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StartseiteForschung aktuellMotor ohne Dreh18.04.2013

Motor ohne Dreh

Stuttgarter Forscher entwickeln neuartigen Generator

Schon lange versuchen Autohersteller, das perfekte Hybridfahrzeug zu entwickeln. Doch es scheint nicht ganz einfach, ein zuverlässiges Konzept zu finden, bei dem ein Verbrennungsmotor leere Akkus schnell wieder auflädt. Einen gänzlich neuen Weg beschreiten dabei jetzt Ingenieure in Stuttgart.

Von Sönke Gäthke

Die Stuttgarter Forscher sehen den Freikolbenlineargenerator vor allem als Reichweiten-Erweiterer in Hybridautos.  (dpa / picture alliance / AAP)
Die Stuttgarter Forscher sehen den Freikolbenlineargenerator vor allem als Reichweiten-Erweiterer in Hybridautos. (dpa / picture alliance / AAP)

"Also wir sind jetzt hier an dem Prüfstand zum Freikolbenlineargenerator."

und was da hinter der Absperrung des mit Röhren, Schaltkästen und Lüftern gespickten Kellerraums des DLR Instituts für Fahrzeugkonzepte flach auf einem Labortisch liegend vor sich hin hämmert, ist er – der Freikolbenlineargenerator.

Freikolben bedeutet: Der Motor hat keine Kurbelwelle, keine Schwungmassen, keine Nockenwelle. Der Kolben saust in einem Zylinder frei hin und her. Und Lineargenerator bedeutet: Der Generator ist nicht rund, wie üblich, sondern flach. Und der Kolben zieht und schiebt beim hin- und her sausen Magnete an Spulen vorbei, und erzeugt so Strom.

Das klingt einfach, ist es aber nicht. So muss zum Beispiel irgendetwas den Kolben wieder zurück an den Anfang schieben, wenn er seine Arbeit getan hat und wieder von vorne anfangen soll. Im Automotor tut das die Kurbelwelle. Bei den Stuttgartern übernimmt das eine Gasfeder.

"Vielleicht gehen wir mal kurz rum",

sagt Florian Kock, um die Feder auf dem Labortisch wenigstens von außen zu zeigen: ein rundes Aluminiumrohr, in dem ein Kolben Luft zusammenpresst – bis seine Energie dafür nicht mehr ausreicht. Dann dehnt sich die Luft wieder aus, und schiebt den Kolben zurück.

"Was man hier noch an der Gasfeder sieht, ist das Ventil der Gasfeder, das brauchen wir, um die Federsteifigkeit dieser Gasfeder einzustellen."

Mehr Luft, und die Feder wird steifer. Der Kolben kann sie dann zwar weniger zusammendrücken. Aber dafür drückt ihn die Feder höher in den Zylinder. Dass heißt, die Verdichtung wird größer; und wenn weniger Luft in der Feder ist, kleiner. Die Forscher können also die Verdichtung variieren – davon träumen Motorenentwickler schon lange – um die Verbrennung effizienter zu gestalten.Dazu soll einmal auch das dienen, was die Stuttgarter auf der anderen Seite eingebaut haben: Da –

"haben wir den Verbrennungsteil in diesem Bereich, da kann man zum Beispiel sehen, dass hier oben elektromagnetische Ventile angebracht sind."

Große, quadratische Klötze, drei Stück an der Zahl. Sie öffnen und schließen drei Ventile, zwei für Luft, eines für Abgas. Der Brennstoff wird Eingespritzt. Die Ventile wären nicht unbedingt nötig: Der Freikolbenlineargenerator ist ein Zweitakter, und die können ohne Ventile auskommen - Abgas und Frischgas spülen dann durch Schlitze in der Zylinderwand. Aber die Schlitze lassen sich – im Gegensatz zu Ventilen – gar nicht steuern. Auf Flexibilität kam es den Stuttgarter Forschern aber an, um möglichst viele Vorteile zu erzielen:

"Wir sagen immer, wir haben hier eine Kombination von mehreren Vorteilen, da ist zum einen zu erwähnen, dass wir sehr effizient fahren, mit einem hohen Wirkungsgrad."

In Zahlen bedeutet das, knapp 40 Prozent der im Treibstoff steckenden Energie wird in Strom umgesetzt.

"Darüber hinaus können wir diesen hohen Wirkungsgrad nicht nur mit einem Treibstoff halten, sondern wir können ganz viele verschiedene Kraftstoffe fahren, die alle effizientest möglich verbrennen."

Der Motor soll also Benzin, Ethanol, Methan, Gas oder noch unbekannte künstliche Treibstoffe verfeuern können.

"Ein weiterer Vorteil ist, dass er sehr kompakt baut. Er ist zwar recht lang, aber dafür sehr flach, und das bietet sich natürlich an, also so ein System im Unterboden eines Fahrzeugs unterzubringen."

Und da, so die Hoffnung der Stuttgarter Forscher, wäre er in einem Elektroauto ideal aufgehoben – als Range Extender, Reichweiten-Erweiterer. Das sind kleine Motoren, die ein Elektroauto mit Strom versorgen sollen, wenn die Batterien leer sind. Ob sie damit richtig liegen, hängt zum Teil davon ab, ob der Funktionsdemonstrator die Erwartungen erfüllt. Für die Praxis muss der Freikolbenlineargenerator dann auch deutlich besser sein als konventionelle Motoren mit Generator oder auch Brennstoffzellen. Immerhin haben Wissenschaftler nach rund zehn Jahren Entwicklungsarbeit schon mal einen ersten Erfolg erreicht: Dass das Konzept überhaupt funktionieren würde, hatte eine Reihe von Experten bezweifelt.

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