Warum der Wankelmotor versagte

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Felix Wankel und NSU entwickelten einen kleineren, weniger komplexen Verbrennungsmotor. Hier erfahren Sie, warum es fehlgeschlagen ist.

Eine Zeit lang schien der Wankelmotor die Zukunft zu sein. 1963 stellte der deutsche Autohersteller NSU – der später in Audi aufging – den Wankel Spider vor, das erste Serienauto mit Verbrennungsmotor, das nicht von Hubkolben angetrieben wurde; 1967 brachte NSU den Twin-Rotor Ro80 und Mazda den Cosmo Sport auf den Markt. Mercedes hat den Motor intensiv erforscht, und GM glaubte sogar, dass der Wankelmotor den Kolbenmotor in allen Modellen vom Vega bis zur Corvette ersetzen würde. Es schien, dass der Wankelrotor ein besserer Weg nach vorn war, aber im Nachhinein wissen wir, dass das ganz und gar nicht der Fall ist.

Kenichi Yamamoto, Leiter des Teams, das den Kreiskolbenmotor von Mazda entwickelte und später Präsident und Vorstandsvorsitzender des Autoherstellers war, schrieb 1981 in seinem Buch „Rotary Engine“, dass Kreiskolbendampfmaschinen bis ins 18. Jahrhundert zurückreichen. Bereits 1908 stellten einige Ingenieure Rotationsverbrennungsmotoren her, doch erst der Grundentwurf des Deutschen Felix Wankel wurde zur Serienreife. „Erstens ist sein Prinzip überlegen“, schrieb Yamamoto. „Zweitens wurden enorme und unermüdliche Anstrengungen unternommen, damit es funktioniert.“

Während wir heute die grundsätzliche Richtigkeit des Viertakt-Kolbenmotors voll und ganz akzeptiert haben, weist John B. Hege in „The Wankel Rotary Engine: A History“ darauf hin, dass dies in den frühen Tagen des Autos nicht unbedingt der Fall war. Ein Kolbenmotor ist komplex und besteht aus vielen beweglichen Teilen. Ein Wankelmotor ist viel einfacher, typischerweise mit zwei dreieckigen Rotoren, die an einer Exzenterwelle befestigt sind, und ohne jeglichen Ventiltrieb. Die Bewegung des Rotors öffnet und schließt die Einlass- und Auslassöffnungen. Autohersteller sind bestrebt, die Komplexität und damit die Kosten nach Möglichkeit zu reduzieren, weshalb der Wankel-Rotationsmotor große Anziehungskraft ausübte. Darüber hinaus erzeugen die sich auf und ab bewegenden Kolben in einem herkömmlichen Motor enorme Rüttelkräfte, denen sich am besten durch eine Erhöhung der Zylinderzahl entgegenwirken lässt. Ein Wankelmotor hat keine hin- und hergehende Masse, sondern nur eine rotierende Masse, sodass selbst ein Einrotormotor vollkommen laufruhig ist. Wankelmotoren sind außerdem viel kleiner als ihre kolbengetriebenen Gegenstücke, was zahlreiche praktische Verpackungsmöglichkeiten bietet. All dies führte zu „enormen und unermüdlichen Anstrengungen“ nicht nur von Mazda und NSU, sondern neben vielen anderen auch von Citroën, Mercedes-Benz, American Motors und sogar GM.

In den dreißiger Jahren arbeitete Wankel sowohl an Kolbenmotoren mit rotierenden scheibenförmigen Ventilen als auch an echten Wankelmotoren. Er war auch ein militanter Nazi und geriet mit der Parteiführung in Konflikt, weshalb er 1933 inhaftiert wurde. Seine technischen Fähigkeiten erregten das Interesse von Daimler-Benz, dessen Chefingenieur einen von Hitlers Beratern, Wilhelm Keppler, davon überzeugte, Wankel freizulassen. Anscheinend war Wankel etwas stur, weil er weniger als ein Jahr bei Mercedes verbrachte, bevor er zu BMW wechselte. 1936 schenkte ihm die NS-Regierung eine eigene Werkstatt zur Weiterentwicklung von Scheibenventil-Kolbenmotoren, die schließlich in Jagdflugzeugen und Torpedos der Luftwaffe eingesetzt wurden. Wankel wurde nach dem Krieg inhaftiert und 1946 freigelassen, woraufhin Keppler ihn mit dem NSU in Verbindung brachte.

Wankels ursprüngliches Rotationsdesign verfügte sowohl über einen dreieckigen Rotor, wie wir ihn heute kennen, als auch über eine Brennkammer, die sich ebenfalls drehte. Im Jahr 1954 stellte NSU einen Motorradkompressor mit diesem Design vor. Es war jedoch Hanns Dieter Paschke von NSU (ohne Wankels Wissen), der das Design entwickelte, das wir heute kennen, mit einem Rotor, der sich auf einer Exzenterwelle in einem festen Gehäuse dreht. (Es wurde immer noch Wankel genannt, weil Felix das Patent für diesen Motortyp besaß.)

1957 kam ein Prototyp eines straßentauglichen Wankelmotors auf den Markt, und NSU pries ihn bald als Motor der Zukunft an. Der Blick von Road & Track auf den Wankelmotor und andere Arten von Wankelmotoren im Juni 1960 nimmt einen Ton skeptischer Verwirrung an. Es kommt zu dem Schluss: „Hunderte von Drehventiltypen wurden ausprobiert, und es ist ihr gleichmäßiges und regelmäßiges Versagen, das dazu führt, dass der erfahrenere Ingenieur gegenüber jeder Art von Drehkolbenmotor etwas weniger optimistisch ist. Wenn es sich um ein Drehventil mit kleinem Durchmesser handelt.“ wird nicht funktionieren – wie könnte eine noch größere Einheit als Motor funktionieren? Die Chancen sind sehr gering und in der Zwischenzeit können wir nur abwarten (und hoffen), ob sich der NSU-Motor als tiefgreifender und wichtiger Durchbruch erweisen wird. oder ein anderes Irrlicht.

Die Autohersteller waren deutlich optimistischer oder gingen zumindest auf Nummer sicher, da sich viele bereits vor dem Debüt des Wankel Spider für die Lizenzierung der Technologie angemeldet hatten. Mazda war einer der ersten und erhielt 1961 eine Lizenz, nur ein Jahr nach Beginn der Produktion seines ersten Autos. Es erwies sich als entscheidender Schritt. Wie die meisten vom Krieg verwüsteten Länder verfolgte Japan in seiner Automobilindustrie einen „Export-or-stirb“-Ansatz. Das japanische Ministerium für internationalen Handel und Industrie drängte die verschiedenen Autohersteller des Landes zu einer Konsolidierung, um diese Ziele zu erreichen, und Mazda würde wahrscheinlich mit Toyota, Nissan oder Isuzu fusionieren. Die Erforschung des Wankelmotors überzeugte die Regierung davon, Mazda einen Alleingang zu ermöglichen.

Yamamoto leitete ein Team zur Rotationsentwicklung, das später als „47 Samurai“ bekannt wurde. Einem Mazda-Geschichtsartikel zufolge sagte er zu ihnen: „Von nun an müssen Sie immer an den Wankelmotor denken, egal ob Sie schlafen oder wach sind.“ Im Jahr 1963 fand einer der Samurai eine Lösung für eines der größten Probleme des Motors. Die drei Spitzen oder Scheitelpunkte des Rotors stehen ständig in Kontakt mit den Außenwänden der Brennkammer, was zu schnellem Verschleiß führt. Der Ingenieur entwickelte eine Apex-Dichtung mit einer einzigartigen Form und einer Kohlenstoff-Aluminium-Legierung, die es dem Motor ermöglichte, kommerziell nutzbar zu sein. Im Jahr 1964 präsentierte Mazda den ersten Prototyp des Cosmo Sport mit zwei Rotorblättern und arbeitete in den nächsten drei Jahren systematisch an den Kniffen, um den Rotor für den öffentlichen Gebrauch bereit zu machen. 1968, ein Jahr nach dem Debüt des Cosmo Sport, baute Mazda seinen Doppelrotor in einem Massenmarktauto ein, dem Familia Coupé, und viele weitere Modelle folgten.

Die Wankel-Rotationsmaschine weist darauf hin, dass NSU bis 1966 15 Lizenzen für seine Technologie vergab, was an sich schon ein lukratives Unterfangen war. Die Kompaktheit eines Rotors war ein großer Vorteil. Yamamotos Buch enthält eine großartige Illustration, die zeigt, dass ein Doppelrotormotor in Höhe und Länge viel kürzer ist als Reihenvier- und -sechszylindermotoren. Ein anderes Bild zeigt den Hauptteilinhalt eines Doppelrotor- und eines Single-Cam-Reihensechszylinders. Der Rotor besteht aus weniger als einem Drittel der Menge, abzüglich der Befestigungselemente. Ein Rotor lässt sich auch problemlos modular aufbauen – Sie können nach Herzenslust weitere Rotoren hinzufügen. Allerdings ist so etwas wie ein Vierscheibenmotor natürlich relativ lang.

Außer NSU und Mazda war Citroën der einzige andere Autohersteller, der einen Kreiskolbenmotor in Produktion nahm. Es war ein Disaster. Der französische Autohersteller war so etwas wie ein technisches Kraftpaket, aber bei den Motoren hinkte er hinterher. Der Wankelmotor entsprach nicht nur Citroens Vorliebe für skurrile Technik, sondern auch seiner Vorliebe für eine Anordnung mit Längsmotor und Frontantrieb, bei der der Motor vor den Vorderrädern liegt.

Citroën und NSU gründeten das Unternehmen Comotor, um Wankelmotoren für den französischen Autohersteller zu entwickeln. Der erste war ein Einzelrotor, der im experimentellen M35 zum Einsatz kam und für eine Art öffentlichen Betatest an treue Citroën-Kunden vermietet wurde. (Und Sie dachten, Tesla wäre der einzige Autohersteller, der so etwas tat.) Der M35 führte zu einem Doppelrotor für den GS, Citroëns Mittelklasse-Familienauto, das zwischen dem einfachen 2CV und seinen Derivaten und dem großen, luxuriösen DS angesiedelt war. Während die Standardversionen des GS den luftgekühlten Vierzylinder-Boxermotor des Ami nutzten, stand der GS Birotor mit einem 2,0-Liter-Doppelrotormotor an der Spitze der Modellreihe, der über 100 PS leistete – fast das Doppelte des Standardmodells.

In einem schrecklichen Timing-Anfall debütierte der GS Birotor im September 1973, einen Monat bevor die Ölkrise die Welt erschütterte. Der Kreiselmotor von Comotor war zwar klein und leistungsstark, aber der GS-Birotor war weniger kraftstoffeffizient als der viel größere DS. Wie das Lane Motor Museum – das seiner Meinung nach den einzigen laufenden GS Birotor in den USA besitzt – angibt, dass der Birotor auch 70 Prozent teurer war als ein Standardmodell, womit der Preis über den eines Basis-DS hinausging. Darüber hinaus war es unzuverlässig, da der Motor oft nach 20.000 Meilen wegen defekter Apex-Dichtungen ausgetauscht werden musste. Citroen wollte, dass der Kreiskolbenmotor den DS-ersetzenden CX antreibt, musste jedoch bald das gesamte Kreiskolbenprogramm einstellen, nachdem nur 847 GS Birotoren verkauft worden waren. Dies war einer der Hauptfaktoren, die 1975 zur Insolvenz von Citroën und zum anschließenden Verkauf an Peugeot führten.

Die Probleme des schlechten Kraftstoffverbrauchs und der schlechten Apex-Dichtungen waren nicht nur Citroën vorbehalten. NSU baute immer nur den Ro80, und auch dieser litt unter den gleichen Problemen. Sowohl der Ro80 als auch die Marke NSU starben 1977. Mazda entwickelte den Kreiskolbenmotor viel weiter, als es NSU je geschafft hatte, dennoch wurden seine Verkäufe durch die Kraftstoffkrise stark beeinträchtigt und gingen zwischen 1973 und 1974 um 50 Prozent zurück. Vor der Ölkrise arbeitete Mazda darauf hin eine vollständig rotatorisch angetriebene Produktreihe; Danach musste man sich wieder auf Kolbenmotoren konzentrieren und die Kreiskolbenmotoren auf Spezialanwendungen wie die RX-Sportwagenreihe beschränken. Die Verkaufszahlen des Wankelmotors erreichten nie wieder annähernd den Höchststand von 1973. In Heges Buch heißt es außerdem, dass Mazda-Wankelmotoren als sehr wartungsintensiv galten und neben dem Kraftstoffverbrauch und den Problemen mit dem Verschleiß der Apex-Dichtung auch einen hohen Verbrauch aufwiesen Öl wunderbar.

Viele auf der ganzen Welt mögen den Amerikanern vorwerfen, sie würden fälschlicherweise glauben, die Welt drehe sich um sie, aber zumindest was die Automobilwelt in den Siebzigern betraf, war dies in gewisser Weise der Fall. Die USA waren für viele Autohersteller der größte Markt und es wurden große Anstrengungen unternommen, um unsere immer strengeren Standards zu erfüllen. Mazda hatte große Mühe, die im Clean Air Act von 1970 festgelegten Emissionsnormen einzuhalten, während andere den Versuch einfach aufgaben. Sogar einschließlich des mächtigen Mercedes-Benz.

Mercedes sah Potenzial im Wankelmotor als leistungsstarke Alternative zum Kolbenmotor. Laut einem Hemmings Sports and Exotic-Artikel des Historikers Karl Ludvigsen kam der Autohersteller zu dem Schluss, dass der Wankel aufgrund seiner Tendenz zu High-End-Leistung gegenüber Drehmoment im unteren und mittleren Bereich für seine immer schwereren Luxusautos ungeeignet sei. „Bei niedrigen Drehzahlen gab es nicht so viel Leistung. Dann war es die Idee von [Mercedes-Chefingenieur Rudi] Uhlenhaut, kleine Sportwagen zu bauen“, zitierte Ludvigsen den Ingenieur Hans Leibold. „Es passte besser zum Motor. Wir haben mit zwei Rotoren im normalen Pkw angefangen, dann mit drei Rotoren im Sportwagen.“

Der Sportwagen war das C111-Konzept, ein rollendes Forschungsfahrzeug. In seiner Mk2-Ausführung verfügte der C111 über einen spektakulären Vierscheibenmotor mit 345 PS – so viel wie der 4,4-Liter-V-12 eines zeitgenössischen Ferrari Daytona. Die Leistung war kein Problem, und laut Mercedes-Ingenieuren gab es auch keine Probleme mit der Zuverlässigkeit und dem Ölverbrauch, mit denen andere Rotoren zu kämpfen hatten. Seine Effizienz und Emissionen waren jedoch schlecht, und Mercedes kam zu dem Schluss, dass der Wankelmotor ein grundlegend fehlerhaftes Konzept war.

Eine Rotationsmaschine mag platz- und teileeffizient sein, aber ihr thermischer Wirkungsgrad – wie viel Strom sie im Vergleich zur Abwärmeenergie erzeugt – lässt zu wünschen übrig. Kurt Obläneder, einer der leitenden Wankel-Ingenieure des Autoherstellers, brachte es in einem Retrospektivartikel von Mercedes auf den Punkt: „[D]ie Brennkammer ist das zentrale Merkmal des Verbrennungsmotors. Die Priorität besteht darin, ein optimales Design zu schaffen, um dies zu erreichen.“ den günstigsten thermodynamischen Wirkungsgrad, d offiziell bestätigt, dass es aufgrund des hohen Anteils an unverbrannten Kohlenwasserstoffen schwierig ist, die noch recht bescheidenen Abgasnormen für Personenkraftwagen einzuhalten. Es war dieser Geburtsfehler des Wankelmotors, das Fehlen eines optimalen Brennraums verantwortlich für seinen raschen Untergang und nicht die ständig wiederholten Hinweise auf mechanische Probleme.“

Aufgrund der Form seines Brennraums erfolgt die Verbrennung in einem Wankelmotor langsam. Das bedeutet, dass viel Kraftstoff unverbrannt bleibt. In einem kraftstoff- und emissionsbewussten Amerika – damals wiederum der wichtigste Automarkt der Welt – funktionierte das einfach nicht. Mercedes gab den Wankel schließlich auf, ebenso wie alle außer Mazda. Das Hiroshima-Unternehmen hatte so viel in die Technologie investiert, dass es sie wahrscheinlich nicht ganz abschaffen wollte, und in den Siebziger- und Achtzigerjahren stieg Yamamoto in der Rangliste auf und wurde nebenbei zum Verfechter des Wankels.

Nicht, dass es nach dem Abklingen des Rotationsfiebers nicht ein paar glorreiche Momente gegeben hätte. Der Mazda RX-7 gab dem Kreiskolbenmotor sein bestes Zuhause und wurde zu einem unerwarteten Verkaufserfolg. Japans Blasenwirtschaft hinterließ Mitte bis Ende der 1980er-Jahre bei den Automobilherstellern reichlich Bargeld, und Mazda steckte noch mehr Geld in den Wankel, was ihm eine Art Renaissance bescherte. Es gab den leistungsstarken Twin-Turbo-Motor des RX-7 der dritten Generation, den einzigartigen Drei-Rotor-Motor des Eunos Cosmo GT-Wagens und natürlich den größten von allen, den Vier-Rotor-Motor des Le-Mans-Gewinners 787B . Bis heute ist der 787B das einzige Auto ohne Kolben, das das große Rennen gewonnen hat, und das wird wahrscheinlich auch so bleiben.

Mazda entwickelte im Jahr 2003 einen neuen Kreiskolbenmotor, den Renesis, für den RX-8-Sportwagen, obwohl er trotz aller Rückblicke aus jahrzehntelanger Wankel-Entwicklung von der gleichen Unzuverlässigkeit, dem gleichen Ölverbrauch und der gleichen Ineffizienz wie seine Vorgänger geplagt wurde . Der RX-8 wurde 2012 eingestellt, obwohl Mazda weiterhin ein Team an der Wankel-Entwicklung arbeitete, und Anfang des Jahres brachte das Unternehmen eine Version seines MX-30 EV mit einem 0,8-Liter-Wankel-Range-Extender auf den Markt. Auch wenn heute ein Wankelmotor im Angebot ist – wenn auch nicht in Nordamerika – ist ein Comeback dieses Motortyps kaum vorstellbar. Mazda ist das einzige Unternehmen, das über das nötige Know-how zum Bau eines Wankelmotors verfügt, doch wie alle anderen Autohersteller muss es seine Ressourcen auf Massenmarkt-Verbrennungsmotoren und rein elektrische Antriebsstränge konzentrieren.

Im Nachhinein ist es 20:20, und in den sechziger Jahren, als Benzin billig und Luft schmutzig war, ist es leicht zu verstehen, warum Felix Wankels Kreiselkolbenmaschine einen besseren Weg nach vorne hätte bieten können. Es ist nur so, dass sich die Welt verändert hat und sich der Hubkolben-Verbrennungsmotor als vielseitiger erwiesen hat, als Wankel und alle anderen rotierenden Akolythen vielleicht gedacht hätten. Der gesamte Ventiltrieb ist komplex und der Umgang mit diesen hin- und hergehenden Kräften ist schwierig, aber er könnte kostengünstig, effizient und sauber genug durchgeführt werden, um Autohersteller, Kunden und Regulierungsbehörden zufriedenzustellen.

Es stellte sich also, wie wir 1960 sagten, als „Wahnsinnstest“ heraus, der jedoch von großer Faszination war und Mazda eine Zukunft sicherte. Wir sind besser dafür.

Chris Perkins ist seit seiner Kindheit ein Autoliebhaber und der Technik-Nerd und Porsche-Apologet von Road & Track. Er trat 2016 in die Belegschaft ein und niemand hat seitdem einen Weg gefunden, ihn zu entlassen. Er parkt einen Porsche Boxster in Brooklyn, New York, auf der Straße, sehr zum Entsetzen aller, die das Auto sehen, nicht zuletzt des Autors selbst. Er besteht auch darauf, dass er kein Cabrio-Typ ist, obwohl er drei besitzt.

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