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Der Stirlingmotor - einzigartige Wärmekraftmaschine

Schottland im Jahr 1816

Ein junger Erfinder sucht nach einer sicheren Antriebstechnik, um die katastrophalen Arbeitsbedingungen im Bergbau zu verbessern. Es ist der 26-jährige Geistliche Robert Stirling, der jetzt viel Zeit in seiner Werkstatt verbringt.

In diesen Jahren werden Hochdruckdampfmaschinen im Bergbau eingesetzt, um Grubenwasser aus den Bergwerksstollen abzupumpen. Die Dampfkessel, die bei Temperaturen über 100 Grad Celsius betrieben werden, sind um diese Zeit noch nicht sicher. So geschehen dramatische Explosionen mit Todesopfern bei den Arbeitern, die nicht selten noch Kinder sind.

Sterling lebt in einer Bergbau-Region, in der viele solcher Opfer zu beklagen sind. Diese Arbeitsbedingungen will er abschaffen.

Lange bevor Stirling beschloss, Priester zu werden hatte er bereits Logik und Mathematik studiert. Mit diesen Kenntnissen und seiner Leidenschaft für Technik macht er sich an die Arbeit. Er nutz die Eigenschaft von Luft, die sich bei hohen Temperaturen ausdehnt und bei tiefen Temperaturen wieder zusammenzieht. Und es gelingt ihm schließlich, aus der Volumenänderung eine Drehbewegung zu erzeugen.

Die Entwicklung seines Heißluftmotors meldet er am 27. September 1816 zum Patent an. Es dauert dann noch einige Jahre bis er endlich den ersten Stirlingmotor für den sicheren Betrieb einer Wasserpumpe ausliefern kann.

Video: Erfindung des Stirlingmotors

Mehr über die Erfindung erfahren Sie im Video. Die Funktionsweise des Stirlingmotors wird darin sehr anschaulich erklärt.

 

Die Erfindung

Nach längerer Entwicklungszeit wurde die Leistung der ersten Stirlingmotoren noch gesteigert und so konnte 1843 ein 34 kW Motor ausgeliefert werden mit diesen technischen Daten:

Aktuelle Technik

Das geniale an der Erfindung ist die direkte Umwandlung von Wärme in Bewegung, ohne dabei chemische Reaktionsprozesse (wie Verbrennung) in Anspruch zu nehmen. Ähnlich wie bei Wasserkraft oder Windkraft kann der Stirlingmotor regenerative Energie auf natürliche Weise in mechanische Energie verwandeln.

Verbrennungsmotoren haben die „Nebenwirkung“ von chemischen Verbrennungsrückständen, die beim Stirling prinzipiell ausgeschlossen sind. Auch der Umweg über Elektrizität (im Vergleich zum Elektromotor) ist nicht nötig. Damit dürfte der Gesamtwirkungsgrad gar nicht mal so schlecht ausfallen.

Die Weiterentwicklung von Stirlingmotoren wurde nie ganz eingestellt. Heute werden sie in speziellen Anwendungen genutzt wie zur Kraft-Wärme-Kopplung in Blockheizkraftwerken oder vor einiger Zeit noch als Antrieb von U-Booten. Entwicklungen für die Raumfahrt oder die Medizintechnik sind ebenfalls bekannt.

Stirlingmotoren haben interessante Eigenschaften:

 

Der Stirlingmotor im Modellbau

Anhand von Modellen lässt sich das Prinzip sehr schön nachvollziehen. Der Stirlingmotor wandelt in einem Thermodynamischen Kreisprozess thermische Energie in mechanische Energie um. Die mechanische Energie wird in eine Kreisbewegung umgesetzt, die als Antrieb für beliebige Maschinen genutzt werden kann. Hierbei wird ein Arbeitsgas (z. B. Luft) in einem abgeschlossenen Raum an einer warmen Stelle expandiert – es bewegt einen Kolben und strömt zur kalten Stelle – dort kühl es ab, komprimiert und wird zur warmen Stelle zurückgeleitet.

Thermisch ausdehnende Luft (Volumenarbeit) wird in Bewegung (mechanische Arbeit) umgesetzt, daher wird der Stirlingmotor auch Heißgasmotor genannt. Das Prinzip ist verblüffend einfach, wie auch der Aufbau dieser Maschinen. Das Prinzip ist umkehrbar und als Wärmepumpe nutzbar.

Im Modellbau gibt es sehr schöne Stirlingmotoren vom Einzylinder bis zum 4-Zylinder, die sogar in Fahrzeuge als Antriebsmotoren integriert sind.
Hier ein Modell von Böhm Stirling-Technik – Modelltechnik vom Feinsten...

 

Weitere Stirlingmotor-Modelle

Für den schmaleren Geldbeutel bietet Amazon eine ordentliche Auswahl um die 40 Euro, vielleicht ist auch eine Geschenkidee dabei:

Niedertemperatur-Stirlingmotor

Das Modell ist bereits vormontiert, muss aber noch komplett aufgebaut werden. Es besteht aus Messing, Edelstahl und Kunststoff.

Als Energiequelle genügt eine Heiße Kaffee- oder Teetasse.

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Mini Stirlingmotor

Das kleine Modell soll bis zu 1500 Umdrehungen pro Minute schaffen. Es ist fertig aufgebaut und kann mit einem Teelicht oder Feuerzeug angetrieben werden.

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