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Acht-Demonstration
Der Neue Audi R8 und seine Macher

Text
Johannes Köbler

Fotos
Manfred Jarisch

Technologie am Limit

Kein anderes Auto mit den Vier Ringen ist näher am Motorsport, keines ist schärfer, keines dynamischer: Der neue Hochleistungssportwagen R8 lotet die Grenzen des technisch Machbaren neu aus. Ein Blick hinter die Kulissen der Entwicklung von Motor, ASF und quattro-Antrieb.

2,55 kg/PS

Leichtbau trifft Power:
Im neuen Audi R8 muss jedes PS nur 2,55 Kilogramm bewegen. Die Leistung: 449 kW (610 PS). Das Leer­gewicht: 1.555 Kilogramm.

Was braucht der Motor eines Hochleistungssportwagens? Power satt natürlich. Und Klang und bissiges Ansprechen und euphorische Drehfreude. Der weiterentwickelte 5.2 FSI im neuen R8 hat dies alles. Wenn Christian Brinkmann, Leiter Thermodynamik und Applikation V-Ottomotoren bei Audi, über den freisaugenden V10 spricht, leuchten seine Augen. „Unsere Entwicklungsarbeit war mehr als Leidenschaft“, sagt der Ingenieur aus Neckarsulm. „Das war schon eine Art positiver Verrücktheit.“

Bereits die Eckdaten umreißen das Faszinationspotenzial. Der Motor, der aus 5.204 cm3; Hubraum schöpft, leistet im neuen R8 V10 plus bei 8.250 1/min satte 449 kW (610 PS); bei 6.500 1/min steht sein maximales Drehmoment von 560 Nm bereit. Trotz der langhubigen Auslegung (Bohrung × Hub 84,5 × 92,8 Millimeter) dreht der Zehnzylinder bis 8.700 1/min. Hier, am Limit, erreichen die Kolben ihre maximale mittlere Geschwindigkeit von 26,9 Meter pro Sekunde, zirka 100 km/h. Die spezifische Leistung beträgt 117,2 PS pro Liter Hubraum, jedes PS muss nur 2,55 Kilogramm Leergewicht (ohne Fahrer) bewegen. Der schnellste Serien-Audi aller Zeiten schießt sich in 3,2 Sekunden von null auf 100 km/h und in 9,9 Sekunden von null auf 200 km/h, erst bei 330 km/h endet sein Vortrieb.

Der 5.2 FSI ist ein Hightech-Aggregat, schon sein Grundlayout beweist die enge Verwandtschaft zum Motorsport. Alle vier Nockenwellen lassen sich um 42 Grad Kurbelwinkel verstellen. Eine Trockensumpfschmierung ermöglicht es, den Motor tief im Auto einzubauen, ihr Pumpenmodul garantiert die sichere Schmierung auch bei der maximal möglichen Querbeschleunigung von 1,5 m g. Das Kurbelgehäuse, das einen V-Winkel von 90 Grad aufweist, besteht aus einer hochfesten und zugleich leichten Aluminium-Silizium-Legierung, die Zylinderlaufbahnen sind aus dem Vollen gehont.

Die Kurbelwelle des V10 ist als Common-Pin-Welle konzipiert: Die Pleuel der gegenüberliegenden Kolben greifen an einem gemeinsamen Hubzapfen an, was zu wechselweisen Zündabständen von 54 und 90 Grad führt. Dieser Rhythmus und die Zündfolge von 1 – 6 – 5 – 10 – 2 – 7 – 3 – 8 – 4 – 9 tragen stark zum unverwechselbaren Sound des neuen R8 bei. Unter Last spielt der mächtige Saugmotor ein Konzert mit grollenden Bässen und kraftvollen Obertönen, das mit steigender Drehzahl in ein grandioses Fortissimo übergeht, abgerundet durch das Patschen beim Volllast-Gangwechsel und das Brabbeln beim Gaswegnehmen. Zwei Klappen im Auspuff, die der Fahrer steuern kann, und eine schaltbare Rohluftansaugung besorgen das klangliche Feintuning.

Und was ist neu am V10? Jetzt kommt Brinkmann endgültig ins Schwärmen: „Wir haben den Motor noch spontaner gemacht und noch mehr auf hohe Leistungsabgabe ausgelegt. Oberhalb von 6.000 Touren ist er viel dynamischer als sein Vorgänger, und selbst wenn er über den Nennleistungspunkt dreht, hat er immer noch richtig Power. Wenn man bei stehendem Auto das Gaspedal im Leerlauf durchtritt, liegt die volle Last schon nach 66 Hundertstelsekunden an, fast 20 Prozent schneller als beim Vorgänger.“

Hinter der gesteigerten Leistung stehen zunächst einmal klassische Maßnahmen. Das Verdichtungsverhältnis ist von 12,5:1 auf 12,7:1 angehoben, die Ventilsteuerzeiten sind auf gute Füllung bei hohen Drehzahlen ausgelegt. Die Atemwege wurden aufwendig entdrosselt: Die Teller der Auslassventile sind flacher gestaltet, die Einlassventile haben schmalere Schäfte. Die geraden Ansaugkanäle wurden um zehn Millimeter verkürzt, die Tumble-Klappen und -Bleche entfernt – der 5.2 FSI braucht sie nicht mehr, dank der neuen dualen Einspritzung.

Die Kombination aus Saugrohr (MPI)- und Direkteinspritzung (FSI) trägt stark zur Dynamik bei. Im unteren Teillastbereich ist allein die neue Saugrohreinspritzung aktiv. Der hohe Unterdruck im Saugrohr lässt den Kraftstoff sehr gut verdampfen, bei der Verbrennung bleibt die Partikelentwicklung gering. Im mittleren Lastbereich teilen sich Saugrohr- und Direkteinspritzung die Arbeit zu gleichen Teilen auf, und im Volllastbereich leistet die FSI-Anlage, die bis zu 200 bar Druck aufbaut, etwa 85 Prozent. Der verbleibende MPIAnteil trägt zur guten Füllung bei.

Zwei Steuergeräte, die nach dem Master-/Slave-Prinzip operieren, teilen sich die Rechenarbeit. Brinkmanns Mitarbeiter Dr. André Grob, Leiter Thermodynamik und Applikation V8/V10-Ottomotoren, hat für die Daten gesorgt, die den mehr als 20.000 Werten zugrundeliegen. „über die duale Einspritzung hinaus haben wir eine spezielle Effizienztechnologie an Bord, die wir aufwendig in die verschiedenen Betriebsarten integrieren mussten – die Zylinderabschaltung COD“, sagt Grob. „Bei niedriger bis mittlerer Last und Drehzahl legen wir die Zylinder einer Bank still, indem wir Zündung und Einspritzung abschalten. Das gilt für das Fahrprogramm D und die oberen vier Gänge. Nach einer gewissen Zeit aktivieren wir die Bank wieder, damit ihr Katalysator nicht auskühlt, und legen dafür die andere Bank still. Der Fahrer bemerkt das nicht, weil sich der Klang des Motors mit fünf Zylindern kaum ändert. Und wir modulieren die übergänge, indem wir die Zylinder nacheinander abschalten.“

Unsere Entwicklungsarbeit war mehr als Leidenschaft. 
Das war schon eine Art positiver Verrücktheit, aus purer Begeisterung
für den neuen Motor.

Christian Brinkmann
Leiter Thermodynamik und Applikation V-Ottomotoren

Die COD-Technologie, das Start-Stop-System sowie eine Freilauffunktion in der Siebengang-S tronic verleihen dem neuen Audi R8 V10 plus erstaunliche Effizienz. Im NEFZ-Zyklus ist sein Verbrauch von 12,9 Liter pro 100 Kilometer (299 Gramm CO2 pro Kilometer) auf 12,3 Liter (287 Gramm) gesunken. Beim neuen R8 V10, der 397 kW (540 PS) leistet, beträgt der Rückgang sogar 13 Prozent. Noch mehr Power und noch mehr Leidenschaft bei höherer Effizienz – da leuchten nicht nur die Augen der Ingenieure.

117,2 PS/l
Die spezifische Leistung des Top-V10 ist überragend:
Seine 610 PS resultieren aus 5.204 cm3 Hubraum.

AUDI R8 DER ASF

Der Entwickler:
Jürgen Gerbrand verantwortet die Entwicklung der Karosseriestruktur des Audi R8.

Das richtige Material in der richtigen Menge am richtigen Ort – im Gespräch mit Jürgen Gerbrand wird diese klassische Leichtbaumaxime von Audi lebendig. Der Ingenieur aus Neckarsulm, verantwortlich für die Entwicklung innovativer Karosserieprojekte, weiß alles über den Multimaterial-Space Frame des neuen R8, über die Stärken der unterschiedlichen Werkstoffe und über die beste Methode, sie miteinander zu verbinden.

Der Space Frame des Hochleistungssportwagens bringt gerade mal 200 Kilogramm auf die Waage, berichtet Gerbrand, noch einmal 15 Prozent weniger als beim Vorgängermodell, das schon extrem leicht war. Hinter diesem Top-Wert steht ein Konzept, das Audi zum ersten Mal anwendet: Der Vorder- und Hinterwagen sind wie bisher aus Aluminium aufgebaut, die Rückwand, der Mitteltunnel und die dreiteiligen B-Säulen jedoch aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK). Gemeinsam bilden diese Teile das höchstfeste, extrem verwindungssteife Rückgrat des Multimaterial-Space Frame, an dem sie 13 Prozent Anteil haben.

„Wir setzen das Material CFK gezielt dort ein, wo es noch bessere Ergebnisse erzielt als Aluminium, und wir spezifizieren es ganz unterschiedlich“, erklärt Entwickler Gerbrand. Im Querträger der Rückwand, wo vor allem die maximale Festigkeit in Querrichtung zählt, sind die Gewebelagen weitgehend unidirektional ausgerichtet. Bis zu 14 von ihnen liegen hier übereinander, sie bilden eine fünf Millimeter starke Schicht, um die extreme Zugfestigkeit der reinen Faser in Längsrichtung voll auszunutzen – sie beträgt 4.800 Megapascal. In den B-Säulen-Verstärkungen hingegen, die Belastungen in Längs- und Querrichtung aufnehmen müssen, sind die Lagen in alle Richtungen orientiert (quasi-isotrope Ausrichtung). Gerbrand: „An jedem Einsatzort erfüllen die CFK-Teile eine bestimmte Aufgabe, entsprechend sind sie aufgebaut.“

Auch bei den Aluminiumteilen, wo die klassischen Halbzeuge Guss, Profil und Blech im Einsatz sind, hat Audi das Space Frame-Prinzip intensiv weiterentwickelt. Der A-Säulen-Knoten, der wichtige Bauteile des Vorderwagens und der Passagierzelle miteinander verbindet, besteht aus einer neuen, hochfesten Guss-Legierung mit 230 Megapascal Zugfestigkeit, 15 Prozent höher als bisher. Gemeinsam kommen die Gussknoten auf 20,8 Prozent Anteil im ASF.

Bei den Strangpressprofilen, die 47,2 Prozent Anteil einnehmen, konzentrierte sich die Entwicklung auf erhöhte Zugfestigkeit – mit dem neuen Top-Wert von 340 Megapascal – und auf optimierte Topologie. „Zwischen der Federbeinaufnahme und der Fahrwerksanbindung der Hinterachse steht ein vertikales Profil von etwa 60 Zentimeter Länge“, sagt Jürgen Gerbrand. „Seine Wandstärke ändert sich zwischen 2 und 7 Millimeter – mit dieser Auslegung sparen wir 1,3 Kilogramm Gewicht im gesamten Hinterwagen.“ Bei den Strukturstreben, die den Hinterwagen versteifen, bilden Ovalprofile aus Aluminium das obere Kreuz – sie wiegen nur ein Kilogramm.


Gussknoten aus der neuen hochfesten Legierung binden die Achslenker direkt und steif an den ASF an. Der Boden des Gepäckraums besteht aus Aluminiumblech und fungiert als Schubfeld. „Wir haben hier eine neuartige Integration der Funktionen realisiert“, resümiert Entwickler Gerbrand. „Neben den neuen Materialien und den verbesserten Geometrien ist dies unsere dritte große Disziplin im Leichtbau.“

Die CFK-Teile, die wir im ASF nutzen, erfüllen
an jedem Einsatzort eine ganz bestimmte Aufgabe.
Wir haben sie passgenau darauf zugeschnitten.

Jürgen Gerbrand
Entwicklung Karosseriestruktur Audi R8

Gussteile, Profile, warmaushärtende Aluminiumblechlegierungen und CFK – wie kommen diese unterschiedlichen Materialien zu einem steifen, sicheren und schwingungsoptimierten Space Frame zusammen? Gerbrand nennt die wichtigsten Techniken im Karosseriebau: „Die Schweißnähte zwischen den Aluminiumteilen sind insgesamt 89 Meter lang. Für die Verbindung mit den CFK-Komponenten nutzen wir ausschließlich kalte Verfahren. Der Multimaterial-Space Frame enthält 270 Halbhohlstanzniete, 207 Blindniete, 241 metrische und 270 selbstfurchende Schrauben. Durch die Kathodische Tauchlackierung mit dem zirka 200 Grad Celsius heißen Trockenofen, einen technischen Klebstoff und eine spezielle Abdichtung sorgen wir dafür, dass das Aluminium in den Kontaktbereichen mit dem CFK nicht korrodiert.“

In der Leichtbaugüte – der Relation aus Gewicht, Größe und Steifigkeit – erzielt der neue Multimaterial-Space Frame einen Top-Wert in seinem Segment. Bei der Torsionssteifigkeit – einem besonders wichtigen Wert für einen Sportwagen – hat er 40 Prozent zugelegt. Jürgen Gerbrand: „Nur durch das neue Multimaterial-Konzept konnten wir diese verbesserten Eigenschaften bei verringertem Gewicht erreichen. Hätten wir den Space Frame in der gleichen Technologie wie beim Vorgängermodell aufgebaut, dann wäre er 32 Kilogramm schwerer geworden.“

200 kg
Genau vier Zentner Gewicht:
Der Multimaterial-Space Frame des neuen Audi R8 stößt in neue Leichtbaudimensionen vor.

AUDI R8
DER QUATTRO-ANTRIEB

Der Entwickler:
Sebastian Straßer ist Leiter Entwicklung Fahrwerkregelung Allradregelsysteme/Elektrifizierte Antriebe.

Audi ist quattro, und quattro ist Audi – auch beim neuen R8. Gerade hier im Hochleistungssportwagen sorgt der permanente Allradantrieb für das entscheidende Plus an Stabilität, Präzision und Traktion. „Beim quattro-Antrieb im neuen R8 haben wir das Optimum des heute Möglichen realisiert“, erklärt Sebastian Straßer, Leiter Entwicklung Fahrwerkregelung Allradregelsysteme/Elektrifizierte Antriebe.

Eine leistungsfähige Mechanik und eine Software,
die uns viele Parameter für die Regelung bietet – das macht die
Performance des neuen quattro- Antriebs aus.

Sebastian Straßer
Leiter Entwicklung Fahrwerkregelung
Allradregelsysteme/Elektrifizierte Antriebe

Das Herzstück des neuen quattro-Triebstrangs ist eine elektrohydraulisch geregelte Lamellenkupplung, die in das Vorderachsdifferenzial integriert ist. In ihrem Inneren birgt sie eine elektrisch angetriebene Axialkolbenpumpe. Wenn die Situation es erfordert, drückt sie die Lamellenpakete, die aus Stahl bestehen und mit einem organischen Material belegt sind, mit bis zu 40 bar zusammen. Je höher der Öldruck, desto mehr Kraft gelangt stufenlos von der hinteren auf die vordere Achse. Um den schnellen Druckaufbau innerhalb von Millisekunden zu gewährleisten, wälzt die Pumpe permanent ein gewisses Ölvolumen um.

„Im Vergleich mit der ungeregelten Viscokupplung des Vorgängermodells schneidet die geregelte Lamellenkupplung in allen Kriterien viel besser ab“, sagt Straßer. „Bisher konnten wir nur maximal 30 Prozent der Momente nach vorne übertragen. Zudem war dafür immer eine gewisse Differenzdrehzahl zwischen den Achsen nötig. Jetzt können wir jederzeit die ideale Momentenverteilung einstellen, und zwar abhängig von der konkreten Fahrsituation und vollvariabel, weil die neue Kupplung keine feste Grundverteilung kennt. Unsere intelligente Allrad-Software ist exakt auf das Mittelmotorkonzept zugeschnitten. Sie ermittelt permanent die jeweils ideale Momentenverteilung, abhängig von Fahrsituation, Fahrereingaben und Umgebungsbedingungen.“

Das Management des quattro-Antriebs ist in das Fahrdynamiksystem Audi drive select eingebunden, das die Wahl zwischen den Modi comfort, auto, dynamic und individual bietet. Beim R8 V10 plus (optional beim V10) kommen im Performance-Modus die Programme dry, wet und snow dazu; sie passen die fahrdynamischen Parameter gezielt an den Reibwert der Straße an. Als ergänzendes Software-System rundet die radselektive Momentensteuerung die Handlingeigenschaften ab – wenn nötig, bremst sie die kurveninneren Räder ganz leicht an.


Damit der Fahrer stets die uneingeschränkte Performance der quattro-Technologie zur Verfügung hat, ist die Lamellenkupplung an den Kühlkreislauf des Motors angekoppelt. Dadurch kann sie immer ihre volle und exakte Regelarbeit leisten, unabhängig von der Belastung und der Außentemperatur – von Saudi-Arabien bis zum Nordkap. Mit einem Druck- und Temperatursensor werden die Bedingungen kontinuierlich überwacht und die Regelparameter angepasst. Obwohl die Lamellenkupplung mit einem minimalen Schlupf arbeitet, der zur definierten übertragung der Momente notwendig ist, übertrifft sie die Viscokupplung des Vorgängermodells auch in puncto Effizienz.

An der Hinterachse des neuen Audi R8 sitzt ein mechanisches Sperrdifferenzial, das die Traktion und die Fahrdynamik weiter verbessert. Mit seiner 25-prozentigen Sperrwirkung bei Zug und den 45 Prozent bei Schub ist es exakt auf den aktiv geregelten quattro-Antrieb zugeschnitten. Sebastian Straßer: „Eine leistungsfähige Mechanik und eine Software, die uns jede Menge Stellschrauben für die Regelung bietet – diese Kombination verleiht dem neuen quattro-Antrieb seine überlegene Performance.“

R8-Antriebsstrang:
Die Lamellenkupplung ist am vorderen Ende der Kardanwelle in das Vorderachsdifferenzial integriert.