Der Mythos des Dreiecksrotors: Aufstieg und stilles Verschwinden des Wankelmotors

Der Wankelmotor ist ein Verbrennungsmotor, bei dem anstelle von Kolben ein dreieckiger Rotor in einem nussförmigen Gehäuse auf einer Umlaufbahn wandert und dessen drei Flächen abwechselnd die Aufgaben von Ansaugen, Verdichten, Verbrennung und Abgas übernehmen. Sein kompaktes Gehäuse, die geringe Anzahl beweglicher Teile und die nahezu null Vibration machten ihn zur faszinierendsten Motorarchitektur des zwanzigsten Jahrhunderts; der hohe Kraftstoffverbrauch und das schwierige Dichtungsproblem beendeten jedoch gegen Ende des Jahrhunderts seine Karriere in Straßenfahrzeugen.

Wie entstand die Idee des kolbenlosen Motors?

In Felix Wankels Vorstellung gab es weder Zylinder noch hin- und hergehenden Kolben; die Brennräume sollten Hohlräume sein, die sich an einem rotierenden Gehäuse öffneten und schlossen. Der junge Ingenieur begann, dieses Konzept 1924 zu zeichnen und erhielt 1936 sein erstes Patent. Doch die Umsetzung der Idee in Metall blieb der Zeit nach dem Zweiten Weltkrieg und der Zusammenarbeit mit NSU vorbehalten. 1954 begannen die Prototyparbeiten, 1957 wurde der erste funktionierende Prototyp, DKM 54 erstmals gezündet.

Der DKM 54 war in der Praxis ein Laborungetüm: Das gesamte Motorgehäuse rotierte mit dem Rotor mit, das bedeutete, selbst der Wechsel der Zündkerzen erforderte eine Zerlegung des Motors. Hanns-Dieter Paschke, einer der Ingenieure von NSU, vollstreckte den feinen, aber entscheidenden Schnitt: Er ließ den Rotor auf der Umlaufbahn wandern und fixierte das Gehäuse. Diese Anordnung KKM erhielt den Namen (Kreiskolbenmotor). Felix Wankel betrachtete diese Vereinfachung als Verrat an seinem eigenen Entwurf; doch die Geschichte spricht eine klare Sprache: Die einzige in Serienproduktion gegangene Form war der KKM, und alles, was wir heute "Wankelmotor" nennen, ist Paschkes Anordnung.

Die numerische Einfachheit ist verblüffend. Ein Kolbenmotor mit gleicher Leistung trägt Dutzende bewegliche Teile wie Kurbelwelle, Pleuel, Ventile, Ventilfedern, Stößel und Steuerkette; bei einem Wankel beträgt die Zahl der beweglichen Teile drei: zwei Rotoren und eine Exzenterwelle.

Von NSU zu Mazda: Der Rotor erobert die Straßenfahrzeuge

1964 startete der NSU Wankel-Spider als erstes Serienfahrzeug mit Rotationsmotor. Darauf folgte 1967 die Limousine mit einzelnem starren Gehäuse, Ro 80 der Ro 80; sein Motor war technologisch beeindruckend, doch die Entwicklungskosten belasteten NSU schwer, und zusammen mit den wirtschaftlichen Winden der Ölkrise verschwand das Unternehmen in der Geschichte. Der Motor des Ro 80 zeigte erstmals im großen Maßstab die Kluft zwischen dem Versprechen der Technologie und der Realität.

Der wahre Besitzer dieser Geschichte kam jedoch aus Japan. Mazda, dessen erster Einrotor-Prototyp 40A'da zwei ernste Probleme konfrontiert: die als "Teufelskrallen" bezeichneten Verschleißspuren, die von im Gehäuse verbleibenden vibrierenden Dichtleisten hinterlassen wurden, und ein hoher Ölverbrauch. Das Ölproblem wurde mit hitzebeständigen Öldichtungen gelöst. 1965 ging der ab in die Serienproduktion gegangene Zwe.rotor 10A im Cosmo mit einer Bruttoleistung von 110 PS bei 7000 U/min und wies mit seinem Hubraum von 982 ccm nach, wie kompakt die Architektur sein kann.

Die RX-Serie und der Rotor für die breite Masse

Mazdas Meisterstück war es, den Motor vom Forschungsobjekt zu einer eigenständigen Identität zu verwandeln. 1978 kam die RX-7, die den Wankelmotor erstmals einem globalen Sportwagenpublikum vorstellte; 1985 wurde ein Turbolader ergänzt, 1992 wurde mit der Twin-Turbo-Version bis an die Grenzen dessen gegangen, was ein Straßenfahrzeug aushält. Dazwischen gab es auch einen kriegsfreien Rekord: 1974 bestätigte der 12A Motor seine Zuverlässigkeit auf der Rennbühne als erster Motor außerhalb Westeuropas und der USA, der Le Mans beendete.

Welche Vorteile hatte der Wankelmotor?

Der Reiz der Architektur liegt in messbaren Werten. Der Wankelmotor leistet im Verhältnis zu seiner Größe und seinem Gewicht sehr hohe Leistung; die Leistungsdichte liegt über der vergleichbarer Hubmotoren, und die Kraftübertragung ist dank der fehlenden hin- und herbewegten Massen deutlich weicher. Vibrationen sind nahezu null, und der Motor läuft bei konstanter Drehzahl hartnäckig zuverlässig. Genau deshalb fand der Wankel neben dem Automobil auch in der Luftfahrt, bei Drohnen, Generatoren und militärisch-industriellen Einheiten seinen Platz.

In der Ingenieurssprache ausgedrückt, lautet der Vergleich so:

Die ruhigste und wertvollste Eigenschaft des Wankelmotors ist, dass er selbst an einem schlechten Tag nicht plötzlich stirbt wie ein Hubmotor, sondern schrittweise an Leistung verliert. Dies ist insbesondere bei Luftfahrtanwendungen ein Sicherheitsvorteil, den man niemandem erklären muss.

Dichtleisten und Kraftstoffverbrauch: Woher kamen die technischen Probleme?

Die Dichtungselemente an den drei Ecken des Rotors, die sogenannten Apex Seals oder Dichtleisten, sind der kritischste und zerbrechlichste Teil der Architektur. Diese Dichtungen verschließen den Brennraum nur mit ihrer Kontaktfläche; sie sind hohem Druck, hohen Temperaturen und ständiger Reibung ausgesetzt. NASAs Analyse von 2010

Das zweite Problem ergibt sich aus der Geometrie. Wankels langgestreckter, sichelförmiger Brennraum besitzt ein hohes Oberflächen-Volumen-Verhältnis; die Flammenfront kann diesen Hohlraum nicht so effizient erfassen wie ein Kolbenzylinder, und der Kraftstoff verbrennt nicht vollständig. Das hat zwei Kosten: hoher Kraftstoffverbrauch und überschüssige Kohlenwasserstoffe im Abgas. Mazda 1968 als Antwort auf die japanische Abgasgesetzgebung das REAPS -System entwickelte und 1971 im 10A 0866 -Motor einen thermischen Reaktor aus Gusseisen verwendete; doch das war eine Behandlung des Problems, keine Lösung.

Auch die Ölverbrennungstendenz, die RX-8-Besitzern nur zu gut bekannt ist, muss in diesem Rahmen gelesen werden: Es handelt sich um ein Design, das zur Schmierung der Rotorflächen bewusst Öl in den Brennraum dosiert, und dies ist Teil des normalen Betriebs. Dass die Besitzer es dennoch als Makel betrachteten und kritisierten, schadete auch dem Ruf des Motors in der Öffentlichkeit.

Warum konnte der Mazda 787B Le Mans gewinnen?

Der 23. Juni 1991 war der Höhepunkt des Wankelmotors. Der Mazda 787B war das erste japanische Auto, das die 24 Stunden von Le Mans gewann, und zuvor hatte kein Fahrzeug mit Kreiskolbenmotor dieses Rennen gewonnen. Das Herzstück des Fahrzeugs, der R26B, war ein Vierzrotor-Aggregat mit 2,6 Litern ( 2.616 ccm ) Hubraum und leistete bei 9000 U/min 700 PS . Periphere Einlasskanäle, Einlasssammelrohre mit stufenlos variabler Geometrie und die dritte Zündkerze pro Rotor waren der Beweis, wie weit die Architektur im Rennsport getrieben werden konnte.

Auch die nach dem Sieg in Kraft tretende Regeländerung ist bedeutungsvoll: Die FIA schloss Wankelmotoren im darauffolgenden Jahr von den Rennen aus. Zudem hatten die Rennveranstalter bereits die Regel übernommen, den angegebenen Hubraum des Wankelmotors zu verdoppeln; dank dieser Klassifizierung konnte der 787B mit dem 26B-Motor an den Start gehen. Das ist auch die Antwort auf die Frage nach der "Ehrlichkeit des Sieges", die in Foren immer noch diskutiert wird: Mazda fuhr und gewann innerhalb der von den Regeln festgelegten Klassifizierung.

Warum zerstörten die Abgasvorschriften den Kreiskolben?

Mazda gab nicht auf. Der Renesis (13B-MSP) ging im Modelljahr 2004 in Produktion, und sein Designziel waren direkt die beiden am häufigsten genannten Probleme des Wankelmotors: Emissionen und Kraftstoffverbrauch. Die Verlegung der Auslasskanäle an die Seite bewirkte gegenüber dem vorherigen 13B-REW eine Verringerung der Kohlenwasserstoffemissionen um 35-50 % und erfüllte den LEV-II-Standard der USA. Das Ergebnis fand Anerkennung: 2003 erhielt er die Auszeichnung International Engine of the Year, gefolgt von zwei Jahren in Folge in den Ward's-10-Best-Engines-Listen. Doch gegenüber den sich in Europa verschärfenden Normen reichte selbst das nicht aus. Der RX-8 musste sich

2010 vom europäischen Markt zurückziehen, da er die Emissionsgrenzwerte nicht erfüllen konnte; auch der sinkende Absatz trug dazu bei, dass die Produktion 2012 endete. Damit ging das letzte Serienautomobil, das den Wankelmotor als einzige Kraftquelle verwendete, in die Geschichte ein. Das war kein plötzlicher Tod: Die Architektur unterlag der natürlichen Selektion an einem Punkt, an dem die Emissionsleistung im direkten Vergleich mit Kolbenmotoren gleicher Größe nicht mehr konkurrenzfähig war. Wasserstoffversuche und das Comeback 2023

Wasserstoffversuche und das Comeback 2023

Mazda war der Erste, der daran dachte, dass der Wankel noch nicht sein letztes Vorhang sein könnte - denn der interessanteste Nebenaspekt der Architektur glänzte bei Wasserstoff: Da der Brennraum ventillos ist und die Ansaugtemperaturen niedrig sind, bietet er für die zu Rückzündung neigende Antriebstechnik Wasserstoff ein günstigeres Umfeld als der Hubkolbenmotor. Mazda zeigte 1991 das erste wasserstoffbetriebene Rotorkonzept HR-X, testete 1995 das wasserstoffbetriebene Fahrzeug auf öffentlichen Straßen und führte 2003 mit dem RX-8 Hydrogen RE das erste Serienfahrzeug der Welt mit wasserstoffbetriebenem Rotationsmotor ein. Dieses Zweikraftstoff-Fahrzeug konnte sowohl mit Benzin als auch mit Wasserstoff fahren, der Wasserstoff wurde in einem zweiten Tank in flüssiger Form mitgeführt und das Zweiroter-Aggregat leistete bis zu 154 kW; 2009 wurde das erste Exemplar nach Norwegen geliefert. Die eigentliche Wiederauferstehung erfolgte jedoch in einer anderen Rolle. 2023

brachte Mazda den Wankelmotor im MX-30 e-Skyactiv R-EV als Range Extender im Plug-in-Hybrid wieder zum Einsatz - also als kompakten Generator, der den elektrischen Motor an der Vorderachse speist. Dies ist eine kluge Positionierung, die sämtliche Schwächen der Architektur ausschaltet: In einem Generator mit konstanter Drehzahl werden Laufruhe und Kompaktheit zu Vorteilen, während Emissions- und Kraftstoffverbrauchsnachteile unter Kontrolle gebracht werden. Der Wankel ist aus dem Herzen des Straßenfahrzeugs ausgeschieden, aber konstruktiv nicht gestorben. Was erzählt der Rotor heute? Die Geschichte des Wankel ist ein seltenes Experiment, das die Distanz zwischen der konstruktiven Eleganz einer Technologie und den kommerziellen und rechtlichen Realitäten misst. Der Rotor konnte mit einem Drittel der beweglichen Teile gegenüber dem Hubkolbenmotor weicher und stärker laufen; doch die aus der Natur seiner Geometrie resultierende unvollständige Verbrennung ließ sich angesichts der verschärften Emissionsgesetzgebung nicht ein einziges Mal überwinden. Felix Wankels Vision zog sich aus dem Straßenfahrzeug zurück; heute lebt sie als stiller Generator in der Antwort auf die Frage weiter, die der Energiewandel sich stellt. In beiden Fällen ist die Lehre dieselbe: Gute Ingenieurskunst ist wertvoll, wenn sie auf die richtige Frage angewendet wird.

Quellen

Die Geschichte des Wankel ist ein seltenes Experiment, das die Distanz zwischen der technischen Eleganz einer Technologie und der kommerziellen und rechtlichen Realität misst. Der Rotor konnte mit einem Drittel weniger beweglicher Teile als beim Hubkolbenmotor weicher und kraftvoller laufen; doch die aus der Natur seiner Geometrie resultierende unvollständige Verbrennung vermochte der sich verschärfenden Abgasgesetzgebung nicht ein einziges Mal zu standhalten. Felix Wankels Vision zog sich aus dem Personenwagen zurück; heute lebt sie als stiller Generator weiter, in der Antwort auf die Frage, die die Energieumwandlung inzwischen stellt. In beiden Fällen bleibt die Lehre dieselbe: Gute Ingenieurskunst ist wertvoll, wenn sie auf die richtige Frage angewandt wird.

Quellen

• Wankelmotor - Wikipedia
• Mazda-Wankelmotor - Wikipedia
• Aufstieg und Fall des Wankel-Drehkolbenmotors | Tampa Bay Automobile Museum
• LE MANS SIEG GEDENKSEITE - Mazda
• Wie Mazda die 24 Stunden von Le Mans gewann - Mazda Stories
• Mazda baut den ersten RX-8 Hydrogen RE für Norwegen - Mazda Newsroom
• Mazda RX-8 - Wikipedia
• Mazda RX-8 Hydrogen RE - Wikipedia
• Analyse der Reibungsleistungsfähigkeit der Kammerleiste in Drehkolbenmotoren - NASA NTRS
• Zweitakt-Drehkolbenmotor vom Typ Wankel - MDPI Energies
• NSU/Mazda Wankel (1967) - Wie Motoren funktionieren
• Warum Mazda gezwungen war, den RX-8 einzustellen - SlashGear
• Vor- und Nachteile eines Drehkolbenmotors - National Speed