Benutzer:Kino/Klappe4

Vorteile

1. Der Wankelmotor hat nur wenige bewegliche Teile, meist zwei Kolben und 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 HKM vergleichbarer Leistung besitzt.

4. Der Wankelmotor ist vollkommen auswuchtbar, da sich alle beweglichen Teile nur um ihren Schwerpunkt drehen. Die Folge ist ein weicherer und vibrationsarmer Lauf, im oberen Drehzahlbereich läuft der Motor leiser als ein HKM.

5. Durch die um 50% längere Taktdauer besitzt der Motor ein gleichförmigeres Drehmoment als ein HKM. Auch infolge des längeren Taktes ist der Motor klopfunempfindlicher und es sind Benzine mit geringeren Oktanzahlen als bei einem HKM möglich.

6. Dichtsystem nicht drehzahlbegrenzt. Kolbenringe beim HKM versagen ab einer bestimmten Drehzahl. Wenn die Gaskräfte geringer sind als die entgegengesetzt wirkende Reib- und Trägheitskräfte, hebt der Kolbenring vom Nutgrund an und fällt zusammen.

7. Keine Richtungsumkehr, zwei Dichtstreifen in einer Nut möglich. Die Leckgase sind brennbar werden beim Seiteneinlass direkt wieder angesaugt. Beim Umfangseinlass werden die Leckgase über den Zwischendichtungsraum dem Einlass wieder zugeführt.

8. Stossverschluss der Dichtgrenzen weitgehend zu erreichen, deshalb werden mehrteilige Dichtleisten verwendet. Leckverluste sind weitgehend konstant, Wirkrichtung der Reibkräfte radial anstatt axial wie beim HKM.

Nachteile

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 und Schmierölverlusten.

3.Über die Schlitzsteuerung gelangen mehr unverbrannte Kohlenwasserstoffe ins Abgas und die 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 einen um bis zu 20% höheren Benzinverbrauch auf. (Der Vergleich der ECE Werte hinkt insofern, das man die Übersetzung des größten Gang genau ansehen muß. Der wird z.B. bei manchen Hersteller extrem lang ausgelegt was den Verbrauch im ECE Zyklus natürlich dämpft, was dir MSA dann prompt als mangelnder Durchzug ankreidet. Also Familienkutschen nicht mit Sportwagen vergleichen.) Vergleich ist erst mit dem Muscheldiagramm möglich. Ich hab drei gleichstarke Motorräder, davon ist eine eine Interpol 2. Dreimal darfst Du raten wer weniger Benzin braucht. Genau die Interpol.

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]:}}

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

was stimmt:

heißere Abgase als ein HKM? Aktuell sind 980°C beim HKM wie beim KKM. Normal müsste die Abgastemperatur beim 4T-HKM geringer sein weil ja mindestens ein kühlendes Auslassventil im Abgasstrom hängt. Leerhub usw. Abgastemperatur ist mehr eine Funktion der Zündzeitpunkte.

Herstellung noch einarbeiten.

Mazda führte zusammen mit den SIP-Verfahren 1976 ein Maßgalvanisierungsverfahren für die Laufschicht der Trochoidenlaufbahn ein, wodurch auf das Schleifen der Chromlaufschicht verzichtet werden konnte. Der Läufer ist meist ein Gußteil, das per drehen und fräsen bearbeitet wird. So werden die Aussenkonturen und Dichtstreifennuten gleichzeitig bei mehren Läufern in einem Durchgang bearbeitet, wodurch der Produktionsdurchsatz erheblich steigern lässt. Durch Präzisionsguss kann auf das Auswuchten des Läufers verzichtet werden. 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.

(Von dem Audi Blechkolben mach ich bei Gelegenheit ein Foto.) Man soll bei der Herstellungsbetrachtung nicht vergessen, das HKMs zu der Zeit schon auf Spezialmaschinen gebaut wurden.

Ein Vorteil des Wankelmotors ist sein relativ einfacher Aufbau. Er hat nur wenige bewegliche Teile (je nach Bauart unterschiedlich viele, meist zwei Kreiskolben und die Exzenterwelle), die jedoch kompliziert zu bearbeiten sind. Dadurch, dass sich alle Teile nur um ihren Schwerpunkt drehen oder kreisen, kann man einen Wankelmotor schon ab einem Läufer vollkommen auswuchten. Für die Trochoidenkontur war früher eine Spezialschleifmaschine notwendig, das kann heute mit einer handelsüblichen CNC-Schleifmaschine geschliffen werden.

Desweiteren hat ein Wankelmotor wegen der um 50 Prozent längeren Taktdauer eine weit größere Gleichförmigkeit des Drehmomentes im Motorenlauf als ein Hubkolbenmotor. Die Kraftübertragung geschieht direkt auf die Exzenterwelle.
Der Wankelmotor kommt ohne Ventile und die zugehörigen Elemente wie Nockenwelle, Stössel, Ventilspielausgleich, Kipphebel, u.s.w. aus. Die Gassteuerung erfolgt ohne bewegliche Teile auf einfache Weise, indem der Kolben die Einlass- und Auslassschlitze freigibt und wieder schließt. Bei jeder Exzenterwellenumdrehung findet ein Arbeitstakt pro Kammer statt. Weil es keinen besonderen Leertakt gibt ist das Kammervolumen nur halb so groß wie der Hubraum eines Hubkolbenmotors um dieselbe Leistung abzugeben.
Der Wankelmotor hat je größer die Leistung des Motors wird, ein besseres Leistungs-/Gewichtsverhältnis als der HKM und er kommt mit einem geringeren Raumbedarf aus. Die Herstellungskosten des Motors i.W. Gehäuse und Läufer werden, so wird prognostiziert, bei gleicher Stückzahl wie beim HKM vorausgesetzt, kostengünstiger sein.
Gleiche Bedingungen vorausgestzt, gibt sich der Wankelmotor mit geringeren Oktanzahlen zufrieden.
Der Hauptnachteil des Wankelmotors ist sein sehr flacher, lang gestreckter Verbrennungsraum. Im Vergleich zum Hubkolbenmotor besitzt er ein ungünstiges Verhältnis zwischen Brennraumvolumen und -oberfläche hat. Es geht deshalb relativ viel Energie in Form von Verlustwärme verloren. Zusätzlich geht bei Wankelmotoren mit Umfangsauslass relativ viel Gemisch und Schmieröl über den Auslassschlitz verloren. Dies führte zu hohen HC-Werten im Abgas. Dies führt auch zu einer hohen Abgasrückführungsrate, was zu Zündaussetzern im Leerlauf und im Teillastbetrieb führen konnte wenn keine Gegenmaßnahmen getroffen werden.
Diese Nachteile werden durch einen Seitenauslass verringert, wie er beim Mazda Renesis in der Serie eingesetzt wird. Es werden nur geringe Mengen unverbranntes Gemischs durch den Auslass ausgestoßen, durch die seitlich angeordneten Auslässe werden der unverbrannte Altgaskern und das Schmieröl in der Kammer zurückgehalten. Wichtigster Punkt beim Seitenein- und Seitenauslass ist, das Ein- und Auslass nicht miteinander verbunden sind, da es keine Überschneidung gibt, was die HC-Werte erhöhen würde. Gleichzeitig reduziert dieses System den Teillastverbrauch und das Leerlaufgemisch kann abgemagert werden.
Eine andere Möglichkeit die HC-Werte zu reduzieren stellte die Auslegung als so genannten Longstroke Motor da, Vertreter dieser Wankelmotorenart sind der Mazda 13A und der Audi NSU EA871 Optimo. Hier wird mit einer größeren Exzentrizität gearbeitet, die Kammer wird schmaler, aber dafür höher. Dadurch muss die Ladung einen weiteren Weg zurücklegen, der Ausbrand wird besser.
Die dritte Möglichkeit stellt die Schichtladung dar, hier lässt man erst gar nicht die Bildung eines fetten Altgaskerns zu, in dem sich oberhalb der Kerzen kein brennbares Gemisch befindet. Im Gegensatz zu einem Hubkolbenmotor benötigt man relativ wenig Aufwand um eine Schichtung des Gemischs zu erreichen. Weil der Wankelmotor prinzipbedingt von selbst eine Ladungsschichtung erzeugt, die man aber durch entsprechende Anordnung der Einspritzdüsen und Kerzen sinnvoll gestalten muss.
Eine Verkleinerung Äquidistante zwischen Trochoide und Laufbahn und eine Verkleinerung des Volumens der Zwickel bewirkt eine Verlagerung des Verbrennungsraum mehr in den Läufer. Man verkleinert damit die Brennraumoberfläche.

Die Geschichte der Rotationskolbenmaschinen geginnt im 1600 Jahrh. mit dem Bau von Wasserpumpen, die bereits ähnlich den heutigen Kreiskolbenmsschinen 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
Obschon sich James Watt dem Hubkolbenmotor verschrieben hatte, versuchte auch er sich an Rotationskolbenmaschinen und entwickelte 1799 eine Drehkolben-Dampfmaschine, die dem Antrieb von Drehmaschinen und Bohrmaschinen diente. 1895 wird eine weitere Drehkolbenmaschine entwickelt die auch heute noch in gleicher Weise gebräuchlichen ist, der nach seinem Erfinder benannte Roots-Kompressor.

Der Dampfturbinenkonstrukteur Charles Parsons baute 1884 eine der ersten funktionsfähigen "echten" Kreiskolbenmaschinen; 1923 entsteht eine KKM mit fünfeckigem Läufer von Wallinger & Scoog, allgemein machen die Kammerabdichtungen Probleme und es vergehen noch zwei Jahrzehnte bis Felix Wankel eine Drehkolbenmaschine zusammen mit BMW für einen NSU Wankel-Lader baut, bis schließlich 1957 der erste Drehkolbenmotor in der NSU-Forschungsanstalt in Neckarsulm auf dem Prüfstand läuft. Während sich zunächst noch Kolben und Gehäuse gegenläufig um ihre eigenen Achsen drehen, verfolgt man den Gedanken durch kinemtische Umkehrung die Bewegung auf eine Exzenterwelle zu übertragen und kann nun das Gehäuses stilllegen, was eine große Vereinfachung darstellte und zur Entwicklung des ersten Kreiskolbenmotors führte. 1962 baut NSU den ersten Serien-KKM , Toyota verfolt den Einbau eines Wankelmotors in einem Auto, dem Cosmo Sport, bis schließlich 1967 der NSU Ro 80 das bis dahin bekannteste Auto mit Wankelmotor wird. Heute rüstet noch Mazda Rennwägen und Automobile mit dem Wankelmotor aus, in Deutschland hat die seit den 70er Jahren anhaltende Energiedebatte den Motor verdrängt.

Textpassagen

Bei dem DKM 54 hat man einen Außen- und einen Innenläufer, das kraftabgebende Teil ist der Außenläufer (Trochoide), der Innenläufer fungiert nur als Absperrteil und zur Gaswechselsteuerung. Beim KKM 57P ist der Außenläufer stillgelegt und bildet zusammen mit den Seitenteilen den Stator. Das kraftabgebende Bauteil ist hier der innenliegende Läufer, der gleichzeitig noch die Gaswechselvorgänge steuert. Es liegt keine reine Drehbewegung vor, es überlagern sich zwei Drehbewegungen gegenseitig. Die dabei auftretenden Corioliskräfte wurden von Felix Wankel bemängelt. Wie sich später zeigte, führte dies bei den ersten KKM57P zu Rattermarken. Dies konnte durch verbesserte Fertigungsmethoden und entsprechende Materialien für die Laufpartner behoben werden. Später erwiesen sich die auftretende Corioliskräfte als nützlich, weil sie die Abfuhr des Kühlöls aus dem Läufer erst ermöglichten.

Sämtliche der heute benutzten Wankelmotoren sind Kreiskolbenmotoren. Kreiskolbenmotoren sind in der Praxis sehr viel leichter zu beherrschen, wurden von Wankel selbst aber skeptisch beurteilt, da sie ihm als Verwässerung seines Konzeptes erschienen. Der Kreiskolben-Wankelmotor ist kompakter als ein Drehkolbenmotor, weil kein zusätzlicher Abgassammelraum benötigt wird. Der Kreiskolbenmotor benötigt nicht so hohe Drehzahlen, wie ein Drehkolbenmotor, um die gleiche Leistung zu erzeugen. Beim Kreiskolbenmotor befinden sich die Zündkerzen in der feststehenden Trochoide, beim Drehkolbenmotor hingegen in den schwer zugänglichen Läufermulden.

Grundsätzlich sind alle kommerziell gefertigten Wankelmotoren Viertakt-Otto-Motoren. Ein Vorteil des Wankelmotors ist sein relativ einfacher Aufbau. Er hat nur wenige bewegliche Teile (je nach Bauart unterschiedlich viele, meist zwei Kreiskolben und die Exzenterwelle), die jedoch kompliziert zu bearbeiten sind. Dadurch, dass sich alle Teile nur um ihren Schwerpunkt drehen oder kreisen, kann man einen Wankelmotor schon ab einem Läufer vollkommen auswuchten. Der Wankelmotor hat wegen einer um 50 Prozent längeren Taktdauer eine weit größere Gleichförmigkeit des Drehmomentes im Motorenlauf als ein Hubkolbenmotor. Die Kraftübertragung geschieht direkt auf die Exzenterwelle. Der Wankelmotor kommt, wie ein Zweitakt-Hubkolbenmotor, ohne Ventile aus. Bei jeder Exzenterwellenumdrehung findet ein Arbeitstakt pro Kammer stattfindet. Weil es keinen besonderen Leertakt gibt ist das Kammervolumen nur halb so groß wie der Hubraum eines Hubkolbenmotors um dieselbe Leistung abzugeben.

(woanders einordnen - Wasserstoff/hybridantrieb...) Der reine Wasserstoffbetrieb ist mit einem reinen Dieselmotor nicht oder nur sehr schwer zu erreichen, weil die um 300 Grad höher liegende Zündtemperatur, erhebliche mechanische Probleme und Probleme mit der Verbrennung aufwirft (extrem hohe Verdichtung, die den Kolbenboden gefährlich nah an den Zylinderkopf und Ventile heranrücken, frühzeitige Entzündung ist jeder Zeit möglich, stossige, harte Verbrennung). Außerdem kommt es zu extrem hohen Scherkräfte im Bereich der Kolbenringen und am Ölfilm, der durch den Wasserstoff sowieso schon schwer belastet wird. So kann allenfalls ein Hybridverfahren sinnvoll eingesetzt werden, man zündet hier über eine geringe eingespritzte Menge Dieselkraftstoff das Wasserstoff-Luft-Gemisch. Man benötigt zwei Gemischbildungsysteme und zwei Treibstofftanks. Was gegen über herkömmlichen Otto- und Wankelmotoren ein erheblicher Mehraufwand bedeutet, da diese einfach über eine Zündkerze das Gasluftgemisch zünden. Bei einem Fremdzündungsdieselmotor hingegen kann man praktisch alle flüssigen und gasförmige Treibstoffe gleichermassen gut einsetzen. Da es sich bei dem Fremdzündungsdieselmotor um einen Vielstoffmotor handelt, läuft er Problemlos mit Gas, Benzin, Diesel und Kerosin. Wegen dem größeren Energieinhalt des Diesels und Kerosin sind aber nur deren Einsatz wirklich sinnvoll. Da ein großer Teil des Verbrauchsvorteil des Dieselmotors nur vom höheren Energieinhalt des Treibstoff und der Qulitätsregelung herrührt, ist der Verbauchsvorteil gegenüber einem Fremdzündungsdieselmotor maginal. Weil der Fremdzündungsdieselmotor ebenfalls Qualitätsgeregelt ist. Der Zündverzug des Dieselmotors fällt beim Fremdzündungsdieselmotor weg, weshalb ein Fremdzündungsdieselmotor ob nun Wankel oder Viertakthubkolbenmotor deutlich höher drehen können. UEL geht bei ihren sogenannten Heavy Fuel Dieselmotor AR-8010 den Weg über eine katalytische Zündung, womit sie den Zündverzug etwas reduzieren können aber nicht völlig vermeiden können. So konnten sie die Leistung von anfänglich 18PS im reinen Dieselverfahren auf nun 38PS mit der katalytischen Zündung steigern. An diesem Motor zeigt sich ein großer Nachteil des Dieselverfahren sehr deutlich, durch die durch den Zündverzug bedingte niedere maximale Motordrehzahl bringt es der AR-8010 (Katalyt-Dieselmotor) nur auf 63% der Literleistung im Vergleich zum geometriegleichen AR-801. An der für alle Motoren gültige Gleichung für die Motorleistung $P=M\times 2Pi\times n$ sieht man auch gleich den Grund dafür, die Leistung hängt vom Drehmoment und von der Drehzahl ab. Der Dieselmotor kann prinzipbedingt (Zündverzug begrenzt die maximal möglich Drehzahl) allenfalls über eine Aufladung und damit einhergehend höheren Brennraumdrücken höhere Leistung bei gleichen Brennraumvolumen erreichen. Bei einen fremdgezündeten Motor kann man beide Wege beschreiten. Man kann sowohl das Drehmoment wie auch die Drehzahl erhöhen und die Leistung somit gegenüber einem Dieselmotor erheblich steigern. Wo durch die Literleistung eines Benzinmotor immer größer bleiben wird, als die eines Dieselmotors. Das gleiche gilt auch für aufgeladene Motoren, auch hier ist die Literleistung des Benzinmotors deutlich größer als die eines Dieselmotors. ---

Notizen/Fragen......:

Animation korrigieren, Zündung: die Animation ohne Beschriftung auf der Dissk. ist richtig
~~Brennraummulde einzeichnen~~

~~Noch Dichtsystem ohne Dichtbolzen nehmen?~~

~~Volumen, größtes, kleinstes, einzeichnen~~

~~Dichtsystem, HKM/WM-Vergleich - Streifen, Leisten werden nie auf null beschleunigt,~~

~~..günstiger, abzudichtende Länge erheblich größer, Kolbenringe haben eine Drehzahlgrenze~~
~~Schmierung:sicherstellen -> kein Verdampfen, keine Verkokung~~

Läufer, Gehäuse Material und Herstellung

Füllungsproblem?

~~Wirkungsgrad, Verbraäuche~~

bei dem Bild Exzenterwellen steht Dreischeiben... ich sehe aber nur zwei Exzenter

~~konkrete Abmessungen unterbringen (R,e,a,b,..)~~