Technik Mehr Reichweite für Elektroautos

Von Martin Schäfer 

Ein Verbrennungsmotor kann Elektroautos mit Strom versorgen, wenn der Akku leer ist. Am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt in Stuttgart präsentieren Forscher nun einen Motor, der flexibel mit jeder Art von Kraftstoff betrieben werden kann.

Großer Andrang bei der Präsentation des Freikolbenlineargenerators in Stuttgart-Vaihingen Foto: Achim Zweygarth
Großer Andrang bei der Präsentation des Freikolbenlineargenerators in Stuttgart-VaihingenFoto: Achim Zweygarth

Stuttgart - Wer heute in ein Elektroauto einsteigt, ist erstmal enttäuscht. Zu gering erscheint die Reichweite. Bei den blauweißen Elektrokleinstflitzern, die derzeit auf Stuttgarts Straßen unterwegs sind, kommt die Reichweite bei Vollaufladung beispielsweise kaum über 100 Kilometer hinaus. Doch Ingenieure sind findig und schließen die Reichweitenlücke zwischen Verbrennungs- und Elektroaggregaten auf zweierlei Weise: Bei Hybridfahrzeugen ergänzen sie den klassischen Otto- oder Dieselmotor mit einem Elektroantrieb, etwa fürs Anfahren, Stadtfahrten oder kurze Strecken über Land.

Im zweiten Fall spendieren sie dem Elektrofahrzeug einen sogenannten Range-Extender, einen Reichweitenverlängerer. Das ist zwar auch ein Verbrennungsmotor, doch er hat nur eine Aufgabe: Er erzeugt Strom. Geht die Batterie zur Neige, lädt der Range-Extender den Akku auf oder treibt direkt die Elektromotoren an.

Wenig Bauteile, wenig Verschleiß

Ein neues Antriebskonzept für einen Range-Extender haben die Forscher des Instituts für Fahrzeugkonzepte am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Stuttgart-Vaihingen vorgestellt. Der Motor hat den etwas sperrigen Namen Freikolbenlineargenerator, gilt aber in der Fahrzeugszene als so spektakulär, dass immerhin 60 Fachleute die offizielle Inbetriebnahme des ersten Demonstrators verfolgten. Anfangs hielten Fachleute das Antriebskonzept nicht für machbar. Dennoch haben sich viele Forschergruppen in den vergangenen Jahrzehnten daran abgearbeitet. „Wir haben das nun nach acht Jahren Entwicklungsarbeit geschafft“, sagt der Institutsleiter Horst Friedrich.

Im Freikolbenlineargenerator bewegt sich ein Kolben frei zwischen zwei Gasräumen. In einem Gasraum zündet der Motor das Kraftstoff-Luft-Gemisch und wirft den Kolben gegen den zweiten, nur mit Luft gefüllten Raum. Die Luft wird komprimiert und drückt den Kolben zurück, der dann im nächsten Takt seinerseits das Kraftstoff-Luft-Gemisch komprimiert bis zur nächsten Zündung. Auf dem Kolben sind Permanentmagnete angebracht, die durch eine feste Spulenwicklung im Gehäuse laufen. Das erzeugt den Strom.

Für den Projektleiter Frank Rinderknecht hat der Motor gleich mehrere Vorteile. Zum einem kommt das Gerät mit nur wenigen Bauteilen aus. Verluste durch Reibung und Verschleiß können so gemindert werden. Die Linearbewegung des Kolbens muss nicht über die Kurbelwelle in eine Drehbewegung übersetzt werden. Dass der Kolben ohne Fixierung über Pleuelstange und Kurbelwelle frei schwingt, war die größte Herausforderung des Projekts. Denn diese Freiheit gibt den Forschern großen Spielraum bei den anderen Motorparametern: Verdichtung und Hubraum. Für die Verdichtung bedeutet dies zum Beispiel, dass die Verbrennung variabel auf verschiedene Kraftstoffsorten eingestellt werden kann. Der Motor läuft mit Benzin, Erdgas, Ethanol und Wasserstoff.

Für ein Elektroauto ist der Motor noch zu laut

„Wir haben zunächst gezeigt, dass das Konzept aufgeht“, sagt Rinderknecht. Derzeit wummert der Demonstrator im Testlabor des DLR noch mit den Geräuschen eines Presslufthammers vor sich hin. Bis zu einem ersten Prototypen für ein Elektroauto würden noch drei bis vier Jahre vergehen. Der müsste dann auch deutlich leiser sein. „Im Elektroauto möchten die Fahrer keine lauten Motorengeräusche.“

Als Range-Extender könne der neue Antrieb die Reichweite auf viele Hundert Kilometer vergrößern. In Einheiten von der Größe eines Aktenkoffers und einer Leistung von 20 bis 35 Kilowatt könnten Hersteller im Fahrzeugboden modular ein bis vier Aggregate zusammenschalten. Am meisten Freude bereitet den Ingenieuren indes die Flexibilität beim Kraftstoff. In den USA werden Erdgasantriebe wegen der billigen Schiefergasproduktion interessanter, und in Deutschland träumen Ingenieure noch immer von einer Wasserstoffinfrastruktur. In beiden Fällen könnte der Freikolbenlinearmotor seinen Einsatz finden.

Von einem ersten Demonstrator bis in die Serienfertigung, ist es noch ein weiter Weg, sagt Michael Bargende von der Universität Stuttgart. Bargende hat schon viele Ideen kommen und gehen sehen.

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Batterie weiterhin mangelhaft: Was kostet eine neue Batterie für das Elektoauto? 12.000 Euro und mehr, also der Preis eines Keinwagens. Und nach 4 Jahren ist die Batterie wieder hinüber. Dadurch wird der Kilometerpreis unbezahlbar. Es sind Batterien, wie wir sie im Laptop seit Jahen kennen und die halten - besonders unter extremen Belastungen des Autoeinsatzes - kaum 1.000 Ladezyklen durch. Auch in Mobiltelefonen kennt man die nach 2 Jahren deutlich nachlassende Kraft der Akkus, was dort angesichts der Produkt-Kurzebigkeit nur den kritischen Konsumenten auffällt. Die meisen kaufen sofort ein neues Gerät, jedoch fast nie die extrem teuren Akkus nach. Weshalb sollte dies bei den E-Mobil-Batterien anders sein? Es ist prinzipiell die selbe Batterietechnik und damit mangelhaft.

Merkelsche Illusionen für eine Milliarde Euro: Es ist absurd: Seit dem E-Mobil Modellversuch auf Rügen 1993 reden wir von einer Reichweite von 100 Kilometern. Das ist 20 Jahre her! Woher nehmen die Leute diesen Aberglauben, dass alles machbar sei, wenn man nur endlos viel Geld reinsteckt? Haben sie kein historisch-technisches Gedächtnis? Es ist bei den E-Mobil-Batterien so gut wie nichts wirklich vorangekommen. Audi steigt demnächst aus, die anderen drücken sich seit langem und zu Recht vor unattraktiven Miniserien. Statt dessen wird 20 Jahre ein Showtanz um das Elektroauto aufgeführt: auf jeder Messe wurden millionengeförderte Prototypen vorgestellt mit heiligen Versprechungen, was da alles noch kommen soll. Die Wahrheit ist, dass keiner die teuren E-Mobile haben will. Ein Kleinwagen zum Preis der gehobenen Mittelklasse!? Das Spiel ist aus. Merkel bekommt ihre 1 Mio. Elektromobile trotz extremer Geldverschwendung in E-Mobil Schaufenster bis 2020 nicht hin. Sie wurde entweder absichtlich falsch beraten oder hat gemeinsam mit den Autokonzernen geschwindelt. Es sind bis heute nur wenige tausend zugelassene Elektroautos und diese sind bei weitem nicht privat gekauft worden.---|--- Die E-Mobile und Wasserstofftechnik waren schon immer ein willkommenes Ablenkungsmanöver von der Notwendigkeit, bei den ganz normalen Verbrennungsmotorischen Fahrzeugen sofort 'abzurüsten'. Denn mit ein paar kleinen wirkungsvollen Gesetzen und einem Bruchteil der Fördermittel hätte man 1.000 mal mehr erreicht und zwar bei den ganz normalen Kraftstoff-Autos, die seit vielen Jahren auf den Markt kommen.

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