Der Stirling-Motor (oder Heißluftmotor) erklärt

1820, als überall Dampfmaschinen betrieben wurden, bauten Robert Stirling, ein schottischer Pfarrer, und sein Bruder James einen neuen Motor. Sie nutzten eine Außenverbrennung, zusätzlich war Heißluft für den Betrieb des Motors ausreichend. Dieses Prinzip hat der englische Flugpionier Sir George Cayley bereits zwanzig Jahre zuvor theoretisch entwickelt.
Stirling geht von der Grundeigenschaft der Luft aus, dass sie bei steigender Temperatur mehr Platz benötigt. Wenn das Volumen konstant bleibt, steigt der Druck an. Alle Wärmekraftmaschinen arbeiten wegen dieser Eigenschaft. Das Grundprinzip des Stirlingmotors wird im Folgenden beschrieben.

Animation: Stirlingmotor.
vergrößern (51 K, 800 * 600) , langsame Animation (51 K, 330 * 320) , beschrieben (51 K, 400 * 340)
Arbeitsweise des Stirlingmotors Eine Maschine, deren Zylinder abwechselnd gekühlt und wieder aufgeheizt wird, würde ebenfalls funktionieren. Aber für die Temperaturänderung des Zylinders würden große Energiemengen verschwendet werden. Stirling entwickelte deshalb ein neues Prinzip: Er verwendet zwei Zylinder und zwei Kolben: einen Arbeits- und einen Verdrängerkolben. Der Zylinder links wird ständig oben erhitzt, während er im unteren Teil gekühlt wird. Der verdrängte Kolben links dichtet nicht ab, er hat eine poröse Struktur, die Luft durchlässt. Befindet sich der Verdrängerkolben nun im unteren Totpunkt, wird Luft stark aufgeheizt und der Druck drückt auf den Arbeitskolben rechts, der nun nach rechts gleitet. Der linke Kolben wird nun durch die Kopplung der beiden Kolben nach oben gezogen. Die Luft wird stark abgekühlt, und zusammen mit der Kompressionsarbeit vom Schwungrad wird der Arbeitskolben wieder nach links gebracht, der Verdrängungskolben gleitet nach unten und die Luft wird wieder erwärmt.

Der Regenerator

Robert Stirling nannte den Verdrängerkolben auch Regenerator. In der oberen Animation wird nur ein schwammartiger Kolben verwendet, aber in anderen Konstruktionen, z.B. Als Kolben wird ein dichtes Drahtgeflecht verwendet. Dieser Regenerator kann, wie der Name schon sagt, die Luft "regenerieren". Wenn der Kolben nach oben geht, wird er von warmer Luft durchströmt und nimmt dann einen Teil der Energie der Luft auf - er speichert sie. Wenn der Kolben nach unten geht, wird er jetzt von kalter Luft durchströmt und gibt seine gespeicherte Energie ab. Gleichzeitig kühlt das Drahtgeflecht ab. Der Kolben hilft so, Energieverluste zu vermeiden. Auch aufgrund des Regenerators erreichen Stirlingmotoren hervorragende Wirkungsgrade.

Der Stirling-Motor (oder Heißluftmotor) erklärt

Grafik: Regenerator. T1 ist eine höhere Temperatur als T2. Der grüne Pfeil zeigt jeweils die Temperaturänderung des Regenerators an, die rot-blauen Pfeile die Temperaturänderung des Gases.
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Moderne Stirlingmotoren Der Stirlingmotor erschien am Anfang als eine gute Alternative zu den Dampfmaschinen, aber der Erfolg war wegen der hohen Produktionskosten (zwei Zylinder) und der kleinen Leistungen verglichen mit seiner Größe nicht so groß. In diesem Jahrhundert, als die Menschen begannen, über die Umwelt nachzudenken, konnte der Stirlingmotor seine Stärken teilweise ausspielen.

Der Stirlingmotor (oder Heißluftmotor) erklärt 1

Grafik: α-Stirlingmotor. Quellquelle: http://members.tripod.de/PeterFette/howdo.htm
Weitere Ansichten des α-Stirlingmotors finden Sie auch an dieser Stelle
beschrieben (17 K, 500 * 300)

Es überzeugt durch sehr ruhigen Lauf, eine hervorragende Effizienz und gute Abgasqualität, da die Verbrennung außerhalb des Zylinders stattfindet. Die Firma Phillips zum Beispiel entwarf 1938 einen Stirlingmotor, der mit Helium als Arbeitsgas betrieben wurde (Leitfähigkeit besser als in Luft). Der Phillips-Motor war ziemlich gut verkauft und konnte mit Solarenergie betrieben werden. So wurde es als mobiler Kühlschrank, zur Stromversorgung kleinerer Geräte sowie auf Satelliten eingesetzt.

Der so genannte α-Stirlingmotor verwendet zwei Kolben, die in V-Anordnung um 90 ° phasenverschoben sind. Der Verdrängerkolben fehlt, ersetzt durch einen fest installierten Regenerator. Der α-Stirlingmotor funktioniert aufgrund der unterschiedlichen Hebellängen, mit denen die Kolbenstangen an der Hauptwelle angreifen. Für eine nähere Erklärung dieser Engine können Sie die ausgezeichnete Beschreibung auf der Startseite von Peter Fette.

Der Stirlingmotor (oder Heißluftmotor) erklärt 2

Grafik: Modell Stirlingmotor. Quelle: Kiönig & Kraft GbR, http://www.sell-it-easy.de/stirling/
Es gibt auch andere Modell-Stirling-Motoren auf dieser Seite.

Zukunft

Obwohl der Stirlingmotor ein großes Entwicklungspotential haben würde, wird es bald keine größere Produktion geben. Die relativ geringe Leistung verglichen mit der Größe und dem Gewicht des Motors erlauben kaum eine Verwendung in Autos oder Flugzeugen. Aber als kleine mobile Generatoren sind Stirlingmotoren eine gute Wahl. Es erfreut sich großer Beliebtheit im Modellbau, wo kleine Dampfloks und Stirlingmotoren ein echtes Revival erleben.

(c) http://library.thinkquest.org/C006011/deutsch/sites/stirling.php3?v=2

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