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Der geniale Motor des Herrn Wankel
Nikolaus August Otto und Rudolf Diesel sind heute noch mit den nach ihnen benannten Motoren weltweit bekannt. Diese beiden Pioniere des Hubkolbenmotors haben vor über 100 Jahren das Grundprinzip des Fahrzeugmotors geschaffen, welcher auch heute noch in Gebrauch ist. Doch es gab noch einen dritten Motorenbauer, welcher es mit seiner Konstruktion zu einem internationalen Erfolg brachte: Die Rede ist von Felix Wankel und dem nach ihm benannten Wankelmotor.
Wankel waren der schlechte Wirkungsgrad und das ungünstige Gewichts-Leistungs-Verhältnis von Hubkolbenmotoren Anfang der 1950er-Jahre ein Anlass, sich über radikal neue Konzepte Gedanken zu machen. Die von ihm verächtlich als „Schüttelhuber“ bezeichneten Motoren waren in seinen Augen technisch veraltet und sollten nach über 50 Jahren im Einsatz durch intelligentere Konstruktionen ersetzt werden. Vor allem die Vielzahl der beweglichen Teile und das leistungsraubende Prinzip des Bewegungswandels schienen Wankel beim Otto- und Dieselmotor besonders ungünstig.
Dies ist angesichts dieser Motorenarten auch nachvollziehbar: Um aus der linearen Kolbenbewegung des Hubkolbenmotors eine nutzbare radiale Bewegung zu machen, sind Ventile, Wellen, Kurbeln, Steuerungssysteme und viele andere Komponenten nötig. Diese haben ein Eigengewicht, welches mittransportiert werden muss, und erzeugen durch ihre Bewegung Reibungswärme, welche als nicht nutzbarer Verlust an Leistungserzeugung des Motors verloren geht.
Weniger bewegliche Teile und eine direkte Erzeugung der radialen Bewegung waren der Ausgangspunkt für die Überlegungen Wankels. Zwar gab es ein Triebwerk dieser Art bereits für Flugzeuge. Düsentriebwerke leisten mit nur einem beweglichen Bauteil genau dies, sind aber aufgrund ihrer Baugrösse und ihrer grossen Leistungsentfaltung für den Verbau in einem Strassenfahrzeug gänzlich ungeeignet. Dennoch, das Düsentriebwerk wies den richtigen Weg. Die finale Konstruktion hatte zwar nichts mehr mit dem Antrieb von Jets gemeinsam, konnte aber gemeinsame Eigenschaften vorweisen.
Vom Hubkolbenmotor hatte sich Wankel mit seinen Entwürfen ebenfalls so weit wie möglich entfernt. Seine Konstruktion bestand aus einer ovalen Brennkammer, in der eine dreieckige Scheibe rotierte. Der von den Spitzen des Dreiecks und der Wand der Brennkammer eingenommene Raum verändert beim Rotieren der Scheibe ständig ihr Volumen. Mit diesem Prinzip wird beim Wankelmotor die gewünschte Verdichtung des Krafststoff-Luft-Gemisches erreicht.
Mittels einer Fremdzündung durch eine Zündkerze wird der Arbeitstakt ausgelöst. Wie beim Hubkolbenmotor arbeitet auch der Wankelmotor mit den Arbeitstakten Ansaugen – Verdichten – Zünden – Ausstoss. Der Unterschied besteht darin, dass diese Takte in einer fliessenden, kreisförmigen Bewegung durchgeführt werden.
Das Ergebnis war zunächst vielversprechend: Deutlich leiser, laufruhiger, leichter und kompakter präsentierte sich das Wankel-Triebwerk Mitte der 50er-Jahre in Deutschland. Der Motorrad- und Autohersteller NSU war der erste, welcher mit diesem Antrieb experimentiert hat. Statt eines knatternden Kolbenmotors wurden nun in Serienfahrzeuge testweise die leise summenden Wankelmaschinen eingebaut.
Die Neuerung sprach sich schnell herum, und so experimentierten bald weltweit zahlreiche Hersteller mit diesem innovativen Antrieb. Viele Motorradhersteller hatten plötzlich eine Wankel-Maschine im Programm. Auch die damals noch ostdeutschen MZ-Werke testeten diesen Antrieb. Selbst Citroën implantierte dieses Triebwerk in seine legendäre DS und bot ihn in einer Kleinserie an. In Deutschland setzte der damals noch namhafte Autokonzern NSU voll auf dieses Konzept und präsentierte 1969 mit dem Ro 80 ein Fahrzeug, welches die gesamte internationale Konkurrenz deklassieren sollte. Neben dem innovativen Antrieb war der Ro 80 stylisch seiner Zeit weit voraus und nahm die Konzepte vorweg, welche noch bis in die 1990er-Jahre hinein Gültigkeit hatten.
Doch man hatte die Fähigkeiten der Mechaniker in den Werkstätten überschätzt. Mit der unbekannten und ungewohnten Technik überfordert, waren zahlreiche Betriebe nicht imstande, die notwendigen Wartungs- und Reparaturarbeiten durchzuführen. Viele Motoren wurden ausgetauscht, anstatt sie fachgerecht zu reparieren oder einfach nur richtig einzustellen. Schliesslich führten die hohen Garantieleistungen zum Aus des Unternehmens NSU – nicht aber zum Ende des Wankelmotors.
Als Triebwerk für Serienfahrzeuge war die japanische Marke Mazda ein dankbarer Lizenznehmer dieses Konzepts. Bis ins Jahr 2012 baute der etablierte asiatische Konzern das Triebwerk in die Fahrzeuge seiner RX-Baureihe ein. Zunächst wurde der Motor bei Mazda breit gestreut eingesetzt, selbst ein Pick-up war mit Wankelmotor verfügbar. Schliesslich war es aber nur eine Baureihe von Sportcoupés, welche bis 2011 mit diesem Antrieb ausgestattet wurde. Am erfolgreichsten war der Mazda RX-7, der als Konkurrent des Porsche 924 in zwei Generationen von 1978 bis 2002 angeboten wurde. Sein Nachfolger, der RX-8, hielt die Technik noch bis 2012 am Leben. Nach dem Auslaufen der Baureihe stellte auch Mazda die Verwendung des Kreiskolbenmotors ein.
Bei allen Vorteilen, einige Nachteile konnten beim Wankelmotor nie ganz abgestellt werden. Durch die geringere Verdichtung konnte nie ein optimales Luft-Kraftstoff-Volumenverhältnis erreicht werden. Dies führt zu einem stets höheren Verbrauch an Kraftstoff gegenüber einem Hubkolbenmotor mit gleicher Leistung. Zudem haben Wankelmotoren einen höheren Ölverbrauch. Dies liess den Motor die letzten Abgasnormen nicht mehr erreichen, weshalb er in Europa nicht mehr in Fahrzeugen verbaut oder in Importfahrzeugen angeboten wird.
Dennoch: Die Laufruhe, die Kompaktheit und der leise Betrieb verhelfen diesem Kraftwerk auch heute noch zu grosser Beliebtheit. Wankelmotoren werden heute gerne in Kleinflugzeugen, Stromaggregaten und Rennbooten eingesetzt.
Oberstes Bild: Der Wankelmotor des Konstrukteurs Felix Wankel macht bis heute dem Ottomotor und dem Dieselmotor Konkurrenz. (© Ralf Pfeifer, Wikimedia, GNU)