Der Dosen-Stirling-Motor

Ein erfolgreicher Bausatz zum Thema Thermodynamik ist der an der Hochschule entwickelte Dosen-Stirlingmotor.

Video des laufenden Dosen-Stirlingmotors 

Der Stirling-Motor ist eine Erfindung aus dem 19. Jahrhundert, geriet zwischenzeitlich etwas in Vergessenheit und erlebt nun im Zuge der erneuerbaren Energien eine Neu-Entdeckung:

Der Stirling-Motor verbrennt selber keinen Brennstoff!
Die zu seinem Betrieb nötige Wärme kann aus jeder beliebigen Quelle stammen.

Das zu Grunde liegende Prinzip des Stirling-Motors kennt jeder:

• Warme Luft dehnt sich aus.
• Kalte Luft zieht sich zusammen.

Das kann man für die Bewegung eines Kolbens ausnutzen:

Nun braucht man noch eine Vorrichtung, die die Luft im Zylinder von der warmen zur kalten Seite und zurück schiebt, damit es zu einer kontinuierlichen Auf-/Ab-Bewegung kommt.

Dies übernimmt ein Verdrängerkolben, der über ein Schwungrad mit dem Arbeitskolben gekoppelt ist und ihm um eine Viertelumdrehung (90°) vorauseilt.

(1) Er verdrängt die Luft aus dem heißen Bereich und schiebt sie in den kalten, sodass sie sich dort abkühlt.
(2) Der Arbeitskolben wird im nächsten Takt nach unten „gesaugt“.
(3) Nun fährt der Verdrängerkolben, vom Schwungrad angetrieben, wieder nach oben, verdrängt die Luft aus dem kalten hin zum heißen Bereich.
(4) Der Arbeitskolben wird kurz darauf durch die warme Luft nach oben getrieben.

[ Animation eines Stirling-Motors Typ A ]

Es gibt zwei Varianten des Stirling-Motors:

• die ALPHA-Form mit getrenntem Arbeits- und Verdränger-Zylinder
• die BETA-Form mit Arbeits- und Verdrängerkolben in einem Zylinder (dazu gehört dieser Dosen-Stirling)
  

Vorteile des Stirling-Motors:

• Er läuft schon bei geringen Temperaturunterschieden.
• Die Wärmequelle ist egal:
  • „Klassische“ Verbrennung von Öl, Gas, Benzin, Biogas mit CO₂ –Ausstoß
  • Sonnenwärme, Erdwärme (Abgasfrei, CO₂ –frei)

Nachteile des Stirling-Motors:

• Der Wirkungsgrad ist bei klassischer Verbrennung nicht so hoch wie bei Otto- und Dieselmotoren.
• Eine schnelle Regelung ist schwierig, daher nicht für KFZ geeignet.

Hier ein Erlebnisbericht von Schülern der Realschule Weinsberg