Dienstag, 19. Februar 2013
Der Freikolbenlineargenerator (FKLG): ein neuartiger Range-Extender für Elektrofahrzeuge
Als weltweit erstes Team haben die DLR-Forscher aus Stuttgart die Machbarkeit des Freikolbenlineargenerators auf einem eigens dafür entwickelten Prüfstand nachgewiesen
Quelle: DLR (CC-BY 3.0).
Kontrollraum des FKLG-Labors am DLR-Institut für Fahrzeugkonzepte
Eine besonders leistungsfähige Mechanik in Kombination mit einer hochdynamischen Regelung steuern die einzelnen Komponenten des Freikolbenlineargenerators (FKLG): Verbrennungsteil, Lineargenerator und Gasfeder.
Batterie alle? - Als Range-Extender versorgt der Freikolbenlineargenerator Elektroautos mit dem notwendigen Strom
Beim Freikolbenlineargenerator können unterschiedliche Kraftstoffe zum Einsatz kommen - von Benzin, Diesel und Erdgas bis hin zu Biosprit und Wasserstoff.
Wissenschaftler des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Stuttgart haben ein grundsätzlich neues Antriebskonzept entwickelt, um die Reichweite von Elektrofahrzeugen zu vergrößern: Der Freikolbenlineargenerator (FKLG) ist ein Verbrennungsmotor, der Strom erzeugt. Dieser Strom treibt das Elektroauto an, wenn die Batterie leer ist. Im Gegensatz zu konventionellen Range-Extendern können im Freikolbenlineargenerator unterschiedliche Kraftstoffe zum Einsatz kommen.
Die Stuttgarter Forscher vom DLR-Institut für Fahrzeugkonzepte haben die Machbarkeit dieser Technologie auf einem eigens dafür entwickelten Prüfstand nachgewiesen. Sie sind damit weltweit die ersten, denen es gelungen ist, einen solchen Energiewandler bestehend aus Verbrennungsteil, Lineargenerator und Gasfeder erfolgreich in Betrieb zu nehmen. "Innovative Lösungen wie der Freikolbenlineargenerator helfen dabei, Elektromobilität alltagstauglich zu machen, und zeugen von der wissenschaftlichen Stärke des Standorts Baden-Württemberg", bilanzierte Rolf Schumacher, Ministerialdirektor im Ministerium für Finanzen und Wirtschaft Baden-Württemberg anlässlich der öffentlichen Vorstellung des Projekts.
Neuer struktureller Ansatz mit leistungsfähiger Regelung
"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", beschreibt Prof. Ulrich Wagner, DLR-Vorstand für Energie und Verkehr, die Neuerung.
Der Freikolbenlineargenerator arbeitet ähnlich wie ein herkömmlicher Verbrennungsmotor. Er wandelt jedoch die lineare Bewegung der Kolben nicht erst in eine Drehbewegung der Kurbelwelle um, sondern erzeugt direkt Strom. Im Verbrennungsraum wird ein Kraftstoff-Luft-Gemisch gezündet, das sich ausdehnt und die Kolben in Richtung der Gasfedern schiebt. Diese bremsen die Kolben ab und drücken sie zurück. Der Lineargenerator wandelt die Bewegungsenergie der Kolben in Strom um, der den Elektromotor versorgt. Die von den DLR-Ingenieuren entwickelte Regelung steuert beispielsweise bis auf ein Zehntel eines Millimeters genau die Bewegung der Kolben. Gleichzeitig erkennt sie Schwankungen im Verbrennungsprozess und gleicht diese aus.
Optimale Betriebsstrategie durch variable Eigenschaften
Im Vergleich zu konventionellen Antriebstechnologien lassen sich beim Freikolbenlineargenerator das Verdichtungsverhältnis, die Kolbengeschwindigkeit und der Hubraum flexibel einstellen. Deshalb können unterschiedliche Kraftstoffe zum Einsatz kommen - von Benzin, Diesel und Erdgas bis hin zu Ethanol oder Wasserstoff. Durch seine variablen Eigenschaften lässt sich der DLR-Range-Extender je nach Geschwindigkeit und Fahrverhalten immer auf die optimale Betriebsstrategie ausrichten. "Wir können also den Betriebspunkt des Motors beim Fahren so einstellen, dass wir möglichst effizient und umweltfreundlich unterwegs sind", fasst der Leiter des DLR-Instituts für Fahrzeugkonzepte, Prof. Horst E. Friedrich, zusammen. Gleichzeitig kommt der Freikolbenlineargenerator mit weniger Bauteilen aus. Beispielsweise entfallen mit der Kurbel- und Nockenwelle Bauteile, die in jedem herkömmlichen Verbrennungsmotor zwingend erforderlich sind.
Elektroautos flexibler machen
Besonders effizient arbeitende Range-Extender wie der Freikolbenlineargenerator sind mehr als bloße Notfall-Aggregate. Der Freikolbenlineargenerator ermöglicht es, Elektrofahrzeuge mit einer wesentlich kleineren Batterie auszustatten und trotzdem die Vorzüge des elektrischen Fahrens bestmöglich zu nutzen: Kurze Strecken bis zu fünfzig Kilometern, zum Beispiel in der Innenstadt, können rein elektrisch gefahren werden. Bei längeren Strecken übernimmt der Range-Extender. Er bietet die gewohnte Sicherheit und Unabhängigkeit eines Verbrennungsmotors. Als Brückentechnologie macht er Elektromobilität für ein breites Publikum interessant.
Technologietransfer in die Industrie
"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", erläutert Institutsleiter Friedrich. Dazu hat das DLR einen Technologietransfervertrag mit der Universal Motor Corporation GmbH geschlossen und wird die weiteren Arbeiten wissenschaftlich begleiten. Unter anderem gilt es, Gewicht und Größe des Freikolbenlineargenerators so zu optimieren, dass ein oder mehrere Aggregate im Unterboden eines Wagens Platz finden. Auf diese Weise ließe sich nach ersten Schätzungen eine zusätzliche Reichweite von rund 600 Kilometern realisieren ohne das Fahrzeug schwerer zu machen.
Zuletzt geändert am:19.02.2013 11:46:58 Uhr
02.04.2013 14:04 - von Frank Carlo Purder
Wenn Sie nicht wollen, daß diese phantastische Technologie zwar Ihre Portemonnaies füllt aber erst nach dem Weltuntergang zum Einsatz kommt, dann geben Sie das Patent, wenn überhaupt, für die Allgemeinheit frei und schützen es vor dem Zugriff der großen Autokonzerne. Nehmen Sie z.B. Kontakt mit Mahindra Reva Kontakt auf! Der ist mit Sicherheit brennend daran interessiert. Sie täten der Welt einen Gefallen damit! Danke
09.04.2013 22:04 - von Der Ketzer
Na? Was ist denn nun aus der Geschichte geworden? Die letzte Pressemitteilung der UMC GmbH stammt aus dem Jahr 2009 und die Kooperation mit dem DLR wurde bereits im Jahr 2008 bekanntgegeben!Wahrscheinlich wird es nie zu einer Markteinführung kommen oder andere (ausl. Unternehmen) werden letztlich die Idee vermarkten. So, wie seinerzeit beim MP3-Player ... (wohl wieder einmal rausgeschmissene Fördergelder!?)Kaum zu verstehen, dass die hochqualifizierten und fähigen Ingenieure noch einen Sinn in ihrer Arbeit sehen und nicht längst ins Ausland abgewandert sind, wo sie möglicherweise viel mehr verdienen könnten als im eigenen Land.Unser Land hat keinen Fachkräfte-, sondern einen Führungskräftemangel!
07.05.2013 09:05 - von alau
Peugeot bewirbt sein neuestes Auto „Peugeot 3008 Hybrid4“ als eine so „tolle“ Errungenschaft der Technik. In meinen Augen lächerlich! Dabei ist es doch egal, ob neben dem Elektromotor auch noch ein Diesel- oder ein Benzinmotor zusätzlich für direkten Antrieb sorgt. Denn Fakt ist: Das Getriebe und die Kurbelwelle wären überflüssig und der Verbrennungsmotor könnte kleiner gestaltet werden, wenn der Vortrieb rein elektrisch wäre. So würde der Verbrennungsmotor als Stromaggregat arbeiten. Auf den Schienen gibt es diese Technik schon lange: die dieselelektrische Lokomotive!Ein Lob an die DLR also, dass dieser Gedanke endlich umgesetzt wurde. Diese Technik sollte per Gesetz vorgeschrieben werden, damit die Technik schnell in Anwendung geht. Wir könnten heute schon umweltfreundlicher Auto fahren und die DLR könnte ganz ohne Stress weiter forschen und z.B. die Effizienz der Akkus erhöhen.
22.05.2013 23:05 - von Dr. B.Meyer
Hallo, auch mich interessiert es, wie es z.Zt. weitergeht. Warum hört man so wenig?Hoffentlich läuft es nicht so, wie beim "Stelzer Motor". Im Internet sind aufschlußreiche Zitate aus der Automobilindustrie über ihr "Interesse" zu finden.Auch die Idee des Stelzer Motor sollte weiter verfolgt werden!
23.05.2013 09:05 - von Florian Kock, Projektleiter FKLG
Hallo Herr Dr. Meyer und Vorredner,um hier keinen falschen Eindruck entstehen lassen: Das Projekt ist weiterhin aktuell und der Motor "lebt". Gerade in diesem Moment kann ich hören, wie mein Kollege im Labor Versuche fährt (ja, unseren aktuellen Versuchsträger hört man im Gegensatz zu einem späteren Serienprodukt noch sehr deutlich). In der Folge der medialen Berichterstattung haben die Anfragen aus der Industrie deutlich zugenommen. Besichtigungen und Gespräche haben stattgefunden und werden in nächster Zeit stattfinden. Natürlich ist das alles beileibe noch kein Garant dafür, dass wir eines Tages tatsächlich einen FKLG auf der Straße sehen werden - einen Anlass, vom Gegenteil auszugehen, gibt es aber ebensowenig.
27.05.2013 10:05 - von Dr.N.Ramani
Anstatt der Gasdruckfeder, wenn Sie einen gleichen Verbrennungsmotorzylinder einbauen wuerden, koennten Sie theoretisch die Leistung des Motors verdoppeln, mit dem gleichen Raum.Nicht wahr? Ich waere Ihnen verbunden fuer ihre freundliche Antwort.Dr.N.RamaniPrincipal,NTTF School of Postgraduate Studies,23 / 24 Peenya Industrial Area II Phase,Bangalore 560058, INDIEN
27.05.2013 12:05 - von Der Ketzer
... wäre schon nicht schlecht, wenn man die Teile (auch) irgendwann im Auto-Zubehör bekäme. Wenn die Patente erst mal in den Schubladen der großen Konzerne landen, wird der Einsatz in Fahrzeugen so teuer gestaltet, dass es aufgrund der hohen Preise wieder heißt, die Konsumenten hätten kein Interesse, womit man dann wieder einen Grund hätte, weiter die zwar immer aufwändiger gebauten aber dennoch primitiven Verbrennungsmotoren für den Antrieb zu verwenden.Schauen Sie sich doch die Motoren von heute an. Sie sind bei vergleichbarer Leistung zu einem 1600er Käfer-Motor zwar mit viel mehr Elektronik ausgestattet, saufen aber im Echtbetrieb nach wie vor ihre 7-8 Liter.Suchen Sie sich einen Investor, der nicht mehrheitlich schon den Öl-Multis gehört. Dann könnte es mit einer Markteinführung vielleicht doch noch etwas werden, bevor ich in Rente gehe ... ;-)
21.06.2013 15:06 - von Florian Kock, Projektleiter FKLG
Hallo Herr Dr. Ramani, die Verwendung eines zweiten Verbrennungszylinders erscheint natürlich wegen der zweifelsohne höheren Leistungsdichte attraktiv, jedoch wird das System dabei regelungstechnisch erheblich schwerer beherrschbar. In der Vergangenheit gab es einige Projekte, in denen eine derartige Bauweise versucht wurde, über erfolgreiche Umsetzungen ist jedoch nicht viel bekannt. Grüße nach Indien!
Einen Range-Extender irgendwann im Autozubehör anzubieten, halte ich für schwierig. Zwar kann der FKLG oder auch ein anderer REX auch an vom Kunden zugänglichen Positionen untergebracht werden, die Fahrzeugintegration beinhaltet aber doch ein wenig mehr als nur das Aggregat in den Kofferraum einzuladen. Denke Sie nur an die zusätzliche im Fahrzeug vorzusehene Peripherie wie Tank, Kühler oder Abgasanlage und dann an die steuerungstechnische Einbindung in die bestehende Antriebsstrangarchitektur.
29.09.2013 23:09 - von mzawi2
I published my idea much earlier. https://www.youtube.com/watch?v=ju_1b9vmGnM