Technik
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Funktionsweise und Geschichte des Stirlingmotors
Die Geschichte des Stirlingmotors
Der Schotte Robert Stirling (1790-1878) hat 1815 seine Erfindung einer Wärmekraftmaschine vorgestellt. In einem geschlossenen Kreislauf wird ein Gas in verschiedenen Bereichen abwechselnd erhitzt und gekühlt. Es wird Wärmeenergie in mechanische Energie umgewandelt. Mit diesem Motor wurden Maschinen angetrieben.
Die Stirlingmotoren wurden später von Verbrennungsmotoren verdrängt.
Inzwischen scheint der Stirling- oder Heißluftmotor wieder entdeckt zu werden, da er schlecht nutzbare Thermoenergie verwerten kann. In Zusammenhang mit Solarenergie oder Erdwärme ist er für eine umweltfreundliche Nutzung prädestiniert.
Funktionsweise des Stirlingmotors
Die Luft dehnt sich im erwärmten Zylinderraum aus und zieht sich im kalten Zylinderraum wieder zusammen. Dabei entsteht Energie, die in mechanische Arbeit umgesetzt wird. Stirlingmotoren haben einen permanent erhitzten und einen permanent gekühlten Bereich, zwischen denen die Luft hin und her bewegt wird. In Stirlingmotoren gibt üblicherweise das heiße Arbeitsgas einen Teil seiner Wärmeenergie auf dem Weg zum kalten Bereich an einen Speicher, den so genannten Regenerator ab. Dieser nimmt die Wärme vorübergehend auf und gibt sie wieder an das Gas ab, wenn es vom kalten Bereich zurück in den warmen Bereich geschoben wird. Der Regenerator verbessert den Wirkungsgrad des Stirlingmotors, er speichert bis zu 80 % der pro Zyklus umgesetzten Wärme. Stirlingmotoren werden in der Regel als Hubkolbenmaschinen ausgeführt.
Man unterscheidet zwischen drei Hauptbauarten: dem Alpha-, Beta- und dem Gamma-Typ.
- Beim Alpha-Typ sind zwei Kolben (bei der Hubkolbenbauweise) in separaten Zylindern untergebracht und wirken um 90° versetzt auf eine gemeinsame Kurbelwelle. Beide Kolben verrichten also je nach Kurbelwellenposition Arbeit oder sie verdrängen oder verdichten das Gas. Der Regenerator ist unbeweglich und verbindet an der Zylinderkopfseite beide Kolben. Eine verbreitete Bauart ist der doppeltwirkende Vierzylinder-V-Motor, bei dem der Kurbeltrieb vom hohen Druck des Arbeitsgases entlastet wird.
- Beim Gamma-Typ sind Arbeits- und Verdrängerkolben in verschiedenen miteinander verbundenen Zylindern untergebracht.
Der Großteil des Gases ist aufgeheizt im heißen Zylinder, und die folgende Ausdehnung hat den heißen Kolben an den linken Rand des Zylinders gedrückt. Die Expansion setzt sich im kalten Zylinder fort. Dieser ist 90° hinter dem heißen Zylinder und entzieht dem heißen Gas weitere Energie.
Das Gas hat seine größtmögliche Ausdehnung erreicht. Der heiße Kolben drückt das meiste Gas in den kalten Zylinder, wo das Gas abkühlt und der Druck sinkt.
Das meiste Gas ist nun im kalten Zylinder und kühlt sich weiter ab. Angetrieben von Trägheitskräften oder anderen Kolbenpaaren auf derselben Welle komprimiert der kalte Kolben das restliche Gas.
Der Arbeitstakt. Das Gas erreicht seine kleinste Ausdehnung. Es dehnt sich in dem heißen Zylinder aus, wird von den heißen Zylinderwänden erhitzt, und treibt den heißen Kolben.
Alpha Stirling frame Foto: Fb78
Lizenz: http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html
Die Originaldatei ist http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Datei:Alpha_Stirling_frame_4.png&filetimestamp=20071205073532 zu finden.
