Faszination Wankel: Wie Mazda seit 65 Jahren an der rotierenden Scheibe festhält

65 Jahre Mazda Kreiskolben-Motoren: Vom Lizenzabkommen mit NSU zum bahnbrechenden neuen Antrieb

Die Idee klingt bis heute wie eine physikalische Offenbarung. Ein Verbrennungsmotor, der gänzlich ohne das träge Auf und Ab von Schwergewichts-Kolben auskommt, der ohne feingliedrigen Ventiltrieb, Nockenwellen oder Kipphebel ausreicht und stattdessen durch die kontinuierliche Rotation eines spitz zulaufenden Dreiecks im epitrochoidischen Gehäuse pure Bewegungsenergie erzeugt. Als der deutsche Ingenieur Felix Wankel zusammen mit der NSU Motorenwerke AG in den 1950er Jahren die technische Machbarkeit dieses Prinzips bewies, geriet die weltweite Automobilindustrie in elektrische Aufregung. Das Versprechen eines vibrationsfreien, extrem kompakten und leichten Antriffs faszinierte Ingenieure rund um den Globus.

Doch die Euphorie wich bei den meisten Autoherstellern rasch ernüchternden Werkstattberichten. Exzessiver Verschleiß, undichte Dichtleisten an den Rotorspitzen und extrem hoher Kraftstoffverbrauch trieben fast alle Lizenznehmer in den Rückzug. Allein ein kleiner japanischer Hersteller aus Hiroshima, der im Jahr 1960 mit dem winzigen R360 Coupé erst frisch in den Pkw-Markt eingestiegen war, koppelte seine Zukunft unauflöslich an die fragile Mechanik des Rotationskolbens. Die japanische Regierung plante damals eine drastische Restrukturierung der heimischen Automobilbranche, bei der kleine, unabhängige Marken von Branchenriesen geschluckt werden sollten. Um die eigene Eigenständigkeit zu sichern, benötigte das Unternehmen zwingend ein technologisches Alleinstellungsmerkmal.

Deshalb unterzeichnete der damalige Mazda-Präsident Tsuneji Matsuda im Juli 1961 nach zähen Verhandlungen ein wegweisendes Lizenzabkommen mit NSU und der Wankel Entwicklungs GmbH. Damit verpflichtete sich das Unternehmen nicht nur zu hohen Lizenzgebühren, sondern übernahm auch ein enormes technisches Risiko. Schon im November 1961 lief in Hiroshima der erste nach NSU-Plänen gebaute Testmotor auf dem Prüfstand. Doch die ersten Ergebnisse fielen niederschmetternd aus. Das Triebwerk vibrierte unter extremem Materialverschleiß, spuckte bläulichen Ölrauch und zeigte bereits nach wenigen Betriebsstunden tiefe Einkerbungen an der Innenwand des Gehäuses.

Der Lizenzdeal und das zähe Ringen um die Serienreife

Das wohl gefürchtetste Phänomen der frühen Entwicklungsphase waren die sogenannten Rattermarken an den Laufflächen der Rotorgehäuse, von den japanischen Entwicklern Ehrfurcht gebietend als Kratzspuren des Teufels bezeichnet. Diese Einkerbungen entstanden durch Eigenresonanzschwingungen der Apex-Dichtleisten, die bei bestimmten Drehzahlen den Kontakt zur trochoidenförmigen Gehäusewand verloren und mikroskopische Krater in die Oberflächen schlug. Dazu gesellten sich verheerende Abdichtungsprobleme an den Dreiecksspitzen des Rotors, wo der Verbrennungsdruck zwischen den drei wandernden Kammern entwich.

Aber aufgeben war für die Führungsetage in Hiroshima keine Option. Im Jahr 1963 wurde unter der Leitung des Chefingenieurs Kenichi Yamamoto eine spezialisierte Entwicklungsabteilung gegründet. Diese Mannschaft, legendär geworden unter dem informellen Namen der 47 Samurai, verbrachte Jahre mit Materialanalysen und Versuchsreihen. Die Lösung der Rattermarken verlangte mechatronische Präzisionsarbeit. Die Entwickler ersetzten die starren Metalldichtleisten durch neuartige Werkstoffe aus mit Aluminium imprägnierter Sinterkohle und beschichteten die trochoidale Gehäuseinnenwand mit einer hochwiderstandsfähigen Hartchromschicht.

Deshalb gelang schrittweise der Durchbruch zur mechanischen Standfestigkeit. Ein weiterer entscheidender Konstruktionsschritt betraf die Anzahl der Rotoren. Der ursprüngliche Einscheiben-Kreiskolbenmotor von NSU litt unter ausgeprägter Drehmomentschwäche im niedertourigen Bereich sowie merklichen Pulsationen im Abgasstrom. Mazda koppelte zwei Rotoren auf einer Exzenterwelle um 180 Grad versetzt an. Diese Konfiguration garantierte nicht nur einen herausragenden Massenausgleich, sondern verdoppelte die Zahl der Zündungen pro Exzenterwellenumdrehung, was dem Motor die Laufkultur eines Sechszylinder-Reihenmotors verlieh. Auf der Tokyo Motor Show 1963 zeigte die Marke stolz ihren ersten Zweischeiben-Prototyp, gefolgt von der fahrfertigen Sportwagenstudie Cosmo Sport im Jahr 1964. Es folgten unerbittliche Erprobungen. Über 3.000.000 Testkilometer spulten die Prototypen auf dem eigens errichteten Prüfgelände Miyoshi ab, bevor im Mai 1967 der Mazda Cosmo Sport 110 S offiziell seinen Marktstart feierte. Er war das weltweit erste Serienfahrzeug mit einem Zweischeiben-Kreiskolbenmotor und kam dem NSU Ro 80 um knapp 3 Monate zuvor.

Der steinige Weg zur Serie und die Bewährung im Motorsport

Der futuristisch gezeichnete Cosmo Sport 110 S war primär als Imageträger konzipiert. Sein Zweischeiben-Motor vom Typ 10A schöpfte aus zweimal 491 Kubikzentimetern Kammervolumen anfänglich 110 PS bei 7.000 Umdrehungen pro Minute. Die Fahrleistungen mit einer Höchstgeschwindigkeit von 185 km/h waren für die späten 1960er Jahre beeindruckend. Doch die Anschaffungskosten blieben astronomisch. Mit umgerechnet gut 25.000 D-Mark war das Coupé für breite Käuferschichten unerschwinglich. Auf dem heutigen Klassikermarkt erzielen gut erhaltene Exemplare des Cosmo Sport Preise zwischen 70.000 und weit über 100.000 Euro.

Aber die rein technische Standfestigkeit im Alltagsbetrieb musste gegenüber der skeptischen Fachwelt bewiesen werden. Mazda wählte dafür den härtesten denkbaren Weg und schickte im August 1968 zwei leicht modifizierte Cosmo Sport zum legendären Marathon de la Route auf den Nürburgring. Dieses mörderische Rennen erstreckte sich über sagenhafte 84 Stunden Dauerbelastung auf der Nordschleife. Während unzählige etablierte Verbrenner mit Ventilbrüchen und Kolbenfressern ausfielen, spulten die rotierenden Scheiben unbeeindruckt Runde um Runde ab. Am Ende belegte der japanische Sportwagen den vierten Gesamtrang hinter zwei Porsche 911 und einem Lancia Fulvia.

Dieser Erfolg bildete das Fundament für ein beispielloses Engagement im internationalen Motorsport. In der US-amerikanischen IMSA-Rennserie feierten Modelle mit Wankelantrieb über 100 Klassensiege. Den unbestrittenen Höhepunkt bildete das Jahr 1991. Beim 24-Stunden-Rennen von Le Mans trat der spektakuläre Mazda 787B gegen die versammelte Werkskonkurrenz von Mercedes-Benz, Jaguar und Porsche an. Im Heck des Rennwagens arbeitete das Vierscheiben-Triebwerk R26B mit variabler Ansaugtraktlänge, das bei 9.000 U/min ohrenbetäubende 700 PS leistete. Nach 362 fehlerfreien Runden kreuzte der bunte Rennwagen als Gesamtsieger die Ziellinie. Es war der erste Gesamtsieg einer japanischen Marke an der Sarthe und gleichzeitig der einzige Triumph eines fahrzeugtechnischen Wankelmotors bei diesem Langstreckenklassiker.

Vom Boom zur Ölkrise: Die Rettung durch das Projekt Phoenix

Nach dem Debüt des Cosmo Sport transferierte die Markenführung das Wankelprinzip zügig in breitere Marktsegmente. Es folgten die Limousinen und Coupés der Baureihen Familia Rotary R100, RX-2 und RX-3. Selbst Nutzfahrzeuge und Exoten blieben von der Rotationswelle nicht verschont. Im Jahr 1973 erschien in den USA der Rotary Pickup als weltweit einziger Wankel-Lastwagen. Ein Jahr später rollte in Japan mit dem Parkway Rotary 26 ein Reisebus vom Band, dessen 135 PS starker Zweischeibenmotor den Passagieren ein nahezu lautloses Reisen ermöglichen sollte. 1975 folgte die Repräsentationslimousine Roadpacer AP, deren Karosserie von General Motors stammte und in Australien gefertigt wurde.

Die Verkaufszahlen kletterten rasant. Anfang der 1970er Jahre war auf manchen Exportmärkten wie den USA fast jedes zweite verkaufte Fahrzeug der Marke mit einem Kreiskolbenmotor ausgerüstet. Doch der konstruktive Vorteil des Wankelmotors barg eine fundamentale thermodynamische Schwachstelle. Die langgestreckte, sichelförmige Brennraumgeometrie weist im Vergleich zum zylindrischen Hubkolbenmotor ein extrem ungünstiges Verhältnis von Oberfläche zu Volumen auf. Dies führt zu hohen thermischen Verlusten an den Gehäusewänden sowie zu einer unvollständigen Verbrennung, was sich in erhöhtem Kraftstoffverbrauch und hohen Kohlenwasserstoffemissionen niederschlägt.

Im Oktober 1973 schlug die erste globale Ölkrise mit voller Härte zu. Der Benzinpreis schoss in die Höhe, und das Kundeninteresse an verbrauchsintensiven Fahrzeugen brach schlagartig ein. Die Halden unverkaufter Wankelwagen wuchsen, und das Unternehmen geriet in eine schwere Finanzkrise. In dieser existenzbedrohenden Lage initiierten die Ingenieuer das Notfall-Forschungsprogramm Phoenix. Das Ziel war die radikale Senkung des Kraftstoffverbrauchs ohne Aufgabe der Fahrleistungen. Durch strömungsmechanische Optimierung der Ansaugwege, den Einsatz moderner Abgas-Thermoreaktoren zur Nachverbrennung und eine gezielte Abmagerung des Gemischs gelang es den Technikern, den Benzinverbrauch der Zweischeiben-Aggregate innerhalb von vier Jahren um fast 40 bis 50 Prozent zu reduzieren.

Die Evolution der Sportwagen-Ikonen und ihre Preise in Deutschland

Diese Rettungsinnovation ebnete den Weg für das erfolgreichste Wankelfahrzeug aller Zeiten. Im Jahr 1978 präsentierte das Unternehmen den Mazda RX-7 der ersten Generation mit dem Werkscode SA22C beziehungsweise FB. Das keilförmige Sportcoupé mit Klappscheinwerfern nutzte den kompakten Zweischeibenmotor Typ 12A mit zweimal 573 Kubikzentimetern Kammervolumen und einer Leistung von 105 PS. In Deutschland wurde der Sportwagen ab Ende 1978 zu einem wettbewerbsfähigen Grundpreis von 22.180 D-Mark angeboten. Das niedrige Motorgewicht erlaubte eine Einbauposition weit hinter der Vorderachse als Front-Mittelmotor, was eine perfekte Gewichtsverteilung von 50 zu 50 Prozent garantierte.

Die 1985 eingeführte zweite Generation des RX-7 mit dem Kürzel FC entwickelte das Konzept weiter. Hier hielt das Triebwerk Typ 13B Einzug, das über ein Kammervolumen von zweimal 654 Kubikzentimetern verfügte. Durch den Einsatz eines Turboladers stieg die Leistung in Deutschland von anfänglichen 150 PS auf späte 200 PS im Turbo II. Preislich rückte der FC deutlich nach oben. Während die Saugerversion 1986 ab rund 35.000 D-Mark erhältlich war, kostete das FC Turbo Cabriolet Anfang der 1990er Jahre bereits beinahe 50.000 D-Mark.

Einen vorläufigen Höhepunkt des automobilen Ingenieurwesens markierte die 1991 vorgestellte dritte Generation des RX-7, der legendäre FD. Sein 13B-REW-Motor war weltweit das erste Serienergentag mit einer sequenziellen Register-Registeraufladung. Ein kleiner Lader sorgte im unteren Drehzahlbereich für rasches Ansprechverhalten, ehe ab 4.500 U/min ein größerer Lader zuschaltete. In Deutschland leistete der FD exakt 239 PS und rannte in 5,3 Sekunden auf Tempo 100. Der Preis spiegelte den High-Tech-Anspruch wider. Bei seinem Verkaufsstart 1992 verlangten die Händler knapp 75.000 D-Mark, was sich kurz vor der Einstellung des Deutschland-Exports 1996 auf über 85.000 D-Mark erhöhte. Heute ist der RX-7 FD ein begehrtes Sammlerobjekt, dessen Marktpreise in Deutschland je nach Zustand zwischen 30.000 Euro und weit über 80.000 Euro rangieren.

Neben den Sportwagen baute Mazda den Wankelmotor 1990 in den Eunos Cosmo ein, einen luxuriösen Gran Turismo für den japanischen Heimatmarkt. Dieses bildschöne Coupé nutzte als weltweit einziges Serienauto einen Dreischeiben-Kreiskolbenmotor vom Typ 20B-REW mit sequenzieller Aufladung. Das Triebwerk leistete offiziell gedeckelte 280 PS, stammte aber ab Werk eher aus der Region von 300 PS und glänzte mit seidenweicher Turbinenlaufkultur. Der horrende Verbrauch von im Alltag selten unter 20 Litern auf 100 Kilometer verhinderte jedoch jeden großen Markterfolg.

Der Renesis-Motor und die thermischen Schmerzgrenzen

Nach einer kurzen Pause im Pkw-Segment überraschte Mazda die Fachwelt im Jahr 2003 mit dem RX-8. Der viersitzige Sportwagen mit gegenläufig öffnenden Fondtüren, den sogenannten Freestyle-Doors, vertraute auf eine komplett neu gedachte Generation des Zweischeibenmotors mit dem Namen Renesis, abgeleitet von Rotary Engine Genesis. Das 13B-MSP-Triebwerk verzichtete bewusst auf eine Aufladung und setzte stattdessen auf Seiteneinlass- und Seitenauslassportierung. Durch die Verlegung der Auslasskanäle aus der Mantelfläche des Gehäuses in die seitlichen Seitenteile überschnitten sich Ansaug- und Auslassphasen nicht mehr.

Die unverbrennten Kohlenwasserstoffe reduzierten sich im Abgas spürbar, und der thermische Wirkungsgrad verbesserte sich deutlich. Der Renesis-Motor gewann 2003 folgerichtig die renommierte Auszeichnung als International Engine of the Year. In Deutschland stand der RX-8 in zwei Leistungsstufen beim Händler. Die Basisversion leistete 192 PS bei 7.000 U/min und kostete zur Markteinführung attraktive 26.900 Euro. Die stärkere Ausführung brachte es auf 231 PS bei schwindelerregenden 8.200 U/min und schlug mit 31.100 Euro zu Buche. Spätere Sondermodelle kletterten auf knapp 34.000 Euro. Auf dem aktuellen Gebrauchtwagenmarkt sind fahrtüchtige RX-8 zwar bereits ab rund 4.000 bis 8.000 Euro zu haben, doch der Kauf birgt erhebliche finanzielle Risiken.

Kritische Betrachter der Fahrzeugtechnik verweisen nämlich auf die bauartbedingten Schwachstellen des Renesis-Konzepts. Durch die seitlichen Auslasskanäle lagerten sich im Kurzstreckenbetrieb verstärkt Ölkohlerückstände ab. Zudem litt das Saugmotor-Layout unter eklatantem Drehmomentmangel bei niedrigen Drehzahlbandbereichen. Das maximale Drehmoment von lediglich 211 Newtonmetern lag erst bei späten 5.500 U/min an. Hinzu kamen Probleme mit versoffenen Motoren bei Kaltstarts sowie die Neigung der Apex-Dichtleisten, bei höheren Laufleistungen jenseits der 100.000-Kilometer-Marke rapide an Kompression einzubüßen. Mit dem Inkrafttreten der strengen Euro-5-Abgasnorm musste der RX-8 im Jahr 2010 schließlich vom europäischen Markt genommen werden. Bis 2012 lief die Produktion im Stammwerk Hiroshima endgültig aus, womit die Ära des klassischen Wankel-Direktantriebs vorerst endete.

Der Wankelmotor im Elektrozeitalter: Geniestreich oder Kompromiss?

Über eine Dekade lang hielt Mazda die Fangemeinde mit spektakulären Designstudien bei Laune. Das 2015 gezeigte Konzeptfahrzeug RX-Vision und der 2023 enthüllte Iconic SP nährten Hoffnungen auf eine Rückkehr des Kreiskolbenmotors in einem reinrassigen Sportwagen. Doch als der Rotationskolben im Jahr 2023 schließlich seine Serienrückkehr feierte, geschah dies in einer völlig veränderten Rolle. Im kompakten Crossover-Modell MX-30 e-Skyactiv R-EV dient der Kreiskolbenmotor nicht mehr dem direkten Antrieb der Räder.

Das Fahrzeug ist als serieller Plug-in-Hybrid konzipiert. Den mechanischen Vortrieb der Vorderachse übernimmt stets ein Elektromotor mit 170 PS beziehungsweise 125 kW Leistung sowie einem Drehmoment von 260 Newtonmetern. Unter der Motorhaube sitzt zusätzlich ein neu entwickelter Einscheiben-Kreiskolbenmotor mit der Bezeichnung 8C. Dieses winzige Aggregat weist ein Kammervolumen von 830 Kubikzentimetern auf und leistet als reiner Stromgenerator 75 PS bei 4.700 U/min. Die Hochvoltbatterie verfügt über eine Kapazität von 17,8 kWh, was eine rein elektrische Reichweite nach WLTP-Standard von etwa 85 km ermöglicht. Aber warum wählten die Ingenieure für den Stromerzeuger ausgerechnet einen Wankelmotor? Die Entscheidung basiert primär auf den einzogartigen Bauraum-Vorteilen. Der Einscheibenmotor 8C misst in der Breite weniger als 84 Zentimeter und ist zusammen mit dem Generator und dem Elektromotor auf einer einzigen Achse im Motorraum verbaut. Zudem arbeitet der Motor dank des fehlenden Massenrucks extrem vibrationsarm. Das Umschalten vom leisen Elektrobetrieb zum Verbrennergenerator erfolgt für die Insassen fast unmerklich. Mazda spendierte dem 8C modernste Technik wie eine Benzin-Direkteinspritzung mit 350 bar Druck, eine gekühlte Abgasrückführung sowie Seitenauslass-Ports.

In Deutschland startet der MX-30 e-Skyactiv R-EV in der Ausstattungslinie Prime-Line bei einem Listenpreis von 35.990 Euro. Die mittlere Linie Exclusive-Line liegt bei 37.840 Euro, während die vollausgestattete Edition R mit exklusiven Designelementen 45.040 Euro kostet. Damit liegt der R-EV preislich exakt auf dem Niveau der rein batterieelektrischen Variante des MX-30, bietet dank seines 50-Liter-Benzintanks jedoch eine praxisgerechte Gesamtreichweite von über 600 Kilometern. Aus ingenieurwissenschaftlicher Perspektive bleibt die Konstruktion des R-EV jedoch nicht frei von berechtigten Zweifeln. Ist der Akku nach den ersten 85 km leergefahren, wandelt sich das Fahrzeug in einen gewöhnlichen Hybriden. Der kleine 8C-Motor muss dann permanent Strom für den kraftvollen Elektromotor produzieren. In diesem Betriebszustand steigt der Benzinverbrauch drastisch an. Unabhängige Testmessungen und ADAC-Verbrauchsanalysen offenbaren bei entladener Batterie Werte zwischen 7,5 und 8,5 Litern Superbenzin auf 100 Kilometer. Für ein Kompaktfahrzeug im Jahr 2023 ist das ein erschreckend hoher Wert. Der Wankelmotor erkauft sich seine kompakten Ausmaße und die sensationelle Laufruhe im Generatoreinsatz nach wie vor mit Wirkungsgrad-Nachteilen gegenüber modernen Hubkolben-Dreizylindern.

Ausblick: Warum der Kreiskolbenmotor bei Mazda nicht stirbt

Wer die 65-jährige Geschichte der Mazda Kreiskolben-Motoren bilanziert, blickt auf eines der faszinierendsten Kapitel der modernen Technikgeschichte. Aus dem reinen Schutzschild gegen eine drohende Verstaatlichung im Jahr 1961 erwuchs eine weltweite Alleinstellung. Über zwei Millionen Fahrzeuge mit Rotationskolben hat das Werk in Hiroshima bis heute gebaut. Die Ingenieure bewiesen dabei über Dekaden hinweg eine beeindruckende Zähigkeit gegen fundamentale physikalische Gesetzmäßigkeiten. Sie bezwangen die Rattermarken des Teufels, überlebten zwei Ölpreiskrisen und führten das Prinzip bis zum Gesamtsieg bei den 24 Stunden von Le Mans.

Der ingenieurtechnische Eigensinn von Mazda verdient Respekt. Doch die Physik lässt sich nur bis zu gewissen Grenzen austricksen. Die ungünstige Brennraumgeometrie mit ihren hohen Wandwärmeverlusten und die komplizierte Abdichtung der wandernden Zündkammern bleiben auch im Zeitalter digitaler Motorsteuerungen bestehen. Der Kreiskolbenmotor ist ein Meisterwerk des Maschinenbaus, das von absoluter Schwingungsfreiheit und fantastischer Leistungsdichte lebt, seine Stärken im Zeitalter starrer CO2-Grenzwerte aber nur schwer ausspielen kann. In Augsburg erinnert das Museum Mazda Classic Automobil Museum Frey als weltweit erste offizielle Herstellersammlung außerhalb Japans an diese reiche Modelhistorie. Vom filigranen Cosmo Sport 110 S über Exoten wie den Parkway-Bus bis hin zu den diversen RX-7-Generationen lässt sich dort der Weg der rotierenden Scheiben hautnah nachvollziehen. Ob dem Wankelmotor als Range-Extender im Zeitalter synthetischer e-Fuels oder Wasserstoff-Brennstoffe noch eine echte Renaissance bevorsteht, bleibt abzuwarten. Als Denkmal japanischer Ingenieurskunst und als Symbol für den unbedingten Willen, technisch eigene Wege zu gehen, hat sich der Kreiskolbenmotor seinen Platz in den Geschichtsbüchern der Mobilität längst gesichert.