(WK-intern) – Um die Reichweite von Elektrofahrzeugen zu vergrößern, haben Wissenschaftler des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Stuttgart ein grundsätzlich neues Antriebskonzept entwickelt: den Freikolbenlineargenerator.

Die Ingenieure vom DLR-Institut für Fahrzeugkonzepte sind weltweit die ersten, denen es gelungen ist, einen solchen Energiewandler erfolgreich in Betrieb zu nehmen.

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 Gegensatz zu konventionellen Range-Extendern können im Freikolbenlineargenerator unterschiedliche Kraftstoffe zum Einsatz kommen. Gleichzeitig zeichnet er sich durch hohe Wirkungsgrade bei geringen Abgasemissionen aus.

Beim Freikolbenlineargenerator wird in einem Verbrennungsteil Kraftstoff verbrannt, wodurch der Freikolben beschleunigt wird.

Auf der Kolbeneinheit befinden sich Permanentmagneten. Durch die entstehende lineare Relativbewegung zwischen Permanentmagneten und Primärteilen kann die durch die Verbrennung zugeführte Energie elektrisch ausgekoppelt werden.

Der Kolben wird durch die Kompression des Gasfederraums gebremst und in Richtung des Verbrennungszylinders zurückgestellt. Die Kolbeneinheit schwingt prinzipbedingt frei und wird einerseits vom Verbrennungszylinder und andererseits von der Gasfeder begrenzt.

Proof of Concept des Freikolbenlineargenerators – Weltweit erstmalige Inbetriebnahme

Im Projekt FKLG wird dieser Tage der Proof of Concept für ein neuartiges Range-Extender-Aggregat erbracht. Weltweit erstmalig wird ein Freikolbenmotor der am DLR realisierten Bauart autark am Prüfstand in Betrieb genommen. Unter Verzicht auf den in vorausgegangenen Versuchsreihen stets verwendeten hydraulischen Hilfsaktuator kann das Kolbensystem nun frei schwingen. So wird der FKLG erstmals seiner eigentlichen Aufgabe gerecht: Er generiert elektrische Energie!

Gegenüber herkömmlichen Verbrennungsmotoren bietet der FKLG mehrere Potenziale:

• Anpassung von Hub, Verdichtungsverhältnis und Kolbentrajektorie an den Betriebspunkt
• Verbesserte Teillastwirkungsgrade
• Kompakte Bauweise
• Ausgeglichene Massenkräfte
• Niedrige Herstellkosten
• Flexfuel-Tauglichkeit

In den letzten Jahren wurde die Teilsysteme Verbrennung, Gasfeder und Lineargenerator entwickelt.  Für die Untersuchungen wurde ein weltweit einzigartiger vollvariabler hydraulischer Prüfstand aufgebaut, mit dem die Freiheitsgrade variabler Hub, variable Verdichtung und variable Kolbenbewegung umgesetzt werden können. Der Fokus liegt momentan auf der Realisierung eines autark lauffähigen Gesamtsystems, mit dem die Technologie Freikolbenlineargenerator demonstriert werden kann. Dafür werden Simulationen, Baugruppen und Steuerungsalgorithmen entwickelt, mit denen das autarke System sicher betrieben werden kann.

PM: DLR

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