Der Freikolbenlineargenerator, der neue Antrieb für die Elektromobilität

Florian Kock bringt neuen Antrieb für die Elektromobilität / Pressebild: DLR
Florian Kock bringt neuen Antrieb für die Elektromobilität / Pressebild: DLR
Florian Kock bringt neuen Antrieb für die Elektromobilität / Pressebild: DLR

Florian Kock bringt neuen Antrieb für die Elektromobilität

(WK-intern) – Für manche ein Zungenbrecher, für Florian Kock hingegen Faszination und Gegenstand seiner täglichen Arbeit: Der Freikolbenlineargenerator FKLG.

Florian Kock arbeitet am DLR-Institut für Fahrzeugkonzepte in Stuttgart an der Weiterentwicklung dieses neuen Motorenprinzips.

Zusammen mit seinem Team forscht er an einer nachhaltigen und neuen Antriebsform für Hybridautos, die in zehn Jahren schon Standard sein könnte.

Schon während er an seiner Doktorarbeit schrieb, wurde Florian Kock zum Projektleiter. Bei der ihm eigenen Bescheidenheit klingt aber auch ein wenig Stolz durch: “Es geht wahrscheinlich nicht aus jeder Doktorarbeit hervor, dass man ein neuartiges Motorprinzip weltweit erstmalig realisiert”, sagt Florian Kock schmunzelnd. Das Konzept eines freischwingenden Kolbens ist in Forscherkreisen bereits seit 1928 bekannt. Doch keiner schaffte es, die Theorie so in die Praxis umzusetzen, wie es sich das DLR vor zehn Jahren auf die Fahnen schrieb. Florian Kock ist seit 2010 dabei und arbeitet als Projektleiter mit vier Wissenschaftlern und etwa ebensovielen Werksstudenten zusammen. Nach mehreren Jahren intensiver Teamarbeit konnte das Team Anfang 2013 nachweisen, dass das Prinzip eines FKLG funktioniert (“Proof of Concept”). “Das war möglich, weil wir bei der Planung und dem Bau zum Glück die richtigen Prioritäten gesetzt haben”, blickt Kock zurück.

Liebe zur Geschwindigkeit

Aber nicht nur beim DLR kommt Florian Kock gerne schnell voran. Im Sommer verbringt er seine Freizeit auf dem Renn- oder Motorrad. Geschwindigkeit fasziniert den gebürtigen Hamburger. Seine Doktorarbeit beim Verkehrsinstitut für Fahrzeugkonzepte hat ihn nach Stuttgart gezogen. Anfangs war die Sehnsucht nach dem Norden groß. Inzwischen hat er sich in Süddeutschland eingelebt. Florian Kock stellte schnell fest, dass es nicht weit in die Alpen ist – und entdeckte seine Leidenschaft fürs Snowboard fahren.

Zwischen Prüfstand und Computer

Der viele Sport ist auch eine willkommene Abwechslung zur Arbeit am Computer. Normalerweise besteht sein Tag zu 90 Prozent aus Computerarbeit und Meetings sowie zu zehn Prozent aus praktischer Arbeit am Prüfstand. “In der heißen Phase des ‚Proof of Concept‘ war ich aber wesentlich öfter am Prüfstand”, erklärt er, während er den circa 30 Quadratmeter großen Prüfstandraum im Keller des Stuttgarter DLR-Instituts aufschließt. “Die Hardware haben wir komplett alleine aufgebaut.” Sein Blick wandert über die metallene Abdeckung des FKLG. “Dass da auch mal was schief geht ist klar. Aber das ist auch das Besondere an unserem kleinen Team. Wenn es mal hektisch wird, packt jeder mit an.”

Es ist ein sarggroßes Ungetüm aus Stahl, Kabeln und Drähten. Florian Kock kennt es wie seine Westentasche. “Ich hatte wahrscheinlich jede einzelne Schraube mindestens einmal in der Hand.” Und das sind etliche. Der Prüfstand ist ein unwirtlicher Ort. Geräte surren, eine metallene Kälte liegt in der Luft. Florian Kock aber blickt fast liebevoll auf den Dschungel aus Kabeln, Schläuchen, Steuerungselektronik, runden und eckigen Behältern, Stahltrommeln und Werkzeugen. Dann festigt sich sein Blick: “Werkzeuge sollten hier eigentlich nicht herumliegen”, stellt er fest. An einer Werkbank können vor Ort noch kleinere Sonderanfertigungen fertiggestellt, vormontiert oder gelötet werden. “Manchmal wird sie aber auch als Ablage missbraucht”, sagt Kock mit einem Augenzwinkern, “das sehe ich aber nicht so gerne”.

Reisen bildet

Als 2013 mit dem “Proof of Concept” gezeigt wurde, dass das Prinzip FKLG funktioniert, packte Florian Kock das Fernweh. Der Zeitpunkt war günstig: ein Meilenstein bei der FKLG-Projektleitung gerade erfolgreich abgeschlossen, die Dissertation war fertig zusammengeschrieben und die Institutsleitung bekräftigte ihn in seiner Entscheidung. Zunächst ging es an die Universität von Buenos Aires. Dort schärfte sich auch sein Blick auf unterschiedliche Standards im Forschungsbetrieb: “Zu sehen, wie dort geforscht wird, war eine extrem interessante Erfahrung. Mittel, mit denen wir hier in Deutschland beim DLR wie selbstverständlich arbeiten, sind dort einfach nicht existent. Das ist natürlich den Möglichkeiten des Landes geschuldet, aber seitdem sehe ich die Forschungssituation hier zuhause mit ganz anderen Augen.”

Das Prinzip FKLG

Wieder zurück am Institut ist die Arbeit am Freikolbenlineargenerator-Projekt nicht weniger geworden. Schon der Name verrät das Programm – der Kolben im Lineargenerator bewegt sich tatsächlich frei. Das bedeutet, dass er sich nicht zwingend zwischen zwei mechanisch definierten Endpunkten bewegt (siehe Info-Kasten). “Das war von Anfang an eine der größten Herausforderungen”, erklärt Kock. Denn dabei kann auch vieles schiefgehen. Wenn sich der Kolben auch nur ein Stückchen zu weit bewegt, schlägt er im Zylinderkopf am Ende der Apparatur ein und es entsteht ein riesiger Schaden. Das wäre nicht nur kostspielig, sondern auch gefährlich. Deshalb überwachen die Wissenschaftler die Tests mit dem FKLG aus einem separaten Steuerraum – hinter 3 cm dickem Panzerglas. Mindestens zwei DLR-Mitarbeiter schauen während dieser Testläufe gebannt auf die fünf installierten Monitore. Neben der Spannung, ob die Versuche wie geplant laufen, ist der FKLG zudem extrem laut. “Noch hört es sich an als ob man direkt neben einem Presslufthammer steht. Das ist auch einer der Punkte an denen wir gerade arbeiten”, erläutert Florian Kock.

Ein anderer Punkt ist die schiere Größe. Zum jetzigen Zeitpunkt ist es schwer vorstellbar, dass der FKLG mal leise summend seinen Platz in einem Elektroauto einnehmen wird. Genau das ist nämlich das Ziel. Als Teil eines Hybridantriebs erzeugt der FKLG dort den Strom für den Antrieb, selbst dann, wenn die Batterien leer sind. Was sich nach einem bloßen Notfall-Aggregat anhört, ist in Wahrheit viel mehr als das. Während so ein Hybridauto kürzere Strecken bis zu fünfzig Kilometer, beispielsweise in der Innenstadt, rein elektrisch fahren kann, soll zukünftig bei längeren Strecken bis zu 600 Kilometer der FKLG-Range-Extender übernehmen (siehe Animation).

Herausforderungen erkennen und bewältigen

Aber nicht nur der mechanische Aufbau war eine große Herausforderung. Denn Florian Kock leitet auch die Programmierung der Elektronik und Regelungstechnik. “Wir haben quasi die ‚elektronische Kurbelwelle‘ entwickelt. Was früher ein mechanisches Konstrukt war, haben wir als reine Software darstellen können.” Dass das System funktioniert, ist seit über zwei Jahren erwiesen. Ein wichtiger Bestandteil des Erfolgs ist die eigens entwickelte Datenbanksoftware, in der alle Bauteile katalogisiert sind. “Dieses Tool ist extrem wichtig um bei kleineren Defekten nachvollziehen zu können, was, wann, wo und warum verbaut wurde”, betont der Projektleiter.

Zusammen mit Freunden bewohnt Kock eine kleine Wohnung in der Stuttgarter Innenstadt. “Ich hätte auch kein Problem damit, nochmal die Stadt zu wechseln. Richtig sesshaft bin ich noch nicht. Ich fühle mich immer noch relativ frei”, betont er lächelnd. Derzeit freut er sich jedoch, dass er in einer leitenden Funktion ein innovatives Antriebkonzept voranbringen kann. Nachdem sein Vorgänger mit Abschluss seiner Promotion das DLR-Institut verließ, bekam Florian Kock die Projektleitung anvertraut. “Das war anfangs natürlich der klassische Sprung ins kalte Wasser. Aber auch eine riesige Chance, die ich nicht missen möchte.”

PM: DLR

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