Wie übersteht die Kupplung 11.000 PS?

Die Kraft, die sich im Kupplungspackage eines Top Fuel Dragsters verankert, würde ein herkömmliches Getriebe in Sekundenbruchteilen zerreißen; deshalb arbeitet der etwa 10.000 PS starke Nitromotor mit einer massiven Mehrscheibenkupplung, die über eine eigene stufenweise Schleifkurve mit dem Asphalt verbunden ist. Dieses Package schluckt in den ersten Mikrosekunden des Laufs die Kraft durch Durchrutschen, greift dann Schritt für Schritt und gibt dabei meist sein Leben in einem genau vier Sekunden dauernden Lauf.

Jetzt stell dir vor: In deinem Auto wartet die Kupplung in der Hinterhand, um dich stehen zu lassen, sobald du sie nicht mehr bedienst. Bei Top Fuel herrscht eine völlig umgekehrte Welt. Während das Fahrzeug an der Startlinie steht, ist die Kupplung bereits offengelegt; sie ist so eingestellt, dass der Motor im Moment des Gasgebens mit etwa 5.000 rpm dreht und genug hält, um das Fahrzeug loszuschießen. Die Kupplung ist hier also kein Zubehör, sondern ein sechs Sekunden dauernder Computer zwischen Motor und Reifen - ohne dass auch nur ein einziger Mikrochip darin steckt. Gemäß den Regeln wird alles mit sehr einfachen mechanischen Teilen gelöst. Warum? Weil kein elektronisches Gerät, das mit einer Leistung von nahezu 11.000 PS überlebt, die akribische Handwerkskunst in einer Pit Area schlagen kann.

Wie die Top Fuel Kupplung funktioniert: Die Anatomie eines riesigen Schleifers

Der Kern dieser Kupplung ist eine Zentrifugal- einheit, also ein System, das sich mit steigender Drehzahl von selbst zusammenzieht. Hinzu kommt ein pneumatisches Auskuppellager. Das Grundprinzip lautet: kontrolliertes Durchrutschen. Würde die Kupplung beim Start sofort verriegeln, würde das enorme Drehmoment die Reifen überfordern, das Fahrzeug die Traktion verlieren und die Hinterräder in Rauchfahnen verwandeln. Deshalb wird die Kraft beim Beschleunigen des Fahrzeugs stufenweise an die Hinterräder weitergeleitet - wie ein langsam geöffneter Wasserhahn.

Schauen wir uns den Aufbau des Packages an. Auf der Motorseite befindet sich ein Schwungrad; es ist ein integraler Bestandteil des Systems. Ganz hinten liegt die Druckplatte, die das Team liebevoll die Kappe nennt. Dazwischen liegen bis zu fünf Reibscheiben sowie Floaterplatten, die die Scheiben voneinander trennen und mit Ständern an Bolzen fixiert sind. Die Kappe lagert in den Kupplungsfingern. Bei modernen Packages werden für die Floater Titanstifte und Titan-Kappenplatten verwendet, während die Floater selbst aus Stahl gefertigt sind.

18 Hebel, Gewichte und die Verriegelungskurve

Aber wie wird die Verriegelung eingestellt? Im Zentrum stehen die Hebel, die mit dem Kupplungsdeckel verbunden sind - in den meisten Packages genau 18 Stück, und jeder davon kann einzeln eingestellt werden. Mit steigender Motordrehzahl werden diese Hebel durch die Zentrifugalkraft nach außen gedrückt und belasten die Druckplatte, wodurch die Scheiben zusammengepresst werden. Mit zunehmender Drehzahl steigt der Anpressdruck, und die Verriegelungskurve ist damit in den Lauf eingebrannt.

Von den beiden Hauptverstellrädern in der Hand des Chefs sind eines die Gewichte. Bringt man an den Armen mutternförmige Gewichte an, hält die Kupplung bei niedrigeren Drehzahlen; nimmt man Gewichte ab, lässt man den Motor bei höheren Drehzahlen drehen. Auf einem griffigen, „sticky“ Strip fügt der Chef Gewichte hinzu und bringt die Kraft schnell ins Spiel - für einen schnelleren Lauf. Hält der Untergrund schlecht, werden die Gewichte abgebaut und der Einschluss abgemildert. Die Oberflächenqualität der Strecke ist auch Teil dieser Gleichung: Eine gute Starthilfe erlaubt es der Kupplung, beim Anfahren aggressiver belastet zu werden. Die Linie zwischen aggressivem Setup und dem kompletten Verbrennen der Reifen ist hauchdünn; die meisten Events gewinnt das Team, das aus seinem Kupplungspaket auf dem Strip das Beste herausholt.

Cannon: Der Timer, den der Gasgeber nicht sieht

Wir hatten gesagt, dass der Fahrer keinerlei Kontrolle über das Kupplungsverhalten hat. Aber in wessen Händen liegt das Timing? In denen eines pneumatischen Timers und seines Aushängelagers - des Teils, das zwischen den Pit-Stationen „Cannon“ genannt wird. Wenn der Gasgeber aufs Gas tritt, aktiviert ein Mikroschalter diesen pneumatischen Timer. Während der Zähler des Timers weiterläuft, baut sich der Druck im Hydrauliksystem ab, das Lager bewegt sich und die Finger verriegeln die Kupplung. Das heißt, die Haltekurve der Kupplung wird vor dem Rennen über die Einstellung des Cannon quasi „verschlüsselt“ - wenn man so will.

Während die primären Arme mit der Drehzahl auf die Zentrifugalkraft reagieren, folgt der Cannon einer vollständig zeitgesteuerten Auslösekurve. Und es gibt noch ein Detail: Wenn der Fahrer das Gas rausnimmt, um Räderdurchdrehen zu vermeiden, kann diese Timer-Sequenz nicht mehr angepasst werden. Das heißt, die Kupplung hat vor der Starthilfe gelernt, was sie tun wird; während des Laufs kann man ihr kein Wort mehr sagen. Außerdem wird die Kupplung ausgehängt, wenn das Fahrzeug in die Burnout-Box fährt, und es wird langsam bei einer niedrigen Drehzahl von etwa 2.500 rpm weitergefahren - das Paket beginnt bereits an diesem Punkt zu greifen.

Vier Sekunden Lebensdauer: Warum die Scheiben bei jedem Lauf gewechselt werden?

Nehmen wir eine Reibscheibe unter die Lupe. Das bevorzugte Material ist gesintertes Gusseisen mit hervorragenden Reibeigenschaften. Das Material wird in verschiedenen Rockwell-Härtegraden hergestellt, um den Biss- und Schlupfgrad zu steuern. Was passiert nun mit diesen Scheiben? Die kurze Antwort: Der Lauf tötet sie. Die beim Schlupf entstehende lokale Hitze kann die Temperatur auf unglaubliche etwa 2.040°C treiben. Selbst wenn der Lauf beendet ist und das Fahrzeug zur Pit zurückkehrt, sind die Teile so heiß, dass die Mechaniker Asbesthandschuhe tragen müssen. Und während eines Laufs können sich Scheiben und Floater so stark verbinden, dass sie miteinander verschweißen.

Deshalb werden die Scheiben über das ganze Rennwochenende hinweg wie Verschleißteile behandelt. Viele Teams wechseln nach jedem Lauf die Scheiben komplett; der Unterschied zwischen einer abgenutzten, glänzend glatten Scheibe und einer strukturierten neuen Scheibe ist sogar mit der Hand spürbar. Die Stahl-Floater werden für einen einzigen Lauf verwendet und landen im Müll. Die neuen Scheiben wandern in den Gebraucht-Pool für das nächste Paket - als hätte alles rund um die Kupplung einen eigenen Lebenszyklus.

Aber die Sache ist nicht immer schwarz-weiß. In manchen Fällen werden alle Scheiben pro Lauf ausgetauscht, während manche Teams absichtlich neue und gebrauchte Scheiben mischen, um ein bestimmtes Schlupfniveau zu erreichen. Für Top-Fuel-Pilot Dom Lagana, der einen Vorrat an Kupplungen für eine Saison bestellt, lag diese Zahl bei etwa 60 Scheiben ; die Bestellung wird so groß gehalten, um die Eigenheiten der Scheiben kennenzulernen und die Konsistenz zu wahren. Das Setup selbst hängt von etlichen Parametern ab: Höhen, Anschläge, Gewichte, Übersetzung, Luftspalt, Anzahl der Nuten in den Floatern, die Programmierung der Cannon und ob das Paket 5 oder 6 Scheiben hat. Das Kupplungspaket ist also ein Baustein, der vor jedem Lauf neu geboren wird.

Warum gibt es im Top Fuel kein Getriebe? Die Philosophie des einzigen Gangs

Bei einem normalen Auto ist die Kupplung mit dem Getriebe verbunden und ermöglicht das Schalten. Im Top Fuel ist das Drehmoment jedoch so hoch, dass ein herkömmliches Getriebe beim Anfahren sofort zerbräche. Deshalb arbeitet die Kupplung hier als eigenständige, nie mit einem Getriebe verbundene und wesentlich größere Mehrscheibeneinheit. Es gibt nur einen Gang. Während das Fahrzeug beschleunigt, rückt die Kupplung zunehmend in Eingriff und überträgt die Kraft fast vollständig über eine mechanische Verbindung auf die Hinterräder. Dieser Ansatz umfasst auch den Funny Car; beide Klassen teilen sich dieselbe Philosophie.

Denken wir uns diese Philosophie anhand eines Vergleichs: Die Kupplung des Top Fuel ist wie ein Hahn, der die Kraft über einen gleitenden Schieber kontrolliert abgibt. Das Getriebe des Pro Stock hingegen ist weniger ein Getriebe als ein Verriegelungssystem an den Fingern - und arbeitet außerdem ohne Kupplung. Nun kommen wir zum zweiten Teil.

Das verschlüsselte Getriebe des Pro Stock: Fünf Gänge ohne Kupplung

Die Pro-Stock-Klasse geht einen ganz anderen Weg als das Top Fuel. Da der Wettbewerb meist mit sehr knappen Abständen entschieden wird, gelten Getriebe- und Gang-Setups als eines der wichtigsten Abstimmungswerkzeuge der Pro-Stock-Teams. Die verbreitete Lösung ist ein ohne Kupplung arbeitendes Fünfgang-System: Beim Hochschalten wird der vorherige Gang automatisch deaktiviert. Der Preis einer Version dieses Designs mit unbegrenzten Übersetzungsoptionen wird mit 11.880 Dollar angegeben - es hat seinen Preis, dass diese Klasse einen solchen Ingenieurskampf führt.

Dieses Getriebe ist heute die Einheit der Wahl für nahezu jeden NHRA-Pro-Stock-Fahrer. Beim Gangwechsel wird ohne Drehzahlangleichung geschaltet, was innen ein ziemlich lautes Geräusch erzeugt. Aber die Sache beschränkt sich nicht nur auf die Debatte Kupplung oder Drehmomentwandler: Auf der Pro-Mod-Seite sind überbrückbare Drehmomentwandler so weit verbreitet, dass sie zu einem ernsten Wettbewerbsfaktor für Kupplungshersteller geworden sind. Diese Wandler, die dafür sorgen, dass starke Fahrzeuge sanft von der Startlinie kommen, überbrücken die Lücke zu kupplungsbasierten Setups. Denken Sie mal darüber nach: Sogar die nitrobetriebenen Fahrzeuge haben heute zwei verschiedene Antriebsstrang-Kombinationen - Kupplung und überbrückbarer Wandler.

Worauf man bei der Kupplungsabstimmung achtet: Strecke, Gewicht und Mathematik

Fasst man das Ziel der Kupplungsabstimmung in einem Satz zusammen: maximale Beschleunigung mit minimalem Radschlupf. Um das zu erreichen, stehen den Teams mehrere zentrale Abstimmungspunkte zur Verfügung. Nach der Wahl der Gangübersetzungen wird das Setup über den Basisdruck auf der Druckplatte und das Zentrifugalgewicht kalibriert. Der sekundäre Kontrollmechanismus ist die Zentrifugalkraft, die über die mit steigender Drehzahl nach außen wandernden Hebel gesteuert wird. Und diese Arbeit läuft längst nicht mehr nur mit Handschrift: professionelle Drag-Racing-Teams und Ingenieure nutzen Computerprogramme, die Zentrifugal-Slipper-Kupplungen simulieren und vorhersagen. Man kann also wohl sagen, dass dieses Wunderwerk der Physik an der Startlinie am Schreibtisch beginnt.

Der Scheibenverschleiß hat auch eine Auswirkung auf die Abstimmung: Je dünner die Scheiben werden, desto weiter wandern die Hebel von der optimalen Arbeitsposition in Richtung Ausrücklager, was eine Neueinstellung erfordert. Zwischen den Läufen bauen die Mechaniker die Zentrifugalkupplung komplett neu auf; jede Scheibe, jeder Floater und jeder Hebel wird einzeln eingesetzt. Ein Blick in die Geschichte zeigt, dass auch dieser Ansatz nicht neu ist: Die frühen Drag-Racer von 1950 bis 1970 entwickelten die schrittweise in Material, Design und Fertigung verbesserte Scheiben- und Zentrifugalkupplung zu dem heutigen ingenieurstechnischen Wunderwerk weiter. Das Setup also, das dein Lieblingsteam in Top Fuel an der Startlinie aufbaut, ist das Ergebnis jahrelanger Erfahrung.

Und danach? Wenn du jetzt den nächsten Lauf anschaust, wirst du mit einem anderen Blick darauf schauen: In dem Moment, in dem das grüne Licht angeht, beginnt dieses riesige Kupplungspaket beim Start durchzuschlüpfen, die Arme öffnen sich mit der Drehzahl nach außen, die Cannon zählt ihre eigene Zeit und nach vier Sekunden haben die Scheiben ihr Leben vollendet. Wenn du das nächste Mal einen Top-Fuel- oder Funny-Car-Lauf verfolgst, denk daran, wie viel unsichtbare Ingenieurskunst unter dem Auto am Werk ist. Was glaubst du, was schwerer ist: 11.000 PS sanft auf den Asphalt zu bringen oder sie vier Sekunden lang am Leben zu erhalten?

Quellen

• Top Fuel Clutch-Konstruktion
• Einblick in die 1700-Grad-Slider-Kupplung eines Fuel Cars
• Dom Lagana über Kupplungsscheiben und Konsistenz beim Top-Fuel-Tuning
• Nitro-Kupplung: Tuning und Überholung erklärt
• Video: Das Innenleben eines Pro-Stock-Getriebes
• Getriebe ohne Kupplung
• Liberty behauptet sich angesichts wachsender Konkurrenz
• Der Lock-Up-Converter im Pro Mod wird die Kupplungshersteller killen, sagen ...
• Was kosten 10.000 PS?
• Wie man wichtige Justagen an einer Drag-Racing-Kupplung vornimmt
• Clutch University - Kapitel 7
• Drag Racing Clutch Analyzer v1.1
• Drag-Racing-Kupplungs-Setup 101 mit Spinozzi Racing
• Tech: Drag-Racing-Kupplungs-Setup 101
• 3 Tipps zum Tuning deiner Drag-Racing-Kupplung
• Diese Kupplung hält nur 4 Sekunden
• Top Fuel Fliehkraftkupplung - erklärt
• Die Hölle bändigen: Entwicklung der Top-Fuel-Kupplung 1950-1970
• Wie funktioniert die Kupplung bei einem NHRA Top Fuel Dragster?
• Teil 2 von 3: Wie eine Top-Fuel-Kupplung funktioniert
• Wie funktioniert das Top-Fuel-Kupplungssystem