Was ein Stirlingmotor ist werden die meisten eh schon wissen, der Rest kann es ja auf Wikipedia nachlesen. Die Funktionsweise ist ja grundsätzlich recht einfach. Ein Temperaturunterschied wird ausgenützt um ein Gas zu erwärmen und dann wieder zu kühlen, dadurch arbeitet der Motor. Der Wirkungsgrad ist nicht wirklich berauschend, dafür reichen aber wenige Grad Temperaturunterschied schon aus um den Motor in Gang zu setzen. Beliebte Anschauungsmodelle für Physikstudenten arbeiten schon mit Handwärme bei Raumtemperatur.
Die Frage die sich mir in diesem Zusammenhang aufdrängt: Wieso führt dieses Konzept seit Jahrzehnten ein Schattendasein? Temperaturunterschiede sind fast überall gegeben. Man nehme nur den Unterschied zwischen Wasser- und Lufttemperatur am Polarkreis oder Äquator, der beträgt auch gerne mal 20°C und mehr. Mit ein paar Sonnenkollektoren könnte man ihn noch erheblich vergrößern, und einen Stirlingmotor dadurch betreiben. Eine Anwendung in der Schiffahrt würde sich also nahezu aufdrängen. Aber auch sonst ließe er sich fast überall einsetzen. Anstatt Motoren mittels Ventilator oder Kühlwasser zu kühlen könnte die Abwärme ja zur Energieerzeugung genützt werden. Auch hier drängen sich wieder Schiffe als Beispiel auf, da ein heißer Motor im kalten Wasser schwimmmt.
Klar ist mir bewusst dass ich nicht den Stein der Weisen entdeckt habe, und es sicher seine Gründe haben muss wieso das nicht so praktiziert wird. Nur welche?
Hast Du schon den Artikel bei Wikipedia gelesen?
Meine Meinung ist, wenn man natürliche Temperaturdifferenzen ausnutzen möchte, will man einen höheren Wirkungsgrad. Dieses Gebiet ist nach meiner Meinung zwar entwicklungsbedürftig, aber der Stirlingmotor wird dabei von mir nicht als Favorit gehandelt, weil er z.B. nicht ganz eindeutig separat verdichtet und arbeitet. Ich muß beim Stirlingmotor Zylinder erwärmen oder abkühlen, was ich schon schlecht finde, da die Ausdehnung und die Kontraktion des Gases bereits in diesen Räumen stattfindet.
Der Dieselmotor hat z.B. einen wesentlich besseren Wirkungsgrad bei Motoren für Antriebszwecke.
Bei Wikipedia sind auch die ganzen Anwendungsmöglichkeiten angegeben, also wenn Du z.B. eine Kältemaschine in einem Satelliten antreiben möchtest, findest Du Vorteile im Stirling Motor. Oder in anderen Worten, es mag Anwendungen in bestimmten Fällen geben, wo der S.M. geeignet ist.
Der Wirkungsgrad ist nicht wirklich berauschend, dafür reichen
Die Frage die sich mir in diesem Zusammenhang aufdrängt: Wieso
führt dieses Konzept seit Jahrzehnten ein Schattendasein?
Weil eben der Wirkungsgrad nicht berauschend ist.
Damit ist auch das Verhältnis von Abgabeleistung zu Masse/Größe der
Maschine und Kosten/Resourcenverbrauch der Maschine nicht berauschend.
Temperaturunterschiede sind fast überall gegeben. Man nehme
nur den Unterschied zwischen Wasser- und Lufttemperatur am
Polarkreis oder Äquator, der beträgt auch gerne mal 20°C und
mehr. Mit ein paar Sonnenkollektoren könnte man ihn noch
erheblich vergrößern,
Wenn man Sonnenenergie einsetzen wollte, braucht man nicht den Umweg
über den miesen Wirkungsgrad dieser Maschine machen. Dann setzt man
das gleich mit deutlich besserem Wirkungsgrad in Elektroenergie um.
-> Monokristaline Solarzellen erreichen bis 40%. http://de.wikipedia.org/wiki/Solarzellen#Technische_…
Ansonsten ist die Leistungsdichte geringer, je kleiner der
Temperaturunterschied ist. Dementsprechend gewaltiger müsste die Maschine
ausfallen und das in einer Gegend, wo der Transport, Aufbau und die
Unterhaltung richtig teuer werden.
Deshalb ist der Einsatz in Fahrzeugen/Schiffen auch unrentabel, weil
damit das Verhältnis Gesamtmasse/Nutzlast unrentabel wird.
und einen Stirlingmotor dadurch
betreiben. Eine Anwendung in der Schiffahrt würde sich also
nahezu aufdrängen. Aber auch sonst ließe er sich fast überall
einsetzen. Anstatt Motoren mittels Ventilator oder Kühlwasser
zu kühlen könnte die Abwärme ja zur Energieerzeugung genützt
werden. Auch hier drängen sich wieder Schiffe als Beispiel
auf, da ein heißer Motor im kalten Wasser schwimmmt.
Gleiches Problem wie oben. Man bekommt ein wenig Leistung mehr,
aber mit viel Aufwand und unzumutbarer Masse/Volumen.
Gruß Uwi
meines Wissens erreichen die besten aktuellen Stirlingmotoren 40%, sind aber auf Grund der verwendeten Materialien relativ teuer.
Man nehme
nur den Unterschied zwischen Wasser- und Lufttemperatur am
Polarkreis oder Äquator, der beträgt auch gerne mal 20°C und
mehr.
Es ist ja nicht nur ein Frage der Temperaturdifferenz sondern auch eine Frage der zeitlichen Energiebereitstellung durch die verwendeten Medien, also die zugeführte Leistung. Luft kann nicht viel Energie speichern. Auf der Warmseite müsste also mit entsprechenden Ventilatoren große Mengen Luft zugeführt werden. Am Ende wird es eine Frage der Kosten sein, ob man mit relativ teuren Anlagen relativ wenig Energie bekommt.
Mit ein paar Sonnenkollektoren könnte man ihn noch
erheblich vergrößern, und einen Stirlingmotor dadurch
betreiben.
Die Firma Solo hat einmal Stirlingmotoren in Sonnenkraftwerke eingebaut. Ein Parabolspiegel heizte die Warmseite auf mehrere 100 °C auf. Der gesamt-WG lag wohl so bei 24%. Inzwischen ist die Firma pleite.
Du erkennst dann sehr schnell, daß für vernünftige Wirkungsgrade möglichst hohe Temperaturunterschiede benötigt.
Je niedriger, desto unwirtschaftlicher wird das Geschäft.
Ich habe auf meiner Heizung einen Stirling stehen, der durch den geringen Unterschied Heizung/Umgebung läuft, aber nur eben so gerade, er kann keine Last aufnehmen.
Stirlingmotoren werden gerne eingesetzt, wo die Wartungsarmut ein Hauptargument ist (z.B. in Sateliten) und der Wirkungsgrad bzw. die Wirtschaftlichkeit keine Rolle spielt.
ein stirlingmotor reagiert extrem zäh. du hast z.b. ein auto, das per stirlingmotor betrieben wird. nun willst du ein anderes auto überholen und „steigst aufs gas“ (führst also dem stirlingmotor mehr wärme zu). bis der motor tatsächlich reagiert und mehr leistung bringt, vergeht ungleich mehr zeit als bei einem herkömmlichen verbrennungsmotor. egal welche vorteile so ein stirlingmotor auch immer haben sollte - die meisten autofahrer werden sich so ein gerät niemals kaufen, weil sie eben die herkömliche beschleunigung haben wollen. folge: nur in geringen stückzahlen produzierbar, daher sehr teuer, daher nochmal weniger nachfrage, daher hersteller bald pleite.
gut, es gibt auch anwendungen, wo man keine tolle beschleunigung braucht sondern eine schön konstante leistungsabgabe. aber gerade dort gibt es bereits etablierte technologien mit entweder höherem wirkungsgrad oder mit einfacherer wartbarkeit - beides hat direkt einfluss auf die wirtschaftlichkeit.
ich denke nicht, dass all die techniker der letzten hundert jahre alles vollidioten waren und die ach so tollen vorzüge des stirlingmoters nicht erkennen wollten. vielmehr halte ich es eher für ein sommerlochproblem der medien: gibts sonst nichts zu berichten, wird halt wieder mal eine alte geschichte aufgewärmt. und so kommt es halt, dass wir schön regelmässig die selben „neuen“ nachrichten über „vergessene“ alte technologien bekomen.
das Stichwort lautet Thermodynamik und dort speziell
Carnot-Kreisprozess.
Ich weiß nicht ob der Kreisprozess des Stirling-Motors einen eigenen Namen hat, aber der Carnot-Prozess soll eigentlich eine Dampfmaschine verkörpern.
Beim idealen Stirling-Motor expandiert das Arbeitsgas bei konstanter Temperatur (isotherm) und wird auch bei einer konstanten, tieferen Temperatur komprimiert. Zwischen diesen beiden Temperaturen wird das Arbeitsgas bei konstantem Volumen (isochor) hin und her geschoben.
Bei der Dampfmaschine wird der Zylinder bei jeweils konstanter Temperatur befüllt oder entleert, während die Expansion und schließliche Kompression adiabatisch erfolgen.
Deswegen sehen die zugehörigen pV-Diagramme unterschiedlich aus.
Allerdings kann man bekanntlich zeigen, dass alle idealen Wärmekraftmaschinen denselben Wirkungsgrad haben, der nur von den beiden Temperaturen abhängt.
Luft und Wasser . Wie jetzt der Strömungswiderstand des
Luft-Wärmetauschers und seine Dimensionen aussehen ist ne
andere Sache.
Aber z.b. Wasser 2 Grad Luft -20 Grad macht einen Wirkungsgrad
(nach Carnot) von 8%.
Immerhin
(ja, in der Praxis dann 4 % oder so )
