Strom und Wärme für die Loks der DB Cargo. Seit 2015

Vor über 9 Jahren haben wir von DB Cargo AG Auftrag bekommen ein Hilfsstromaggregat für eine bestimmte Serie Loks zu entwickeln. Die Aufgabe des Aggregats ist das Erzeugen von Strom und Wärme, wenn der Hauptmotor ruhen muss. Bei langen Standzeiten in Bahnhöfen z.B. .
Eine klassische „Auxiliary Power Unit“ also.

Die Herausforderungen waren:

Wenig Platz, viel Leistung und Diesel als Kraftstoff.

Unser Kunde hatte bereits festgestellt, dass diese Aufgabe, aufgrund des geringen Bauraums, nicht mit herkömmlichen Hubkolbenmotoren zu realisieren ist. Daher kamen wir ins Spiel. Unsere Wankelmotoren sind bei gleicher Leistung wesentlich kleiner und leichter, als herkömmliche Dieselmotoren. Zusätzlich sind wir das weltweit einzige Unternehmen, das marktfähige Wankel-Dieselmotoren anbietet. Dank jahrelanger Forschung und Entwicklung.

8 Jahre später haben wir fast 80 Systeme ausgeliefert, um weitere Loks auszurüsten.

Wir möchten auch „Danke“ an DB Cargo sagen. Danke für das Vertrauen und die Treue.

P.S.:
Sogenannte Auxiliary Power Units (Hilfsaggregate) sind oft auch in Flugzeugen, Panzern und Booten zu finden.

Der Wankelmotor als Waffe?

Der Wankelmotor erlangt im aktuellen Ukraine-Russland-Konflikt eine traurige Berühmtheit.
Eine der positiven Eigenschaften des Motors ist die geringe Baugröße bei hoher Leistung. Daher wird der Motor gerne für den Betrieb von unbemannten Drohnen genutzt. So auch bei der iranischen Drohne „Shahed-131“, die kleinere Variante der „Shahed-136“. Zum Einsatz kommt der „Serat 1“ Wankelmotor. Dieser ist eine Kopie des „MDR-208“ von der chinesischen Firma Beijing Micropilot Uav Control System Ltd. Dies ist wiederum ein Nachbau des Wankelmotors „AR 741“ der englischen Firma UAV Engines Ltd. .

Alle drei Varianten teilen dieselben Spezifikationen:
Ein Kreiskolben, 208 ccm Hubraum, 38 PS, Benzin als Kraftstoff und ca. 10 kg Gewicht.
Damit wird ein Propeller angetrieben, der der Drohne eine Reichweite von bis zu 900 km liefern kann.

Unglücklicherweise sind viele Komponenten, inkl. Motor, auf dem freien Markt verfügbar, sodass die Gesamtkosten für eine Drohne auf lediglich 20.000-30.000 $ geschätzt werden.
Wir vermuten, dass die Produktionskosten bei der Motorvariante „Serat-1“ durch Verzicht auf spezielle Beschichtungen und Materialen massiv gesenkt werden. Erst durch diese würde der Motor eine lange Haltbarkeit erreichen. Eine lange Haltbarkeit ist bei der Kamikaze-Drohne aber offensichtlich nicht notwendig. Am Ende bleibt ein simples Motordesign, mit relativ wenig Einzelbauteilen, das lediglich Aluminium und Stahl benötigt.

Wir hoffen, dass der Krieg, im Sinne der Ukraine, bald vorbei ist. Und dass der Wankelmotor noch mehr in zivilen und nachhaltigen Bereichen Anwendung findet.

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 eine Richtung, wodurch höhere Betriebsdrehzahlen, eine vereinfachte Auswuchtung sowie geringe Vibration gewährleistet werden. Dank ihrer beispiellosen Gewichts-Leistungs- und Größe-Leistungs-Verhältnissen kommen Wankelmotoren in verschiedenen Anwendungen zum Einsatz: von leichten Luftfahrzeugen über die Stromerzeugung bis zum Boots- und Schiffsbau sowie als Range Extender 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 mit der Umstellung auf den Betrieb mit Wasserstoff zum Vorteil.

Eine 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.

Wankelmotor Engine how works function funktioniert rotary engine

Wie funktioniert ein Wankelmotor?

Wie funktioniert ein Wankelmotor

Der 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.

Felix Wankel

Geschichte der Wankelmotoren

Der 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-Wankelmotor 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 weiterentwickelten 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 lassen uns zuversichtlich in die Zukunft blicken.

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