Spätestens seit seiner Verwendung in modernen Hybridfahrzeugen ist der Wankelmotor, der viele Jahrzehnte lang ein Nischendasein geführt hat, wieder Gesprächsthema. Was hat es mit dem kleinen exotischen Antrieb auf sich?
Was ist ein Wankelmotor?
Der Wankelmotor oder Rotationskolbenmotor ist eine Alternative zu den herkömmlichen Hubkolbenmotoren. In seiner ursprünglichen Version wurde er von Felix Heinrich Wankel entwickelt und basiert auf einem ungewöhnlichen Prinzip: Statt der linearen Auf- und Abbewegung der Kolben wie beim Hubkolbenmotor dreht sich der Kolben im Wankelmotor in einem Kreis. Dies ermöglicht eine kompakte Bauweise und eine bemerkenswerte Laufruhe.
Wie ist ein Wankelmotor aufgebaut?
Innerhalb des ovalen Motorgehäuses hat ein Wankelmotor drei grundlegende Bestandteile. Zum einen besitzt er einen dreieckigen, bauchigen Rotationskolben. Statt einer Auto-Kurbelwelle treibt dieser eine Exzenterwelle mit geringer Unwucht an, damit die Drehbewegung zum Antrieb des Fahrzeugs genutzt werden kann. Die Zündung erfolgt wie auch beim Hubkolbenmotor über Zündkerzen für Autos, allerdings in deutlich schnellerer Folge.
Auf welcher Funktionsweise beruht ein Wankelmotor?
Der Wankelmotor nutzt das Prinzip der Rotationskolbenmaschine. Der Dreiecksrotor bewegt sich kontinuierlich im Gehäuse und erzeugt dabei Verdichtungs-, Verbrennungs- und Auspuffphasen. Diese entsprechen grob den Phasen beim normalen Viertaktmotor. Die kontinuierliche Drehung führt im Gegensatz zu Zylindern zu einem reibungslosen Motorlauf und geringen Vibrationen ohne Unwucht. Da ein Wankelmotor weniger bewegliche Bauteile wie Kfz-Pleuelstangen oder Kurbelwellen benötigt, hat er im Vergleich zu Hubkolbenmotoren somit eine deutlich geringere Masse und eine kleinere Bauform.
Welche weiteren Vorteile hat ein Wankelmotor?
Wankelmotoren sind sehr viel weniger komplex aufgebaut als Hubkolbenmotoren. Nicht nur die Pleuelstangen und Auto-Nockenwellen entfallen, der Wankelmotor benötigt auch keine Ventile und die damit einhergehenden Steuerungselemente. Das macht ihn weniger anfällig für eine ganze Reihe von möglichen Störungen. Der Aufbau des Motors erleichtert außerdem die Verwendung anderer Kraftstofftypen als Benzin, mit Diesel ist er allerdings nicht kompatibel. Zwar ist der spezifische Kraftstoffverbrauch größer als bei Hubkolbenmotoren, dafür ist das Leistungsgewicht höher. Damit können Wankelmotoren dort eingesetzt werden, wo nicht genügend Platz für klassische Motoren vorhanden ist.
Welche Nachteile hat ein Wankelmotor?
Obwohl der Wankelmotor einige Vorteile bietet, bringt er auch verschiedene Herausforderungen mit sich. An erster Stelle steht hier der höhere Verbrauch im Vergleich zu klassischen Viertaktmotoren. Aufgrund seiner Bauform weist der Wankelmotor deutlich höhere Wärmeverluste auf und ist somit ineffizienter. Durch den höheren Verbrauch sind auch die Emissionen entsprechend höher als bei anderen Motortypen, zumal der Verbrennungsvorgang bei Wankelmotoren weniger vollständig verläuft und mehr Rückstände produziert. Insbesondere der Ausstoß von Kohlenwasserstoffen ist deutlich höher als bei normalen Hubkolbenmotoren.
Welche häufigen Probleme gibt es bei Wankelmotoren?
Der rotierende Kolben eines Wankelmotors muss mit sehr strengen Toleranzen gebaut werden und ist verhältnismäßig wartungsintensiv. Unter anderem benötigt er aufgrund der permanenten Drehung eine häufige Schmierung, was den Verbrauch an Kfz-Motoröl erhöht. Zusätzlich neigt er zu Problemen mit seinen vergleichsweise großflächigen und umfangreichen Dichtungen, da der Kolben dicht mit dem Gehäuse abschließen muss, aber in ständiger Bewegung ist.
Wer ist der Erfinder des Wankelmotors?
Namensgeber des Wankelmotors ist Felix Heinrich Wankel, der Anfang der 50er Jahre die ersten serienreifen Versionen eines Rotationskolbenmotors erfand. Heutzutage werden allerdings fast ausschließlich die 1957 von Hanns-Dieter Paschke entwickelten Kreiskolben-Wankelmotoren verwendet. Große Verbreitung haben sie nie gefunden: In der Automobilwelt hat Mazda als einziger großer Hersteller auf Wankelmotoren gesetzt, unter anderem mit dem legendären Mazda RX-8.
Obwohl der Wankelmotor auf dem Massenmarkt nahezu ausgestorben ist, so hat er doch zwei Eigenschaften, die zu einer Wiedergeburt der kleinen Kraftpakete führen könnten: Zum einen eignet der Wankelmotor sich aufgrund seiner kompakten Bauweise gut für den Einbau als Zweitantrieb oder Range Extender in Plug-In-Hybriden, wie zum Beispiel beim Mazda RX-30. Zum anderen lassen sich Wankelmotoren sehr gut und sicher mit Wasserstoff betreiben. Im Gegensatz zum Brennstoffzellenantrieb haben Wasserstoff-Wankelmotoren deutlich mehr Ähnlichkeiten mit „klassischen“ Benzinern und lassen sich deswegen einfacher entwickeln und konstruieren.
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