Technik-Analyse: So viel Formel 1 steckt im V12 des Aston Martin Valkyrie

(Motorsport-Total.com/Auto-Medienportal) - "Dieser Motor wird als eine Ikone in die Geschichte eingehen", sagt Bruce Wood, Geschäftsführer bei Cosworth. Die legendäre britische Motorenschmiede entwickelt im Auftrag von Aston Martin und Red Bull den Motor für den Valkyrie, das Hypercar aus der Feder von Formel-1-Genie Adrian Newey.

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Der mächtige V12 des Valkyrie könnte der letzte große Saugmotor der Geschichte sein Zoom

Große Worte, denen der Motor aber wohl vollkommen gerecht werden wird: Denn das V12-Sauger-Herz des Valkyrie schlägt mit bis zu 11.100 Umdrehungen pro Minute und produziert dabei nicht nur 1.013 PS, sondern nebenbei auch einen epischen Motorsound.

Mit diesem Konzept geht Aston Martin gegen den aktuellen Trend: Statt auf Downsizing und Turboaufladung setzen die Briten auf Hubraum und eine moderne Interpretation des klassischen Saugmotors. Gegenüber dem Formel-1-Antrieb im Konkurrenten Mercedes Project One scheint der V12 wie der komplette Gegenentwurf aus guten alten Zeiten, doch er ist dem kleinen Kraftpaket aus Brixworth ähnlicher als man glaubt.

Zunächst arbeiteten die Ingenieure bei Cosworth nämlich mit dem gleichen Hubraum wie die Konkurrenz mit dem Stern. Allerdings entstand kein turbogeladener V6, sondern ein 1,6-Liter-Dreizylinder-Sauger, der einem Viertel des fertigen V12 entsprach. Dieser reckt inzwischen seine mächtigen Zylinderbänke in einem Winkel von 65 Grad in die Höhe.

Vom Dreizylinder zum V12

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Der Aston Martin Valkyrie wird die Heimat des unglaublichen Motors Zoom

Gegenüber 'Carfection' erklärt Wood die ungewöhnliche Herangehensweise und die neuen Konzepte, die Cosworth dabei umsetzt: "Wir wollten nicht ein ganzes Jahr warten, um zu sehen, ob wir unsere Ziele erreicht haben. Also haben wir uns einen existierenden Vierzylinder genommen und auf seiner Basis einen Zylinderkopf entwickelt, der dann exakt drei Zylindern des Valkyrie entsprach."

Bereits nach fünf Monaten konnten die Ingenieure so belastbare Daten sammeln. Neben den Emissionen stand dabei vor allem die Leistung im Vordergrund. Davon produzierte der kleine Prototyp mehr als genug: Auf dem Prüfstand wurde der Dreizylinder mit einer Leistung von 253 PS gemessen.

Der Motor als Zentrum

Durch diese sorgfältige Vorarbeit lief der erste V12 schon knapp ein Jahr nach Beginn des Programms. Fertig im Wagen verbaut wird der irrwitzige Saugmotor noch von einem Hybridelement unterstützt werden, das den Valkyrie zu Formel-1-Fahrleistungen katapultieren soll. Bei einem Leistungsgewicht, dass am Ende bei einem PS pro Kilogramm liegen soll, ist das nicht verwunderlich. Mit einer Literleistung von 153 PS pro Liter spielt der V12 aber auch schon ohne Zusatzschub schon in einer eigenen Liga.

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Im Heck der "Walküre" wird der V12 ab nächstem Jahr wüten Zoom

Neben der reinen Leistung zeichnet sich das außergewöhnliche Aggregat aber noch durch ein weiteres Novum aus. Als einziges Straßenfahrzeug auf der Welt soll der Motor des Valkyrie selbst strukturtragend sein. Das bedeutet, dass das Chassis ohne den Motor unvollständig ist und nicht einmal rollfähig wäre.

Wood resümiert kurz und trocken: "Wenn man den Motor ausbaut, dann sitzt das Auto komplett auf der Straße auf - es gibt dann nichts, was die Vorderräder und das Heck verbinden würde."

Formel-1-Technik für die Straße

"Man hat hier wirklich Formel-1-Technik", schwärmt er weiter vom Gesamtkonzept. Die Konstruktion hat dabei zusammen mit der Leistung und dem Aerodynamikkonzept auch zu großen Herausforderungen geführt, wie er zugibt. Einerseits geht es dabei um die Länge des V12, andererseits um dessen Fixierung im Fahrzeug selbst.

"Mit jemandem wie Adrian Newey an der Spitze des Projekts war schnell klar, dass die aerodynamischen Belastungen enorm werden würden", erklärt Wood. Zusätzlich zu den Aero-Lasten muss der Motor wegen der Einbindung in die Struktur alle Bewegungen des Chassis tragen und auch die Fliehkräfte verarbeiten. Hinzu kommen noch die thermische Belastung durch die Benzinverbrennung und die Kräfte, die der Antrieb so selbst verursacht.

Bei Fahrleistungen wie in einem Formel-1-Wagen sind diese Parameter entsprechend groß. Zusammen mit dem gewählten Motorkonzept stand Cosworth deshalb vor einer Herausforderung, die Festigkeit des Motorblocks auch auf lange Sicht zu garantieren. Problematisch sind in diesem Fall vor allem seine zwölf Zylinder und die damit verbundenen großen Maße - insbesondere aus materialtechnischer Sicht.

Luftfahrt-Legierungen: Nur Fliegen ist schöner

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Die Zylinderbänke bestehen aus Flugzeugaluminum Zoom

Weil der Motor durch die relativ große Länge eine verhältnismäßig geringere Verwindungssteifigkeit als kompakte Aggregate besitzt, mussten die Ingenieure zu speziellen Werkstoffen greifen.

Anstatt klassische Legierungen zu verbauen, bedienten sie sich deshalb im Flugzeugbau. So bestehen die Zylinderköpfe aus Flugzeugaluminium, das eine bessere Dauerfestigkeit als handelsübliche Legierungen aufweist. Neueste Werkstoffe vermied das Team allerdings konsequent, um später keine bösen Überraschungen bei der Zuverlässigkeit zu erleben.

Titan für den Titanen-Motor

Pleuel und Ventile wiederum sind aus Titanlegierung gefertigt. Das erprobte und widerstandsfähige Metall ist dabei besonders leicht und trotzdem extrem belastbar. Das ist auch nötig, denn die daran befestigten Kolben bewegen sich in den Brennkammern mit unglaublichen 25 Metern pro Sekunde auf und ab.

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Die Pleuel sind aus widerstandsfähigem Titan hergestellt Zoom

"Das ist absolut auf Formel-1-Niveau", stellt Wood stolz klar. Aber auch sonst steht der Motor der Königsklasse in nichts nach:
Der V12 erreicht seine Spitzenleistung von über 1.000 PS bei einer Drehzahl von 10.500 Umdrehungen pro Minute, das maximale Drehmoment von 740 Newtonmeter liegt bereits bei 7.000 Umdrehungen an.

Die zweite große Herausforderung, der sich die Ingenieure gegenüber sahen, war ebenfalls in der strukturtragenden Bauweise begründet. In Formelfahrzeugen kein großes Problem, stellte sich die Aufnahme des Motors an der Sicherheitszelle schwieriger als gedacht heraus.

Selbstgemachte Herausforderungen

Schuld daran ist der zweite Sitz im inneren des Valkyrie, der die Montagepunkte weit an den Rand des Monocoques brachte. So mussten die Ingenieure die im Spritzgussverfahren hergestellten Ventildeckel des V12 auch zu Motoraufnahmen zweckentfremden - eine Mammutaufgabe, die sie wiederum durch Einsatz moderner Legierungen meisterten.

"Sie müssen dabei mit dem stabilsten Teil des Monocoques verbunden sein, welche weit außen liegen", beschreibt Wood die Problematik bei der Entwicklung dieser Bauteile. Wie beim Motor selbst nimmt mit zunehmender Länge die Verwindungssteifigkeit der ummodellierten Ventildeckel ab - und das Risiko von Verformungen somit theoretisch zu. Trotzdem gelang es dem Team die Problematik zu meistern. "Das war eine ziemliche Herausforderung", erinnert er sich an die schwierige Konstruktion.

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Die Ventildeckel wurden zu Motorhalterungen umfunktioniert Zoom

Aber auch im Motorinneren selbst arbeitet alles am Limit: Weil konventionelle Gleitlager den extremen Belastungen nicht standhalten würden, verarbeitet Cosworth modernste, polymerbeschichtete Lager. Dadurch erhoffen sich die Ingenieure eine vergleichbare Haltbarkeit wie bei konventionellen Motoren mit normalen Lagern.

Lob für Adrian Newey

Ein Einsatz von im Rennsport verbreiteten, mit Blei versetzten Lagern ist im Straßenbetrieb nicht erlaubt. Deshalb fiel die Wahl auf die neuartigen Lager mit Kunststoffzusatz.

Obwohl die Anforderungen von Red Bulls Mastermind Newey sowohl im Motor als auch in der Peripherie groß waren, lobt Wood den Stardesigner. Die Einstellung des Weltmeister-Konstrukteurs sei beim Projekt das Zünglein an der Waage gewesen und hätte das Team nach vorne gebracht, ist er überzeugt.

"Adrian hatte von Anfang an eine ganz klare Vision. Und das war einfach ansteckend. Diese Herangehensweise hat das Projekt zu dem gemacht, was es heute ist", schwärmt Wood von der Zusammenarbeit.

Überforderung als Prinzip

Als Beleg führt er dabei das Gewicht des Endprodukts an: Bei zwölf Zylindern und über 1.000 PS Leistung wiegt der Motor gerade einmal 206 Kilogramm. Umgerechnet auf die sechseinhalb Liter Hubraum war selbst Cosworths letzter Formel-1-Motor aus der Saison 2013 schwerer.

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Das Geschoss aus Adrian Neweys Feder soll so schnell wie die Formel 1 sein Zoom

Wie das unglaubliche Gewicht erreicht wurde? Wood kennt die einfache Antwort: "Wir haben uns die Ziele etwas höher als eigentlich möglich gesteckt. Genau deshalb und wegen der klaren Vision wird der Motor als eine Ikone in die Geschichte eingehen."

"Das Ziel in Sachen Gewicht war sehr ambitioniert: 200 Kilogramm", beleuchtet er die anfänglichen Zielsetzungen. "Am Ende waren es ein paar Kilo mehr, aber durch das Ziel von 200 Kilo sind wir jetzt da, wo wir eben sind. Mit einem Ziel von 210 Kilo wären wir jetzt genau bei 210", glaubt Wood.

Fürs Gewicht: Cosworth schöpft aus dem Vollen

Ein Musterschüler bei der beispiellosen Diät des Aggregats ist dabei die Kurbelwelle: Das Stahlbauteil, das zunächst 77,5 Zentimeter Länge und 17 Zentimeter Durchmesser besitzt, verliert in der Verarbeitung 80 Prozent seines ursprünglichen Materials.

Übrig bleibt am Ende der Fertigung nur eine gehärtete und belastbare Welle, die die Titanpleuel ansteuert und so den Takt im Orchester der zwölf Trompeten vorgibt. So ist sie sage und schreibe nur noch halb so schwer wie das vergleichbare Bauteil im V12 des Aston Martin One-77.

Auch bei den anderen Teilen im Inneren des Motors wird aus dem Vollen geschöpft: Wie die Kurbelwelle werden sie größtenteils aus ganzen Metallblöcken gearbeitet.

Newey schlägt Alarm: Weg mit dem Lack!

Doch auch die feststehenden Teile am Motor unterlagen dem strengen, selbstauferlegten Gewichtslimit. Selbst die Lackierung auf dem aus Carbon gefertigten Ansaugstutzen des Motors war Adrian Newey zu viel unnötiges Gewicht, plaudert Wood aus dem Nähkästchen. Die Folge: Kunden dürfen nun selbst entscheiden, ob sie das Kunstwerk aus Kohlefaser unverhüllt sehen möchten oder lieber auf eine Lackierung setzen.

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Auf Forderung Neweys bleib der Ansaugtrakt des V12 unlackiert. Zoom

Wie der Rest des Antriebs, so folgt auch die Peripherie des Motors dieser leistungsorientierten Bauweise. Dabei nutzen die Konstrukteure jeden Kubikzentimeter, wie Wood erklärt. "Jedes bisschen Platz hier im Motorraum ist mit viel mehr als dem Motor selbst vollgestopft", blickt er auf das enge Packmaß rund um den V12.

So laufen die Kühler direkt neben den Motoraufnahmen hinauf. Und auch die ausgeklügelte Aerodynamik hat direkten Einfluss auf die Konstruktion. "Der Diffusor zum Beispiel läuft direkt unter dem V des Motors. Jeder Spalt im Motorraum ist mit irgendetwas vollgepackt", erklärt er das Zusammenspiel aus Kraft und Aerodynamik.

Nordschleife oder Bäcker? Beides!

Bei der unglaublichen Leistung soll aber auch die Nutzbarkeit im Alltag nicht auf der Strecke bleiben: Rund 100.000 Kilometer soll der einzigartige Antrieb ohne Defekt absolvieren können, weshalb die Motoren bereits ein komplettes Testprogramm absolviert haben.

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Auf dem Prüfstand hat der Motor bereits voll überzeugt Zoom

Die Testzyklen umfassten dabei simulierte Runden auf der Rennstrecke in Silverstone und der Nürburgring Nordschleife, aber auch normalen Verkehr. Auf drei verschiedenen Prüfständen wurden Motoreinstellungen, Leistung und Haltbarkeit untersucht. Die Zuverlässigkeit wurde dabei mit 220 Betriebsstunden sichergestellt.

Von Rennstreckeneinsätzen auf der Nordschleife bis zum Brötchen holen beim Bäcker soll alles möglich sein mit dem Valkyrie. Ob Rennstrecke oder Einkauf, eines scheint klar:
Aston Martin, Red Bull und Cosworth lassen mit dem V12 womöglich den letzten großen und großartigen Saugmotor der Geschichte auf die Automobilwelt los.