Mazda MX-5 NA/NB ZF 8HP Umbau: Warum wir einen kompletten Umbausatz entwickeln
Vor Jahren sind wir zum ersten Mal mit dem ZF 8HP in Kontakt gekommen. Besonders auffällig war, wie sanft das Getriebe bei ruhiger Fahrweise schaltete und wie schnell es reagierte, sobald Leistung gefordert wurde. Als dieses Getriebe danach immer häufiger für Swaps in BMWs, Volvos und anderen Projektfahrzeugen verwendet wurde, blieb die Idee hängen.
Inzwischen haben wir selbst einen ZF 8HP-Swap an einem Volvo durchgeführt. Während dieses Umbaus haben wir nicht nur gesehen, wie gut das Getriebe funktionieren kann, sondern auch, wie viel Zeit in alles um das Getriebe herum investiert wird. Eine Adapterplatte allein macht nämlich noch keine komplette Konvertierung.
Etwa zur gleichen Zeit haben wir uns mit unserem eigenen Mazda MX-5 und dem eines befreundeten Ingenieurs beschäftigt. Beide Autos werden jetzt als Testplattform für diese Entwicklung genutzt. Das originale Sechsganggetriebe kann bei mehr Leistung zu einem limitierenden Faktor werden, während das ZF 8HP gerade eine schöne Kombination aus Stärke, Komfort und schnellen Schaltvorgängen bietet.
Darüber hinaus kommen gelegentlich weniger mobile MX-5-Fahrer in unsere Werkstatt. Einige mussten sehr lange nach einem MX-5 mit Automatik suchen. Das machte uns klar, dass diese Konversion nicht nur für leistungsstarke Turboumbauten interessant ist, sondern auch für Menschen, die ein Automatikgetriebe benötigen oder einfach mehr Komfort suchen.
So entstand die Idee für eine möglichst komplette ZF 8HP-Konversion für den Mazda MX-5 NA und NB.
Nicht nur eine Adapterplatte, sondern ein Paket, mit dem das Getriebe auch tatsächlich ordentlich im Auto montiert werden kann.
Warum ein ZF 8HP in einem MX-5?
Die ZF 8HP45 und 8HP50 sind für diese Anwendung interessant, weil sie relativ kompakt sind. Im Rahmen unserer Untersuchung erwiesen sich diese als die einzigen 8HP-Varianten, die ohne größere Karosserieanpassungen in den Getriebetunnel eines MX-5 NA/NB eingebaut werden können.
Für die erste Testphase verwenden wir zwei Mazda MX-5 NA: einen 1.6 und einen 1.8. Eines der Autos wird als Turboumbau mit etwa 250 PS aufgebaut.
Wir testen sowohl ein ZF 8HP45 aus einem BMW mit N20-Motor als auch ein ZF 8HP50. Das 8HP45 wird mit einem MaxxECU Race angesteuert. Für das 8HP50 verwenden wir ein MaxxECU Race in Kombination mit einem CANTCU.
Die Testfahrzeuge werden zunächst für den Straßengebrauch aufgebaut. Gerade hier muss die Konversion nicht nur bei voller Leistung gut schalten, sondern auch bei niedriger Geschwindigkeit, im Verkehr und auf längeren Fahrten angenehm funktionieren.
Die acht Gänge sorgen zudem für einen längeren Overdrive als beim originalen MX-5-Getriebe. Dadurch kann die Motordrehzahl auf der Autobahn niedriger bleiben.
Für Rennstrecken-, Drag- und andere Wettbewerbsanwendungen ist vor allem die Geschwindigkeit und Wiederholbarkeit der Schaltvorgänge interessant. Mit manueller Bedienung oder Paddles muss der Fahrer weniger auf Kuppeln und Schalten achten und kann sich auf Bremsen, Lenken und die ideale Linie konzentrieren.
Unsere Frustration mit „Plug-and-Play“
Viele Swap-Kits werden als Plug-and-Play verkauft, obwohl in der Praxis noch überraschend viel angepasst werden muss.
Eine Halterung passt doch nicht. Leitungen müssen verlegt werden. Ein essentieller Adapter fehlt. Die Kardanwelle muss doch komplett maßgefertigt werden oder es gibt keine saubere Lösung für den Kabelbaum, die Kühlung oder den Wählhebel.
Das wollten wir mit diesem Kit anders angehen.
Unser Ausgangspunkt ist, dass wir so klar wie möglich angeben, was im Kit enthalten ist, was optional ist und was der Kunde noch selbst regeln muss. Die Komponenten müssen zudem als ein System konzipiert sein. Eine gute Getriebelagerung hat wenig Wert, wenn dadurch die Kraftstoffleitungen verlegt werden müssen oder kein Platz mehr für den Auspuff bleibt.
Die Absicht ist, dass sowohl ein erfahrener Hobbyist als auch eine professionelle Werkstatt die Umrüstung montieren kann. Wer den Umbau lieber nicht selbst durchführt, kann ihn später auch von uns montieren lassen.
Zuerst das komplette Auto digital erfassen
Der Raum um das ZF 8HP ist begrenzt. Deshalb haben wir nicht mit manuellem Messen und direktem Zeichnen von Teilen begonnen.
Wir haben unter anderem die Innen- und Außenseite des Getriebetunnels gescannt, zusammen mit dem ZF 8HP-Getriebe, dem originalen BMW-Wählhebel, dem Mazda PPF, dem Ölkühleranschluss, dem Abtriebsflansch und dem vorderen Hilfsrahmen.
Mit diesen Scandaten können wir die Teile im CAD präzise zueinander positionieren.
Dabei achten wir nicht nur darauf, ob etwas physisch passt. Wir berücksichtigen auch die Kraftstoff- und Bremsleitungen, den Platz für den Auspuff, die Montagereihenfolge, die Befestigungen des Kabelbaums, die Bodenfreiheit und den Winkel des kompletten Antriebsstrangs.
Wenn wir alle 3D-gedruckten Testteile mitzählen, wurden inzwischen Dutzende von Prototypen erstellt. Von verschiedenen physischen Komponenten wurden zwei Versionen hergestellt, die tatsächlich an den Testfahrzeugen verwendet werden können.
Die Getriebehalterung neu beginnen
Die Getriebehalterung hat bisher die meiste Entwicklungsarbeit erfordert.
Die Halterung musste die originalen ZF 8HP-Gummilager verwenden, ohne über die Kraftstoff- und Bremsleitungen zu verlaufen. Gleichzeitig musste genügend Platz für den Auspuff bleiben, und wir wollten die Konstruktion bereits für eine zukünftige Schutzplatte für die Getriebeölwanne vorbereiten.
Die erste Version war bereits weit fortgeschritten, als klar wurde, dass die Kraftstoff- und Bremsleitungen verlegt werden müssten.
Technisch wäre das möglich gewesen, aber es passte nicht zum Ausgangspunkt dieses Kits. Deshalb haben wir beschlossen, die komplette Halterung neu zu konstruieren.
Die aktuelle Konstruktion besteht aus mehreren separat entworfenen Komponenten. Jedes Teil hat eine eigene Funktion oder wurde aus einem bestimmten Grund auf eine bestimmte Weise geformt.
Es kostet mehr Zeit, so zu entwickeln, aber letztendlich führt es zu einer viel saubereren Lösung. Die originalen Leitungen können bleiben, und die Halterung passt besser zur bestehenden Struktur des Autos.
Es soll aussehen, als gehöre es so
Bei dieser Umrüstung geht es nicht nur um die Frage, ob das Getriebe unter das Auto passt.
Wir wollen so viele originale Befestigungspunkte wie möglich beibehalten, zum Beispiel für den Kabelbaum. Halterungen dürfen nicht unnötig über Leitungen verlaufen, und bestehende Teile sollen nur angepasst werden, wenn dies wirklich notwendig ist.
Auch im Innenraum versuchen wir diese Linie fortzusetzen. Der originale BMW-Wählhebel wird an der ursprünglichen Position des MX-5-Schalthebels montiert. Die Montagelösung sorgt gleichzeitig für eine saubere Abdichtung des Getriebetunnels.
Bei den Ölkühlerleitungen stießen wir auf ein ähnliches Problem. Die Leitungen befinden sich standardmäßig auf derselben Seite wie der Auspuff, wobei dort kaum Platz zur Verfügung steht.
Bestehende Ölkühleradapter führten die Leitungen in eine Richtung, die für diese Anwendung nicht praktisch war. Deshalb haben wir einen eigenen Adapter entwickelt, der die Leitungen nach oben und über das Getriebe führt. So entsteht mehr Platz für den Auspuff und die Leitungen liegen weiter von der Wärmequelle entfernt.
Das PPF bleibt teilweise erhalten
Das originale Power Plant Frame verbindet das Getriebe mit dem Differenzial und hilft, den Antriebsstrang auszurichten.
Das ZF 8HP ist unserer Meinung nach zu schwer, um es auf dieselbe Weise an das originale PPF zu koppeln. Eine vollständige Standard-PPF-Deaktivierung fanden wir jedoch auch nicht ideal.
Deshalb haben wir uns für eine Zwischenlösung entschieden. Die Verbindung zum Getriebe entfällt, aber das PPF wird weiterhin verwendet, um das Differenzial zu unterstützen und auszurichten. Auch die originalen Befestigungen für den Kabelbaum bleiben erhalten.
Zusätzlich kann der Winkel des Differenzials auf etwa 0,4 Grad eingestellt werden. Dadurch kann der Antriebsstrang während der Montage präzise ausgerichtet werden.
Gerade eine gute Ausrichtung wird bei den Straßentests wichtig sein. Die Kombination aus Getriebehalterung, PPF-Lösung und Kardanwelle wird erst freigegeben, wenn der Antriebsstrang vibrationsfrei funktioniert.
Unten ein Foto während des Prototypings unseres PPF und der Getriebehalterung. Wir verwenden hierfür 3D-Drucke, verstärkt mit plasmaschneidenden Stahlplatten.
Drive-by-wire als Teil der Konvertierung
Um alle Funktionen des ZF 8HP optimal nutzen zu können, ist eine Umrüstung auf Drive-by-Wire erforderlich.
Dafür haben wir einen Gaspedaladapter und einen Drosselklappenadapter entwickelt. Der Drosselklappenadapter besteht aus zwei Teilen. Dadurch kann die elektronische Drosselklappe direkt auf dem Ansaugkrümmer platziert werden.
Bei vielen bestehenden Adaptern steht die Drosselklappe in einem sichtbaren Winkel. Unsere Lösung ist etwas komplexer, sorgt aber für eine sauberere Ausrichtung und ein Erscheinungsbild, das besser zum Rest des Motorraums passt.
Eine Kardanwelle, die auch gewartet werden kann
Die Kardanwelle ist bei vielen Motor- und Getriebeumbauten ein schwieriges Teil. Oft muss sie komplett maßgefertigt werden, und später ist nicht immer klar, welche Teile verwendet wurden.
Für das ZF 8HP45 entwickeln wir daher einen eigenen Abtriebsflansch, mit dem gängige Kardanwellenflansche verwendet werden können.
Das komplette Kit wird mit einer passenden Kardanwelle geliefert. Diese ist für maximal 1.000 Nm geeignet und mit schmierbaren, austauschbaren Kreuzgelenken ausgestattet.
Die originale MX-5-Kardanwelle hat keine wartungsfähigen Kreuzgelenke. Bei Verschleiß muss oft die komplette Welle ersetzt werden. Bei unserer Lösung können die Verschleißteile einzeln gewartet oder erneuert werden.
Auspuff und Bodenfreiheit
Der originale MX-5-Auspuff passt nicht mehr neben das ZF 8HP. Für diese Konversion ist daher immer ein angepasster Auspuff erforderlich.
Innerhalb des verfügbaren Raums ist ein runder 2,5-Zoll-Auspuff möglich. Ein 3-Zoll-Auspuff ist ebenfalls machbar, erfordert aber eine kompakte Maßanfertigung. Wahrscheinlich wird dafür im Bereich des Getriebes ein ovaler Abschnitt verwendet.
Zukünftig möchten wir möglicherweise eine eigene Auspufflösung anbieten. In der ersten Phase wird der Auspuff als separate Option entwickelt.
Um die Getriebeölwanne etwa auf gleicher Höhe mit der Unterseite der Rahmenlängsträger zu halten, wird der Motor etwa einen Zentimeter höher platziert.
Bei extrem tiefgelegten MX-5s raten wir von dieser Umrüstung ab. Die verfügbare Bodenfreiheit könnte dann einfach zu gering werden.
Bei Kompressorkonfigurationen muss besonders auf den Raum unter der Motorhaube geachtet werden. Wenn der Kompressor bereits jetzt dicht an der Haube sitzt, kann der Motor möglicherweise nicht weiter nach oben. Die Getriebeölwanne würde in diesem Fall etwas tiefer liegen.
Was kommt letztendlich in den Kit?
Die genauen Pakete werden erst nach den Straßentests endgültig festgelegt.
Das angestrebte Basispaket wird wahrscheinlich aus der Getriebehalterung, der Adapterplatte mit Schwungrad und unserer angepassten PPF-Lösung bestehen.
Drumherum können verschiedene Optionen gewählt werden, darunter:
- Drive-by-wire;
- Wählhebelhalterung mit Tunnelabdichtung und Schaltmanschette;
- ECU und Getriebesteuerung;
- Ölkühleradapter, Leitungen und Kühler;
- Kardanwelle mit Abtriebsflansch;
- Verkabelung;
- und später möglicherweise eine komplette Auspufflösung.
Die Kardanwelle wird Teil des kompletten Kits sein. Die ECU und Getriebesteuerung können über uns geliefert werden, der Kunde bleibt jedoch frei, eine passende Kombination selbst zu wählen.
Ein vollständig maßgeschneiderter Kabelbaum folgt wahrscheinlich später. Für die ersten Fahrzeuge fertigen wir die notwendige Verkabelung speziell für die Testkonfigurationen an.
Alle fahrzeugspezifischen Teile werden von LucaCarMods entworfen. Die Adapterplatte und die Schwungradlösung beziehen wir von einem externen Hersteller.
Wo stehen wir jetzt?
Die meisten fahrzeugspezifischen Teile sind inzwischen entworfen.
Die Unterbodenplatte, Ölkühlerhalterung, Lüfterverkleidung, Ölleitungen, Verkabelung und Auspuff sind derzeit noch für die Testfahrzeuge in Produktion.
Die vollständige Montage ist für September geplant. Wenn diese Phase ohne größere Probleme verläuft, wollen wir im September/Oktober mit den ersten Straßentests beginnen.
Dabei achten wir besonders auf:
- Vibrationen im Antriebsstrang
- Ausrichtung von Getriebe und Differential
- Schaltverhalten
- Bodenfreiheit
- Temperaturen
- Geräusch
- und den täglichen Gebrauch.
Einige unterstützende Teile könnten möglicherweise schon früher erhältlich sein. Die Getriebehalterung, Kardanwelle und PPF-Kombination werden jedoch erst nach erfolgreichen Straßentests verkauft.
Das komplette Kit wird eingeführt, sobald der Antriebsstrang einwandfrei funktioniert und vibrationsfrei ist. Wir möchten keinen festen Veröffentlichungstermin nennen, bevor dies tatsächlich nachgewiesen wurde.
Wir werden Sie auf dem Laufenden halten
In der kommenden Zeit werden wir mehr über die einzelnen Komponenten und die während der Entwicklung getroffenen Entscheidungen berichten.
Unter anderem werden der 3D-Scanprozess, die sechsteilige Getriebehalterung, der Ölkühleradapter, die PPF-Lösung, der Wählhebel, Drive-by-Wire und die Kardanwelle noch ausführlicher behandelt.
Danach folgen natürlich die vollständige Montage und die ersten Straßentests.
Auf unserer zentralen Projektseite finden Sie die aktuelle Kompatibilität, bereits verfügbare Teile und den neuesten Status der Mazda MX-5 NA/NB ZF 8HP-Konvertierung.
