Heißluftmotoren

Allgemeine Bemerkungen zu Heißluft- bzw. Stirlingmotoren:

Iin der Presse taucht immer wieder euphorisch die Meldung auf => der Stirlingmotor hat eine große Zukunft.

Ich habe mich schon einige Zeit mit Heißluftmotoren beschäftigt, zwar nicht mit Leistungsstirlingmotoren, sondern mit Modellmotoren.
Grundsätzlich sind die Erfahrungen auch auf den Leistungsbereich übertragbar ( bevor die ersten bemannten Flugzeuge in die Luft gingen, gab es erstmal Versuche mit Modellflugzeugen).
Meine Versuche bezüglich Heißluftmotoren beschränken sich auf die grundsätzlichen Varianten dieser Motoren, dennoch wage ich Rückschlüsse auf  Leistungsstirlingmotoren zu ziehen.
Bei den Leistungsstirlingmotoren ist der technische Aufwand enorm, um z.B. einen Wirkungsgrad von ca. 40% zu erhalten.
Das Problem aller Heißluftmaschinen ist die notwendige große Temperaturdifferenz und die hohen Arbeitsdrücke des Gases, um einen vernünftigen Wirkungsgrad und Leistung zu erzielen und das ist technisch nicht einfach zu beherrschen. Die hohen Temperaturdifferenzen lassen sich meiner Meinung nach momentan nur mit fossilen Brennstoffen erzielen und da sind die Verbrennungsmaschinen und Gasturbinen den Heißluftmaschinen noch überlegen. Wenn der Wirkungsgrad nicht die Rolle spielt, dann ist mit der Sonnenergie einiges zu machen.
Ich sehe die praktische Anwendung von Stirlingmotoren in der Zukunft auch eher in der Ausnutzung der Sonnenenergie.
Bei Verwendung von fossilen Brennstoffen scheint mir ein auf  konstante Drehzahl optimierter Diesel- oder Gasmotor mit einem Wirkungsgrad von 45 % günstiger und ausgereifter (auch was die Lebensdauer anbetriftt) zu sein, als ein Stirlingmotor mit einen praktischen Wirkungsgrad von 40 % ( der theoretische Wirkungsgrad des Carnot-Prozesses liegt bei  ca. 66-67%, der des Stirlingprozesses bei ca. 52 %). Die Wirkungsgrade beziehen sich auf eine max. Temperatur von ca. 800-900 Grad Kelvin, bei einer Umgebungstemperatur von ca. 300 Grad Kelvin.
Der reale Stirlingprozess hat wegen der abgeführten Wärme einen kleineren Wirkungsgrad als der Carnot-Prozess.
Wenn ich meine Modell-Heißluftmotoren unter dem Gesichtspunkt Leistung betrachte, dann muss ich die Motoren geradewegs auf den Müll befördern.
Da setze ich z.B. einen Brenner (Teelicht oder Spiritusbrenner), der eine Leistung von ca. 10-100 W! hat ein, und heraus bekomme ich, selbst wenn ich alles gut und optimiert gefertigt habe, vielleicht eine Leistung mechanisch oder elektrisch von 1-10 W heraus. Grob überschlagen kommt da nur 1/10 der eingesetzen Leistung raus.  Das ist eine Leistunggsbilanz!    Zum Vergleich:
ein bürstenloser Elektromotor (Brushlessmotor) erreicht einen Wirkungsgrad von 80-90%.

Bei einem mit Sonnenenergie betriebenen Stirlingmotor spielt der Wirkungsgrad nicht die entscheidende Rolle, da Sonnenenergie praktisch unbegrenzt zur Verfügung steht. Vermutlich ist es der richtigere Weg einen Low Temperature Difference Stirling (LTD-Stirling) mit größerer Leistungausbeute zu konzipieren, nur ist mit der Sonneneinstrahlung in unseren Breitengraden auch nicht gerade der Blumentopf mit dem Stirling-Prozess zu gewinnen.
Ich gebe da den Solarzellen für die Zukunft mehr Chancen, da diese auch bei bedecktem Himmel noch etwas Strom liefern können.

Bemerkung zum Bau von Modell-Heißluftmotoren:

Viele Modellbauer sind sich nicht bewusst, welch geringe Leistung die (Modell)heißluftmotoren haben. Die Schwierigkeiten, die manche Modellbauer beim Nachbau dieser Motoren haben, ist auf diese Tatsache zurückzuführen. Das fängt mit der Kolben/Zylinder-Kombination an, die nicht reibungsarm und luftdicht genug ausgeführt wird (Schmierung ist auch nicht das wahre Hilfsmittel und gilt auch nur für größere Motoren ) und hört bei den Übertragungsteilen (Gestänge, Pleuel etc.) auf. Ein kritischer Punkt ist auch die Führungsbuchse zum Verdrängerkolben, sie muss reibungsarm und dennoch luftdicht sein und der Verdrängerkolben sollte so leicht wie möglich sein, vor allem wenn er waagerecht geführt wird.
Wer schon mal einen kleinen (1ccm) Modellmotor (Diesel oder Glühzünder) in Betrieb hatte und vergleicht die Leistung dieser Motörchen mit einem Heißluftmotor gleicher Baugröße (Hubraum und Hub) der weiß, "wo der Hammer hängt".
Es ist beim Bau von Modellheißluftmotoren unbedingt auf absolute Reibungsarmut aller Bauteile zu achten und die bekomme ich nur, wenn ich beim Bau nicht "schludere", sondern präzise arbeite, besonders bei den Übertragungsteilen wie Gestänge, Pleuel, Pleuelbefestigung, korrekter Sitz der Kugellager etc.
Es gibt hierzu einen einfachen Test (ich gehe davon aus, dass der Kolben den Zylinder luftdicht verschließt):

Wird das fertige Motörchen ohne Flamme mit kräftigem Schwung "angeworfen", dann muss das Schwungrad noch etliche (wenigstens 5) Umdrehungen weiterdrehen, bevor es stehenbleibt.
Gibt es da nur 1 oder 2 Umdrehungen, dann ist die Reibung zu hoch.
 

Startseite