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Deutsches Luft- und Raumfahrtzentrum

Freikolbenlineargenerator als Range Extender

| Redakteur: Thomas Günnel

Ein neues Antriebskonzept für die Reichweitenverlängerung von Elektrofahrzeugen haben Wissenschaftler des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Stuttgart entwickelt. Der sogenannte Freikolbenlineargenerator (FKLG) ist prinzipiell ein Verbrennungsmotor – der den Strom aber direkt erzeugt und nicht über eine Drehbewegung.

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Forschern des Deutschen Luft- und Raumfahrtzentrums gelang es nach eigenen Aussagen, den weltweit ersten Energiewandler, bestehend aus Verbrennungsteil, Lineargenerator und Gasfeder, erfolgreich in Betrieb zu nehmen. Der Generator ist zum Beispiel als Range Extender in Elektrofahrzeugen denkbar.
Forschern des Deutschen Luft- und Raumfahrtzentrums gelang es nach eigenen Aussagen, den weltweit ersten Energiewandler, bestehend aus Verbrennungsteil, Lineargenerator und Gasfeder, erfolgreich in Betrieb zu nehmen. Der Generator ist zum Beispiel als Range Extender in Elektrofahrzeugen denkbar.
(Grafik: Deutsches Luft- und Raumfahrtzentrum)

Beim Freikolbenlineargenerator handelt es sich um eine besondere Ausprägung eines Freikolbenmotors. Die Besonderheit derartiger Motoren ist die schwingende Kolbeneinheit: Deren Bewegung ist nicht durch einen Kurbeltrieb vorgegeben. Beim Freikolbenlineargenerator schwingt die Kolbeneinheit zwischen zwei Kompressionsräumen: In einem wird ein Kraftstoff-Luft-Gemisch gezündet – Teilsystem Verbrennung – und in dem anderen wird ausschließlich Luft komprimiert und wieder expandiert –Teilsystem Gasfeder.

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Permanentmagneten in der Kolbeneinheit

Zwischen den beiden Kolben sind Permanentmagneten in die Kolbeneinheit integriert und bewegen sich zwischen Spulenkörpern. Permanentmagneten und Spulenkörper bilden zusammen den Lineargenerator. Durch die entstehende lineare Bewegung lässt sich die durch die Verbrennung zugeführte Energie im Lineargenerator elektrisch auskoppeln und dem Speicher oder Antriebsmotor zur Verfügung stellen. Prinzipiell basiert das Teilsystem Verbrennung auf dem Funktionsprinzip eines Zweitaktmotors. Eine Viertaktvariante ist grundsätzlich auch denkbar – jedoch mit höherem konstruktivem Aufwand – weshalb die Forscher des DLR bislang auf die Zweitaktvariante fokussieren.

Flexibler Hubraum und Verdichtung

Verglichen mit konventionellen Antriebstechnologien lassen sich beim Freikolbenlineargenerator das Verdichtungsverhältnis, die Kolbengeschwindigkeit und der Hubraum flexibel einstellen. Deshalb können unterschiedliche Kraftstoffe zum Einsatz kommen –zum Beispiel Benzin, Diesel, Erdgas, Ethanol oder Wasserstoff. Aufgrund seiner variablen Eigenschaften lässt sich der DLR-Range-Extender je nach Geschwindigkeit und Fahrverhalten auf den optimalen Betriebspunkt ausrichten. Außerdem kommt der Freikolbenlineargenerator mit weniger Bauteilen aus: Zum Beispiel entfallen die Kurbel- und Nockenwelle.

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