Stirling Motor

Stirlingmotoren

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Der Heißluftmotor

 

Das Stirling Prinzip

 

Damit das Funktionsprinzip dieser Maschinen leichter zu verstehen ist, wird hier ein Arbeitszyklus des Heißluftmotors vereinfacht beschrieben:

 

Der Stirling besteht aus zwei nebeneinander liegenden Zylindern, dem Arbeitszylinder und dem Verdrängerzylinder, die wiederum mit einem Rohr verbunden sind.
Der im Verdrängerzylinder liegende Kolben liegt nicht eng an der Wandung an, so das hier noch die Luft an ihm vorbei strömen kann.
Beheizt wird der Verdrängerzylinder am äußersten Ende. Zur Unterstützung der Kühlung sind am anderen Ende Kühlrippen angebracht. Bei einigen Motoren wird auch Wasser zur Kühlung verwendet.

 

Der Arbeitskolben und Verdrängerkolben sind 90° phasenversetzt mit der Kurbelwelle verbunden. An der ein Schwungrad befestigt wurde.
Die Luft, die sich im Verdrängerzylinder befindet, wird durch die Befeuerung erhitzt. Die Wärme bewirkt eine Ausdehnung der Luft, dadurch wird der Arbeitskolben mit Hilfe des Schwungrades in Bewegung gesetzt.

Arbeitsablauf 1

Zuerst wird der Arbeitskolben nach außen bewegt, während der Verdrängerkolben in den beheizten Zylinder geschoben wird.

Arbeitsablauf 2

Dadurch wird die erhitzte Luft in den gekühlten Teil des Motors gedrückt, wo sie schnell abkühlt und ihr Volumen verringert sich.

Arbeitsablauf 3

Das verringerte Luftvolumen in diesem Teil bewirkt, das der Arbeitskolben, mit Hilfe des Schwungrades, sich wieder in den Zylinder schiebt. Die Drehbewegung sorgt dafür, das der Verdrängerkolben wieder nach außen gezogen wird, wodurch die gekühlte Luft in den Raum über der Befeuerung (Verdrängerzylinder) strömt.
Dort wird sie erneut erhitzt, dehnt sich aus, und der Prozess beginnt erneut.

Arbeitsablauf 4

 

Wichtig für diesen Arbeitsablauf sind die Kühlrippen am Verdrängerzylinder. Die warme Luft, die in Richtung Arbeitszylinder gedrückt wird, die Wärme entzieht und umgekehrt die Wärme der kühlen Luft in Richtung Heizrohr wieder hinzufügt.
 

 

Thermoakustischer Stirlingmotor bzw: Lamina Flow Engine
(Putzwollemotor)
 

 
Der thermoakustische Stirlingmotor arbeitet auf dem gleichen Prinzip wie der konventionelle Stirling- oder Heißluftmotor, aber nur mit einem Zylinder und einem Kolben.
Funktionsprinzip:
Durch das Heizen am Ende des Regenerators (Stahlwolle) entstehen Schallwellen die sich in der Glasröhre (Resonator) hin- und herbewegen. Durch dieses hin- und herbewegen der Schallwellen wird die Luft zwischen der kalten und warmen Zone in der Röhre auch in Bewegung (Schwingung) gebracht. Erst durch einen Stoß auf das Schwungrad werden Druckschwankungen erzeugt die letztendlich den Motor antreiben.
In Verbindung mit der Blende entsteht ein Druckabfall bzw. Anstieg welcher den Kolben immer mehr in Schwingung versetzt bis er den Totpunkt überwunden hat und läuft. Im Endeffekt arbeiten die Wellen wie ein Verdrängungszylinder eines herkömmlichen Stirlingmotors, die Luft wird aus der heißen Zone in die kalte Zone transportiert. Wegen dieser speziellen Bauart hat diese Maschine keine Phasenverschiebung, daher kann sie Vorwärts bzw. Rückwärts laufen.
 

Arbeitsablauf 1

 
 
Wer tiefer in dieser Materie einsteigen möchte, bitte in der einschlägigen Fachliteratur (Links) nachlesen!
 

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