|
Stirlingmotor - 2.Version - Referat
Der Stirlingmotor
Ein Stirlingmotor ist eine periodisch arbeitende Wärmekraftmaschine.
Der Motor wandelt thermische Energie in mechanische um.
Aufbau:
1: Kühlzylinder: Dieser kühlt die erwärmte Luft ab.
2: Heizzylinder: Dieser erwärmt durch die von außen zugeführte Energie die Luft im Inneren
3: Verdrängerkolben: Dieser soll möglichst viel Luft aus dem Heizzylinder verdrängen, weshalb er nicht an der Wand des Zylinders anliegt.
4: Arbeitskolben: Dieser liegt dicht an der Innenwand des Kühlzylinders an, und grenzt somit die Luftmenge des Zylinders ab.
5: Pleuelstangen: Die Pleuelstangen verbinden den Arbeits- bzw. Verdrängerkolben mit dem Schwungrad. Die Stangen die am Schwungrad um 90° versetzt angebracht sind, lassen somit auch die Kolben versetzt arbeiten.
6: Schwungrad: Dieses nimmt die erzeugte mechanische Energie ab und bewegt die Kolben durch den Schwung wieder zurück in ihre Ausgangslage.
7: Wärmequelle: Diese ist z.B. ein Bunsenbrenner oder eine Solaranlage.
Zusätze, wie ein zweites Schwungrad oder ein Arbeitsgas, können die Leistung des Motors erhöhen.
Wirkungsgrad:
ca. 48% wegen der hohen Abwärme und Reibung des Arbeitskolbens.
Vorteile:
-Viele Heizmöglichkeiten wie z.B. Sonnenenergie
-wenige bis garkeine Abgase, da keinen Kraftstoff braucht
-fast lautlos, da nicht wie z.B. beim Ottomotor das Gasgemisch explodieren muss
-längere “Lebenszeit”, da keine Fremdkörper in den Motor gelangen (wie z.B. Benzin)
-relativ hoher Wirkungsgrad
Nachteile:
-Einem Stirling-Motor würde im Vergleich zu einem Verbrennungsmotor bei der gleichen Leistung das 2-3-fache kosten. Zudem ist nur ein enorm großer Zylinder effektiv, so lässt er sich zum Antrieb von Autos etc. nicht nutzen.
- Ein erheblich hoher Verschleiß, kommt durch die konstante Hitze , die der Zylinder an der eine Seite ausgesetzt ist, zustande.
Anwendung:
-U-Boot Notantrieb
-Modellbau
Geschichte
Der Stirlingmotor wurde 1816 vom damals 26-jährigen schottischen Pfarrer Robert Stirling erfunden. Es ist nach der Dampfmaschine die zweitälteste Wärmekraftmaschine. Stirling wollte mit seinem Motor eine Alternative zu den damals aufkommenden Hochdruckdampfmaschinen bieten, die zahlreiche Opfer durch Kesselexplosionen forderten.
Funktionsprinzip
Arbeitstakt
Durch die von außen zugeführte Wärme dehnt sich das Gas im Inneren des Stirlingsmotors aus, dass somit der Druck im heißen Bereich steigt und somit der Arbeitskolben nach rechts geschoben wird. Durch die Bewegung des Arbeitskolbens wird der Verdrängerkolben kaum bewegt, da Arbeitskolben und Verdrängerkolben an einem Rad um 90 Grad versetzt befestigt sind.
1.Zwischentakt
Der Arbeitskolben befindet sich jetzt äußerst recht (Totpunkt) und bewegt sich praktisch nicht. Durch die Drehung des Schwungrades wird der Verdrängerkolben nach links bewegt. Dieser drängt die heiße Luft vom heißen Bereich in den kalten Zylinderteil. Dabei nimmt der Verdrängerkolben Energie aus der Luft auf und dient somit als Energie-Zwischenspeicher. Dann gibt er diese Energie an die kalte Luft wieder ab (Regenerator-Prinzip, durch diesen Trick ist zum erneuten Aufheizen der Luft keine Energiezufuhr von außen nötig). Zudem wird auch die Luft durch die Kühlrippen abgekühlt, dass so auch der Druck im Motor sinkt. Die Position des Arbeitskolbens ändert sich bei diesem Prozess kaum.
Kompressionstakt
Dadurch dass der Druck im Motor fällt, übt nun der Luftdruck von außen Kraft auf den Arbeitskolben. Er wird also nach links gedrückt, dass so die Luft komprimiert wird. Anders als bei der Luftpumpe wird sie dabei nicht erwärmt, weil ja die Energie über die Kühlrippen abgeführt wird. Die Verdrängerkolben bleibt in seiner Position.
2.Zwischentakt
Der Arbeitskolben ist wieder in Ruhe. Der Verdrängerkolben schiebt jetzt die komprimierte Luft in den heißen Zylinderteil zurück. Die Luft nimmt dann die im Verdrängerkolben gespeicherte Energie wieder auf. Die Temperatur steigt jetzt auf ihre ursprüngliche. Der ganze Vorgang beginnt von vorn.
Kommentare zum Referat Stirlingmotor - 2.Version:
|
