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Wankelmotor-KKM57P.jpg Der Wankelmotor ist ein Verbrennungsmotor, der nach seinem Erfinder Felix Wankel benannt ist. Der Motor gehört zur Gruppe der Kreiskolbenmotoren (KKM), die ohne den Umweg einer Hubbewegung (wie es beim Hubkolbenmotor (HKM) der Fall ist) die Verbrennungsenergie direkt in eine Drehbewegung der Exzenterwelle umsetzen. Der Läufer (Kreiskolben) übernimmt dabei gleichzeitig die Funktion der Kraftabgabe und Steuerung der Gaswechselvorgänge. Oberbegriffe sind die Rotationskolbenmaschinen, zu denen die Drehkolbenmaschinen und die Kreiskolbenmaschinen gehören.

Technik des Wankelmotors

Geometrie

W Gehäuse.PNG | Wankel- Bewegung.PNG Beim Wankelkreiskolbenmotor dreht sich ein dreieckiger Läufer in einem fast viereckigen Gehäuse und berührt dabei ständig die Gehäusewand. Die Kontur des Kreiskolbens besteht aus drei abgeflachten Kreisbögen und sieht wie ein "bauchiges" Dreieck aus. Dieses ist als Reuleaux-Dreieck bekannt und stellt entsprechend der innenlaufenden Funktion eine Hypotrochoide dar. Der so geformte Läufer dreht sich in einem Gehäuse welches die Form einer an der langen Seite abgeflachten und an der kurzen Seite eingebuchteten Ellipse hat. Die Kontur des Gehäuses ist eine Epitrochoide die als so genannte Radkurve erzeugt wird. Sie entsteht als Verlauf eines markierten Punktes auf einem kleineren Rollrad, wenn dieses auf einem größeren Rad schlupffrei abrollt. Die Form der Radkurve entsteht entsprechend dem Radienverhältnis der beiden Räder. Im Falle des Wankelmotors verhalten sich die Radien des Grundkreises zum Abrollkreis wie 2:1 und ergeben die bekannte Gehäusekontur. Für den realen Motor wählt man als Gehäusekontur eine Äquidistante zur Radkurve, damit die Dichtleisten verschleißgünstig der Gehäusekontur folgen können. Zum einen sorgt die Äquidistante für ein ständiges Wechseln des Berührungspunktes der Dichtleiste in der Richtung Laufschicht und damit zum Schmierfilm. Zweitens sorgt sie für ein ausreichend großes Spiel für die Dichtleiste und den Läufer, innerhalb der Trochoide. Der Läufer bildet zusammen mit dem Gehäuse, auch Stator genannt, drei unabhängige, wechselnd große Kammern. Betrachtet man den Verlauf des Kolbenmittelpunktes im Motorraum, so bewegt sich dieser auf einem Kreis, der zugleich Mittelpunkt und Sitz des Exzenters ist. Der Exzentermittelpunkt fällt mit dem Kolbenmittelpunkt zusammen. Der Läufer nimmt dabei über das Läuferlager den Exzenter auf seiner Kreisbahn um das feststehende kleinere Zahnrad mit. Der Läufermittelpunkt bewegt sich dabei auf einer Kreisbahn mit dem Radius e (Exzentrizität), e entspricht gleichzeitig auch dem Abstand des Exzentermittelpunktes zum Exzenterwellenmittelpunkt. Entsprechend der Verzahnung von Kolben und Ritzel ergibt sich das Drehzahlverhältnis von Kolben und Exzenterwelle. Im Falle des Wankelmotors ist die Innenverzahnung des Läufers mit 30 Zähnen und die Außenverzahnung des Ritzels mit 20 Zähnen ausgestattet. Daraus folgen drei Umdrehungen der Exzenterwelle wenn sich der Kolben einmal um seinen Mittelpunkt gedreht hat. Das Läuferlager wie die Hauptlager können sowohl als Rollenlager wie auch als Gleitlager ausgeführt sein, was nur von der Art der Schmierung (Gemisch- oder Druckumlaufschmierung)abhängt.

Die Geometrie des Wankelmotors stellt eine Auswahl aus einer Palette von Möglichkeiten dar, welche sich ergeben können, wenn Innenläufer und Gehäuse mit variierenden Rollkurven erzeugt werden. Zugrunde liegt allen Figuren die Bedingung des Gleichdick.

Motoraufbau

Bezeichnungen, Begriffe, Beziehungen
W Bez.3 neu.PNG Das Kammervolumen bei einem Wankelmotor mit Trochoide ist:

V_\mathrm{K} = \left( V_{\mathrm{K}_\mathrm{max}} - V_{\mathrm{K}_\mathrm{min}} \right) n

und berechnet sich zu:

V_\mathrm{K} = 3 \cdot \sqrt{3} \cdot R \cdot e \cdot b \cdot n

mit
R … Radius des Grundkreises
e … Exzentrizität
b … Kammerbreite
n … Läuferzahl
W Schrägbild.PNG Der Wankelmotor besitzt eine relativ geringe Baugröße, was eine hohe Leistungsdichte und hohes Leistungsgewicht ermöglicht. Der Grund liegt in der kompakteren Anordnung von Exzenterwelle und Läufer im Vergleich zu Kolben, Pleuel und Kurbelwelle beim Hubkolbenmotor.
Für den im NSU Spider eingesetzten Motor KKM 502 sind R = 10 cm, e = 1,4 cm, b = 6,7 cm; die Äquidistante a zur Trochoide beträgt 2 mm.

Dichtsystem
Zur Abdichtung des Kolbens stehen Dichtstreifen, Dichtleisten und Dichtbolzen zur Verfügung.

Die beidseitige Abdichtung des Kolbens zur Seitenwand geschieht mit 2 mal drei bogenförmigen Dichtstreifen für die Gasdichtung, man benötigt die doppelte Anzahl bei zusätzlicher Schmieröldichtung. Die Dichtstreifen sind Teil einer Axialabdichtung und verlangen plane und lotrechte Seitenteile, welche sich infolge unterschiedlicher Temperatur- und Druckverhältnisse ungleichmäßig ausdehnen. Die Dichtstreifen werden mit Federelementen versehen um im Anfahrzustand eine Anpressung zu gewährleisten, danach werden sie vom Gasdruck an die Seitenwand gedrückt. Aus perlitischem Grauguss oder Stahl bestehend überstreifen sie die Laufflächen der Seitenteile, die molybdän- oder bronzebeschichtet, aus übereutektischen Aluminium, aus Grauguss nitriert oder induktionsgehärtet sind oder aus besonderen Stahllegierungen hergestellt werden. ApexSeals.jpg Die Dichtleisten an den Läuferkanten, auch Scheitelleisten genannt, haben die Länge der Kammerbreite b, laufen auf der Trochoidenbahn und dichten die Kammern gegeneinander ab. Sie liegen in axialen Nuten und werden jeweils von zwei Dichtbolzen an den Ecken umschlossen. Die Dichtleisten können einteilig oder mehrteilig ausgeführt sein. Die mehrteilige Bauweise dichtet nicht nur gegen die Trochoide hin ab sondern auch gegen die Seitenteile, was die Kompression und damit auch den Verbrauch besonders im unteren Drehzahlband verringert. Die Dichtbolzen dienen als Bindeglied zwischen der Dichtleiste und den Dichtstreifen. Sowohl Dichtbolzen als auch Dichtstreifen werden von jeweils einer Feder an das Seitenteil angelegt. Auch die Dichtleisten sind mit Federn ausgestattet um ein Anfahren des Motors zu ermöglichen, danach werden sie durch den Gasdruck in Umlaufrichtung an die hintere Nutkante und gegen die Laufbahn gedrückt. Besondere Ausgestaltungen im Fußteil der Scheitelleisten stellen ein fortwährendes Anpressen der Scheitelleisten an die Gehäusewand sicher. Sie werden aus Sinter-Kohle (Kohle-Antimon, Kohle-Aluminium), Grauguss, Kolbenringstahl, Ferrotic, Siliziumnitrid, Weicheisen oder perlitschem Grauguss hergestellt. Alle Dichtteile tragen einen Schmierfilm, der weder durch zu hohe Temperaturen verdampfen noch verkoken darf.
Das Dichtsystem des KKM unterliegt keiner Drehzahlbegrenzung wie bei einem HKM; das durch Leckage verlorene Gas wird bei Seiteneinlass wieder in den Ansaugbereich gesogen und steht dem Kreisprozess erneut zur Verfügung.

Steuerung
Die Gaswechselsteuerung erfolgt beim Wankelmotor durch Schlitzsteuerung, dabei dient der Läufer gleichzeitig als kraftabgebendes und steuerndes Bauteil. Die Ein- und Auslässe können entweder in der Kammer angebracht sein, dann spricht man von Umfangsein- und Umfangsauslass. Dann besteht noch die Möglichkeit des Seitenein- und Seitenauslass, wobei die Kanäle dann in den Seitenteilen angeordnet werden, z. B. der Mazda Renesis des RX-8. Dabei ist die Kombination beider Auslassarten möglich, z. B. die Serienwankelmotoren von Mazda.
  • Vorteil des Umfangseinlass große Querschnitte und lange Steuerzeiten sind möglich, was eine hohe Leistung ergibt. Die 1. Wahl für Rennmotoren.
  • Nachteil des Umfangseinlass durch die große Überschneidung kann es zu Schieberuckeln kommen. Was man noch bei einem Rennwagen hinnehmen kann, für einen PKW ist er aus Komfortgründen untragbar. Wegen der großen Überschneidung ist der Umfangseinlass wenig geeignet für die Aufladung, weil Einlass und Auslass gleichzeitig offen sind. Auch ist das Abgasverhalten bei Teillast relativ schlecht.
  • Vorteil des Seitenein- und Auslass ist die fehlende Überschneidung. Dadurch tritt kein Schieberuckeln auf und der Motor eignet sich besser für die Aufladung. Besseres Teillastverhalten bei der Fahrbarkeit und bei den Abgaswerten. Harmoniert gut mit einem Schaltgetriebe.
  • Nachteil, der Einlassquerschnitt ist gegenüber einem Umfangseinlass kleiner. Die erzielbare Leistung ist als Saugmotor geringer.

Schmierung
Die Schmierung der Motorlager geschieht entweder im Druckumlauf wie beim herkömmlichen Viertakthubkolbenmotor oder als Gemischschmierung. Die Trochoide wird entweder mit Gemisch oder über eine Dosierpumpe mit Schmieröl als Verlustschmierung versorgt. Bei der Trochoidenschmierung bewegt sich das Mischungsverhältnis von 1:400 bis 1:600 bei Motoren mit Umfangsauslass, das Mischungsverhältnis liegt bei Motoren mit Seiteneinlass deutlich höher. Ein Teil des Öls wird beim Mazda Renesis durch die seitlichen Kratzringe wieder in den Ölsumpf zurückgefördert.

Kühlung
W Drücke.PNG Beim Wankelmotor finden die Arbeitstakte immer an dergleichen Stelle statt, weshalb sich eine stationäre Temperaturverteilung einstellt mit der Folge, dass sich beständig heiße Zonen und beständig kalte Zonen ausbilden, die man heißer Bogen und kalter Bogen nennt. Die Kühlung soll deshalb für eine möglichst gleichmäßige Temperaturverteilung sorgen und zu materialerträgliche Werten führen. Gekühlt werden Gehäuse, Läufer, die Seitenteile und die Dichtelemente sowohl mit Frischluft, als auch alternativ mit Gasgemisch, welches auf seinem Weg durch den Kolben vorgewärmt wird, oder Wasserkühlung. Für die Verbrennung wird die Kühlung gezielt eingesetzt um Selbstzündung des Gemisches durch Hot-Spots (heiße Stellen) zu vermeiden. Hotspots sind z. B. die Zündkerzen.

Der Auslassbereich ist eine heiße Zone (heißer Bogen) die sich unmittelbar neben der Einlasszone befindet und gekühlt werden muss damit die Materialspannungen durch entsprechende Kühlwasserführung und/oder Stahleinlagen in tolerierbaren Bereichen gehalten werden. Vergleichbar ist hierbei die Stahleinlage beim Hubkolbenmotor im so genannten Regelkolben, bei der eine Stahleinlage dafür sorgt, dass der Kolben sich nicht zu stark ausdehnt und man ein zu großes Spiel zwischen Kolben und Zylinder vorsehen müsste. Nicht alle Wankelmotoren sind mit einer Stahleinlage versehen, beispielsweise kommen Audi NSU Motoren, Norton und Derivate ohne Stahleinlage aus.

Um die Wärmeverluste zu verringern sorgt man für eine Verkleinerung der Temperaturdifferenzen zwischen Brennraum und Brennraumoberfläche indem man eine drehzahl- und temperaturabhängige Kühlung des Läufers vorsieht. Beispielsweise kühlt man den Läufer erst ab 60°C Öltemperatur und dann auch nur bei Drehzahlen über 3000  U/min. Die Kühlölzufuhr wird durch ein in die Exzenterwelle eingebautes  Ölthermostat erst ab 60°C Öltemperatur freigeben. Zwei federbelastete Kugelventile sorgen im betriebswarmen Zustand dafür, dass der Läufer erst bei einer Drehzahl über 3000 U/min gekühlt wird. Bei einem luftgekühlten Läufer, wie ihn etwa Norton verwendete, wird die Ansaugluft durch den Läufer geleitet oder durch einen Ejektor-Auspuff oder ein Gebläse abgeführt. Dieses Prinzip wird noch heute bei den UAV UEL-Drohnenmotoren und Diamond Engines genutzt. Das hat gegenüber einer Gemischkühlung den Vorteil, dass eine höhere Leistung erreicht werden kann. Bei einfachen Industriemotoren wurde oder wird einfach der Kolben mit Gemisch gekühlt.

Auch die Werkstoffauswahl für die Trochoide sorgt für eine gleichmässigere Temperaturverteilung. So ergibt sich bei Verwendung einer Aluminiumlegierung für das Gehäuse eine gleichmäßigere Wärmebelastung im Vergleich zu einem Graugussgehäuse, was zu geringeren Spannungsproblemen und Wärmedehnungen führt.

Zündung
Die hohe Zündfolge belastet die Zündkerzen stark, weil bei jeder Exzenterwellenumdrehung gezündet werden muss und kein kühlender Leerhub stattfindet. Dieses Problem teilt sich der Wankelmotor mit dem Zweitaktmotor. Hier hat es in den letzten Jahren erheblich Forschritte mit der Erfindung der Mehrbereichskerzen gegeben, hervor zu heben ist z. B. der Kupferkern! Durch sorgfältige Auslegung der Kerzenposition kann der Wärmewertbedarf erheblich reduziert werden. So benötigte die W-2000 nur eine normale W145 Zündkerze von Bosch.

Im allgemeinen und bei symmetrischen Brennraummulden wird vorauseilend, das heißt kurz vor der engsten Stelle (UT) gezündet, wird eine zweite Kerze verwendet, liegt eine am Kammerbeginn, die zweite in oder kurz nach der Einschnürung. Es werden unterschiedliche Auswirkungen der Kerzen auf die Verbrennung beschrieben. So verringert die vorauseilende Kerze die Schadstoffe im Abgas und bewirkt einen weicheren Gang der Maschine, die nacheilende Kerze erhöht die Leistung, da die Flammfront durch die Quetschströmung in Richtung der voreilenden Kerze beschleunigt wird. So hat man den geringsten Treibstoffverbrauch wenn beide Kerzen gleichzeitig zünden, dies führt aber zu erhöhten HC-Werten. Weshalb man bei Serienwankelmotor oft die untere Kerzen zuerst zündet, was zwar einen höheren Treibstoffverbrauch aber dafür hochwertigere Abgase liefert. Beim Renesis ist Mazda von dieser Strategie abgegangen und zündet zumindest bei niederer Last und Leerlauf beide Kerzen parallel. In Verbindung mit den verschiedensten Muldenformen und Anordnungen, gibt es eine geradezu unübersichtliche Menge an Möglichkeiten.

Auch ist die Anordnung der Kerzen maßgeblich an dem Abgas- und Verbrauchverhalten beteiligt. Grundsätzlich reduziert man das Ausschieben von unverbranntem Gemisch durch die Verwendung einer Doppelzündung und/oder auch mit einer einzigen Kerze in der Late-Trailing-Position (Late Trailing = die nacheilende Kerze ist weit oberhalb der Einschnürung angeordnet); der Verbrauch wird so gegenüber den frühen Ausführungen um etwa 30 Prozent gesenkt. Die Verwendung zweier Zündkerzen reduziert die Zeitfolge der Zündabstände auf Mikrosekunden, weshalb man bis zu einer bestimmten Drehzahl mit zwei Zündungen, oberhalb dieser nur mehr mit einer Zündung arbeitet. Die zweite Kerze ist ohnehin bei Flugzeugmotoren wegen der damit verbundenen höheren Ausfallsicherheit Pflicht. Der Mazda 787B verfügte beim 24-Stunden-Rennen von Le Mans 1991 über einen mit einer Dreifach-Zündung ausgerüsteten Motor Mazda 26B.

Wirkungsgrad-Leistungscharakteristik-Verbräuche
[[Bild:EA871ETA.gif|thumb|right|Wirkungsgrad ŋi des Audi NSU EA871, Stand 1977]] Der Kreisprozess des Wankelmotors wird mit dem Otto-Prozess idealisiert, welcher aus zwei Isentropen und zwei Isochoren besteht; er wird auch Gleichraumprozess genannt. Die isochore Wärmezufuhr nimmt man an, weil bei Fremdzündung die Energie schlagartig frei wird und sich das Volumen dabei kaum ändert. Der ideale thermische Wirkungsgrad ist dabei:
\eta_\mathrm{therm.} = 1 - \frac{1}{(\frac{V_\mathrm{OT}}{V_\mathrm{UT}})^{\kappa-1}}

mit  \epsilon= \frac{V_\mathrm{OT}}{V_\mathrm{UT}}

\eta_\mathrm{therm.} = 1 - \frac{1}

wobei \kappa = \frac{c_p}{c_v} = 1,4; (c_p Spezifische Wärmekapazität bei konstantem Druck, c_v Spezifische Wärmekapazität bei konstantem Volumen) ist.

Der Wirkungsgrad ist alleine vom Verdichtungsverhältnis abhängig.

Für die isentrope Verdichtung gilt: (1 = Verdichtungsbeginn/unterer Totpunkt/größtes Volumen, 2=Verdichtungsende/ oberer Totpunkt/kleinstes Volumen)

{T_2} = {T_1} \left({V_1 \over V_2} \right)^{\kappa - 1} und    {T_2 } = {T_1} \left({p_2 \over p_1} \right)^{ \kappa -1 \over \kappa}

Wie bei allen Ottomotoren ist auch beim Wankelmotor die Verdichtung zwar erwünscht und führt zu einem höheren Wirkungsgrad, sie wird aber durch die Verdichtungsendtemperatur T2 begrenzt, die unter der Selbstzündtemperaur des Gemisches liegen muss. Für den Wankelmotor hat sich im Vergleich zum Hubkolbenmotor gezeigt, dass die während einer Dreiviertel-Umdrehung stattfindende Verdichtung sich günstiger auf die Vermeidung der Selbstzündungstemperatur auswirkt, als der vergleichsweise kurzzeitige Verdichtungstakt eines HKM. Daraus folgt, dass Wankelmotoren tendenziell mit niedrigeren Oktanzahlen auskommen.

Der reale Prozess weicht vom idealisierten aus vielfältigen Gründen ab; nimmt man Indikatordiagramme auf so werden tatsächliche Drücke pi und Volumen wiedergegeben aus denen sich der indizierte Wirkungsgrad ermitteln und in Diagrammen darstellen lässt. Er gilt unter den jeweils konkreten Parametern, wie Drehzahl, Verdichtungsverhältnis...Der Wirkungsgrad \eta_{i} eines Wankelmotors ist hier beispielhaft an einem Audi NSU EA871 für den Benzin- und den Wasserstoffbetrieb dargestellt.

Die Leistungformel P ist allgemein:

P = M_\mathrm{d}\cdot \omega

P = p \cdot V_\mathrm{h}\cdot z\cdot n\cdot i

Die Wellenleistung erhält man bei Drehmomentmessung für HKM und KKM:

P = M_\mathrm{d}\cdot \omega
P = M_\mathrm{d}\cdot 2\cdot \Pi \cdot n

mit:
Md in * und n in * ergibt sich mit der angepassten Formel die Leistung P in *:

P = \frac{M_\mathrm{d} \cdot n}{9550}

Wie ersichtlich ist kann man die Leistung eines Motors durch höhere Drücke beziehungsweise höhere Drehzahlen erhöhen. Das Drehmoment wird, entsprechend der Abbildung, durch die Kammerdrücke mit den dazugehörigen Kolbenbodenflächen erzeugt. Die Kräfte Fp greifen immer im Exzentermittelpunkt an und erzeugen mit dem jeweils dazugehörigen, winkelabhängigen Hebelarm der Exzentrizität e das Drehmoment Md.
Die Verdichtungsdrücke werden durch die Geometrie des Motors bestimmt und können durch eine andere Exzentrizität verändert werden, die Drehzahl wird begrenzt durch den Verschleiß der Dichtflächen, Füllungsgradprobleme sowie Verbrennungszeit des Gemisches.

Trotz aller Bemühungen liegt der Normverbrauch des aktuellen Mazda-Modells mit einem Kreiskolbenmotor bis zu 20 % über dem eines gleichstarken Hubkolbenmotors in einem vergleichbaren Fahrzeug. Folgende Verbräuche ergeben sich für die genannten Modelle: Der Normverbrauch wird dabei in einem Lastzyklus gemessen, wobei maximal 120km/h erreicht werden, was etwa 85 % der Gesamtfahrleistung abdeckt. In diesem Bereich wird mit Lambda nahe 1 gefahren, eine Spitzenlastanreicherung tritt dabei nicht auf.

  • BMW 330i 9,2l/100km
  • Opel Astra OPC 9,2l/100km
  • Mercedes SLK 280 9,5l/100km
  • Borsche Boxster 9,7l/100km
  • Lexus GS 300: 9,8 l/100km
  • Jaguar X-Type 3.0 V6 10,3 l/100km
  • Mazda RX-8 11,2l/100km (mit Wankelmotor)
  • Alfa Romeo Brera 3.2 11,5l/100km
  • Nissan Z350 11,7l/100km

Beschreibung des Arbeitsablaufs

Wankel_Cycle.gif | Wankel_Cycle_anim_de.gif Läuft der Kolben am Einlassschlitz vorbei, wird durch Volumenzunahme des Arbeitsraumes eine dem Kammervolumen entsprechende Menge Kraftstoff-Luft-Gemisch angesaugt. Durch den bei der weiteren Drehung des Kreiskolbens immer kleiner werdenden Arbeitsraum wird das Kraftstoff-Luft-Gemisch im zweiten Arbeitstakt verdichtet. Nach dem Gasgesetz erwärmt es sich bereits durch die Verdichtung. Wenn das Kraftstoff-Luft-Gemisch seine höchste Dichte erreicht und die Zündkerze passiert hat, wird das Gemisch gezündet. Die bei der Verbrennung freiwerdende Wärme führt zu einer Druckzunahme, wodurch der Kreiskolben beschleunigt wird. Bei dieser Drehung des Arbeitsraumes vergrößert sich das Brennraumvolumen wieder. Man spricht dabei vom Arbeitstakt.

Im Gegensatz zu einem Otto- oder Dieselmotor geht die bei der Verbrennung freiwerdende Energie direkt in eine Drehbewegung der Exzenterwelle über. Nach Erreichen des Auslassschlitzes wird das Abgas durch diesen ausgestoßen. Dieser Zyklus wird von jeder der drei Läuferflanken durchlaufen, was bedeutet, dass bei einer Läuferumdrehung drei Zündungen stattfinden. Der Verbrennungsraum wird aus der Läuferflanke und dem entsprechenden Teilstück der Kammer gebildet.

Der Kreiskolbenmotor arbeitet nach dem Viertaktprinzip. Ein Kreisprozess beträgt beim Wankelmotor genau 1080°, auf die Exzenterwelle bezogen. Das bedeutet es dauert drei Exzenterwellenumdrehungen, bis eine Flanke des Läufers alle vier Takte durchlaufen hat. Wegen der an allen drei Flanken gleichzeitig ablaufenden Takte findet bei jeder Exzenterwellenumdrehung ein Arbeitstakt statt, der über 270° dauert. Zum Vergleich: ein Viertakt-Hubkolbenmotor benötigt für einen Kreisprozess 720° pro Zylinder, "arbeitet" damit nur bei jeder zweiten Kurbelwellenumdrehung, weil zum Ladungswechsel ein Leerhub notwendig ist. Deshalb setzt der Wankelmotor das doppelte Verdrängungsvolumen gegenüber einem hubraumgleichen Viertakt-Hubkolbenmotor durch. Steuerzeiten und Arbeitsabläufe werden grundsätzlich nur auf die Exzenterwelle oder Kurbelwelle bezogen.

Vor- und Nachteile gegenüber dem Hubkolbenmotor

als Vorteile sind zu nennen: OMC-BSFC.gif
  1. Der Wankelmotor hat nur wenige bewegliche Teile, meist zwei Kolben und eine Exzenterwelle, die gemäß ihrer kompakten Bauweise einen vergleichsweise geringen Platzbedarf haben.
  2. Die Gassteuerung kommt ohne Ventile und die zugehörigen Elemente wie Nockenwelle, Stössel, Ventilspielausgleich und Kipphebel aus womit der Motor ein größeres Leistungs-Gewichtsverhältnis als ein 4-Takt-HKM vergleichbarer Leistung besitzt.
  3. Der Wankelmotor ist vollkommen auswuchtbar, da sich alle beweglichen Teile nur um ihren Schwerpunkt drehen. Die Folge ist ein weicherer und vibrationsarmer Lauf auch bei nur einer Scheibe.
  4. Durch die um 50 % längere Taktdauer besitzt der Motor ein gleichförmigeres Drehmoment als ein 4-Takt-Hubkolbenmotor.
  5. Durch die räumliche Trennung von Ansaug- und Arbeitsbereich ist der Motor klopfunempfindlicher und es sind tendenziell Kraftstoffe mit geringerer Oktanzahlen als bei einem Hubkolbenmotor möglich.

als Nachteile sind zu nennen:

  1. Im Vergleich zum HKM besitzt der Wankelmotors ein ungünstiges Verhältnis zwischen Brennraumvolumen und -oberfläche, welches zu größeren Kühlwärmeverlusten führt als bei einem HKM. Als Gegenmaßnahme verringert man die Brennraumoberfläche mit der Wahl einer kleineren Äquidistanten zwischen Trochoide und Laufbahn.
  2. Die Dichtflächen des Wankelmotors sind erheblich länger als bei einem HKM und führen zu vergleichsweise höheren Druckverlusten.
  3. Über die Schlitzsteuerung gelangen mehr unverbrannte Kohlenwasserstoffe ins Abgas und die unerwünschte Abgasrückführrate ist bei Umfangsauslass höher. Gegenmaßnahmen sind eine längere und schmalere Motorform, der sogenannte Longstroke Motor, welcher sich ergibt wenn man die Exzentrizität erhöht. Durch die Form wird der Gasweg verlängert und ein besserer Ausbrand ermöglicht. Beispiele sind der Mazda 13A und der Audi NSU EA871 Optimo. Auch ein Seitenauslass verringert den Ausstoß unverbrannten Gemisches, da der Altgaskern und das Schmieröl besser in der Kammer zurückgehalten werden. So verfährt man beispielsweise in der Serienproduktion des Mazda Renesis
  4. Aus der Summe der vorgenannten Gründe weist der Wankelmotor tendenziell einen um bis zu 20 % höheren Benzinverbrauch gegen über einen Viertakthubkolbenmotor auf. Dabei kann ein optimierter Wankelmotor durchaus mit einem weniger gut optimierten Hubkolbenmotor im Kraftstoffverbrauch mithalten.

Bei Vergleichen müssen die unterschiedlichen Anwendungen berücksichtig werden. Es ist unzulässig einen Rennwagenwankel mit einem Serienwankel zu vergleichen. Ohne den direkten Vergleich des Verbrauchskennfeldes der entsprechenden Motoren, kann man über das spezifische Verbauchsverhalten keinerlei Aussage machen.

Geschichte des Wankelmotors

Die Geschichte der Rotationskolbenmaschinen beginnt im 1600 Jahrhundert mit dem Bau von Wasserpumpen, die bereits ähnlich den heutigen Kreiskolbenmaschinen und Drehkolbenmaschinen ausgeführt wurden. Die Kinematik der Drehkolbenmaschinen, bei der sich die beweglichen Teile nur um den Schwerpunkt drehen, war einfacher zu beherrschen, weshalb es noch eine Weile bis zum ersten Kreiskolbenmotor dauern sollte.
  • 1588 publiziert der italienische Ingenieur Agostino Ramelli verschiedene Wasserpumpen, dabei handelt es sich um dreh- und kreiskolbenartige Umlaufmaschinen.
  • 1636 Pappenheim, erfindet die Zahnradpumpe und versorgt damit eine Fontäne mit Wasser. Die Zahnradpumpe dient noch heute als Ölpumpe in den meisten Automotoren. Dabei handelt es sich um eine richtige Drehkolbenmaschine.
  • 1782 James Watt, der Erfinder der Hubkolbendampfmaschine, konstruiert eine drehkolbenartige Umlaufkolbendampfmaschine. Zeitlebens versucht er sich immer wieder an Rotationkolbenmaschinen.
  • 1799 William Murdoch, er modifiziert Pappenheims Zahnradpumpe und versieht die Zahnkopfflanken mit Dichtleisten aus Holz. Mit diese Dampfmaschine treibt er Bohrmaschinen und Drehbänke in seiner Werkstatt an.
  • 1846 Elijah Galloway, er baut die erste hubraumbildende Dampfmaschine, die keinen inneren oder äußeren Kämmeingriff hatte. Durch fehlende Dichtelemente kann sie jedoch nicht gegen die mittlerweile gut abgedichteten Hubkolbendampfmaschinen bestehen.
  • 1895 Philander und Francis Roots entwickeln eine Drehkolbenmaschine, die auch heute noch in gleicher Weise gebräuchlich ist, der nach seinen Erfinder benannte Roots-Kompressor.
  • 1884 Charles Parsons, der Erfinder der Dampfturbine, baut eine der ersten funktionsfähigen Kreiskolbenmaschinen mit Hubeingriff.
  • 1923 entsteht eine KKM mit fünfeckigem Läufer von Wallinder & Skoog in Schweden.
Allgemein machen die Abdichtungen Probleme und es vergehen noch über zwei Jahrzehnte bis Felix Wankel eine Drehkolbenmaschine zusammen mit NSU entwickelt. Noch nicht einmal die Funktionsweise des Kolbenrings ist zu der Zeit bekannt.

  • 1928 Felix Wankel beginnt mit der gezielten Untersuchung zur Abdichtung, als Versuche einer Drehschiebersteuerung für einen Viertakthubkolbenmotor fehlschlagen. In Zuge dieser Untersuchungen gelingt es ihm nachzuweisen, dass es der Gasdruck ist der für die Abdichtung sorgt. Seine Erkenntnis führt zur Verbesserung der Kolbenringabdichtung. Nach 25 Versuchvorrichtungen gelingt ihm eine wirkungsvolle Abdichtung der Drehschiebersteuerung.
  • 1932 hat Felix Wankel die Idee zu der Drehkolbenmaschine DKM32, die später nur kurz läuft aber als Verdichter bei 1000 U/min 5 bar Überdruck liefert, was ein Verdienst der ersten räumlich verlaufende Dichtgrenze ist.
  • 1936 muss er bei der DVL (Vorläufer der DLR)vorsprechen und bringt innerhalb kurzer Zeit einen Siemens 5 Zylindersternmotor zum laufen. Der spätere Leiter der Motorenentwicklung von Mercedes Benz Wolf-Dieter Bensinger legt seinen Bericht Staatssekretär Milch vor, der damit bei Reichsminister Göring geht. "Dieser Mann ist grosszügigst zu unterstützen" ist daraufhin seine Anweisung. Worauf Felix Wankel seine eigene Forschungswerkstätte (WVW)in Lindau gründet.
  • 1936-1941 entwickelt er erfolgreich Drehschiebersteuerungen für Junkers, BMW, Siemens und Daimlerflugmotoren.
  • 1941 Versuche mit hohen Öldrücken von bis zu 1000bar zeigen neue Weg bei der Gleitlagerung. Die DLV und WVW schließen eine Reihe Optionsverträge mit den damals wichtigsten Firmen ab.
  • 1945 das Kriegsende unterbricht die geplante Serienfertigung von Drehschiebermotoren. Die Franzosen demontieren die WVW.
  • 1951 Wiederaufnahme der Zusammenarbeit von Felix Wankel und der Goetze Werke in Burscheid. Abschluss eines Forschungsauftrag von NSU für die Entwicklung von Drehschiebersteuerungen. Der kurz darauf auf Rotationskolbenmaschinen erweitert wird. Felix Wankel geht nun gezielt auf die Suche nach der hochdrehfähigen Drehkolbenmschine.
  • 1954 Felix Wankel verhandelt wegen der Auswertung der DKM 53 als Kompressor mit Borsig. Borsig und NSU einigen sich auf eine Interessenabgrenzung. NSU bearbeitet das Gebiet der Kraftmaschinen und Borsig das der Arbeitsmaschinen.
  • 1956 entwickelt der NSU Ingenieur Hanns Dieter Paschke aus den Versuchspressluftmotoren (Arenamaschinen) einen Drehkolbenkompressor DKK56, der einen 50ccm Zweitakt Quickly Motor auf damals sagenhafte 13,5PS auflud und für den Weltrekord (196km/h) mit einem Baumm Liegestuhl II sorgte. Die Art des Laders wird geheim gehalten, das führt zu den wildesten Spekulationen.
  • 1957 am 1. Februar läuft der DKM54 zum ersten Mal zwar nur kurz in der NSU Versuchsabteilung TX, nachdem das Gemisch und die Zündung anders eingestellt wird beginnt der Motor im wahrsten Sinn des Wortes rund zu laufen. Im April 1957 stellt man von Alkohol auf Benzin um, der Motor erzielt trotzdem die gleiche Leistung und läuft gleichzeitig ruhiger. Mit der Gemischkühlung sind mehr als 20PS mit dem 125ccm Motor nicht zu erreichen. Der sich drehende Innenläufer wird mit einer Wasserkühlung versehen, die in der TES in Lindau entwickelt wird. Im gleichen Jahr beginnt der NSU Ingenieur Hanns Dieter Paschke die Konstruktion des einfacher aufgebauten KKM 57P.
  • 1958 werden die Versuche mit der DKM 54 eingestellt, das Prinzip hatte seine Funktionsfähigkeit gezeigt. Am 7. Juli 1957 läuft dann zum ersten Mal der Kreiskolbenmotor KKM 57P.
  • 1960 wird erstmals ein Auto von einem Wankelmotor angetrieben, dabei handelt es ich um einen NSU Prinz III mit einem KKM 250. Im gleichen Jahre wird der KKM 400 entwickelt, der von vornherein als Automotor konstruiert wird. Noch im gleichen Jahr wird er in einen Sportprinz eingebaut. Weitere umgebaute Sport Prinzen folgen und so wird mit der Kombination Sport Prinz und Wankelmotor 1 Millionen Versuchskilometer gefahren.
  • 1962, am 16. Februar findet die so genannte Rattermarkenkonferenz findet statt, hier geht es um ein Problem, dass den Motorenentwicklern einiges Kopfzerbrechen bereitet. Im September wird der KKM 150 als erster Wankelmotor in Serie gebaut, hier werden auch zum ersten Mal Sinter-Kohledichtleisten verwendet, womit das Rattermarkenproblem vorerst gelöst ist. Der KKM 150 dient als Antrieb eines Wasserskischleppgerätes mit dem Namen Skicraft. Der Motor dient auch als so genannter Flautenschieber für Segelboote.
  • 1963 der NSU Wankel Spider wird auf der IAA der Öffentlichkeit präsentiert. Mazda stellt einen Versuchswagen mit einem Zweischeibenmotor auf Tokio Motorshow aus.
  • 1964 im Oktober des Jahres geht der NSU Wankel Spider in Serie. Der KM 37 ist der erste von Fichtel & Sachs in Serie gebaute Wankelmotor. Gleichzeitig entsteht der KM 914 mit 300 ccm Kammervolumen, in zwei Ausführungen als Stationärmotor und als Antrieb für Schneemobile.
  • 1965 Fichtel & Sachs baut den KM 914 in Schneemobile ein. NSU stellt den Zweischeiben Motor Typ 506/509 auf der IAA aus.
  • 1967 derNSU Ro 80 wird auf der IAA in Frankfurt der Öffentlichkeit präsentiert. Mazda geht im Mai mit dem Cosmo Sport in Serie und stellt somit als erster Autohersteller ein Auto mit einem Zweischeibenmotor her.
  • 1969 beginnt Citroen mit der Operation M35, an 300 handverlesene Kunden werden geänderte AMI 8 verkauft, die zusammen über 30 Millionen Versuchskilometer zurücklegen. Mercedes Benz präsentiert den C-111 I mit einem Dreischeibenmotor. Im Herbst wird der Ro80 Motor von Doppel- auf Einfachzündung umgestellt und eine HKZ eingebaut. Der Bootsmotor NSU Marine Ro135 wird in Serie gebaut. Der Schwede Zetterström gewinnt mit einem Marine Ro135, in seiner Klasse, die "24 Stunden von Rouen" (Frankreich).
  • 1970 Mercedes Benz stellt den C-111 II auf dem Genfer Automobil Salon aus. Die Karosserie war überarbeitet worden und anstatt einem Dreischeibenmotor baute man jetzt einen Vierscheibenmotor ein. BSA testet einen Wankelmotor in dem Rahmen einer BSA A65.
  • 1971 BSA/Triumph entwickelt einen eigenen luftgekühlten Zweischeibenmotor, den man in einen Triumph Bandit Rahmen einbaut. Thermische Abgasreinigung und Drehzahlwarner werden beim Ro80 eingeführt.
  • 1972 Ingersol Rand stellt mit den Wankelmotoren IR-2500 und IR-5000 die Motoren mit dem größten Kammervolumen her, die bisher hergestellt wurden. Fichtel & Sachs führt die zweite Motorengeneration ein, der KM 3 und den KM 24 der den KM 914 als Schneemobilantrieb ablöst. Mazda produziert in diesem Jahr 155500 Autos mit Wankelmotoren.
  • 1973 stellt Mazda ca. 240000 Autos mit Wankelmotoren her, der 500000. Wagen mit Wankelmotor wird gebaut. OMC geht unter dem Label Evinrude und Johnson mit einem Vierscheibenmotor in der offenen Bootsrennklasse an den Start. Evinrude bringt im gleichen Jahr Schneemobile mit einem Wankelmotor auf den Markt. Nach dem Johnson und Evinrude die offene Klasse bei den Bootsrennen dominieren werden Wankelmotoren fürs Jahr 1974 vom Wettbewerb ausgeschlossen. Im September beginnt Citroen mit der Serienproduktion des Citroen Birotors. Yanmar Diesel stellt drei Typen Außenbordmotoren mit Wankelmotoren her. RFB baut einen 60PS Fichtel & Sachs Zweischeiben Wankelmotor in den Sirius II ein.
  • 1974 Hercules führt die W2000 in die Serie ein. OMC (Evinrude, Johnson) stellt Schneemobile mit Wankelmotoren her. Ford kündigt den Lizenzvertrag und versucht im Gegenzug Mazda zu übernehmen.
  • 1975 Dolmar Kettensäge mit Fichtel & Sachs KMS 4.
  • 1976 Van Veen OCR 1000, der Motor wird von Comotor geliefert und mit einer elektronischen Kennfeldzündung von Harting ausgerüstet. OMC stellt nach 15000 Motoren die Produktion ein und zieht sich aus dem Markt für Schneemobile zurück. Hercules bringt die verbesserte Hercules 2000 Injektion heraus.
  • 1977 der Ro 80 wird mit Ende des Modelljahres 77 nach 37450 innerhalb 10 Jahren gebauten Fahrzeugen eingestellt, Mazda baut in dem gleichen Jahr ca. 50000 Autos mit Wankelmotor. Der RFB Prototyp Fantrainer 300 wird am 14. Dezember der Öffenlichkeit vorgestellt, als Antrieb dienen zwei Audi NSU EA871A Wankelmotoren, deren Schmiersystem kunstflugtauglich ist.
  • 1978 Mazda führt den RX-7 SA in die Serie ein. John Deere übernimmt Wankelentwicklung von Curtiss&Wrigth. Durch die Insolvenz von BSA/Triumph kommt die BSA-Wankelmotorenentwicklung zu Norton.
  • 1980 OMC verkauft ihre Wankelabteilung an Moller.
  • 1984 Norton stellte die Interpol II in Serie her. Teledyne Continental Aircraft Products Div. entwickelt auf der Basis von Nortonmotoren Flugzeugmotoren, bedingt durch die Produkthaftung in den USA lässt man das Projekt später fallen.
  • 1986 für 100 Millionen D-Mark erwirbt Mercedes Benz das Institut von Felix Wankel.
  • 1988 die Norton Classic ist das erste Wankelmotorrad das Norton für den freien Markt herstellt.
  • 1989 Die Norton Police Commander löst die Interpol II ab, die zivile Version ist die Norton Commander.
  • 1990 Mazda baut mit dem Eunos Cosmo, dass erste Serienauto mit Dreischeiben Wankelmotor.
  • 1991 Mazda gewinnt mit dem 787B mit der Startnummer 55 die 24 Stunden von LeMans. Im gleichen Jahr bringt man den RX-7 FD heraus.
  • 1992 entsteht UAV EL aus einem Managementbuyout der ehemaligen Entwicklungsabteilung von Norton. Midwest Engines wird gegründet und stellt Wankelmotoren für bemannte Flugzeuge auf der Basis der Nortonmotoren her.
  • 2002 Mazda baut den letzten RX-7 FD im Herbst, von der Baureihe RX-7 wurde insgesamt 811634 Fahrzeuge verkauft.
  • 2003 Mazda führt den RX-8 in die Serie ein.
  • 2006 Mazda baut bis zum März, 148317 RX-8.

Wankeldiesel

RR-R-6.jpg Es gab Versuche den Dieselprozess mit einem Wankelmotor auszuführen, unter anderem von Rolls-Royce mit der Typserie R1 bis R6, wobei 2 Wankelscheiben hintereinander geschaltet wurden. Dies ist vom Prinzip her mit einem Scania Turbo-Compound-Dieselmotor vergleichbar. Der vorgeschaltete Läufer verdichtet für die obere Hochdruckstufe vor und nutzt die Abgasenergie aus der Hochdruckstufe. Der spezifische Verbrauch lag 1972 bei 220g/kWh im Drehzahlbereich von 2500 bis 3500Upm. Der Motor sollte als Antrieb für einen Panzer dienen, der dann nicht gebaut wurde. Mitte der 90er Jahre wurde von Maico ein Zweischeiben-Wankeldiesel für den Motorradeinsatz geprüft, jedoch im Zuge der Firmenveräußerung nicht weiter verfolgt. Die Fima UEL stellt einen kleinen Einscheiben-Wankeldieselmotor (AR-8010) her, der zwar nur 63% der Leistung seines Benzinpendants (AR-801) erreicht aber immerhin ohne Turboaufladung die Literleistung von TDIs erreicht. Die Firma Pats Aircraft stellte auf der Basis des AR-8010 ein APU her.

Ein Hauptproblem beim Wankel-Diesel war bisher, dass durch die hohen Spitzendrücke entsprechend hohe Spannkräfte auf die Kammer ausgeübt werden mussten und die Belastung durch Scheerkräfte auszugleichen. Diese werden durch entsprechende Zuganker aufgenommen. Dies konnte jedoch zum so genannten Warmwechsel-Kriechen des als Kammermaterial verwendeten Aluminiums führen. Die Schwierigkeit beim Wankeldiesel war es auch eine ausreichend hohe Kompression zu erreichen und die großen kühlenden Oberflächen des Verdichtungsraum, was dadurch gelöst wurde das man bei modernen Wankelmotoren den kalten Bogen nicht mehr kühlt. Die Verdichtung bei TDIs liegt bei etwa 16:1 bis 18:1 was theoretisch auch mit einem Wankelmotor erreicht werden kann. Zu hohe Verdichtungsverhältnisse führen zu einen sprunghaften Anstieg der Stickoxidemissionen. Im Zuge des HCCI Verbrennungsverfahren wird bei zukünftigen Dieselmotoren das Verdichtungsverhältnis bis auf 14:1 abgesenkt, die Grenze zwischen Diesel und Benzinmotor wird sich damit auflösen.

Kommerzielle Entwicklungen

Der Wankelmotor entstand in der 1951 von Wankel eingerichteten Technische Entwicklungsstelle (TES). Basis war der von NSU erteilte Entwicklungsauftrag für einen eine Drehschiebersteuerung für den Max Motor. Dieser Entwicklungsauftrag wurde später auf Rotationskolbenmaschinen erweitert. Felix Wankel entdeckt am 8. März 1954 den DKM54, die Zahl gibt bei Felix Wankel immer das Jahr der Entwicklung an. Um das Prinzip auf seine Tauglichkeit als Motor hin zu überprüfen wurden Pressluftmotoren gebaut, so genannte Arenamaschinen, da mangels geeigneter Maschinen die Einsattelung der Kammer noch fehlen. Dieser Motor erreichte dann mit Pressluft angetrieben 18000 Umdrehungen in der Minute. Als Auskopplung der Versuchspressluftmotoren entstand der DKK56 (Drehkolbenkompressor 56). Dieser Kompressor wurde von NSU 1956 für Weltrekordfahrten im Baumm Liegestuhl eingesetzt, dort lud er einen 50ccm Zweitaktmotor auf 13,5 PS auf, was 270PS/Liter entspricht. Nach der Fertigstellung des KKM 57 erwarb Curtiss-Wright am 21.10.1958 als erster eine Lizenz. Durch eine Indiskretion dieses Unternehmens wurde die bis dahin geheime Entwicklung öffentlich. Am 19. Januar 1960 wurde der Kreiskolbenmotor erstmals dem Publikum präsentiert. Ebenfalls 1960 wurde mit dem KKM 250 in einem NSU Prinz erstmals ein fahrender Prototyp gezeigt. 1961 erwarben Mazda und Daimler-Benz eine Lizenz, General Motors 1970 und Toyota 1971. 1967 erschienen der NSU Ro 80 und der Mazda 110 S. 1969 stellte Mercedes den C-111 vor. Die Zukunft des Wankelmotors auf breiter Front schien gesichert. Gleichzeitig wirkte die erste Ölkrise und der höhere Kraftstoffverbrauch des Wankelmotors wurde kritisch bemerkt. Die Entwicklungen im Automobilbereich wurden weitgehend eingestellt. Lediglich Mazda betrieb weiter Forschung und ist heute der einzige Hersteller von Serienautos mit Wankelmotor.

Norton stellte von 1984 bis 1991 Motorräder mit Wankelmotoren her. In der Luftfahrt wird der Wankelmotor besonders bei unbemannten Flugzeugen (UAV) eingesetzt. Hier sind Fragen der Kühlung einfach zu lösen und das geringe Gewicht des Antriebes spielt eine größere Rolle. UAV-Engines und Diamond Engines fertigen auf der Grundlage der Entwicklung bei Norton Triebwerke für Drohnen, Experimentalflugzeuge und Leichtflugzeuge. Powersports Engines und Mistral Engines stellen Wankelmotoren für Kleinflugzeuge her. Die Wankel Super Tec und andere arbeiten an Fremdzündungs-Wankel-Dieselmotoren für Flugzeuge und Industriemotoren.

Freedom Motors baut für Wasser-Scooter Wankelmotoren in Serie. Ingersoll-Rand baute zwischen 1972 und 1986 Gaswankelmotoren in Serie. Norton, Suzuki und andere versuchten sich an Motorrädern und Sachs stellte Motoren unter anderem für Rasenmäher und Notstromerzeuger her. Ein Motor von Sachs wurde, modifiziert, in der Hercules W 2000 verwendet. Die Firmen Italsystem und Aixro stellen Wankelmotoren für Renncarts her.

Lizenznehmer

21.10.1958 Curtiss-Wright Corp. USA ohne Einschränkung
29.12.1960 Fichtel & Sachs AG BRD Industrie-Motoren, Boot 0,5-30PS
25.02.1961 Yanmar Diesel Co. Ltd JP Benzin- und Dieselmotoren, 1-100PS, 1-300PS
27.02.1961 Toyo Kogyo, Co. Ltd. JP Benzinmotoren 1-200PS für Landfahrzeuge
04.10.1961 Klöckner-Humboldt-Deutz AG BRD Dieselmotoren ohne Einschränkung
26.10.1961 Daimler-Benz AG BRD Benzinmotoren 50Ps aufwärts
30.10.1961 MAN AG BRD Dieselmotoren ohne Einschränkung
02.11.1961 Friedrich Krupp AG BRD Dieselmotoren ohne Einschränkung
12.03.1964 Daimler-Benz AG BRD Diesel-Motoren ohne Einschränkung
15.04.1964 S.p.A Alfa Romeo IT Benzin von 50-300 Ps Pkw
17.02.1965 Rolls-Royce Motors Ltd. GB Diesel- und Hybridmotoren 100-850 Ps
18.02.1965 IFA VEB DDR Ottomotoren 0,5-25PS und 50-150PS
02.03.1965 Dr.Ing. h.c. Porsche KG BRD Benzinmotoren von 50-1000 Ps
01.03.1966 Outboard Marine Corp. USA Benzinmotoren 50-400 Ps
11.05.1967 Comotor S.A. L Benzin- und Dieselmotoren 40-200PS
12.09.1967 Graupner BRD 0,1-3 Ps Modellmotoren
28.08.1969 Savkel Ltd. IS Benzinmotoren von 0,5-30 Ps Industrie-Motoren
01.10.1970 Nissan Motor Company Ltd JP Benzinmotoren von 80-120 Ps
10.11.1970 General Motors USA Alles, außer Flugzeugmotoren
24.11.1970 Suzuki JP Benzinmotoren von 20-60 Ps für Zweiräder
25.05.1971 Toyota JP Benzinmotoren von 75-150 Ps für Pkw
29.11.1971 Ford-Werke AG, Köln BRD Benzinmotoren 80-200PS (1974 gekündigt)
25.07.1972 BSA Ltd. GB Benzinmotoren 35-60PS für Motorräder
29.09.1972 Yamaha JP Benzinmotoren 20-80PS für Motorräder
04.10.1971 Kawasaki Heavy Ind. Ltd. JP Benzinmotoren 20-80PS für Motorräder
07.02.1973 American Motors Com. USA Benzinmotoren 20-200PS

Fahrzeuge mit Wankelmotor

Automobile

NSU-Spider.jpg | Nsuro80.jpg Die vom Wankelmotor angetriebenen Fahrzeuge zeichnen sich durch eine, nicht nur durch den Preis bestimmte, Exklusivität aus. Die Designer sahen es als Muss an dem High-Tech-Produkt Wankelmotor eine entsprechend avantgardistische Karosserieform angedeihen zu lassen. Der NSU Ro 80 setzte dabei 1967 bereits einen Maßstab im Design der bis heute andauert. Mazda setzte mit seiner Sportwagenlinie, die im RX-8 von 2003 seinen vorläufigen Höhepunkt mit wieder hinten angeschlagenen Hecktüren findet, ebenfalls auf die Mischung von Hightech, Exklusivität und adäquaten Fahrleistungen.

Motorräder

Herkules_W2000.jpg | OCR1000.jpg Obwohl alle großen Motorradmarken an der Integration eines Wankelmotors für Motorräder arbeiteten, gelang es nicht, die Exklusivität in Verkaufszahlen umzusetzen. Grund waren technische Probleme des Motoreinbaues und hohe Entwicklungskosten. Die Hercules W 2000 galt als ein wenig attraktives Motorrad und war in den Fahrleistungen unterlegen. Es wurden nur relativ geringe Stückzahlen hergestellt.

Wasserfahrzeuge

Sporteinsatz

Von 1978 bis 1990 errang Mazda mit dem RX-7 100 Siege in der amerikanischen Imsa-Rennserie. Von 1980 bis 1987 errang Mazda mit dem RX-7 die IMSA-Meisterschaft in Serie. Insgesamt hat man die GTU-Klasse 10 mal gewonnen. Von 1992 bis 1994 gewann der RX-7 FD die australische Tourenwagenmeisterschaft. Der Mazda 787B mit dem 26B-Motor, ausgerüstet mit einem variablen Ansaugluftsystem, gewann 1991 das 24-Stunden-Rennen von Le Mans. Er verbrauchte im Bereich des maximalen Drehmoments etwa 285 g/kWh. Im Jahr 1991 galt bei Langstreckenrennen ein Spritlimit, alle Gruppenteilnehmer mussten die 24 Stunden mit der gleichen Menge Treibstoff auskommen. Obwohl Mazda ab der 21 Stunde die Führung übernahm, glaubten die anderen Teams an einen Bluff von Seiten Mazdas. So war die allgemeine Bestürzung groß, als die Nummer 55 zum letzten Tankstopp hereinkam und nur das maximal zulässige Volumen tankte. Die FIA verbot jedoch den Wankelmotor wie alle anderen Motoren über 3,5l ab 1992. Die 1992 eingesetzten Formel-1 Motoren erwiesen sich jedoch als wenig standfest. Nach dem Niedergang der Gruppe C wurde wieder die Motorenwahl freigestellt.

  • In den USA wo die FIA keine Sporthoheit besitzt, gewann SpeedSource mit dem RX-8 in den Jahren 2004 und 2005 die amerikanische GrandAm Tourenwagenmeisterschaft.
  • Seit 2005 fährt ein von Mazdaspeed unterstützter Gruppe C-2 Sportprototyp in der American LeMans Rennserie mit. Der Rennwagen wird von dem BK Team eingesetzt und verfügt über einen Dreischeiben Renesis Wankelmotor.

Norton hingegen stellte relativ spät Ende der 80er Jahre Motorräder mit Wankelmotoren her und errang einige Achtungserfolge im Rennsektor. So gewann Trevor Nation auf einer F1 die MCN TT Superbike-Meisterschaft, auch in der deutschen Battle of Twins-Serie gelang Hartmut Müller ein Sieg bei einem Meisterschaftslauf. 1988 Gewinn der TT F1 British Championship, 8 von 13 Rennen belegt T. Nation den ersten Platz auf einer Norton F1 RCW 588. A. McGladdery gewinnt das Eröffnungsrennen mit einer Norton Wankel, das letzte Rennen gewinnt S. Spray, der an diesem Tag auch noch die "Powerbike International" gewinnt, bei der er sich gegen das Kawasaki Werksrennteam durchsetzt.

Seit den 90er Jahren werden auch Karts von Wankelmotoren angetrieben. Die Vorteile liegen im geringen Gewicht. Die Leistung beträgt bis zu 30 kW bei einem Kammervolumen von weniger als 300 cm³ und einem Gewicht von etwa 17 Kilo. Der Achsantrieb erfolgt über eine Fliehkraftkupplung ohne Getriebe.

Weitere Anwendungen

Kart-Wankel.jpg | Cypher-SK.JPG Anwendung findet der Wankelmotor auch als Flugzeugantrieb. Die Alexander Schleicher GmbH baut einen Diamond Engines Einscheibenmotor in ihren Klappantrieb ein. Der VLA (very light aircraft)-Zweisitzer Katana soll künftig mit dem 110 PS starken Zweischeiben-Wankelmotor von Diamond Engines ausgerüstet werden, und ebenfalls einen Diamond-Wankelmotor GIAE-110R bekommt die Aeriks 200, ebenfalls ein Zweisitzer aus Manno in der Schweiz. Die Firma Wankel Super Tec in Cottbus hat einen Fremdzündungsdiesel-Wankelmotor entwickelt, der im Verbrauch an hoch optimierte HKM-TDIs heranreicht. Dieser soll in Flugzeugen eingesetzt werden

Eine Variante ist der "Wankel-Fremdzündungsdiesel", ein Vielstoffmotor, der mit Fremdzündung für den Antrieb von so genannten Drohnen arbeitet. Zwar wird hier Diesel als Kraftstoff mit eingespritzt, jedoch kommt die dieseltypische Selbstzündung nicht zum Einsatz. Die 1998 begonnene Entwicklung ist bis zum heutigen Tage (2004) nicht zu einem Abschluss gekommen. Die englische Firma UAV ist zur Zeit der Weltmarktführer bei Drohnen-Wankelmotoren.

Durch die räumliche Trennung von Ansaug- und Verbrennungsraum ist der Wankelmotor besonders geeignet zur Verbrennung von Wasserstoff (Wasserstoffbetrieb) und ähnlichen Brennstoffen (Erdgas, Autogas usw.) mit geringer Oktanzahl, da sich das Gasgemisch nicht vorzeitig an heißen Bauteilen (wie etwa den Auslassventilen und der Brennraumoberfläche) entzünden kann. Dies steigert gegenüber dem Viertakt-Hubkolbenmotor die Klopffestigkeit. Die Firma Mazda erprobt aktuell im RX-8 den Betrieb mit Wasserstoff. Hier kommt dem Wankelmotor seine spezielle Brennraumform zugute. Ingersoll-Rand baute zwischen 1972 und 1986 Gaswankelmotoren in Serie.

Norton, Suzuki und andere versuchten sich an Motorrädern, ein Motor von Sachs wurde, modifiziert, in der Hercules W 2000 verwendet.

Die Firmen Italsystem und Aixro stellen Wankelmotoren für Renncarts her, Freedom Motors baut für Wasser-Scooter Wankelmotoren in Serie und Sachs stellte Motoren unter anderem für Rasenmäher und Notstromerzeuger her.

Auch als Antrieb für Gurtstraffer kommen kleine druckgasbetriebene Einweg-Wankelmotoren zum Einsatz.

Kraftfahrzeugsteuer (in Deutschland)

Wankelmotoren werden nach dem zulässigen Gesamtgewicht wie LKWs besteuert.

Die Höhe der Kraftfahrzeugsteuer für PKW bemisst sich in Deutschland nach dem Hubraum. Der NSU-RO80 mit knapp 1000 ccm Kammervolumen und 115 PS hätte bei Anwendung der damaligen Hubraumsteuer von 14,40 DM/100 ccm eine Steuer von nur 144,00 DM/Jahr bedeutet. Um Wankelmotoren gegenüber Hubkolbenmotoren nicht zu begünstigen, wollten die Steuerbehörden zuerst das Kammervolumen doppelt rechnen, da ein Auto mit 115 PS zu dieser Zeit einem Hubraum von 2 Litern eines Hubkolbenmotors entsprach. Nach etlichen Verhandlungen einigte man sich aber auf die Anwendung der LKW-Steuer. Die Steuer bemisst sich nach dem verkehrsrechtlich zulässigen Gesamtgewicht. Pro 200 kg kosten bei einem zulässigen Gesamtgewicht bis 2000 kg: 11,25 Euro

Bilder

Bild:UELAR-8010.jpg|UAV UEL Serien Dieselmotor AR-8010 z. B. eingesetzt von ISIS Bild:Wankel-Trochoiden.jpg|Verschiedene Trochoiden, darunter zwei aktuelle Entwicklungen aus dem Wankel-Diesel-Fremdzündungsbereich Bild:Rotary engine rotor.jpg|Mazda Wankelmotor mit axialer Kühlwasserführung Bild:Mazda rotary engine early.jpg|erster Versuchs-Wankelmotor von Mazda Bild:EW-612-619.jpg|Zwei Arten Exzenterwellen: obere geteilte für einen Dreischeibenmotor NSU 619, untere Exzenterwelle gehört zu einem NSU Ro 80 Motor Bild:Wankel-Airco.jpg|Dichtleisten an einem Klimakompressor Bild:Exzenter.jpg| Exzenter einer Exzenterwelle für einen NSU KKM619 Dreischeibenmotor Bild:NSU-502.jpg|Der Motor des NSU Wankel Spiders Bild:DS619.jpg|Dreischeiben Wankelmotor, Wankel NSU 619 Bild:ExWelle3.jpg|Exzenterwelle für einen Wankel NSU 619

Verwandte Themen

Literatur

  • Andreas Knie: Wankel-Mut in der Autoindustrie, 290 Seiten, Edition Sigma, ISBN 3894041455
  • Richard F. Ansdale: Der Wankelmotor. Konstruktion und Wirkungsweise, 228 Seiten, Motorbuch Verlag, Stuttgart, 1. Aufl. 1971, ISBN 3879432147
  • Dieter Korb: Protokoll einer Erfindung: Der Wankelmotor, 224 Seiten, ISBN 387943381X
  • Claus Myhr: NSU Ro 80 und Wankel Spider 1964-1977, 96 Seiten, ISBN 3922617492
  • Marcus Popplow: Motor ohne Lobby?, 256 Seiten, ISBN 3897352036
  • Ulrich Knapp: Wankel auf dem Prüfstand, 216 Seiten, ISBN 383091637X

Weblinks

Verbrennungsmotor | Motorradtechnik

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