Fluidtechnik Hydraulikzylinder simuliert Größen für einen Freikolbenmotor

Wichtige Ergebnisse bei der Entwicklung eines Freikolbenmotors liefert ein Prüfstand mit Hydraulikzylinder, der erst Kraft- und Bewegungsabläufe der einzelnen Komponenten simuliert, dann dem Systemkolben seine Bewegung aufprägt und am Ende für die Sicherheit bei unerlaubten Kräften verantwortlich ist.

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Föhrenbach GmbH

Conductix-Wampfler GmbH

ACE Stoßdämpfer GmbH

Herbert Hänchen GmbH & Co. KG

Immer schärfere Abgasgrenzwerte erfordern neuartige Antriebskonzepte in der Automobilindustrie. Grund dafür ist der Wirkungsgrad alternativer Antriebskonzepte, der deutlich höher sein soll als in konventionellen Verbrennungsmotoren. Dadurch würden die CO₂-Emissionen verringert.

An einer solchen Lösung arbeitet das Institut für Fahrzeugkonzepte des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt e.V. in Stuttgart. Dort wird ein sogenannter Freikolben-Lineargenerator (FKLG) entwickelt, der die chemische Energie des Kraftstoffs in elektrische Energie umwandelt (Bild 1).

Zuverlässigkeit der Hydraulikzylinder entscheidend

Entscheidend für die Entwicklung eines solchen Systems ist eine Entwicklungsumgebung, die das technisch Machbare ausreizt. Deshalb verwendet das DLR gerade in Prüfständen hydraulische Komponenten, die selbst bei grenzwertiger Belastung optimal arbeiten. So werden die Hydraulikzylinder der Herbert Hänchen GmbH & Co. KG, Ostfildern bei Stuttgart, ständig am Limit betrieben.

Wie der Prüfstand selbst haben diese Testzylinder (Baureihe 326) als Kernkomponenten schon viele erfolgreiche Entwicklungszyklen ermöglicht. Zuverlässigkeit ist dabei sehr wichtig, denn die Hydraulikzylinder sind nicht nur Entwicklungshelfer, sondern beim derzeitigen Projekt auch für die Betriebssicherheit des Prüfstands verantwortlich. Sie übernehmen Fail-Safe-Funktionen.

Freikolbenmotor als Stromgenerator für mittlere und weite Strecken

Seit dem Jahr 2002 arbeitet das DLR an diesem Stromgenerator, der die Effizienz von Antrieben in Straßenfahrzeugen bei verringerter Baugröße steigern soll. Die Erfahrung zeigt, dass herkömmliche Antriebe, die mit elektrischer Energie aus Akkumulatoren versorgt werden, nur den innerstädtischen Anforderungen genügen.

Auf längeren Strecken sind Alternativen erforderlich, weil Akkumulatoren mit deutlich höherer Ladungskapazität wesentlich größer dimensioniert sein müssten und lange Aufladezeiten beanspruchen würden. Deshalb benötigen sogenannte Range-Extender-Fahrzeuge für Mittel- und Langstrecken zusätzlich einen Stromgenerator, der aus Kraftstoff elektrische Energie erzeugt.

Die Anforderungen an ein solches Range-Extender-Modul sind vielfältig: Zusätzlich zur Verbrauchs- und Emissionsreduzierung stehen vor allem das Packaging, das Geräuschverhalten, die Kraftstoffvariabilität und die Kosten im Vordergrund. Der Freikolben-Lineargenerator (FKLG) hat das Potenzial, diese Anforderungen in der Gesamtheit deutlich besser zu erfüllen als bestehende Energiewandler.

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