Stirlingmotoren

Der Stirlingmotor, auch Heißgasmotor genannt, ist eine Wärmekraftmaschine, in der ein abgeschlossenes Arbeitsgas wie Luft, Helium oder am besten Wasserstoff von außen an zwei verschiedenen Bereichen abwechseln erhitzt und gekühlt wird, um meachanische Arbeit zu leisten. Der schottische Geistliche und Konstrukteur Robert Stirling (1790 – 1878) stellte 1815 erstmals den Entwurf eines solchen Motors vor. Der Stirlingmotor arbeitet nach dem Prinzip eines geschlossenen Kreisprozesses und ist ein Beispiel für die Energieumwandlung von einer schlecht nutzbaren Energieform (thermische Energie) in die besser einsetzbare Energieform mechanischer Energie. Der Stirlingmotor kann mit einer beliebigen äußeren Wärmequelle betrieben werden. Es gibt Modelle, die bereits bei Anfassen durch die Wärme der menschlichen Hand in Gang kommen.

Das Arbeitsgas dehnt sich im erwärmten Zylinderraum aus und zieht sich im kalten Zylinder wieder zusammen, wobei nutzbare mechanische Arbeit entsteht. Eine Stirlingmaschine, die von außen angetrieben wird, arbeitet als Kältemaschine oder als Wärmepumpe, je nachdem ob der heiße oder der kalte Bereich genutzt wird. Stirlingmotoren haben einen permanent erhitzten und einen permanent gekühlten Bereich, zwischen denen das Arbeitsgas hin und her bewegt wird. In Stirlingmotoren gibt üblicherwiese 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, es gibt aber auch Flachplatten-, Freikolbenmaschinen und Kreiskolbenmotoren.

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 un 90 ° versetzt auf eine gemeinsame Kurbelwelle. Beide Kolben verrichten also je nach Kurbelwellenposition Arbeit oder sie verdrängen oder verichten das Gas. Der Regenerator ist unbeweglich und verbindet an der Zylinderkopfseite beide Kolben. Eine verbreitete Bauart ist der doppelt wirkende Vierzylinder-V-Motor, bei dem der Kurbeltrieb vom hohen Druck des Arbeitsgases entlastet wird.
  • Beta-Typ: Beide Kolben laufen in einem Zylinder, wobei der Verdränger bei kleinen Leistungen als Regenerator wirken kann. Der andere Kolben ist der Arbeitskolben, wandelt thermische Energie in Arbeit um und schließt den Arbeitsraum ab.
    Beim Gamma-Typ sind Arbeits- und Verdrängerkolben in verschiedenen miteinander verbundenen Zylindern untergebracht

(Quelle: Wikipedia)

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