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Stirlingmotoren sind Wärmemotoren, d.h. sie wandeln Hochtemperaturwärme in mechanische Energie um. (In den Naturwissenschaften ist die mechanische Energie die Summe aus potentieller Energie und kinetischer Energie) Ein im Motor eingeschlossenes Arbeitsgas wird zu diesem Zweck erwärmt. Die Temperatur steigt im Heizteil an. Die Wärme wird in den Motor eingebracht und vom Arbeitsteil in mechanische Energie umgewandelt. Diese mechanische Energie wird an einem Schwungrad freigesetzt und kann vielfältig genutzt werden, z.B. zur Erzeugung elektrischer Energie. Ein Modell aus dem 20. Jahrhundert Der erste Motor, der nach dem Prinzip von Robert Stirling arbeitete, war sehr einfach konstruiert. Sie wurde später entscheidend weiterentwickelt. Ein zweites Schwungrad wurde hinzugefügt und das Arbeitsgas und sein Druck erhöht. Zu Beginn des 20. Jahrhunderts waren weltweit rund 250.000 Stirlingmotoren als Tischventilatoren, Wasserpumpen und Antriebe für Kleingeräte im Einsatz und versorgten private Haushalte und kleine Handwerksbetriebe mit mechanischer Energie. Mit zunehmender Verbreitung von Benzin-, Diesel- und Elektromotoren wurden Stirlingmotoren zunehmend vom Markt verdrängt. 1. der Kühlzylinder, wie der Name schon sagt, kühlt die erwärmte Luft wieder.2. der Heizzylinder erwärmt die Luft in seinem Inneren durch die ihm von außen zugeführte Energie.3. der Verdrängerkolben hat die Aufgabe,
so viel heiße Luft wie möglich aus dem Heizzylinder zu verdrängen. Dies ist nur möglich, weil es nicht in der Nähe der Zylinderinnenwand liegt. 4. der Arbeitskolben liegt nahe an der Innenwand des Kühlzylinders und bildet so das geschlossene Luftvolumen des Motors.5. Die Pleuelstangen verbinden den Arbeits- oder Verdrängerkolben mit dem Schwungrad. Die Stangen, die am Schwungrad um 90° versetzt sind, ermöglichen es den Kolben auch, versetzt zu arbeiten. 6. das Schwungrad wird zur Reduzierung der erzeugten Energie verwendet. Außerdem bewegt er die Kolben durch sein Schwenken wieder in ihre Ausgangsposition.7 Die Wärmequelle, die den Heizzylinder erwärmt und damit die Luft außerhalb des Motors liegt. Die beschriebenen Komponenten sind die wesentlichen Elemente eines Stirlingmotors. Additive, wie ein zweites Schwungrad oder ein bestimmtes Arbeitsgas, können die Leistung des Motors erhöhen. Eine andere Anordnung der Komponenten ist ebenfalls möglich. Somit können die Zylinder anstelle der Verschiebung der Pleuel auch um 90° verschoben werden. Die Funktion des Stirlingmotors lässt sich in vier Schritten erklären.1. Der Druck im Inneren des Heizzylinders steigt und die Luft dehnt sich aus. Der Verdrängerkolben bewegt sich aufgrund seines Hubs vom Arbeitskolben kaum um 90°. Daher strömt die erwärmte Luft an ihr vorbei in den Kühlzylinder und drückt den Arbeitskolben zurück.2 Die Bewegung des Verdrängerkolbens verdrängt durch die Drehung des Schwungrades die erwärmte Luft in den Kühlzylinder. Dort gibt es Energie in Form von Wärme an den Kühlzylinder ab. Deine Temperatur sinkt von T1 auf T2. Der Arbeitskolben bewegt sich kaum.3 Fast die gesamte Luft aus dem Heizzylinder befindet sich nun im Kühlzylinder. Das Schwungrad drückt den Arbeitskolben nach vorne und komprimiert die Luft. Diese erwärmt sich jedoch nicht, sondern gibt weiterhin Energie an den Kühlzylinder ab. Deine Temperatur bleibt konstant. Der Verdrängerkolben bewegt sich kaum.4 Der Arbeitskolben befindet sich nun in seiner innersten Position. Der Verdrängerkolben bewegt sich wieder zurück und verdrängt die gekühlte Luft vom Kühlzylinder in den Heizzylinder. Dort wird die Luft von der Temperatur T2 auf T1 erwärmt. Alle Schläge zusammen ergeben die vollständige Bewegung des Stirlingmotors. Ein Blick in die Zukunft Aufgrund von Klima - und Gesundheitsschäden sowie der begrenzten Vorkommen von Erdgas, Erdöl , Kohle und Uran wird neben der Energieeinsparung und der Nutzung erneuerbarer Energien in Zukunft die umweltfreundliche Umwandlung von Primärenergie in Energieformen, die wir täglich benötigen, eine immer größere Rolle spielen. Wie kein anderer Energiewandler sind Stirlingmaschinen in der Lage, Sonnenenergie und erneuerbare Brennstoffe für unsere Zwecke in emissionsarme, klimaneutrale Energie umzuwandeln. Dabei werden sie sich überall dort durchsetzen, wo sie nicht mit herkömmlichen Benzin- und Dieselmotoren konkurrieren. Diese Anwendungsbereiche sind: – kleine und mittlere Blockheizkraftwerke mit niedrigen Betriebskosten, Brennstoff z.B. Hackschnitzel – kleine und mittlere Wärmepumpen, direkt und kostengünstig mit Primärenergie versorgt – Stirling – Kältemaschinen für Computer mit supraleitender Elektronik, Infrarotsensoren, Wasserstoff- und Erdgasverflüssigung, Kühl- und Gefrierschränke. -Diese Technologie wird dazu beitragen, das globale Klima zu erhalten, neue Arbeitsplätze zu schaffen und die wirtschaftlichen Kosten des Energiesektors zu senken: Die Verwendung von Kraftstoffen außerhalb des Motors kann im Vergleich zu Verbrennungsmotoren die besten Abgasemissionen erzeugen. Eine effektivere Verbrennung verbraucht daher weniger Kraftstoff und erzeugt weniger Abgase. Wird der Stirlingmotor mit Abwärme oder mit Sonnenlicht als Antriebsenergie erwärmt, entstehen keine Abgase. Geräuscharm:Da es keine explosiven Prozesse im Motor und keine Ventile gibt, gibt es wenig Lärm und Vibrationen. Langlebigkeit: Da keine Fremdstoffe in den Motor gelangen und die einzelnen Teile relativ wenig belastet werden, sind längere Laufzeiten zu erwarten als bei Benzin- und Dieselmotoren. Sparsamer Verbrauch: Der Stirlingmotor hat, wenn er richtig konstruiert und gebaut ist, einen Wirkungsgrad, der gleich oder höher ist als der der besten Dieselmotoren. Künftig kann der Stirlingmotor mit neuen Materialien wie Keramik noch mehr Leistung und Effizienz erreichen.praktische Anwendung der Stirling-TechnologieDer Stirlingmotor wird für verschiedene Antriebsmotoren, für den U-Boot-Antrieb und den Modellbau eingesetzt. Ein Blick in die Zukunft Aufgrund von Klima - und Gesundheitsschäden sowie der begrenzten Vorkommen von Erdgas, Erdöl , Kohle und Uran wird neben der Energieeinsparung und der Nutzung erneuerbarer Energien in Zukunft die umweltfreundliche Umwandlung von Primärenergie in Energieformen, die wir täglich benötigen, eine immer größere Rolle spielen. Wie kein anderer Energiewandler sind Stirlingmaschinen in der Lage, Sonnenenergie und erneuerbare Brennstoffe für unsere Zwecke in emissionsarme, klimaneutrale Energie umzuwandeln. Dabei werden sie sich überall dort durchsetzen, wo sie nicht mit herkömmlichen Benzin- und Dieselmotoren konkurrieren. Diese Anwendungsbereiche sind: – kleine und mittlere Blockheizkraftwerke mit niedrigen Betriebskosten, Brennstoff z.B. Hackschnitzel – kleine und mittlere Wärmepumpen, direkt und kostengünstig mit Primärenergie versorgt – Stirling – Kältemaschinen für Computer mit supraleitender Elektronik, Infrarotsensoren, Wasserstoff- und Erdgasverflüssigung, Kühl- und Gefrierschränke. -Diese Technologie wird dazu beitragen, das globale Klima zu erhalten, neue Arbeitsplätze zu schaffen und die wirtschaftlichen Kosten des Energiesektors zu senken. Immer mehr Menschen begeistern sich für Stirlingmotoren. Hoffen wir, dass dies auch in vielen Sitzungsräumen der Fall sein wird. Robert Stirling (* 25. Oktober 1790 in Cloag, Methvin/Schottland ; 6. Juni 1878 in Galston, Ayrshire/Schottland ) war ein schottischer Priester und Ingenieur. Stirling besuchte die Edinburgh University zwischen 1805 und 1808. Er studierte Latein, Griechisch, Logik und Mathematik. Im November 1809 beschloss Robert Stirling, Priester zu werden und begann ein Theologie- und Rechtsstudium an der Glasgow University. Er machte seinen Abschluss am 4. Juli 1815 und wurde von der Scottish Church im folgenden Jahr zum Priester geweiht. Am 27. September 1816 meldete er in Schottland ein Patent für eine Heißluftmaschine an, die später als Stirlingmotor bekannt wurde. Er realisierte es 1818 in mehreren Schritten. Diese Maschine wurde als Wasserpumpe im Bergbau in Ayrshire, Schottland , eingesetzt, wo sie zwei Jahre lang lief, bis der heiße Teil des Motors auf dem Zylinder ausbrannte. 1819 heiratete er Jean Rankin, sie hatten sieben Kinder zusammen. Von 1837 bis zu seinem Tod war er Pfarrer der Kirche der Presbyterianischen Kirche in Galston. Bis 1840 entwickelte und patentierte er zusammen mit seinem Bruder James, einem Maschinenbauer, mehrere Maschinen. Im März 1843 lieferte Stirling einen leistungsstarken Motor an die Dundee Foundry Company, eine Gießerei in Schottland, die Hochtemperaturwärme in mechanische Energie umwandelt. Zu diesem Zweck wird ein im Motor eingeschlossenes Arbeitsgas erwärmt. Die Temperatur steigt im Heizteil an. Die Wärme wird in den Motor eingebracht und vom Arbeitsteil in mechanische Energie umgewandelt. Diese mechanische Energie wird an einem Schwungrad freigesetzt und kann vielfältig genutzt werden, z.B. zur Erzeugung elektrischer Energie. Ein Modell aus dem 20. Jahrhundert Der erste Motor, der nach dem Prinzip von Robert Stirling arbeitete, war sehr einfach konstruiert. Sie wurde später entscheidend weiterentwickelt. Ein zweites Schwungrad wurde hinzugefügt und das Arbeitsgas und sein Druck erhöht. Zu Beginn des 20. Jahrhunderts waren weltweit rund 250.000 Stirlingmotoren als Tischventilatoren, Wasserpumpen und Antriebe für Kleingeräte im Einsatz und versorgten private Haushalte und kleine Handwerksbetriebe mit mechanischer Energie. Mit zunehmender Verbreitung von Benzin-, Diesel- und Elektromotoren wurden Stirlingmotoren zunehmend vom Markt verdrängt. 1. der Kühlzylinder, wie der Name schon sagt, kühlt die erwärmte Luft wieder.2. der Heizzylinder erwärmt die Luft in seinem Inneren durch die ihm von außen zugeführte Energie.3. der Verdrängerkolben hat die Aufgabe, so viel heiße Luft wie möglich aus dem Heizzylinder zu verdrängen. Dies ist nur möglich, weil es nicht in der Nähe der Zylinderinnenwand liegt. 4. der Arbeitskolben liegt nahe an der Innenwand des Kühlzylinders und bildet so das geschlossene Luftvolumen des Motors.5. Die Pleuelstangen verbinden den Arbeits- oder Verdrängerkolben mit dem Schwungrad. Die Stangen, die am Schwungrad um 90° versetzt sind, ermöglichen es den Kolben auch, versetzt zu arbeiten. 6. das Schwungrad wird zur Reduzierung der erzeugten Energie verwendet. Außerdem bewegt er die Kolben durch sein Schwenken wieder in ihre Ausgangsposition.7 Die Wärmequelle, die den Heizzylinder erwärmt und damit die Luft außerhalb des Motors liegt. Die beschriebenen Komponenten sind die wesentlichen Elemente eines Stirlingmotors. Additive, wie ein zweites Schwungrad oder ein bestimmtes Arbeitsgas, können die Leistung des Motors erhöhen. Eine andere Anordnung der Komponenten ist ebenfalls möglich. Somit können die Zylinder anstelle der Verschiebung der Pleuel auch um 90° verschoben werden. Die Funktion des Stirlingmotors lässt sich in vier Schritten erklären.1. Der Druck im Inneren des Heizzylinders steigt und die Luft dehnt sich aus. Der Verdrängerkolben bewegt sich aufgrund seines Hubs vom Arbeitskolben kaum um 90°. Daher strömt die erwärmte Luft an ihr vorbei in den Kühlzylinder und drückt den Arbeitskolben (Ein Kolben ist Bestandteil von Hubkolbenmotoren, Hubkolbenpumpen, Gaskompressoren und Pneumatikzylindern u.a.) zurück.2 Die Bewegung des Verdrängerkolbens verdrängt durch die Drehung des Schwungrades die erwärmte Luft in den Kühlzylinder. Dort gibt es Energie in Form von Wärme an den Kühlzylinder ab. Deine Temperatur sinkt von T1 auf T2. Der Arbeitskolben bewegt sich kaum.3 Fast die gesamte Luft aus dem Heizzylinder befindet sich nun im Kühlzylinder. Das Schwungrad (Ein Schwungrad ist eine rotierende mechanische Vorrichtung, die zum Speichern von Rotationsenergie verwendet wird) drückt den Arbeitskolben nach vorne und komprimiert die Luft. Diese erwärmt sich jedoch nicht, sondern gibt weiterhin Energie an den Kühlzylinder ab. Deine Temperatur bleibt konstant. Der Verdrängerkolben bewegt sich kaum.4 Der Arbeitskolben befindet sich nun in seiner innersten Position. Der Verdrängerkolben bewegt sich wieder zurück und verdrängt die gekühlte Luft vom Kühlzylinder in den Heizzylinder. Dort wird die Luft von der Temperatur T2 auf T1 erwärmt. Alle Schläge zusammen ergeben die vollständige Bewegung des Stirlingmotors. Ein Blick in die Zukunft Aufgrund von Klima- und Gesundheitsschäden sowie der begrenzten Vorkommen von Erdgas, Erdöl , Kohle und Uran wird neben der Energieeinsparung und der Nutzung erneuerbarer Energien in Zukunft die umweltfreundliche Umwandlung von Primärenergie in Energieformen, die wir täglich benötigen, eine immer größere Rolle spielen. Wie kein anderer Energiewandler sind Stirlingmaschinen in der Lage, Sonnenenergie und erneuerbare Brennstoffe für unsere Zwecke in emissionsarme, klimaneutrale Energie umzuwandeln. Dabei werden sie sich überall dort durchsetzen, wo sie nicht mit herkömmlichen Benzin- und Dieselmotoren konkurrieren. Diese Anwendungsbereiche sind: – kleine und mittlere Blockheizkraftwerke mit niedrigen Betriebskosten, Brennstoff z.B. Hackschnitzel – kleine und mittlere Wärmepumpen, direkt und kostengünstig mit Primärenergie versorgt – Stirling – Kältemaschinen für Computer mit supraleitender Elektronik, Infrarotsensoren, Wasserstoff- und Erdgasverflüssigung, Kühl- und Gefrierschränke. -Diese Technologie wird dazu beitragen, das Weltklima zu schonen, neue Arbeitsplätze zu schaffen und die wirtschaftlichen Kosten des Energiesektors zu senken: Die Verwendung von Kraftstoffen außerhalb des Motors kann zu den besten Emissionswerten im Vergleich zu Motoren mit Verbrennungsmotoren führen. Eine effektivere Verbrennung verbraucht daher weniger Kraftstoff und erzeugt weniger Abgase. Wird der Stirlingmotor mit Abwärme erwärmt (Abwärme wird zwangsläufig sowohl von arbeitenden Maschinen als auch in anderen energieintensiven Prozessen erzeugt, z.B. in einem raumluft erwärmenden Kühlschrank oder einem Verbrennungsmotor, der Wärme an die Umgebung abgibt) oder mit Sonnenlicht als Antriebsenergie, entstehen keine Abgase. Geräuscharm:Da es keine explosiven Prozesse im Motor und keine Ventile gibt, gibt es wenig Lärm und Vibrationen. Langlebigkeit: Da keine Fremdstoffe in den Motor gelangen und die einzelnen Teile relativ wenig belastet werden, sind längere Laufzeiten zu erwarten als bei Benzin- und Dieselmotoren. Sparsamer Verbrauch: Der Stirlingmotor hat, wenn er richtig konstruiert und gebaut ist, einen Wirkungsgrad, der gleich oder höher ist als der der besten Dieselmotoren. Künftig kann der Stirlingmotor mit neuen Materialien wie Keramik noch mehr Leistung und Effizienz erreichen.praktische Anwendung der Stirling-TechnologieDer Stirlingmotor wird für verschiedene Antriebsmotoren, für den U-Boot-Antrieb und den Modellbau eingesetzt. Ein Blick in die Zukunft Aufgrund von Klima- und Gesundheitsschäden sowie der begrenzten Vorkommen von Erdgas (Erdgas ist ein natürlich vorkommendes Kohlenwasserstoffgasgemisch, das hauptsächlich aus Methan besteht, aber üblicherweise unterschiedliche Mengen anderer höherer Alkane und manchmal einen geringen Prozentsatz an Kohlendioxid , Stickstoff, Schwefelwasserstoff oder Helium beinhaltet) Erdöl (Erdöl ist ein natürliches Vorkommen, gelb-schwarze Flüssigkeit in geologischen Formationen unter der Erdoberfläche, die üblicherweise zu verschiedenen Brennstoffen veredelt wird) Kohle und Uran (Uran ist ein chemisches Element mit Symbol U und Ordnungszahl 92) die umweltfreundliche Umwandlung von Primärenergie in Energieformen, die wir täglich benötigen, wird in Zukunft neben der Energieeinsparung und der Nutzung erneuerbarer Energien eine immer größere Rolle spielen. (Erneuerbare Energie ist Energie, die aus erneuerbaren Ressourcen gewonnen wird, die auf natürliche Weise nach menschlichem Zeitrahmen wieder aufgefüllt werden, wie z.B. Sonnenlicht, Wind, Regen, Gezeiten, Wellen und Erdwärme) Wie kein anderer Energiewandler, Stirlingmaschinen sind in der Lage, Sonnenenergie (Solarenergie ist strahlendes Licht und Wärme aus der Sonne , die mit einer Reihe von sich ständig weiterentwickelnden Technologien wie Solarthermie, Photovoltaik , Solarthermie, Solararchitektur, Schmelzsalzkraftwerke und künstliche Photosynthese genutzt wird) und erneuerbare Brennstoffe in emissionsarme, klimaneutrale Energie für unsere Zwecke umzuwandeln. Dabei werden sie sich überall dort durchsetzen, wo sie nicht mit herkömmlichen Benzin- und Dieselmotoren konkurrieren. Diese Anwendungsbereiche sind: – kleine und mittlere Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen (Kraft-Wärme-Kopplung oder Kraft-Wärme-Kopplung ist die gleichzeitige Nutzung eines Heizkraftwerks zur Erzeugung von Strom und Nutzwärme) mit geringen Betriebskosten, Brennstoff z.B. Hackschnitzel – kleine und mittlere Wärmepumpen, direkt und kostengünstig mit Primärenergie versorgt – Stirling – Kältemaschinen für Computer mit supraleitender Elektronik, Infrarotsensoren, Wasserstoff- und Erdgasverflüssigung, Kühl- und Gefrierschränke. -Diese Technologie wird dazu beitragen, das globale Klima zu erhalten, neue Arbeitsplätze zu schaffen und die wirtschaftlichen Kosten des Energiesektors zu senken. Immer mehr Menschen begeistern sich für Stirlingmotoren. Hoffen wir, dass dies auch in vielen Sitzungsräumen der Fall sein wird. Robert Stirling (* 25. Oktober 1790 in Cloag, Methvin/Schottland; 6. Juni 1878 in Galston, Ayrshire/Schottland) war ein schottischer Priester und Ingenieur. Stirling besuchte die Edinburgh University (The University of Edinburgh (abgekürzt Edin) zwischen 1805 und 1808. Er studierte Latein, Griechisch, Logik und Mathematik. Im November 1809 entschied sich Robert Stirling (The Reverend Dr. Robert Stirling war ein schottischer Geistlicher und Erfinder des Stirlingmotors), Priester zu werden und begann ein Theologie- und Rechtsstudium an der Glasgow University. (The University of Glasgow (abgekürzt als Glas ) Er absolvierte seinen Abschluss am 4. Juli 1815 und wurde von der Scottish Church im folgenden Jahr zum Priester geweiht. Am 27. September 1816 meldete er in Schottland ein Patent für eine Heißluftmaschine an, die später als Stirlingmotor bekannt wurde. (Ein Stirlingmotor ist ein Wärmemotor, der durch zyklische Verdichtung und Expansion von Luft oder anderem Gas bei unterschiedlichen Temperaturen arbeitet, so dass eine Nettoumwandlung von Wärmeenergie in mechanische Arbeit erfolgt) Er realisierte es 1818 in mehreren Stufen. Diese Maschine wurde als Wasserpumpe im Bergbau in Ayrshire, Schottland, eingesetzt, wo sie zwei Jahre lang lief, bis der heiße Teil des Motors auf dem Zylinder ausbrannte. 1819 heiratete er Jean Rankin, sie hatten sieben Kinder zusammen. Von 1837 bis zu seinem Tod war er Pfarrer der Kirche der Presbyterianischen Kirche in Galston. Im März 1843 lieferte Stirling einen leistungsstarken Motor an die Dundee Foundry (Gourlay Brothers war ein zwischen 1846 und 1908 tätiges Schiffbauunternehmen aus Dundee, Schottland) Company, eine Gießerei in Schottland.