Wankelmotor: Funktionsweise, Vor- und Nachteile
Der Wankelmotor bietet einige Vorteile. Trotzdem hat er sich nie wirklich durchsetzen können. Mazda läutet nun beim MX-30 eine Renaissance ein.
In den ersten Jahren nach seiner Erfindung vor mehr als 60 Jahren gilt der Wankelmotor als Nonplusultra der Antriebstechnologie: Kaum Vibrationen, geschmeidiger Motorlauf und ausreichend Leistung animierten viele Hersteller dazu, mit dem Rotationskolbenmotor zu experimentieren. Durchgesetzt hat er sich dennoch nie. Hoher Verbrauch, technische Anfälligkeit und nicht zuletzt die Weiterentwicklung anderer Antriebskonzepte führten dazu, dass nur wenige Modelle erfolgreich waren. 2021 wagt Mazda einen neuen Anlauf. Die Japaner setzen in der Vergangenheit als einziger großer Hersteller auf Wankelmotoren, zum Beispiel beim RX-8 (bis 2012). Jetzt verwenden sie wieder einen neu entwickelten Wankelmotor. Hier erfährst Du, wie das Wankel-Prinzip genau funktioniert und welche Vor- und Nachteile es hat.
• Karosserieform: Coupé
• Motor: 1,3-l-Wankel mit Kunstnamen „Renesis“
• Leistung: 192 PS oder 231 PS
Erfinder und Namensgeber
Felix Heinrich Wankel ist ein Tüftler und Autodidakt. Seit den 1930er-Jahren arbeitet er an einem neuen Motorprinzip. Er konzipiert die Drehkolbenmaschine DKM32, 1954 erfindet er den Rotationskolben-Motor. 1957 konstruiert NSU-Mitarbeiter Hanns Dieter Paschke den Kreiskolben-Wankelmotor, der heute als Wankelmotor bezeichnet wird. Der Motor hat eine Exzenterwelle mit geringer Unwucht, die durch eine Ausgleichswelle die Vibrationen aufhebt. 1960 läuft der neue Motor erstmals in einem NSU Prinz III, 1963 präsentiert NSU mit dem Wankel Spider den ersten Serienwagen mit Wankelmotor. Im gleichen Jahr zeigt Mazda einen ersten Versuchswagen mit der Technik, ein Jahr später geht der NSU in Serie. Erfolgreich wird der Motor nur bei Mazda – auch für Felix Wankel. Er verkauft Lizenzen an mehrere Unternehmen. Der Erfinder stirbt 1988 – ohne jemals mit einem Auto mit Wankelmotor eine längere Strecke gefahren zu sein. Wankel besaß wegen seiner extremen Kurzsichtigkeit keinen Führerschein.
Technik und Funktionsweise
Die Idee ist kreativ. Statt hoch und runter wie beim Hubkolben-Motor dreht sich der Kolben beim Wankelmotor im Kreis. Statt die Hubbewegung über eine separate Kurbelwelle in Drehbewegung umzuleiten, entfällt dieser Schritt. Die Verbrennungsenergie setzt sich ohne Umwege direkt in Antriebsenergie um. Außerdem entfallen die Ventile für den Gaswechsel. Das macht die Konstruktion leichter und kompakter. Lästige Vibrationen fallen dadurch ebenfalls weg. Ein geschmeidiger, turbinenartiger Lauf entsteht. Die vier Arbeitsschritte des Ottomotors bleiben aber: ansaugen, verdichten, zünden und auslassen.
Anders als der Hubkolben-Motor hat sich der Kreiskolben- oder Rotationskolbenmotor bei Autos und Motorrädern nie durchgesetzt. Nur Mazda setzt lange auf die Technik, stellt sie aber auch mit dem RX-8 in Deutschland 2012 ein. Der japanische Hersteller denkt nun aber wieder über einen Einsatz nach.
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Autos mit Wankelmotor
In den vergangenen 60 Jahren versuchen mehrere Hersteller, den besonderen Motor zum Laufen zu bekommen. Vor allem NSU, Mazda (ab 1961), General Motors (ab 1970), Toyota (ab 1971) und Mercedes (ab 1961) experimentieren viel, aber auch MAN, Rolls-Royce, Porsche, Nissan, Suzuki, Ford, Kawasaki und Yamaha erwerben Lizenzen von Wankel. Große Bekanntheit erreicht das Motorprinzip 1967 in Deutschland nur im NSU Ro 80 (Ro für Rotationskolbenmotor), in Japan mit dem Mazda 110 Cosmo Sport. Es folgen Experimentalfahrzeuge wie der Citroën M35 oder der Mercedes C111. Sein Vierscheiben-Wankelmotor leistet 350 PS und beschleunigt das Versuchsfahrzeug auf bis zu 290 km/h. In Serie geht der Antrieb nie.
Zu noch heute weltweiter Bekanntheit schaffen es nur Fahrzeuge von Mazda. Der japanische Hersteller verkauft mehr als eine Million Fahrzeuge mit dieser Technik. Nach dem 110 Cosmo Sport folgt 1968 der R100, ein Jahr später der R130 – Fahrzeuge, die ebenso wenig in Deutschland offiziell angeboten werden wie der RX-2 (ab 1971), RX-3 (ab 1971) oder der RX-4 (ab 1972). Erst der RX-5 (ab 1975) und der RX-7 kommen mit der Technik nach Deutschland. Mit dem RX-7 gelingt Mazda endgültig der Durchbruch außerhalb Japans.
Das Sportcoupé verkauft sich über Jahre gut, wird mehrfach überarbeitet und erhält mit dem RX-8 erst 2002 einen Nachfolger. Die Leistung des Zweikammer-Motors reicht von 192 bis 231 PS. Damit fährt der Mazda bis zu 240 km/h schnell.
Die in Japan beliebten Getriebe sind günstig und sparsam.
Rennerfolge des Wankel
Exotisch, aber erfolgreich. Der Mazda 787 b mit Kreiskolbenmotor gewinnt 1991 das berühmte 24-Stunden-Rennen von Le Mans. Sein Vierscheiben-Wankel mit 2,6 Litern Kammervolumen schöpft dank hoher Drehzahlen aus bis zu 9.000 Umdrehungen rund 700 PS – ohne Turbolader.
Probleme der Wankel-Technik
So laufruhig der Motor ist, so anfällig ist er. Wegen der ungünstig geformten Brennräume mit großen, wärmeabführenden Flächen liegt der thermische Wirkungsgrad niedrig und damit auch das Emissionsverhalten. Auch eine schwierige Schmierung setzt dem Motor immer wieder zu. Prinzipbedingt hat der Wankelmotor einen höheren Benzinkonsum als ein Hubkolbenmotor.
Ro-80-Fahrer begrüßen sich der Legende nach mit erhobenen Fingern. Jeder Finger steht dabei für einen Austauschmotor. Wenn das Triebwerk läuft, benötigt es mindestens 16 Liter auf 100 Kilometer. Spätestens nach der ersten Ölkrise ist dieser Wert zu hoch für ein Alltagsfahrzeug. Probleme bereiten konstruktionsbedingt auch die Verbrennungskammern und ihre langen Dichtlippen. Diese passen nicht hundertprozentig und gehen beim Ro 80 kaputt. Dadurch entweicht unverbrannter, also ungenutzter Kraftstoff aus dem Motor. Das steigert den Verbrauch, lässt den Schmierfilm abreißen und erhöht zudem den Schadstoffausstoß. Auch ein hoher Ölverbrauch macht dem Motor zu schaffen. Bei NSU bereitete auch der Drehmomentwandler Probleme. Das Gehäuse dehnte sich bei sehr hohen Drehzahlen zu stark aus. Pumpen- und Turbinenrad kollidieren. Bis 1977 verkauft NSU nur 37.406 Fahrzeuge.
Probleme, die Mazda 1978 im RX-7 in den Griff bekommt. Der kleine Sportwagen mit einem 1,2-Liter-Wankel hat 105 PS und wird schnell zum Publikumsliebling. Doch der Verbrauch von mindestens 15 Litern auf 100 Kilometer und ein hoher Ölverbrauch von einem Liter auf 1.000 Kilometer stören massiv. Anfang 1981 überarbeiten die Japaner den RX-7, der Motor leistet nun 115 PS. Vom ersten RX-7 baut Mazda 474.565 Exemplare. Kein anderes Wankel-Modell wurde häufiger gebaut. Mit der Einführung der Euro-5-Abgasnorm in Europa ist für den RX-8 2011 Schluss. Seitdem warten Fans des Rotationskolben-Motors auf eine Renaissance.
Fahrzeuge mit Wasserstoff-Antrieb fahren geräuscharm und lokal emissionsfrei.
Hat der Wankel eine Zukunft?
Die Zukunft des Wankelmotors wird voraussichtlich 2021 oder 2022 beginnen. Als einziges Automobilunternehmen hält Mazda an der Technik fest. Das neue und bisher einzige Elektro-SUV Mazda MX-30 soll demnächst einen Range-Extender erhalten, der nach dem Wankel-Prinzip arbeitet. Als Verbrenner wird der Wankelmotor dann die Batterie des MX-30 aufladen und damit die Reichweite verlängern. Die liegt derzeit mit dem 35,5-kWh-Akku nach WLTP bei 200 Kilometern im Mix und 260 Kilometern in der Stadt.
Mazda hat vor Kurzem ein neues Patent angemeldet, bei dem drei E-Maschinen, zwei Stromspeicher (Kondensatoren) und ein Verbrennungsmotor zusammenarbeiten. Der Vorteil des Wankelmotors hierbei: geringe Baugröße, niedriges Gewicht und ruhiger Motorlauf. Ideal für Elektrofahrzeuge, die ansonsten kaum Vibrationen produzieren. In einer frühen Studie des MX-30 war ein Einscheiben-Wankel mit 0,7 Litern Hubraum erkennbar. Wenn der Motor eingesetzt wird, werden Insassen von der neuen, alten Technologie kaum etwas mitbekommen. Denn wenn die Abgasproblemantik gelöst ist, spielt der Wankel seine Vorteile aus: kaum Vibrationen, geschmeidiger Motorlauf und ausreichend Leistung.
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