Über Wankelmotoren

Geschichte der Wankelmotoren

Wankelmotor (auch als Kreiskolbenmotor oder Rotationskolbenmotor bezeichnet) ist ein Verbrennungsmotor, der 1954 vom deutschen Maschinenbauingenieur Felix Heinrich Wankel als Alternative zum klassischen Hubkolbenmotor erfunden wurde.

Nach einigen technischen Verbesserungen durch Ingenieur Hanns Dieter Paschke wurde der Wankelmotor 1960 auf einer Veranstaltung des Vereins Deutscher Ingenieure (VDI) in München erstmals Fachleuten und der Presse vorgestellt.

In den 1960er Jahren waren Wankelmotoren in der Auto- und Motorradindustrie aufgrund ihrer Einfachheit, Laufruhe sowie der hohen Leistungsdichte in aller Munde. Große Aufmerksamkeit erregte die NSU Motorenwerke AG im August 1967 für ihren hochmodernen Pkw NSU Ro 80, welcher von einem 115-PS-Wankelmotoren mit zwei Kolben angetrieben wurde. Es war das erste deutsche Auto, das 1968 zum "Auto des Jahres" gekürt wurde.

In den nächsten Jahrzehnten unterzeichneten zahlreiche große Automobilhersteller Lizenzvereinbarungen für die Entwicklung von Wankel-Rotationskolbenmotoren, darunter Ford, Toyota, Mercedes-Benz, Porsche, Rolls-Royce und Mazda.

Nach weiteren Verbesserungen des Motors, einschließlich der Lösung des Apex-Verdichtungsproblems, setzte Mazda Kreiskolbenmotoren bis 2012 erfolgreich in seinen Sportwagen der RX-Serie ein. Der technologische Vorsprung der Wankelmotoren in der Automobilindustrie wurde 1991 im 24-Stunden-Rennen von Le Mans hervorgehoben, als ein Auto mit dem 4-Rotor-Mazda 26B-Motor den prestigeträchtigen Wettbewerb gewann.

Die ständig weiterentwickelnden Wankel-Kreiskolbenmotoren kommen heutzutage in Motorrädern, Rennwagen, Flugzeugen, kleinen Schiffen und Stromerzeugern zum Einsatz. Die nächste Entwicklungsstufe bezieht sich auf die Anwendung von diesen Antrieben in der kommenden Ära der emissionsarmen, klimaneutralen, zuverlässigen und erschwinglichen Energieversorgung. Der erfolgreiche Test des mit Wasserstoff betriebenen Wankelmotors am 20. September 2019 lässt Wankel Supertec daher zuversichtlich in die Zukunft blicken.

Quelle: findagrave.com

Quelle: motorsport-total.com

Wie funktioniert Wankelmotor

Wankelmotor ist ein Verbrennungsmotor, in welchem ein oder mehrere dreiecksförmige Kreiskolben den beim Verbrennen des Kraftstoff-Luft-Gemisches erzeugten Druck in kinetische Energie umwandeln. Die in den Räumen zwischen den Rotorflanken und dem Gehäuse transportierten Gasmengen laufen abwechselnd vier verschiedene Phasen durch: a) Ansaugphase; b) Kompressionsphase; c) Expansionsphase und d) Ausstoßphase. Diese Stufen werden als Takte bezeichnet und machen den Wankelmotor zu einem Viertakt-Motor, ähnlich dem Otto-Hubkolbenmotor.

ANSAUGEN

Während dieser Phase saugt ein durch die Bewegung des Rotors verursachter Druckabfall das Kraftstoff-Luft-Gemisch in die kalte Kammer an. Durch die Rotation des Rotors wird das Gemisch in den zweiten Takt des Zyklus gedrückt.

KOMPRESSION

Bei weiterer Drehung des Kolbens nimmt das zwischen Rotor und Gehäuse eingeschlossene Volumen ab, wodurch das Kraftstoff-Luft-Gemisch verdichtet wird.

EXPANSION

Wenn das Gemischvolumen minimal ist, lösen eine oder mehrere Zündkerzen die Verbrennung aus, was zu einem raschen Druck- und Temperaturanstieg führt. Die plötzliche Expansion des nun gasförmigen Kraftstoffgemisches dreht den Rotor und den Exzenter weiter.

AUSLASS

Die expandierenden Abgase verlassen die Kammer durch den im vierten Takt geöffneten Auslasskanal. Bei weiterer Rotation des Kolbens wird der Auslasskanal geschlossen, während sich der Einlasskanal wieder öffnet, um einen neuen Zyklus zu beginnen.

Vorteile und Nachteile der Wankelmotoren

Wankelmotoren sind konstruktionsbedingt weitaus leichter, kompakter und einfacher als klassische Hubkolbenantriebe. Es gibt weder hin- und hergehende Hubkolben noch Kurbeln, Ventile, Stangen oder andere störanfällige, komplexe Teile. Rotationsmotoren enthalten nur drei bewegliche Teile, wodurch sie zuverlässiger, langlebiger und wartungsfreundlicher sind als traditionelle Verbrennungsmotoren. Außerdem drehen sich diese beweglichen Teile ununterbrochen in einer Richtung, wodurch höhere Betriebsdrehezahlen, eine vereinfachte Auswuchtung sowie geringe Vibration gewährleistet werden. Dank ihrer beispiellosen Gewichts-Leistungs- und Größe-Leistungs-Verhältnissen kommen Wankelmotoren in verschiedene Anwendungen zum Einsatz: von leichten Luftfahrzeugen über die Stromerzeugung bis zum Boots- und Schiffsbau sowie Range Extendern für elektrische Fahrzeuge.

Einer der Nachteile der Kreiskolbenmotoren liegt in ihrem geringen thermischen Wirkungsgrad. Die lange, dünne und sich bewegende Brennkammer führt zu einer relativ langsamen und unvollständigen Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches. Dies führt zu höheren Kohlenstoffemissionen und einer geringeren Kraftstoffeffizienz im Vergleich zu Ottomotoren. Dieses Problem wird jedoch durch die Umstellung auf Betrieb mit Wasserstoff zum Vorteil.

Weitere Schwäche der Wankelmotoren bezieht sich auf die Rotor- und Apex-Abdichtung. Eine mangelhafte Abdichtung zwischen den Rändern des Rotors und des Gehäuses - beispielsweise aufgrund von Verschleiß oder unzureichender Zentrifugalkraft in den unteren Drehzahlbereichen - kann dazu führen, dass Verbrennungsgas in die nächste Kammer entweicht.

Da die Verbrennung nur in einer Sektion des Antriebs stattfindet, besteht in zwei getrennten Kammern ein hoher Temperaturunterschied. Die daraus resultierenden unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten der beteiligten Materialien führen zu einer suboptimalen Rotordichtung. Der Ölverbrauch ist ebenfalls ein Problem, da Öl in die Kammer eingespritzt werden muss, um die Schmierung zu verbessern und den Rotor dicht zu halten.