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Bei Motoren (z.B. Otto- oder Dieselmotoren) mit innerer Verbrennung erhält man einen Arbeitsgewinn, indem man eine bestimmte Luftmenge bei niedriger Temperatur komprimiert (vor oder nach dem Zusatz von Brennstoff), sie sodann durch eine schnelle Verbrennung erhitzt und danach bei hoher Temperatur expandieren läßt.
Dasselbe Prinzip, nämlich eine Gasmenge bei niedriger Temperatur zu komprimieren und sie bei hoher Temperatur expandieren zu lassen, liegt auch dem Stirlingmotor zugrunde. Das Arbeitsgas wird hier jedoch immer wieder verwendet, und durch Wärmezufuhr von außen erhitzt. Man spricht daher auch von einem Motor mit äußerer Verbrennung.
Schon Stirling hatte erkannt, daß eine periodische Änderung der Gastemperatur erreicht werden kann, wenn man das Gas mit Hilfe eines "Verdrängerkolbens" zwischen einem Raum mit konstanter hoher Temperatur und einem Raum mit konstanter niedriger Temperatur ständig hin und her schiebt. Um hierbei nicht unnötigerweise Wärme zu vergeuden, ist ein sogenannter Regenerator eingefügt, der im Prinzip aus einer porösen Masse besteht ("Wärmeschwamm"), an die das heiße Gas Wärme abgibt, bevor es in den Kühler strömt, während der zurückkehrende Gasstrom die gespeicherte Wärme wieder aufnimmt, bevor er in den Erhitzer gelangt.
Volumenänderung in Abhängigkeit von der Zeit;
Betrachtung von Arbeits- und Verdrängerkolben (Bild 02, 03, 04)
Von I nach II: Isotherme Verdichtung;
Von II nach III: Isochore Drucksteigerung;
Von III nach IV: Isochore Ausdehnung;
Von IV nach I: Isochore Druckerniedrigung;
Vorteile des Stirlingmotors:
Keine: Ventile, Ventilantrieb, Zündanlage, Kraftstoffeinspritzung,
sowie keine innere Verbrennung => Abbrand außen in Sauerstoff - Überschuß Verbrennung fast Schadstofffrei (Tabelle, Bild 05)
Keine Gasdruckspitzen lautloser, vibrationsfreier Lauf
Drehmoment von der Drehzahl fast unabhängig, auch am Anfang, elastischer Motor
Wirkungsgrade über 40%; Im Vergleich dazu ein Gasmotor mit Wirkungsgraden zwischen 25% und 52%
Nachteile des Stirlingmotors:
Die Flamme für den Expansionsteil muß permanent 800 C heiß sein
jedoch: KFZ-Stirling mit 13 bis 18 Sekunden Vorheizzeit ist bereits entwickelt.
Verwendung als Kälte/Wärmepumpe:
Verwendet man die Maschine nicht als Motor, sondern wird sie rechtsherum angetrieben, so wird sie als Kältemaschine betrieben.
Wird sie dagegen linksherum betrieben, so kann man sie als Wärmepumpe verwenden.
Die Maschine in solchen Anwendungsbereichen zu benutzen ist im Vergleich zu herkömmlichen Wärmepumpen eine wesentlich effizientere, da beide Systeme wesentlich einfacher Arbeiten. Sie erzielen damit in der Praxis Wirkungsziffern von 2 bis 2,7. Theoretische Werte liegen bei ca. 3 bis 4.
Zukunftsaussichten:
Es könnten bereits Motoren mit bis zu 5000 KW gebaut werden, (jedoch herrscht keine Nachfrage!)
Verwendung als KFZ - Motor (Es wurden einsatzfähige vierzylinder - Motoren entwickelt)
Als Antrieb für Stromgeneratoren z.B. in Kraftwerken (u.a. auch Kernkraftwerk) oder zur direkten Stromerzeugung (Thermomechanischer Generator; Bild 06)
Als Wärmepumpe überall sehr effektiv einsetzbar
Parabolspiegel als Wärmequelle
Weite Anwendungsbereiche u.a. auch in der Raumfahrt oder U-Boot (bis 300m Tiefe einsetzbar)
Als Abschlußgedanken muß man noch Hinzufügen, daß man zwar Gasmotoren mit dem hier erwähnten und beschriebenen Stirlingmotor auf der Basis des momentanen technischen Standes vergleichen kann, jedoch darf nicht vergessen werden, das an herkömmlichen Motoren bereits wesentlich mehr Entwicklungsarbeit geleistet wurde als beim Heißluftmotor.
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