Stirlingmotor – gestern, heute, morgen
Ein halbes Jahrhundert vor dem Aufkommen des ersten funktionsfähigen Verbrennungsmotors (ICE) patentierte der schottische Priester Robert Stirling eine Wärmekraftmaschine namens "Economizer". Dieses Ereignis fand im September 1816 statt. In Zukunft wurde diese Erfindung zu Ehren ihres Autors Stirlingmotor genannt.
An der Jahrhundertwende
Der neue Motor war ein großer Durchbruch in Wissenschaft und Technologie der damaligen Zeit. Er hob sich deutlich vom Hintergrund anderer Wärmekraftmaschinen ab, was ganz natürlich ist, da der Stirlingmotor einen höheren Leistungskoeffizienten (COP) hatte, zuverlässig und sicher war. Basierend auf den Entwicklungen von Stirling entstanden viele Motormodifikationen, die bis Anfang des 20. Jahrhunderts erfolgreich eingesetzt wurden.
Das Erscheinen des Verbrennungsmotors änderte die Situation dramatisch. Wärmekraftmaschinen und der Stirlingmotor waren unter anderem Verbrennungsmotoren in Bezug auf die spezifische Leistung sowie in einer Reihe anderer Indikatoren unterlegen. Dies war der entscheidende Faktor für das Schicksal des "Ökonomisierers" um die Jahrhundertwende des 19. und 20. Jahrhunderts.
Über das Gerät und das Funktionsprinzip
Der Stirlingmotor ist eine Wärmekraftmaschine mit geschlossenem Kreislauf, und die Wärmeenergie wird nicht von ihm erzeugt, sondern stammt aus einer externen Quelle. Dieses Konstruktionsmerkmal unterscheidet ihn von anderen Motoren.
Das Funktionsprinzip des Stirlingmotors ist recht einfach. Alle Arbeiten werden durch Expansion des Gases (Luft, Helium, Wasserstoff) unter Temperatureinfluss verrichtet. Strukturell sieht es so aus. Das Gas in der Kammer drückt unter der Wirkung einer externen Wärmequelle den Verdrängerkolben, der sich auf derselben Achse wie der Arbeitskolben befindet. Aufgrund des Kurbelschemas sind die Bewegung der Kolben und ihre Rückkehr in ihre ursprüngliche Position sichergestellt. In diesem Fall sinkt die erwärmte Luft, die durch die Kühlkammer strömt, nach unten.
Es gibt verschiedene Arten von Wärmekraftmaschinenkonstruktionen, die als Stirlingmotoren klassifiziert werden. Dies sind Alpha-, Beta- und Gamma-Konfigurationen. Es wurden jedoch auch andere Arten von Stirlingmotoren entwickelt, die keiner der oben genannten Kategorien zugeordnet werden können.
Vorteile und Nachteile
Zu den Vorteilen von Stirlingmotoren gehören eine einfache Konstruktion, die Möglichkeit, verschiedene Energiequellen zu nutzen, Effizienz und eine lange Lebensdauer. Bei den Mängeln handelt es sich um Materialverbrauch und Abmessungen. Durch die Nutzung externer Wärmequellen wird ein Teil der Energie in den Wärmetauschern dissipiert, was den Wirkungsgrad mindert. Um eine mit einem Verbrennungsmotor vergleichbare Leistung zu erreichen, muss nicht Luft, sondern Helium oder Wasserstoff verwendet werden.
Unsere Tage und Perspektiven
Verbrennungsmotoren dominierten fast das gesamte 20. Jahrhundert, doch um die Jahrhundertwende, als das Thema Ressourcenschonung akut wurde, erinnerten sich Wissenschaftler und Entwickler an Stirlingmotoren. Zunächst einmal haben sie ihre Anwendung im Energiesektor gefunden. Zum Beispiel in Solarkraftwerken.
Heutzutage haben U-Boot-Entwickler Stirlingmotoren Aufmerksamkeit geschenkt. Auch der Einsatz in der Raumfahrt ist geplant. Insbesondere in den Plänen der NASA, eine bewohnbare Basis auf dem Mond zu schaffen, soll sie einen Kernreaktor und elektrische Generatoren verwenden, um die Station mit Strom zu versorgen, die Stirling-Motoren antreiben wird.