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Schule > Physik > Mechanik > Funktionsprinzip des Stirling-Motors

Physik-/ Gm-Projekt:

STIRLING-MOTOR
Funktion

Modell!
Der Stirling- oder auch Heißluftmotor arbeitet mit dem Pirnzip, dass sich warme Luft ausdehnt und kalte Luft sich „zusammenzieht“.
Er ist eigentlich eine sehr umweltfreundliche Energiequelle, da der Strirling-Motor mit von außen zugeführter Wärme betrieben wird und er nicht direkt Treibstoff verbrennt. So kann er mechanische Energie erzeugen. Um die nötige Wärme zu erhalten, kann alles Mögliche verbrannt werden, z.B. Holz oder Spiritus genauso wie Gas oder Biomasse, auch konzentrierte Solarenergie kann verwendet werden.
So ist im Gegensatz zu Diesel- oder Ottomotoren die Schadstoffemission geringer. Die weiteren Vor- und Nachteile des Stirling-Motors werden später noch genau erläutert.
Den Stirling-Motor gibt es in vielen verschiedenen Ausführungen und Größen, zum Beispiel von der Größe einer Streichholzschachtel bis zu riesigen Stirling-Motoren Wärmekraftwerken. Man kann ihn auch im Internet käuflich erwerben.
Da es mehrere verschiedene Aufbaumöglichkeiten des Stirling-Motors gibt, haben wir sein Funktionsprizip sehr vereinfacht dargestellt.
Er besteht aus einem Verdränger- und einem Arbeitskolben, die mit einer Kurbelwelle verbunden sind, die ein Schwundrad antreibt. Des Weiteren gibt es eine Kühlung und eine Heizung .
Im Motor befindet sich ein Gas, meist Helium. Es ist immer in einer gleichbleibenden Menge vorhanden, weil es sich im geschlossenen Kreislauf des Motors befindet, es muß also nicht ersetzt oder ergänzt werden.
Zusätzlich wird noch ein Regenerator verwendet, der sich zwischen Heizung und Kühlung befindet, meist ist darin feines Drahtgewebe. Er hat die Aufgabe, dem heißen Gas auf dem Weg zur Kühlung möglichst viel Wärme zu entziehen und diese zu speichern, um sie dann wieder an das zrückströmende kalte Gas abzugeben. So wird der Brennstoffverbrauch geringer gehalten.
Man bringt dem Motor durch die Kurbelwelle bzw. das Schwungrad in Gang. Die Volumenveränderung des Gases durch Kühlung und Erhitzen hält die Kolben in Bewegung und sorgt dafür, dass er weiter läuft, bis von außen keine Wärme mehr zugeführt wird..
Das Volumen eines Gases bei konstantem Druck verdoppelt sich, wenn man es von 0°C auf 273°C erhitzt.
Im Stirling-Motor wird das Gas auf bis zu 700°C erhitzt und dann bis auf 80°C gekühlt.
Es herrscht großer Druck im Innern, deswegen ist eine Kammer aus Stahl vonnöten.
Nun zur Funktionsweise, hier werden jetzt Teile einer fortlaufenden Bewegenung dargestellt. Die Bewegungen der Kolben sind etwas versetzt.
- Gas auf heißer Seite
- Durch angeworfene Kurbelwelle schiebt Verdrängerkolben heißes Gas auf kalte
Seite
- Volumen verkleinert sich, zieht den Arbeitskolben nach links
- Gas wird komprimiert
- durch Kurbelwelle verschiebt sich Verdrängerkolben nach links
- Gas strömt daran vorbei auf die heiße Seite, wo es sich wieder ausdehnen kann,
- Druck steigt und Arbeitskolben bewegt sich kurz danach wieder nach links

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