet sich, wenn der Kolben den OT erreicht, soviel Flüssigkeit im Zylinder, dass der Kolben kaum noch Luft zum bewegen hat, und der Motor kurz vor seiner mechanischen Zerstörung steht). Das stoichiometrische Luft/Treibstoff-verhältnis liegt bei 1,7/1 für Nitromethan (zum Vergleich, Benzin wird mit ca. 14.7:1 als ideales Gemisch angesehen). Die Flammenfront von Nitromethan erreicht im Brennraum ca. 3900°C! Beispiele gibt es zu genüge, siehe Youtube! Bei Top Fuel Motoren ist es stets am physikalisch machbaren. Wer in der höchsten Klasse im Drag Racing mitmischen will, der wird sicherlich früher oder später Motoren oder auch Motorenteile in seine „Atome“ zerlegen.

Keine Frage, dass brutale Zusammenspiel aller mechanischen und elektronischen Komponenten, einschließlich der Programmierung des Zeitfensters ist eine Kunst für sich im Drag Racing. Spezielle Sensoren am Bike helfen einen Lauf analytisch zu verstehen. Mit diesen Daten legt das Team dann Setupfenster fest. Ausschlaggebend ist das Wo und Wieviel Leistung die Strecke verträgt, dies ist entscheidet über Sieg oder Niederlage.

Aufgrund des Reglements ist das Mischen des Nitroanteils nur begrenzt erlaubt. Zusätzlich werden meteorologische Größen (Luftdruck ,Lufttemperatur, und Luftfeuchtigkeit) mitberücksichtigt. Diese haben Auswirkungen auf das Ansprechverhalten und die Leistung des Motors. Mit dem Verändern des Zündzeitpunkts wird meistens Leistung rein oder raus genommen, um sich schneller an die unterschiedlichen Streckenverhältnisse anpassen zu können.
Sind bei einem Lauf die Timer für Kraftststoff- Kupplungsmanagment und Zündung eingestellt, kann es passieren, dass der Slick trotzdessen durchdreht. Dramatisch kann es unter Umständen werden, denn wenn die Traktion abreißt (Up in Smoke) muss der Pilot etwas vom Gas gehen. Bei der Entscheidung über Sieg oder Niederlage lupft der Pilot um den Lauf trotzdem noch schnell ins Ziel zu bringen, diese Entscheidung wird in Bruchteilen von Sekunden getroffen, bei Geschwindigkeiten zwischen 200-400 km/h! Nun kommt ein weiterer Faktor dazu. Alle Timereinstellungen laufen währenddessen weiter. Die Zylinder werden weiterhin mit Nitromethan geflutet, die Kupplung macht noch mehr „zu“ und die Zündung kommt noch früher (Nitro verbrennt schneller als Benzin)! Wenn der Rennfahrer nun wieder Gas gibt (Ventile sind kurzzeitig geschlossen), steigt der Spritdruck im Zylinder so schlagartig an, dass unter Umständen der Motor zerstört werden kann. Dies geht oftmals gut aber wenn der Druck zu enorm ist, gibt entweder die Kopfdichtung den Verbrennungsdruck eindrucksvoll mit einem Feuerball nach außen ab oder die Pleuel reißen schlichtweg ab, da der Zylinder mit Nitromethan überflutet ist! Dieses sogenannte „Back-Pedaling“ ist auf dem Drag Strip gelegentlich zu sehen. Beeindruckend wenn so ein PS Monster quasi in Rauch aufgeht und der Pilot sein fahrerisches Können unter Beweis stellen muss, immer mit dem Hintergedanken, welche schlimmen Folgen dieses haben könnte.

Ein Erlebnis Warm Up Scenario

Das Black-Seven-Team überprüft durch einen Warm Up alle technischen Komponenten. Hier wird das Bike aufgebockt, so dass der Hinterreifen frei dreht. Das Vorderrad wird zur Sicherheit fixiert. Über einen externen Anlasser wird der Motor durchgedreht (hier wird der Öldruck kontrolliert) Anschließend wird Methanol in die Ansaugkanäle gesprüht. Das Hubraummonster erwacht zum Leben. Der Motor wird nicht mit Nitromethan angelassen, da es bei technischen Problemen zu fatale Folgen kommen könnte. Nachdem der Motor mit Methanol einen kurzen Moment angelaufen ist, wird auf Nitromethan umgeschaltet. Dieser Test ist unerlässlich, der Zündzeitpunkt wird kontrolliert und das Bike wird auf eventuelle Leckagen überprüft. Durch kurze Gasstöße macht sich der Pilot von dem Ansprechverhalten des Motors einen Eindruck. Anschließend wird erneut von Nitro auf Methanol gewechselt und der Motor wird abgeschaltet. Die Zündkerzen werden herausgedreht und der Motor durchgedreht um alle Rückstände aus dem Brennraum heraus zu spülen. Das Bike wird betankt und die Zündkerzen wieder eingeschraubt. Nun kann sich das Team auf den Weg in den Vorstart machen.
Die Mega Gummiwalze im Heck des Rahmens soll die brachiale Power auf die Strecke bringen. Der Luftdruck wird kurz vor dem Lauf überprüft bzw. korrigiert. Ein falscher Reifenluftdruck wirkt sich negativ auf das Fahrverhalten und natürlich auf die Traktion aus.

Wartung:
Wer in der Klasse Top Fuel antritt, hat an einem Rennwochenende mit vier Qualifikationsläufen, verteilt auf zwei Tage und dem eigentlichen Renntag mit drei Läufen ein enormes Arbeitspensum zu bewerkstelligen. Ein gutes Mechaniker Team und die Logistik ist enorm wichtig um alle Arbeitsabläufe für die Vorbereitung zum Start zu bewerkstelligen. Die Crew besteht aus vielen Helfern, die nicht nur ihre komplette Freizeit opfern sondern auch den wohlverdienten Urlaub nach den Rennterminen ausrichten. Ein funktionierendes Team ist unerlässlich für den Gesamterfolg an den Rennstrecken. Dies ist eine Herausforderung, da  über mehrere Jahre geplant wird. Alle notwendigen Tätigkeiten und Arbeitsabläufe müssen genau aufgeteilt sein und jeder Handgriff muss sitzen. An einem Renntag kann dies schon mal sehr stressig sein, wenn man unter Zeitdruck steht.

Nach jedem Lauf wird das Motorenöl gewechselt. Nitromethan hat die Eigenschaft, dass Motorenöl negativ zu verändern. Es wird bei dem abgelassenen Öl analysiert, ob Schwebstoffe zu finden sind und auf Abrieb im Motor hinweisen könnten. Die Kupplungsscheiben werden mit einem Planschleiftisch bearbeitet, um eine gleichmäßige und vor allem Saubere Oberfläche zu bekommen. Anschließend werden die Scheiben passend zu einem Set zusammengestellt und für den nächsten Einsatz bereitgestellt.

Es bedarf schon mehr als nur Mut ein Top Fuel Bike am Limit zu bewegen. Nur sehr wenige auf diesem Erdball sind sich dieser Herausforderung auch bewusst. Einer, der es wissen muss, ist Larry „Spidermann“ McBride. Er betont immer wieder, wie respektvoll man diesen PS Monster begegnen sollte. Selbstüberschätzung ist hier fehl am Platz, nicht nur dass man sich selbst in Gefahr bring, sondern auch seinen Kontrahenten in der anderen Bahn!

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Text: Henrik Vormdohre
Fotos: Henrik Vormdohre