Wankelmotor

Der Wankelmotor ist ein Rotationskolbenmotor, 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.

Technik des Wankelmotors

Beschreibung des Arbeitsablaufs

Der Wankelzyklus: Einlass (blau), Kompression (grün), Zündung (rot), Auslass (gelb)

Der Wankelzyklus animiert

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.

Geometrie

Datei:W Gehäuse.PNG

Radkurve

Kolben und Exzenterbewegung

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

Bezeichnungen der einzelnen Bauteile

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

Datei:W Schrägbild.PNG

Lage von Exzenterwelle, Exzenter und Ritzel im Läufer

Der Wankelmotor besitzt eine relativ geringe Baugröße, was eine hohe Leistungsdichte und niedriges 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; der Abstand a zwischen Rollkurve und Trochoide (Äquidistante) beträgt 2 mm.

Werkstoffe und Herstellung

Der Läufer ist meist ein Präzisonsgussteil aus Grauguss, bei dem man auf das Auswuchten verzichten kann. Die Weiterbearbeitung der Außenkonturen und Dichtstreifennuten geschieht mittels Drehen und Fräsen gleichzeitig an mehreren Läufern, wodurch der Produktionsdurchsatz erheblich gesteigert wird. Eine andere Möglichkeit ist die Herstellung des Läufers aus Blech, wobei die Teile dann miteinander verschweißt werden (Patent Audi). Die Exzenterwelle entspricht vom Herstellungsaufwand in etwa einer Kurbelwelle.

Dichtsystem

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

Die beidseitige Abdichtung des Kolbens zur Seitenwand geschieht mit zweimal 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; nach Anlaufen 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.

Dichtleisten

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 erhöht 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 gelangt bei Seiteneinlass wieder in den Ansaugbereich 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 Gehäusekammer angebracht sein, dann spricht man von Umfangsein- und Umfangsauslass. Erfolgt der Gasaustausch durch Kanäle in den Seitenteilen, spricht man von Seitenein- und Seitenauslass wie es z. B. beim Motor des Mazda RX-8 der Fall ist. Auch ist die Kombination beider Auslassarten möglich, z. B. bei den Serienwankelmotoren von Mazda.

Vorteil des Umfangseinlasses: große Querschnitte und lange Steuerzeiten sind möglich, was eine hohe Leistung ergibt, somit ist dieses Bauprinzip auch die erste Wahl für Rennmotoren.
Nachteil des Umfangseinlasses: durch die große Überschneidung kann es zu Schieberuckeln kommen. Was man noch bei einem Rennwagen hinnehmen kann, kann für einen PKW aus Komfortgründen untragbar sein. 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.

Der Vorteil des Seitenein- und Auslasses ist die fehlende Überschneidung. Dadurch tritt kein Schieberuckeln auf, und der Motor eignet sich besser für die Aufladung. Der Motor weist ein besseres Teillastverhalten bei der Fahrbarkeit und bei den Abgaswerten auf. Er harmoniert gut mit einem Schaltgetriebe. Bessere Vermischung des Gemischs, durch die Umlenkung um 90° beim Einlass.
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

Beim Wankelmotor finden die Arbeitstakte immer an der gleichen 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 mittels Wasserkühlung. Für die Verbrennung wird die Kühlung gezielt eingesetzt, um Selbstzündung des Gemisches durch Hot Spots (heiße Stellen) zu vermeiden. Hot Spots sind z. B. die Zündkerzen.

Links axiale Kühlwasserführung, mitte moderne axiale Kühlwasserführung, rechts moderne radiale Kühlwasserführung, nur im heißen Bogen gekühlt

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 oder Stahleinlagen in tolerierbaren Bereichen gehalten werden. Vergleichbar ist hierzu beim Hubkolbenmotor die Stahleinlage im so genannten Regelkolben, bei dem die Stahleinlage dafür sorgt, dass der Kolben sich kontrolliert und nicht zu stark ausdehnt und man kein zu großes Spiel zwischen Kolben und Zylinder vorsehen muss. Nicht alle Wankelmotoren sind mit einer Stahleinlage versehen, beispielsweise kommen Audi-NSU-Motoren, Norton-Motoren und Derivate ohne Stahleinlage aus. So wird heute bei modernen Wankelmotoren nur noch der heiße Bogen gekühlt.

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 einer höheren möglichen Maximalleistung. Bei einfachen Industriemotoren wird der Kolben mit Gemisch gekühlt.

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 die Wärmedehnungen vermindert und damit zum Spannungsabbau 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, hervorzuheben ist z. B. der Kupferkern. Durch sorgfältige Auslegung der Kerzenposition kann der Wärmewertbedarf erheblich reduziert werden. So benötigte der Sachs-Motor der Hercules W-2000 nur eine normale W145-Zündkerze von Bosch.

Im allgemeinen und bei symmetrischen Brennraummulden wird vorauseilend, das heißt kurz vor der engsten Stelle (OT) gezündet. Wird eine zweite Kerze verwendet, so liegt eine am Kammerbeginn und 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 Kerze zuerst zündet, was zwar einen höheren Treibstoffverbrauch, aber dafür bessere Abgaswerte 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 am Abgas- und Verbrauchverhalten beteiligt. Grundsätzlich reduziert man das Ausschieben von unverbranntem Gemisch durch die Verwendung einer Doppelzündung 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

Wirkungsgrad ŋ_{i_{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 $\epsilon ={\frac {V_{\mathrm {OT} }}{V_{\mathrm {UT} }}}$

$\eta _{\mathrm {therm.} }=1-{\frac {1}{{\epsilon }^{\kappa -1}}}$

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 allein 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 T_{2 _{begrenzt, die unter der Selbstzündtemperatur 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 p_{i_{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:

M_{d_{in [Nm] und
n in [U/min]
ergibt sich mit der angepassten Formel die Leistung P in [kW]:}}

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

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 F_{p_{greifen immer im Exzentermittelpunkt an und erzeugen mit dem jeweils dazugehörigen winkelabhängigen Hebelarm der Exzentrizität e das Drehmoment M_{d_.}}}

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 120 km/h erreicht werden, was etwa 85 % der Gesamtfahrleistung abdeckt. In diesem Bereich wird mit Lambda nahe 1 gefahren, eine Spitzenlastanreicherung tritt dabei nicht auf.

Vor- und Nachteile gegenüber dem Hubkolbenmotor

als Vorteile sind zu nennen:

Spezifischer Verbrauch eines OMC (Outboard Marine Coorperation) Versuchsmotors für einen Flugzeugmotor

Der Wankelmotor hat nur wenige bewegliche Teile, meist zwei Kolben und eine Exzenterwelle, die gemäß ihrer kompakten Bauweise einen vergleichsweise geringen Platzbedarf haben.
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 Viertakt-HKM vergleichbarer Leistung besitzt.
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.
Durch die um 50 % längere Taktdauer besitzt der Motor ein gleichförmigeres Drehmoment als ein Viertakt-Hubkolbenmotor.

Als Nachteile sind zu nennen:

Der Wankelmotor besitzt ein ungünstiges Verhältnis zwischen Oberfläche zu Brennraumvolumen welches zu größeren Kühlwärmeverlusten führt.
Durch die sich einstellende Queschtströmung wird die Verbrennung unterhalb der Kerze zwar beschleunigt und so ein guter Ausbrand der Kammer erreicht, aber der Gemischanteil oberhalb der Kerze wird nur schwer entzündet.
Die Dichtflächen des Wankelmotors sind erheblich länger als bei einem HKM und führen zu vergleichsweise höheren Druckverlusten.
Aus der Summe der vorgenannten Gründe weist der Wankelmotor tendenziell einen um bis zu 16 % höheren Benzinverbrauch gegenüber einem Viertakthubkolbenmotor auf.

Geschichte des Wankelmotors

Geschichte der Rotationskolbenmaschinen

Die Geschichte der Rotationskolbenmaschinen beginnt im 16. 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.
In 1588 publiziert der italienische Ingenieur Agostino Ramelli verschiedene Wasserpumpen bei denen es sich um dreh- und kreiskolbenartige Umlaufmaschinen handelt. Graf Pappenheim erfindet 1636 die Zahnradpumpe und versorgt damit eine Fontäne mit Wasser. Die Zahnradpumpe, eine reguläre Drehkolbenmaschine, dient noch heute als Ölpumpe in den meisten Automotoren. James Watt, der Erfinder der Hubkolbendampfmaschine, versucht sich zeitlebens immer wieder an Rotationskolbenmaschinen, 1782 konstruiert er eine drehkolbenartige Umlaufkolbendampfmaschine. William Murdoch modifiziert 1799 Pappenheims Zahnradpumpe und versieht die Zahnkopfflanken mit Dichtleisten aus Holz. Mit dieser Dampfmaschine treibt er Bohrmaschinen und Drehbänke in seiner Werkstatt an. In 1846 baut Elijah Galloway 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. Philander und Francis Roots entwickeln 1895 eine Drehkolbenmaschine, die auch heute noch in gleicher Weise gebräuchlich ist, der nach seinen Erfinder benannte Roots-Kompressor. Charles Parsons, der Erfinder der Dampfturbine, baut 1884 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.

Entwicklung des Wankelmotors von 1932 - 1960 und Erstlauf

Felix Wankel beginnt mit der gezielten Untersuchung zur Abdichtung, als Versuche einer Drehschiebersteuerung für einen Viertakthubkolbenmotor fehlschlagen. Im 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 Versuchsvorrichtungen gelingt ihm eine wirkungsvolle Abdichtung der Drehschiebersteuerung womit er den Grundstein für die Entwicklung des Wankelmotors legt. 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 verlaufenden Dichtgrenze ist. In 1936 spricht er bei der DVL (Vorläufer der DLR)vor und bringt innerhalb kurzer Zeit einen Siemens-Fünfzylindersternmotor zum Laufen. Der spätere Leiter der Motorenentwicklung von Mercedes Benz, Wolf-Dieter Bensinger, legt seinen Bericht Staatssekretär Milch vor, der damit zu Reichsminister Göring geht. „Dieser Mann ist großzügigst zu unterstützen“ ist daraufhin seine Anweisung, worauf Felix Wankel seine eigene Forschungswerkstätte (WVW)in Lindau gründet. Von 1936 bis 1941 entwickelt er erfolgreich Drehschiebersteuerungen für Junkers-, BMW-, Siemens- und Daimler-Flugmotoren. Versuche in 1941 mit hohen Öldrücken von bis zu 1000 bar zeigen neue Wege bei der Gleitlagerung. Die DLV und WVW schließen eine Reihe Optionsverträge mit den damals wichtigsten Firmen ab. Das Kriegsende 1945 unterbricht die geplante Serienfertigung von Drehschiebermotoren und die Franzosen demontieren die WVW. 1951 nimmt Felix Wankel wieder die Zusammenarbeit mit den Goetze-Werken in Burscheid auf. Es folgt der 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 Drehkolbenmaschine. Er verhandelt 1954 wegen der Auswertung der DKM 53 als Kompressor mit Borsig. Borsig und NSU einigen sich auf eine Interessenabgrenzung nach der NSU das Gebiet der Kraftmaschinen bearbeitet und Borsig das der Arbeitsmaschinen. Der NSU Ingenieur Hanns Dieter Paschke entwickelt 1956 aus den Versuchspressluftmotoren (Arenamaschinen) einen Drehkolbenkompressor DKK56, der einen 50cm³-Zweitakt-NSU Quickly-Motor auf damals überragende 13,5 PS aufläd und für den Weltrekord (196km/h) mit einem Baumm Liegestuhl II sorgt. Die Art des Laders wird geheim gehalten, was zu allerlei Spekulationen führt.

Felix Wankels Drehkolbenmotor DKM 54

Am 1. Februar 1957 läuft der DKM54 zum ersten Mal zwar nur kurz in der NSU Versuchsabteilung TX; nachdem das Gemisch und die Zündung anders eingestellt werden, beginnt der Motor im wahrsten Sinn des Wortes rund zu laufen. Beim DKM 54 drehen sich die Kammer (Aussenläufer) und der Innenläufer. Kraftabgebendes Element ist hierbei der Aussenläufer, der Innenläufer dient nur als reines Absperr- und Steuerteil. 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 20 PS mit dem 125 ccm-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, hier bei wird der Aussenläufer stillgesetzt. Die Versuche mit der DKM 54 werden 1958 eingestellt denn das Prinzip hatte seine Funktionsfähigkeit gezeigt. Am 7. Juli 1958 läuft zum ersten Mal ein Kreiskolbenmotor KKM 57P.

Der Wankelmotor im Fahrzeugbau von 1960 bis heute

Entwicklung von 1960 - 1970

Zwei Jahre später in 1960 wird erstmals ein Auto von einem Wankelmotor angetrieben, ein NSU Prinz III läuft mit einem KKM 250.
Am 19. Januar desgleichen Jahres wird im Deutschen Museum München während einer Veranstaltung des VDI der KKM250 erstmals der Öffentlichkeit laufend vorgeführt. Nun wird der KKM 400 entwickelt, der von vornherein als Automotor konstruiert wird. Noch im gleichen Jahr wird er in einen Sportprinz eingebaut. Weitere umgebaute Sportprinzen folgen, und so fährt man mit der Kombination Sportprinz und Wankelmotor 1 Millionen Versuchskilometer.
In 1962 findet am 16. Februar die so genannte Rattermarkenkonferenz statt. Sie wurde notwendig weil von den Laufflächen abplatzende Chromschichten zu häufigen Motorausfällen führten. Versuche mit leichteren Dichtleisten führten zum Erfolg und so konnte im September der KKM 150 als erster Wankelmotor in Serie gebaut. Bei ihm 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 Hilfsantrieb, als so genannter Flautenschieber für Segelboote. 1963 wird der NSU Wankel Spider auf der IAA der Öffentlichkeit präsentiert und Mazda stellt einen Versuchswagen mit einem Zweischeibenmotor auf der Motorshow in Tokio aus. Im Oktober 1964 geht der NSU Wankel Spider in Serie. Der KK 37 ist der erste von Fichtel & Sachs in Serie gebaute Wankelmotor. Gleichzeitig entsteht der KM 914 mit 300 ccm Kammervolumen in den Ausführungen als Stationärmotor und als Antrieb für Schneemobile, in die er von Fichtel & Sachs 1965 eingebaut wird. Im gleichen Jahr stellt NSU den Zweischeiben-Motor-Typ 506/509 auf der IAA aus.
1967 wird der NSU Ro 80 auf der IAA in Frankfurt der Öffentlichkeit präsentiert. Am 21. April gründen NSU und Citroën die gemeinsame Tochterfirma Comotor. Mazda geht im Mai mit dem Cosmo Sport in Serie und stellt somit als erster Autohersteller ein Auto mit einem Zweischeibenmotor her. In 1969 beginnt Citroën mit der Operation M35 bei der 300 handverlesene Kunden geänderte AMI 8 verkauft werden, die zusammen über 30 Millionen Versuchskilometer zurücklegen. Mercedes Benz präsentiert den C-111 I mit einem Dreischeibenmotor auf der IAA in Frankfurt. Im Herbst wird der Ro80-Motor von Doppel- auf Einfachzündung umgestellt und eine Hochspannungs-Kondensatorzündung (HKZ) eingebaut. Der Bootsmotor NSU Marine Ro135 mit Doppelzündung wird in Serie gebaut.

Entwicklung von 1970 - 1980

Mercedes Benz stellt 1970 seinen C-111 II auf dem Genfer Automobil Salon aus. Die Karosserie ist überarbeitet worden, und anstatt einem Dreischeibenmotor testet man jetzt einen Vierscheibenmotor, infolge entscheidet sich Mercedes jedoch gegen den Einbau von Wankelmotoren. Der britische Motorradhersteller BSA testet einen Wankelmotor in dem Rahmen einer BSA A65. Hercules stellt den W2000 Prototyp auf der IFMA aus, als Motor wird ein modifizierter Schneemobilmotor KM 914B von Fichtel & Sachs verwendet. Die Firma Graupner führt den Modellmotor (Ogawa Seiki) OS Wankel in die Serie ein. BSA/Triumph entwickelt 1971 einen eigenen luftgekühlten Zweischeibenmotor, den man in einen Triumph-Bandit-Rahmen einbaut. Thermische Abgasreinigung und Drehzahlwarner werden beim Ro80 eingeführt. 1972 stellt Ingersoll Rand mit den Wankelmotoren IR-2500 und IR-5000 die Motoren mit dem bisher größten Kammervolumen von 41 ltr her. Fichtel & Sachs führt die zweite Motorengeneration ein, den KM 3 und den KM 24, letzterer löst den KM 914 als Schneemobilantrieb ab. Mazda produziert in diesem Jahr 155.500 Autos mit Wankelmotoren. VW zieht sich aus dem von NSU und Citroën geschlossenen Vertrag zurück und Comotor wir alleinige Tochterfirma von Citroën. Mazda stellt 1973 ca. 240.000 Autos mit Wankelmotoren her, insgesamt wird der 500.000. Wagen mit einem Wankelmotor produziert. 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. Nachdem 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-Birotor. Yanmar Diesel stellt drei Typen Außenbordmotoren mit Wankelmotoren her. RFB baut einen 60 PS Fichtel & Sachs Zweischeiben Wankelmotor in den Sirius II ein. In Altforweiler wird das Comotorwerk eingeweiht. VW und Citroën treffen eine Entwicklungsvereinbarung für den EA871, der für die großen Citroën Modelle vorgesehen wurde. Der deutsche Motorradhersteller Hercules führt 1974 die W2000 in die Serie ein, als Motor wird der KC 24 von Fichtel & Sachs verwendet. OMC (Evinrude, Johnson) stellt Schneemobile mit Wankelmotoren her. Ford kündigt den Lizenzvertrag weil Curtiss-Wright eine Lizenzgebühr von über 100 Millionen Dollar fordert und Ford versucht im Gegenzug Mazda zu übernehmen. Die Van Veen OCR 1000, der niederländische Motorrad-Spezialist, kauft 1976 den Motor von Comotor (Citroën) und rüstet ihn mit einer elektronischen Kennfeldzündung von Harting aus. OMC stellt nach 15.000 Motoren die Produktion ein und zieht sich aus dem Markt für Schneemobile zurück. Hercules bringt die verbesserte Hercules 2000 Injektion mit dem stärkeren KC 27 Wankelmotor heraus. Die Produktion des Ro 80 wird mit Ende des Modelljahres 77 nach 37.450 gebauten Fahrzeugen innerhalb 10 Jahren eingestellt; Mazda baut im gleichen Jahr ca. 50.000 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. Mazda führt 1978 den RX-7 SA in die Serie ein, John Deere übernimmt die Wankelentwicklung von Curtiss & Wrigth. Durch die Insolvenz von BSA/Triumph wird die BSA-Wankelmotorenentwicklung Norton zugeschlagen.

Entwicklung von 1980 bis heute

OMC verkauft 1980 seine Wankelabteilung an Moller.
Norton stellt 1984 für die britische Polizei die Interpol II in Serie her. Teledyne Continental Aircraft Products entwickelt auf der Basis von Nortonmotoren Flugzeugmotoren. Bedingt durch die Produkthaftung in den USA lässt man das Projekt später fallen. Für 100 Millionen D-Mark erwirbt Mercedes Benz 1986 das Institut von Felix Wankel. Die Norton Classic entsteht 1988 basierend auf der Interpol, es ist das erste Wankelmotorrad, das Norton für den freien Markt herstellt. Die Norton Police Commander löst 1989 die Interpol II ab, die zivile Version ist die Norton Commander. Mazda baut 1990 mit dem Eunos Cosmo das erste Serienauto mit Dreischeiben-Wankelmotor. Im gleichen Jahr bringt man den RX-7 FD heraus. In 1992 entsteht UEL aus einem Managementbuyout der ehemaligen Entwicklungsabteilung von Norton. Midwest Engines wird gegründet und stellt Wankelmotoren für bemannte Flugzeuge auf der Basis der Nortonmotoren her. Carlos Fernandez Pello, von der Universität Berkley, stellt 2001 einen MEMS Miniaturwankelmotor vor. Mazda baut im Herbst 2002 den letzten RX-7 von dessen Baureihe insgesamt 811634 Fahrzeuge verkauft wurden. Von April 2003 bis März 2006 werden 148317 RX-8 in Serie gebaut und am 12. Februar desgleichen Jahres wird die Wankel Super Tec gegründet. Am 1. Februar 2007 jährt sich zum 50. Mal der erste Prüfstandslauf eines Wankelmotors. Im Mai vor vierzig Jahren startete die Serienproduktion eines Zweischeibenmotors bei Mazda, im September vor 40 Jahren begann diese bei NSU mit dem Ro80.

Wankeldiesel

Rolls Royce Wankeldieselmotor

Es gab Versuche, den Dieselprozess mit einem Wankelmotor auszuführen, unter anderem von Rolls-Royce mit der Typserie R1 bis R6, wobei zwei 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 3500 Upm. 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 stellt 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, und die Belastung durch Scherkräfte auszugleichen. Diese werden durch entsprechende Zuganker aufgenommen. Dies konnte jedoch zum so genannten Warmwechsel-Kriechen des als Kammermaterial verwendeten Aluminiums führen. Schwierigkeit beim Wankeldiesel war auch, eine ausreichend hohe Kompression zu erreichen, und die großen kühlenden Oberflächen des Verdichtungsraum, was dadurch gelöst wurde, dass 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.

1992 kaufte ein ehemaliger Mitarbeiter von Felix Wankel, Dankwart Eiermann, zusammen mit Jürgen G. Bax die Wankel GmbH vom LONRHO-Konzern zurück. In der folgenden Jahren entwickelte die Firma einen Wankeldiesel mit Fremdzündung (d. h. Zündkerze) und Direkteinspritzung, wobei auf bereits seit den 1960ern bekannte Verfahren zurückgegriffen wurde (u. a. das FM-Verfahren). Durch die Verwendung von Direkteinspritzung und Fremdzündung konnten viele der bisherigen Schwierigkeiten bei der Verwendung von Diesel als Treibstoff wie schlechte Verbrennung, niederer Wirkungsgrad und die erforderlichen hohen Drücke zur Selbstzündung ausgeräumt werden. Die Literleistung von Prototypen betrug bis zu 150 PS bei vergleichbaren Verbräuchen wie moderne Hubkolben-Direkteinspritzer. Trotz dieser vielversprechenden Entwicklung mußte die Wankel Rotary GmbH im Jahre 2000 Konkurs anmelden.

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 Cooperation	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 Industries	JP	Benzinmotoren 20-80PS für Motorräder
07.02.1973	American Motors Corporation	USA	Benzinmotoren 20-200PS

Fahrzeuge mit Wankelmotor

Automobile

NSU Wankel Spider, erstes Serienauto mit Wankelmotor

NSU Ro80

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 zukommen zu lassen. Der NSU Ro 80 setzte 1967 bereits einen Maßstab im Design, dessen Nachruhm 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.

NSU Wankel Spider (1964–1967) 1. Serienauto mit einem Einscheibenmotor.
Ford Mustang (1965) experimental mit Curtiss-Wright RC2-60.
Mazda 110 S Cosmo Sport (1967–1972) 1. Serienwankel mit Zweischeibenmotor.
NSU Ro 80 (1967–1977)
Mazda R100 (1968–1975)
Citroën M35 (1969–1971), reiner Versuchsträger, nur 267 Stück wurden gebaut.
Mazda R130 (1969–1972) Coupé mit 13A Wankelmotor.
Mercedes-Benz C111 (Prototyp 1969–1971) Dreischeiben- und Vierscheibenmotoren
Lada (1970er–1990er Jahre)
Mazda RX-2 (1971–1974)
Mazda RX-3 (1972–1977) Versionen Coupé, Limousine und Caravan.
Mazda RX-4 (1972-1977) Versionen Coupé, Limousine und Caravan.
Datsun 1200 (1973)
Corvette XP-897GT (1973)
Citroën GS Birotor (1974-1975), 847 Stück hergestellt.
Mazda Rotary Pickup (1973–1977), nur in den USA verkauft.
Mazda Parkway Rotary 26 (1974–1976,) erster Bus mit Wankelmotor.
Mazda Road Pacer AP (1975–1977)
Mazda RX-5 (1975–1981)
Audi 100 C2 (1976–1977) ca. 25 Prototypen in der Erprobung.
Mazda Luce Legato (1977–1981) Topversion 929L.
Mazda Cosmo AP RX-5 (1981-1990)
Mazda Luce (1981-1986) Topversion 929.
Mazda Luce (1986-1991) Topversion 929.
Eunos Cosmo (1990-1995) Erstes Serienmäßiges Auto mit Dreischeibenwankelmotor.
Mazda 787B (1991 LeMans 24h Gewinner)
Mazda RX-7 (1978–2002) Baureihe SA (FB), FC, FD.
Mazda RX-8 (seit 2003)
Mazda RX-8 HRE Hydrogen RE Hybrid Concept (2004 -)
Mazda 5 HRE Hydrogen RE Hybrid Concept (2005 -)

IFA (Trabant, Wartburg), einzelne Prototypen von 1961 bis Ende der 1960er Jahre.
Die Flugautos M200 und M400 der Firma Moller

Motorräder

Hercules W 2000

Van Veen OCR1000

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.

Hercules W 2000 "Staubsauger"
Hercules KC31 KC31 im GS 250 Rahmen
Suzuki RE 5
Van Veen OCR 1000
Motoprom
MZ Prototypen
Norton P41 "Interpol II"
Norton P43 "Classic"
Norton P52 "Commander Police"
Norton P53 "Commander Civilian"
Norton P55 "F1"
Norton P55B"F1 Sports"

Schneemobile

1974 Alouette Silver Cloud Mk. II
1969-74 Artic Cat Cheetah
1974-75 Artic Cat Cheetah 2. Generation
1968-70 Artic Cat Lynx mit F&S
1971-74 Artic Cat Lynx F&S 303
1974-75 Artic Cat Lynx 1
1974-75 Artic Cat Phanter F&S 303
1974-75 Artic Cat Phanter F&S 295
1972-73 Evinrude-35-Q
1976 Evinrude OMC 500
1972 Johnson OMC 500
1972-73 Johnson Phantom
1968 Polaris Mustang
1969 Polaris Colt
1968-69 Skorpion Mark II
1968 Skiroule
1972-74 Skiroule RTW 300, F&S KM24

Wasserfahrzeuge

Wankel Zisch 74

Avenger Sportboot mit zwei Marine Ro 135
Ski-Craft Wasserskizuggerät und Flautenschieber
Rennboote OMC (Outboard Marine Coorperation) Evinrude Johnson
Zisch 68
Zisch 74

Flugzeuge

RFB Rhein Flugzeugbau AWI-2
Rhein-FlugzeugbauRFB Sirius-2 mit Zweischeiben Fichtel & Sachs Wankelmotor
RFB Fantrainer Zweisitziges Trainingsflugzeug mit Mantelschraube Prototyp mit zwei EA871A.
RFB Fanliner Zweisitzige Sportmaschine mit einem EA871A
ASH 26 E und ASW 28-18 E Einscheiben Diamond Engines Wankelmotor
Katana mit Diamond Engines Wankelmotor GIAE-110R.

Unbemannte Flugzeuge, Drohnen, UAV

Blue Horizon II UAV Hersteller EMIT
Crecerelle UAV, Hersteller SAGEM
Darter UAV, Hersteller Silver Arrow
Deltron III UAV, Hersteller TESTEM
Dragon UAV, Hersteller Matra
Galileo UAV mit UEL AR-682
Goldeneye UAV mit UEL AR-741
Harpy UAV , Hersteller IAI
Hellfox UAV, Hersteller Mi-Tex
Hermes 180 mit UEL AR-74-1000, 10 Stunden Flugzeit, Hersteller Silver Arrow
Hermes 450 und 450S mit UEL AR 80-1010, 20 Stunden und 30 Stunden Flugzeit, Hersteller Silver Arrow
i-Foile UAV
ISIS mit UEL AR-8010
Lark UAV, Hersteller Kentron
Marula UAV, Hersteller SAGEM
Night Intruder 300 KAI
Nishant UAV, Hersteller ADE
Phantom Medium Tactical UAV
Pioner RQ2A mit UEL AR-741, Hersteller PUI
Pioneer RQ2B mit UEL AR-741, Hersteller IAI
Prowler I, Hersteller GA-ASI
Scout UAV mit UEL AR-801 Hersteller IAI
Schiebel Camcopter S-100 mit Diamond Engines AE-50R, Hersteller Schiebel
Seabat UAV, Hersteller Orion
Sea Scout mit UEL AR-801
Searcher II Hersteller IAI
Shadow 200 mit UEL AR-741, Shadow 200B mit UEL AR-741, Shadow 400 mit UEL AR-741, Shadow 600 mit UEL AR-801, Hersteller AAI
Sikorsky Cypher mit UEL AR-801
Skyeye mit UEL AR 80-1010, Hersteller BAE Systems
Sniper UAV, Hersteller Silver Arrow
Starbird UAV, Hersteller Northrop Grumman
STF-9A UAV, Hersteller Daedalus
TPPV-1 Doysae UAV, Hersteller KAI
UAV-X1, Hersteller TAI
Vixen UAV, Hersteller Mi-Tex

Sporteinsatz

1966 wird Karl-Heinz Panowitz Deutscher Rallyemeister aller Klassen mit dem NSU Wankel Spider. 1967 und 1968 Siegfried Spieß wird mit dem NSU Wankel Spider Deutscher Bergmeister aller Klassen. Mai 1969 bei den 24-Stunden-Rennen von Rouen gewinnt der Schwede Zetterström in der Klasse RE1 und belegt den dritten Platz in der Gesamtwertung, mit einem NSU Marine Wankel Ro135. 1973 setzt Johnson mehrere Rennboote in der offenen Klasse ein und dominiert die Rennen nach belieben. 1974 sind Wankelmotoren bei Motorbootrennen verboten.

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 zehn mal gewonnen. Von 1992 bis 1994 gewann der RX-7 FD die australische Tourenwagenmeisterschaft. 1992 bis 1995 gewann Mazda mit dem RX-7 FD die 12h von Bathurst in Australien, dabei setzt man sich gegen Porsche 968, Honda NSX und Nissan Skyline durch. 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, in 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 Wankelmotor

Datei:Cypher-SK.JPG

Sikorsky Cypher UAV angetrieben von einem UEL AR801 Wankelmotor

Anwendung findet der Wankelmotor auch als Flugzeugantrieb. Die Alexander Schleicher GmbH baut einen Diamond Engines Einscheibenmotor in ihren Klappantrieb der ASH 26 E und ASW 28-18 E 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. Mazda erprobt aktuell im RX-8 HRE und Mazda 5 HRE den Betrieb mit Wasserstoff. Hier kommt dem Wankelmotor seine spezielle Brennraumform zugute.

Ingersoll-Rand baute zwischen 1972 und 1986 Gaswankelmotoren für Gaspumpstationen für Gaspipelines in Serie.

Norton, Suzuki, Yahmaha 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 und 1975 wird eine Dolmar-Kettensäge mit einem Fichtel & Sachs KMS 4 angetrieben.

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

Serien-Wankeldieselmotor: UAV UEL AR-8010 (z. B. eingesetzt von ISIS, IAI)
Verschiedene Trochoiden, darunter zwei aktuelle Entwicklungen aus dem Wankel-Diesel-Fremdzündungsbereich
Mazda-Wankelmotor mit axialer Kühlwasserführung
erster Versuchs-Wankelmotor von Mazda
Zwei Arten Exzenterwellen: obere geteilte für einen Dreischeibenmotor NSU 619, untere Exzenterwelle gehört zu einem NSU Ro 80 Motor
Dichtsystem: Dichtleisten an einem Klimakompressor
Exzenter einer Exzenterwelle für einen NSU KKM619 Dreischeibenmotor
Motor des NSU Wankel Spider
Dreischeiben-Wankelmotor, Wankel NSU 619
Exzenterwelle für einen Wankel NSU 619
Diamond Katana DA20 mit Diamond Engines Zweischeiben Wankelmotor

Diamond Katana DA20 mit Diamond Engines Zweischeiben Wankelmotor

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 Korp: 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

Animationen:

Wankel (Animation der Kinematik)
Film "Das Prinzip" (wmv-Datei etwa 15,9 MB)

Weitere Informationen:

Der-Wankelmotor.de (Informationen über den Wankelmotor)
The Aviator's Rotary Engine Roster (Flugzeuge mit Wankelmotor, engl.)
Wankel Supertec (Homepage der Firma Wankel Supertec Cottbus)
Audi 100 Prototyp mit Wankelmotor (Infos zum KKM871 von 1977)
BMF Bericht über den Fremdzündungsdiesel-Wankelmotor (PDF-Datei zum Download)
Mazda Delivers First Rotary Hydrogen Vehicles to Corporate Customer Fleets (Pressemitteilung über den Wasserstoff-RX-8)
M.4-Rotor Rotary Engine for Le Mans (26B Bericht, .doc-Datei zum Download, engl.)
NSU-Wankel Spider Club (Tipps, Tricks und viele Motordetails)
Der Berkley MEMS Wankel, PDF

Wiktionary: Wankelmotor – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen