Neuartiger Range-Extender für Elektroautos

Der Freikolbenlineargenerator (FKLG): ein neuartiger Range-Extender für Elektrofahrzeuge

Am Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Stuttgart haben Wissenschaftler ein neues Antriebskonzept für Elektroautos entwickelt: den Freikolbenlineargenerator (FKLG). Das ist eine Art Verbrennungsmotor, der Strom erzeugt und die Reichweite erheblich vergrößern kann. Der erzeugte Strom treibt das Auto an, wenn die Batterie leer ist. Im Gegensatz zu herkömmlichen Range-Extendern eignet sich der FKLG für unterschiedliche Kraftstoffe.

Die Akkuladezeit und auch die Ladegeschwindigkeit von Elektroautos sind begrenzt. Daher haben sie zumeist eine kürzere Reichweite als Fahrzeuge mit Verbrennungsmotoren. Hier kommen Reichweitenverlängerer, sogenannte Range-Extender zum Einsatz. Das können Brennstoffzellen sein oder etwa ein Verbrennungsmotor.

Der Freikolbenlineargenerator, der am DLR entwickelt wurde, arbeitet praktisch wie ein Verbrennungsmotor. Allerdings wandelt er die lineare Bewegung des Kolbens nicht erst in eine Drehbewegung der Kurbelwelle um, sondern erzeugt direkt Strom. Ein Kraftstoff-Luft-Gemisch wird im Verbrennungsraum gezündet. Es dehnt sich aus und schiebt die Kolben in Richtung einer Gasfeder. Diese Gasfeder bremst die Kolben ab und drückt sie zurück. Ein Lineargenerator wandelt die Bewegungsenergie der Kolben in Strom um, der den Elektromotor speist.

Flexibles Konzept durch variable Eigenschaften

Die Wissenschaftler des DLR sind weltweit die ersten, denen es gelungen ist, solch einen Energiewandler aus Verbrennungsteil, Lineargenerator und Gasfeder in Betrieb zu nehmen. „Das Prinzip dieses Antriebs ist Ingenieuren seit längerem bekannt. Durch den Einbau einer Gasfeder ist es DLR-Forschern nun erstmals gelungen, das System stabil zu betreiben. Die Herausforderung dabei war, eine besonders leistungsfähige Mechanik mit einer hochdynamischen Regelung zu entwickeln, die das komplexe Zusammenwirken der einzelnen Komponenten steuert“, erklärt Prof. Ulrich Wagner, DLR-Vorstand für Energie und Verkehr, die Neuerung.

Im Gegensatz zu konventionellen Antriebstechnologien kann man beim Freikolbenlineargenerator Verdichtungsverhältnis, Kolbengeschwindigkeit und Hubraum flexibel einstellen. Daher kann man unterschiedliche Kraftstoffe verwenden, von Benzin, Diesel und Erdgas bis hinzu Ethanol oder Wasserstoff. Außerdem kann der Betriebspunkt des Motors beim Fahren so eingestellt werden, dass man möglichst effizient und umweltfreundlich fährt. Zugleich kommt der Freikolbenlineargenerator mit weniger Bauteilen aus als ein herkömmlicher Verbrennungsmotor. Kurbel- und Nockenwelle etwa entfallen.

Neue Möglichkeiten für Elektroautos

Ein Range-Extender wie der Freikolbenlineargenerator macht es möglich, kleinere Batterien in Elektroautos zu verbauen. Kürzere Strecken bis 50 Kilometer, beispielsweise im Stadtverkehr, kann man rein elektrisch fahren. Auf längeren Strecken übernimmt der Range-Extender und macht das E-Mobil so zu einem vielseitigen und Flexiblen Alltagsauto. „Mit unserem Funktionsdemonstrator haben wir erstmals gezeigt, dass sich unser Prinzip des Freikolbenlineargenerators umsetzen lässt. Im nächsten Schritt wird es darum gehen, gemeinsam mit der Industrie diese Technologie weiterzuentwickeln und einen Prototyp zu bauen“, so Prof. Horst E. Friedrich, der Leiter des DLR-Instituts für Fahrzeugkonzepte.

Das DLR hat einen Technologietransfervertrag mit der Universal Motor Corporation GmbH geschlossen und wird die weitere Entwicklung wissenschaftlich begleiten. So müssen Größe und Gewicht des Freikolbenlineargenerators noch optimiert werden, um ein oder mehrere Aggregate im Fahrzeug-Unterboden unterzubringen. Dann ließe sich Schätzungen zufolge eine zusätzliche Reichweite von 600 Kilometern realisieren, ohne das Elektrofahrzeug mit zusätzlichem Gewicht zu belasten.

Josephin Lehnert

1 Kommentar

  • Glückwunsch ans DLR in Stutgart.

    Schön das sie über 30 Jahre nach der Patentanmeldung des Freikolbenmotors durch einen Görlitzer diesen jetzt auch im Westen erfunden haben. Da der Erfinder des Motors nicht mehr lebt und auch das Patent längst abgelaufen ist blebt nun zu wünschen das ihnen mehr Erfolg bei der Vermarktung beschieden sei.

    Sie als *anerkannte* Forschungseinrichtung mit Weststandort haben zweifellos den besseren Fördermittelzugang und die besseren Industrieverbindungen als ein privater Erfinder im Osten.

    Mit erfinderischen Gruß
    Frank Fetzko