Vakuummotor-Flammenfresser (09.2005 und 11.2009)

Das Wunsch, einen Stirlingmotor zu bauen, wurde bei mir geweckt, als mir der Heißluftmotor aus meiner Kindheit  mal wieder in die Hände fiel. Damals war dieser Motor neben den sonst üblichen Dampfmaschinen schon etwas besonderes. Es ist ein Rebi-Heißluftmotor der in die Kategorie der Vakuummotoren (auch Flammenfresser genannt) gehört. Leider hat dieser Motor aus dem Jahr 1952 die Zeit nicht so überlebt, wie es hätte sein müssen. Die Gußteile (Zinkdruckguss) des Motors wie Kurbelwellengehäuse mit Wasserkühlung sowie das Schwungrad waren durch Zinkfrass ("Zinkpest") regelrecht zerbröselt. Nur die Eisenteile wie Zylinder mit Kolben, Pleuel, sowie das Ein- und Auslassventil und die Kurbelwellenlager waren in Ordnung. An Ersatzteile zu denken war illusorisch, da die Firma Honsel KG (Hangelar/Siegkreis) schon sehr früh die Produktion dieses Motors einstellte.

 So ungefähr sah der Motor aus, bevor ich ihn restauriert habe.

Also habe ich aus Messing die erforderlichen Gussteile "nachempfunden". Sie wurden in mühevoller Handarbeit ausgesägt , passend gefeilt und verlötet. Ja, was soll man machen, wenn man keine Fräsmaschine hat. Es lebe die alte Handwerkskunst. Das Schwungrad habe ich allerdings auf meiner Drehmaschine angefertigt. 
  Dieser Rebi-Motor ist insofern eine Besonderheit, weil er sich sehr schön über das Auslassventil (Video) in der Drehzahl verstellen lässt, indem die Sprunghöhe des Flatterventils eingestellt wird. Das Typenschild des Motors:

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Nachbau des Rebi-Heißluftmotors (11.2009)

Da der Rebi-Motor wegen des Auslassventils ein schönes kerniges Lanz-Geräusch hat, habe mich entschlossen, diesen Motor in modifizierter Form nachzubauen. 
Als Grundlage wurde der Flammenfresser von Bachmann herangezogen. Die Kurbelwelle habe ich entgegen dem Bauplanvorschlag geteilt, nachdem sich herausgestellt hatte, dass ohne Justierhilfsmittel kein vernünftiger Rundlauf der Kurbelwelle zu erreichen ist, wenn sie, wie vorgesehen, zu einer Einheit hart zusammengelötet wird.
 

Beide Kurbelwellenhälften müssen nun jeweils in zwei Kugellager geführt werden. In eine Kurbelwellenhäfte wird ein Schlitz gefräst, in den der Stift der anderen Kurbelwellenhälfte eingreift. Die Nockenscheibe ist ähnlich geformt wie beim Rebi-Motor und der Zylinder erhält einen Zylinderkopf mit Einlassschieber und Auslassventil (Flatterventil). Der Arbeitskolben wurde aus Graphit hergestellt. Auf dem linken Bild sind die Einzelteile aufgeführt, die rechten Bilder zeigen den fertigen Motor. Die Nockenscheibe ist aus Messing, das kugelgelagerte Andrückrad, der Einlassschieber, das Auslassventil und die Einlassschieberstange sind aus Eisen.
Die Nocke habe ich übrigens ganz einfach hergestellt:
erst mal der Drehmaschine auf  21 mm rundgedreht, dann mit einer Schablone einen großen Halbkreis so angerissen, dass sich später ein Hub von ca. 6 mm ergibt, dann auf der Schleifmaschine den Halbkreis grob vorgeschliffen und  mit einer Feile den Rest sauber hingefeilt. Ist zwar ein bisschen Arbeit, aber das Resultat ist  einwandfrei, wenn man feilen kann..
Der Motor "läuft" selbst mit dem kleinen Schwungrad ( 70 mm Dm und ca. 200 g schwer) phantastisch.
Eine Eigenart hat der Flammenfresser wenn er kalt ist. Er "springt" zwar beim Anlegen der Flamme sofort an, bleibt dann aber, je nachdem wie stark sich Schwitzwasser bildet, stehen. Das macht sich beim Graphitkolben gegenüber einem Gußkolben stärker bemerkbar, weil hier die Reibung zu groß wird. Ist der Motor jedoch insgesamt angewärmt, dann steht einem tadellosen Lauf nichts mehr im Wege.
Habe inzwischen das große Schwungrad ( 90 mm Dm und ca. 320 g schwer) ausprobiert und der Motor funktioniert  hiermit genauso gut, d.h. er erreicht auch die Höchstdrehzahl wie mit dem kleinen Schwungrad, der Langsamlauf ist mit großen Schwungrad allerdings etwas besser, trotzdem habe ich das große Schwungrad auf  280 g abgespeckt, damit die Drehzahländerung nicht ganz so träge erfolgt.
Ein Flammenschutz wie beim Originalmotor hat sich nicht bewährt, da die Flamme in ihrem Brennverhalten gestört und dann bei hohen Drehzahlen ausgeblasen wird, bzw. die hohen Drehzahlen auch nicht mehr erreicht werden.

Änderungen:
- habe den Einlassschieber aus Graphit gemacht. Es hat sich herausgestellt, dass am Einlassschieber - obwohl hochglanzpoliert - kleinste Messingpartikel haften bleiben und dadurch auf dem polierten Zylinderkopf  leichte Riefen entstehen. Beim Originalmotor ist der Zylinderkopf aus Gußeisen und der Schieber aus Messing und bei dieser Kombination habe ich keine Probleme feststellen können. Beim Auslassventil treten diese Probleme nicht auf, weil hier nur eine vertikale Bewegung erfolgt. Der Graphit-Einlassschieber hat sich inzwischen bewährt und hat den großen Vorteil, dass die bewegliche Masse reduziert ist und obendrein ist die Reibung dieses Schiebers auf  Messing geringer. Das alles kommt der  Drehzahl zugute. Ich erreiche jetzt mehr als 1200 U/Min. Einen Flammenfresser mit diesem Drehzahlbereich (400- knapp 1300 U/Min) habe ich bisher noch nicht gesehen!
- eine weitere Änderung betrifft die Geräuschbildung. Gewollt ist das "Auspuffgeräusch" des Auslassventils. Es treten aber an dem Nocken-/Andrückrad und der Einlassventilstange metallische Geräusche auf, die nicht gewünscht sind. So gibt es am Andrückrad nicht nur horizontale, sondern auch vertikale Kräfte.  Diese vertikalen Kräfte reiben die Hülse, in der die Einlassschieberstange nur punktuell geführt wird, immer mehr auf, so dass hier zuviel Spiel und damit Klappergeräusche entstehen.  Ich habe hier die Einlassschieberstange in Teflon geführt.  Mal sehen, ob sich das bewährt.
Das Andrückrad habe ich nun aus Delrin angefertigt. Es gibt jetzt praktisch außer dem Auslassventil keine metallischen Klappergeräusche mehr.

Für mich ist dieser Motor in dieser Bauart das absolute Non-Plus-Ultra!
Es war und ist auch eine große Herausforderung diesen Motor so hinzubekommen.

Eine Besonderheit dieser Bauart ist die Drehzahlverstellung über einen Gashebel. Im Video kann man sehr schön die Gashebelfunktion erkennen. Eine Schnellverstellung ist auch mit dem Finger auf dem Auslassventil zu erreichen. Da werden Jugenderinnerungen wach, als man an seinem Moped mit dem Gasgriff gespielt hat und auch der Sound erinnert etwas an die legendäre Horex. 
Der Motor ist vorgeheizt, um Schwitzwasserbildung zu vermeiden. Nur so die hervorragende Drehzahländerung von ca. 400 U/Min auf ca. 1300 U/Min über den Gashebel zu erreichen.
Der Motor "rennt" mit einer Füllung ca. 1 Std. und ich habe ihn auch mal eine Stunde bei kleinster Drehzahl durchlaufen lassen. Die Drehzahl bleibt dabei sehr gut konstant, wenn die Flamme nicht gestört wird. Der Zylinder erreicht aussen ungefähr 60-70 Grad Celsius, die Bodenplatte wird nur handwarm.

Die Wiederherstellung des Rebi-Heißluftmotors war der Anlass, einen Stirling-Motor zu bauen.
Im Gegensatz zum Vakuummotor ist der Stirlingmotor ein geschlossenes System.
Das Grundprinzip des Stirlingmotors kann anhand des unten aufgeführten Murmelmotors sehr anschaulich nachvollzogen werden.

Nach vielen Recherchen im Internet bin ich auf einen Materialbausatz von René Schaffer (www.modellschaffer.ch) gestoßen, der sich wohltuend von den üblichen Konstruktionen abhebt. Der Materialsatz ist für Leute interessant, die eine Drehmaschine und vielleicht sogar noch eine Fräsmaschine (muss aber nicht) besitzen und zu faul sind, sich die "Brocken" für einen Heißluftmotor einzeln zu besorgen. Für mich war wichtig, dass die Verdrängerkolbenstange mit der Führungsbuchse im Kühler passgenau vorgefertigt war. Ist dieses Teil nicht leichtgängig und trotzdem luftdicht, dann ist der Traum vom Stirling ausgeträumt.
 

Ein Video des Motors, erst normal laufend und dann im Turbo-Mode

Zunächst war ich beim ersten Probelauf des Motors über die geringe Leistungsausbeute des Stirling enttäuscht. Der Motor wollte einfach nicht richtig anlaufen. Erst nachdem ich die Gestänge exakt und reibungsfrei ausgerichtet, sowie den Verdrängerzylinder absolut dicht in den Kühler bzw. Regenerator eingepasst hatte, kam Schwung in die Angelegenheit.

Hier noch ein paar Tipps zum Bau des Motors:

1.) Wer den Arbeitszylinder nicht so ausdrehen kann, dass er dicht genug ist, sollte sich ein Alurohr besorgen (aussen 14 mm innen 12 mm) und dies in  den Zylinder einkleben. Der Innendurchmesser des Alurohres ist so beschaffen, dass der Kolben noch nicht reinpasst. Durch Aufreiben (vor dem Einkleben in den Zylinder!) mit z.B. einem guten 8 mm-HSS-Drehstahl als Reibahlenersatz lässt sich ein brauchbares Ergebnis erzielen.
Das beste Ergebnis ist allerdings mit alten Glasspritzen mit geschliffenem Glaskolben zu erzielen, so wie ich es später praktiziert habe.
Für diesen Stirlingmotor ist eine 5 ml-Spritze hervorragend geeignet, da die Abmessungen von Zylinder und Kolben passen. Die Glasteile müssen nur passgerecht mit einer Diamantscheibe (Proxxon) abgelängt werden. 

2.) Die Bohrungen auf der Hubscheibe bzw. die 3 mm - Achse und Achse zum Schwungrad müssen absolut parallel sein, sonst "schlackern" die Pleuelstangen die zur Hubscheibe führen. Ich habe hier kurzerhand die kleine Achse in die Hubscheibe nach sorgfältigem Ausrichten zur Schwungradachse eingeklebt, nachdem die Bohrung nicht so war wie sie sein sollte.

3.) Die Schubstange des Verdrängerkolbens muss absolut leichtgängig und trotzdem dicht in der Buchse laufen 
(meiner Meinung nach das größte Problem). Ich habe wegen der Leichtgängigkeit weder die Schubstange noch den Arbeitskolben geschmiert. 
Weiterhin muß die Schubstangenverlängerung sehr zentrisch auf Schubstange drücken.
Kleine Winkelfehler führen dazu, dass die Schubstange klemmen kann. Die Art wie die Schubstange über den Kipphebelhalter geführt wird lässt eine optimale Führung sehr gut zu. Winkelfehler können schon dadurch entstehen, dass z.B. die Distanz-Stücke nicht beidseitig sauber parallel gedreht sind.
Geräusche die der Motor von sich gibt weisen darauf hin, dass zuviel Reibung oder im umgekehrten Fall zuviel Spiel vorhanden ist.

4.) Der folgende Test beim fertigen Motor zeigt, ob überhaupt eine Chance für die Lauffähigkeit besteht:
Arbeitskolben in obere Totlage bringen, dann Schwungrad leicht nach rechts drehen. Jetzt muß das Schwungrad mehr oder weniger stark zurückfedern. Ist dies nicht der Fall, dann ist das System undicht (vielleicht auch zu wenig Kolbenkompression) oder die Reibung ist zu hoch.

Da mir die Kompression des Arbeitszylinders zu gering war, habe ich den Kolben und Zylinder aus einer geschliffenen 5 ml-Glasspritze angefertigt und in den vorhandenen Aluzylinder eingepasst, bzw. dieses Teil neu gedreht.  Diese Glasspritze ist ideal, da der Kolbendurchmesser fast identisch ist. Außerdem ist die Kombination von geschliffenem Kolben und Zylinder sehr reibungsarm, braucht nicht geschmiert zu werden und bringt hervorragende Kompression. Der Motor läßt sich unmittelbar nach Wärmezufuhr andrehen und "rennt" los!! 
So ist der Motor eine wahre Freude, vor allem in der Kombination wie unten beschrieben.
Wenn der Motor gut ausgeführt wird, d.h. , wenig Reibung , gute Kompression kann er nach kurzer Anlaufzeit eine Drehzahl von ca. 1600 U/Min erreichen (abhängig von Flammenhöhe und Luftbewegung). Ein weiteres Kriterium für eine gute Bauweise ist die Tatsache, dass der Regenerator auch nach langer Laufzeit (mit einer Füllung "läuft" der Motor jetzt mehr als 120 min.) relativ kühl bleibt, d.h. die zugeführte Wärme wird sehr gut in Bewegungsenergie umgewandelt.
Die für diesen Motor ungewöhnlich hohe Drehzahl führe ich darauf zurück, dass ich die beweglichen Teile gewichtsmäßig abgespeckt, sowie Kugellager eingebaut habe (siehe unten)  und keine Schmierung durchführe.

Nach Recherchen im Internet über Stirlingmotoren ist es auch möglich, den Verdrängerkolben ohne Steuerung über einen um 90° versetzten Kurbeltrieb zu betreiben. Also habe ich  mal ganz einfach die Verbindung zum Verdrängerkolben weggelassen,  und ich hätte es nicht geglaubt ..... der Motor läuft auch in diesem Modus!.
Der Verdrängerkolben steuert sich selbst über den Über- bzw. Unterdruck des Arbeitskolbens. Ich habe mir sagen lassen, dass dies nun ein Ringbom-Stirling wäre. Damit der Verdrängerkolben nicht an den Glaszylinder "knallt", habe ich provisorisch eine Gummibremse an der Schubstange angebracht, in die andere Richtung wird der Verdrängerkolben durch Anschlagen an die Pleuelstange des Arbeitskolbens gebremst. Im Video ist das deutlich zu hören. Die Drehzahl des Motor hat sich drastisch verringert und beträgt vielleicht nur noch ewa 300-800 U/Min, je nachdem, wie sich der Motor "verschluckt". Was auffällt, ist der mehr rechteckförmige Verlauf des Verdrängerkolbens gegenüber dem sinusförmigen Verlauf des Arbeitskolbens und der nunmehr grössere Hub des Verdrängerkolbens. Auch habe ich den Eindruck, dass der  Motor in diesem Modus mehr Leistung hat.
Als Ziel schwebte mir vor, den Motor mit einem Handgriff  vom Gamma- zum Ringbom-Typ umzustellen. 
Ich habe dazu die Verbindung zwischen Kipphebel und Schubstange aus Kohlefaser (Gewichtsgründe!) hergestellt und sonst noch Teile abgespeckt, bzw. weggelassen (siehe Bild). Die zwei Gleitlager auf der Hubachse habe ich durch Kugellager 3x6x2,5 ersetzt. In den Kipphebel habe ich ein Kugellager 3x6x2,5 eingepresst. Die Gummibremse an der Schubstange habe ich durch einen Alu-Ring mit Teflonscheibe ersetzt. Es ist nun ganz einfach möglich, den Motor sowohl als Gamma-Stirling als auch Ringbom-Stirling laufen zu lassen Das Video  zeigt dies sehr schön.. Die Verlängerung braucht nicht zusätzlich gesichert zu werden, solange der Kohlestift einigermassen stramm in das in das Kugellager am Kipphebel reingeht.
Der Motor läuft im Ringbom-Modus in beiden Richtungen, allerdings rechts herum schlechter, da die Pleuelstange aufgrund der Bauart des Motors den Verdrängerkolben im falschen Moment abbremst.

Nach meinen Recherchen ist dies wohl der erste Heißluftmotor der auf einfache Weise sowohl als Gamma-Stirling als auch als Ringbom-Stirling funktioniert. Ebenso scheint es der erste Ringbom-Stirling mit waagerecht angeordnetem Verdrängerzylinder zu sein!

Eine weiterer Heißluftmotor, der nicht so recht in die Vielfalt der Stirlingmotoren passt, ist die thermoakustische Maschine.
Im Internet findet sich oft die Bezeichnung Lamina Flow Stirling.
So eine Maschine reizte mich zum Nachbau, da es meiner Meinung nach keine vom Aufbau her "primitivere" Wärmekraftmaschine gibt.
Das Grundprinzip dieser Maschine ist "uralt".
Das Entstehen von Schwingungen in heißer Luft wurde schon 1777 von Higgins beobachtet, die "singenden Flammen" und auch die Glasbläser kennen das Phänomen von Tönen bei der Glasbearbeitung.
Durch Temperaturgradienten bzw. inhomogene Temperaturverteilungen an begrenzenden Kontaktflächen können akustische Wellen angeregt werden.
Dieses Phänomen kann mit Hilfe des Rijke-Rohrs sehr schön experimentell nachvollzogen werden:

In einer Glas-Röhre wird die Luft erhitzt und mit Hilfe einer Erregerquelle (z. B. Metallgitter) zum  Schwingen angeregt, so dass sich in der Röhre (Resonator) eine eine stehende Welle ausbildet.
Wie beim Stirlingmotor gibt es auch hier den Zyklus von sich ausdehnendem und zusammenziehenden Gas (Luft).
Während das Rijke-Rohr ein offenes System ist, liegt bei dem thermoakustischen Motor wie beim Stirling-Konzept ein geschlossenes System vor, allerdings ohne Verdrängerzylinder. Das macht die Bauweise auch so einfach.
Im Gegensatz zum "normalen" Stirling wird hier keine heiße Luft in den Arbeitszylinder geschoben, sondern ein stehende Welle treibt den Arbeitskolben an, d.h. die Funktionsweise dieses Motors ist nur bedingt mit dem Stirlingmotor zu vergleichen.
Er wird als thermoakustischer Stirling oder auch im angloamerikanischen Bereich als Lamina-Flow-Stirling bezeichnet. 
Zu hören gibt's da sehr wenig, da die Frequenz im Bereich von 2-30 Hz liegt; allerdings ist die theoretische Frequenz  um etliches höher, sie kann sich nur nicht aufgrund der Massenträgheit des Systems (Kolben+Schwungrad) ausbilden.
Bei der thermoakustischen Maschine ist die Erregerquelle zur Anregung von stehenden Wellen ein Arbeitskolben in Verbindung mit der Heizquelle, einem Regenerator und ganz wichtig einer Blende zwischen Resonator und Arbeitszylinder. Ohne diese Blende kann sich die stehende Welle nicht ausbilden, da sie im Gegensatz zum Rijke-Rohr nicht durch Überlagerung von Wellen entsteht, sondern durch Reflexion an der Blende.
Eine große Temperaturdifferenz im Resonator (Reagenzglas) begünstigt das Entstehen der thermoakustischen Schwingungen, daher ist z.B. ein Resonator aus Aluminium nicht geeignet, da örtlich zuviel Wärmeenergie entzogen wird. Angeblich soll ein Resonator aus Edelstahl auch funktionieren, nur ein Modell hierzu habe ich bisher nicht im Internet entdecken können. Mit einer Aluminiumröhre funktioniert es nicht, das habe ich ausprobiert..

Um den Arbeitsaufwand zu Beginn so gering wie möglich zu halten,  habe ich als Aufheizzylinder ein Schott-Duran-Reagenzglas (155 mm x 15,5 mm) und als Arbeitszylinder eine Glasspritze mit geschliffenem Glaskolben (16 mm  Dm)  genommen. Passende Glasspritzen 10 ml gibt es noch bei ebay.
Das Schwungrad stammt aus einen Videorekorder ( 80 gr schwer, 60 cm Dm), Bodenplatte und Halter sind wie auf dem Bild zu sehen aus Holz. Mit dieser primitiven Ausführung lässt es sich sehr gut experimentieren
Wie das meistens so ist, ..... nach der Fertigstellung rührt sich erst mal gar nichts.
Nach einigem Experimentieren ist es mir dann doch noch gelungen, das Motörchen zum Drehen zu bringen.
Die Drehzahl ist zwar niedrig, vielleicht so 100 U/min, aber immerhin er dreht.
Eine stehende Welle in diesem System zu erzeugen,  ist gar nicht so einfach. Was bei klassischen Verbrennungsmotoren absolut unerwünscht ist, nämlich thermoakustische Schwingungen, die den Verbrennungsablauf stören, sind es genau diese Schwingungen, die wir hier brauchen.
Der Knackpunkt liegt an der Trennstelle zwischen dem Heizzylinder und Arbeitszylinder und dem Hub des Arbeitskolben.
Wenn diese Öffnung (choke) zu groß ist, funktioniert der Motor nicht, d.h. es bildet sich im Reagenzglas keine stehende Welle aus.
Ich habe eine Messingmuffe genommen, um die beiden Zylinder miteinander zu verbinden (mit Silikon, wegen der Elastizität). Die Durchlassöffnung der Muffe war zuerst ca. 12 mm. Ich habe die Öffnung auf  4 mm reduziert, sowie den Kolbenhub von ca. 25 mm auf  ca. 14 mm verringert.
Eine wichtige Rolle spielt auch die im Heizzylinder eingebrachte Edelstahlwolle (Topfkratzer) und deren Länge (ca. 70 mm). Ohne diesen Regenerator funktioniert der Motor sehr schlecht. 
Ich habe später den Motor auch ohne Regenerator zum Laufen gebracht. Der Motor muss wesentlich länger aufgeheizt und über das Schwungrad auf Drehzahl gebracht werden, aber schließlich entsteht auch in diesem Fall eine stehende Welle und der Motor läuft von allein weiter. Die Energie dieser Welle ist allerdings wesentlich geringer, als diejenige mit Regenerator!
Die Edelstahlwolle unterstützt  das Temperaturgefälle, das zur Erzeugung der thermoakustischen Welle notwendig ist (Stichwort ->Temperaturgradient).
Der Regenerator (Stack) könnte auch aus dünnen Plättchen aus Kunststoff oder Keramik (Partikelfilter) sein. Daher auch die Bezeichnung "Lamina Flow Stirling" (Achtung , nicht verwechseln mit Laminar Flow!!, hat nichts mit laminarer Strömung zu tun). Hauptsache die Oberfläche des Regenerators ist im Verhältnis zum Volumen groß.
Die Heizquelle muss genau am Ende des Regenerators in Richtung Arbeitszylinder platziert werden!
Nach den Änderungen war nach einiger Aufheizzeit eine Drehwilligkeit zu erkennen. Der Motor läuft nicht gleich an, sondern das Schwungrad führt zunächst Pendelbewegungen durch, bis die stehende Welle genügend Amplitude erreicht  hat, um das Schwungrad komplett zu drehen. Hier ein Video dieser Erstausführung.
Durch Modifikationen hinsichtlich Heizzylindervolumen, Blendenöffnung, Kolbenhub und Regenerator ist es mir gelungen, ein prächtig funktionierendes Motörchen zu entwickeln.
Dabei hat sich bei einer Reagenzglaslänge von 135-155 mm und einem Innendurchmesser von 14 mm,  ein Kolbenhub von ca. 14 mm als optimal erwiesen. Hierbei ist der obere Totpunkt des Kolbens sehr nahe an der Blende. Wird der obere Totpunkt des Kolbens zurückverlegt, kann auch der Hub vergrößert werden. Als grobe Faustregel gilt:
 

Um noch besser testen zu können,  habe ich eine neue Verbindungsmuffe aus Alu gedreht.
Die beiden Zylinder habe ich mit dünnem Teflonband (1/2" x 260", MilSpec T-27730A) umwickelt und vorsichtig in die Alumuffe  eingepresst! So kann ich jederzeit den Motor zerlegen. Den Wulst des Reagenzglases habe ich mit einer Diamanttrennscheibe entfernt.
Die Muffe ist 25 mm lang und hat 22 mm Durchmesser mit Einstichen auf  beiden Seiten in einer Tiefe von je 10 mm passend zu Reagenzglas und Arbeitszylinder. Die Bohrung war zunächst 10 mm.
Um den Hub des Arbeitskolbens einfach zu verstellen, habe ich auf dem Schwungrad einen drehbaren Hebel angebracht.
Auf diese Weise kann ich den Hub von 0 mm auf  fast 30 mm verändern!
Da mir das Schwungrad etwas zu leicht vorkam, habe ich einen Bleistreifen um das Rad gelegt. Das Schwungrad ist nun ca. 140 g schwer. Der Motor läuft damit viel runder und schöner.
Wenn das Schwungrad aus Guß oder Messing gefertigt ist, wird es ohnehin bei einen Durchmesser von ca. 70 mm mindestens 140 g schwer!
Die Bedeutung des Schwungrades sollte nicht unterschätzt werden. Wird es zu leicht gemacht und ist die Kompression gut, dann braucht der Motor länger bis er auf  Touren kommt und "stottert" mehr zu Beginn. Wird das Schwungrad zu schwer gemacht, dann dreht der Motor zwar schön rund, kann dann aber aufgrund der Trägheit nicht so hoch drehen. Es ist eine reine Geschmacksfrage was einem lieber ist.
Das Gesamtgewicht sollte nicht mehr als 140 g haben und die Masse sollte sich mehr nach aussen konzentrieren, ähnlich wie ich es mit dem Bleistreifen gemacht habe.
Für eines der Schwungräder habe ich z.B. ein Kugellager 68x40x9 genommen, den inneren Ring und die Kugeln entfernt und eine Aluscheibe in den äußeren Ring gepresst. Das Schwungrad ist doppelt kugelgelagert.

Zum besseren Verständnis kann man sich die Kombination von schwingendem Kolben und Schwungrad wie ein Feder-Masse-System vorstellen. Wenn das System zum Schwingen angeregt wird und Federkraft und Masse aufeinander abgestimmt sind, dann kann es bei einer bestimmten Frequenz in Resonanz gebracht werden. Auf auf unseren Motor übertragen bedeutet dies, dass durch geschickte Wahl von Kolbenhub, Schwungrad  und Resonatorlänge beträchtliche Drehzahlerhöhungen möglich sind.

Habe noch ein bisschen weiterexperimentiert und herausgefunden, dass für meinen Motor die Öffnung zwischen Arbeitszylinder und Heizzylinder optimal 5 mm ist. Die Drehzahl hat sich glatt verdoppelt.
Meine Experimente haben mir gezeigt, dass der Kolbenhub bzw. der Kompressionsdruck, sowie die Öffnung  (choke) zwischen Heiz- und Arbeitszylinder eine entscheidende Rolle für das Auskoppeln der thermoakustischen Energie in mechanische Energie und damit die Lauffähigkeit des Motors spielt.

Anmerkung zu der thermoakustischen stehenden Welle:
Die stehende Welle breitet sich in unserem Falle im gesamten Reagenzglas bis zur Blende aus, deshalb darf der Regenerator 
( Stahlwolle) nicht zu dicht gepackt in das Reagenzglas gebracht werden sein. Es ist daher auch möglich ein Rohr 
( mit 5 mm Durchmesser) durch den Regenerator zu legen und die Flamme am vorderen Ende des Reagenzglases wirken zu lassen. Die Frequenz der stehenden Welle ist umso höher, je kürzer der  Resonator  bzw. je kleiner das Resonatorvolumen ist. Ich könnte mir vorstellen, dass es möglich ist, auch ohne Blende eine stehende Welle im System zu erzeugen, indem der Kolben in einer Frequenz harmonisch zur  stehenden Welle mitschwingt (Reflexion direkt am Kolben).

Statt der Edelstahlwolle habe ich versuchsweise normale grobe Stahlwolle (Größe2) genommen und damit läuft der Motor sogar noch besser, warum? , die Edelstahlwolle des Topfkratzers war nicht fein genug (zu wenig Oberfläche).
Jetzt sind Drehzahlen bis 1000 U/min möglich, abhängig von der Größe der Flamme (Spiritusbrenner).
Wer einen Motor haben will, der mehr als 1000 U/min drehen soll, der muss selbst hinsichtlich Reagenzglaslänge, Kompressionsdruck (Kolbenhub) ,Schwungradmasse und Blendenöffnung experimentieren. 

Nach längerem Lauf stellt man fest, dass der Arbeitszylinder heißer wird und das Ende des Reagenzglases kühl bleibt. Dies ist ein Zeichen für die richtige thermodynamische Arbeitsweise des Motors.
Wird der Motor länger als 15 Min. ununterbrochen betrieben , dann sollte der Halter für die Alumuffe auch aus Aluminium gefertigt sein (bessere Wärmeabfuhr).
 

Hier noch einmal die wichtigsten Daten des Motors nach den Verbesserungen: -   Reagenzglas (Schott Duran) ca. 135 mm lang ohne Wulst, Durchmesser aussen ca. 15,5  mm. Gibt es im Handel als 160x16 mm. -   Kolben von Glasspritze ca. 16 mm Durchmesser und 25 mm lang und passender Glaszylinder dazu ca. 33 mm lang.      Glasspritze 10ml gibt es noch bei ebay.      Glaszylinder kann auch länger sein, falls der Kolben komplett innerhalb des Zylinders laufen soll.      Alle Glasteile wurden mit einer Proxxon(Dremel)-Kleinbohrmaschine und Diamanttrennscheibe bearbeitet und nass nachgeschliffen.      Um das Aussplittern des Glases etwas zu verringern, die Trennstelle vorher mit Tesafilm umwickeln. -   Schwungrad ca.70 mm Durchmesser und ca. 10-14 mm breit, Gewicht ca. 100-140 g. -   Alumuffe 25 mm lang, 22 mm Durchmesser, 5 mm Bohrung (Blende)      Jeweils an den Enden 10 mm tiefe Einstiche,  passend für das Reagenzglas und den Arbeitszylinder.      Gläser mit dünnem Teflonband (1/2"x260", MilSpec T-27730A oder 12 mm x 0,08 mm x 12m) vorsichtig in die Muffe einpressen.      Achtung, wenn das Glas an der Schnittkante zu sehr "ausgefranst" ist, dann bekommt es nach dem Einpressen schnell Risse. -   Kolbenhub ca.14 mm. Pleuelstange ca. 50 mm lang. Wenn Drehzahlen über 1000 U/min gewünscht sind, dann muss der      obere Totpunkt  des Kolbens ca. 1-2 mm vor der Blende liegen und das Reagenzglas mit Regenerator kürzer sein (siehe unten). Die Verbindung von Pleuel zu Glaskolben erfolgt mit einem "Aluminiumstöpsel". Dieser wird entweder mit Silikon in den Kolben eingeklebt oder mit einem O-Ring geklemmt. Aluminium dehnt sich mehr aus als Glas!!     -  Stahlwolle grob (Größe 2) in einer Länge von ca. 70 mm in das Reagenzglas einbringen, aber nicht bis zum Ende schieben,     sondern ca. 20 mm Luft lassen. Von der Stahlwolle wird in Längsrichtung ein entsprechender Streifen abgeschnitten,     zu einer Wurst gerollt und dann abgelängt. Stahlwolle nicht zu dicht in das Reagenzglas stopfen!     Je nach Flammenhöhe und Brennerart sind Drehzahlen von 150 bis 1000 U/min möglich.      Die Drehzahl ändert sich auch mit der Lage und Länge der Stahlwolle.      Wird die Stahlwolle bei einer vorgebenen Länge des Reagenzglases mehr in Richtung Blende verschoben,     dann  vergrößert sich die Drehzahl. Ein einfacher Test zeigt, ob der Motor gut funktionieren wird: Nach dem Zusammenbau darf das Schwungrad wenn es gedreht wird nicht einfach stehen bleiben, sondern es muß pendeln. Tut es das nicht, ist entweder die Kompression zu gering oder die Reibung zu hoch. Der Stift im Schwungrad für den Pleuelantrieb muß parallel zur Schwungradachse sein und auch die Bohrung im Kolben für das Pleuel muß parallel zur Schwungradachse sein!

Eine nochmalige Erhöhung der Drehzahl  auf  1600 U/min (Video) ist mir mit einem  100 mm langem Reagenzglas und einem auf  45mm verkürztem Regenerator gelungen. Bei dieser Drehzahl ist bereits ein leichter Brummton zu hören, d.h. der Kolben schwingt mit ca. 26 Hz.
Die theoretische Drehzahl ist bei diesem Motor mindestens doppelt so hoch. Sie kann nur nicht aufgrund von Reibungseinflüssen und Massenträgheit ausgenutzt werden. Ein weiteres Video zeigt, mit welcher kleiner Flamme der Motor noch vernünftig dreht.
Das absolute Minimum an Flamme ist hier zu sehen.
Solarbetrieb ist mit einer Kondensorlinse (z.B. aus einem Diaprojektor) möglich.

 

Der krönende Abschluss meiner Experimente ist dieser Edel-Motor
in Alu-Messing-Ausführung. 
Dies war allerdings nur mit Unterstützung einer CNC-Fräsmaschine
(Schwungrad und Logo) zu realisieren.
Die Messingteile sind vergoldet.
Dieser Motor "läuft" mit einer Füllung auf  kleiner Flamme  120 Minuten!
 
 

In einem weiteren Versuch habe ich den thermoakustischen Motor ohne Schwungrad ausprobiert. Der Kolben sollte dann aufgrund der thermoakustischen Schwingungen frei schwingen. Und in der Tat macht er dies auch (Video). 
Dazu muß nach einer gewissen Aufheizzeit der Kolben "angeschubst" werden. Der Gummiring verhindert, dass der Glaskolben an die Alublende knallt.
Die Schwingungweite (der Hub) des Kolbens ist umso größer, je weiter der Kolben in der Ausgangsstellung von der Blende entfernt war. Hier gibt es eine Übereinstimmung mit meinen obigen Versuchen mit Schwungrad, wonach der Hub des Kolbens kleiner sein kann, wenn der obere Totpunkt des Kolbens nahe an der Blende ist. Wird allerdings der Kolben sehr weit von der Blende entfernt (hier ca. 4cm) zum Schwingen gebracht, dann bricht die thermoakustische Welle nach einiger Zeit zusammen.
Das thermoakustische Prinzip des freischwingenden Kolbens zeigt eindeutig, dass nicht wie beim herkömmlichen Stirling Luft mit Hilfe des Verdrängers hin und hergeschoben wird zum Aufheizen und Abkühlen, sondern dass tatsächlich eine stehende Welle den Kolben bewegt.
In einem späteren Versuch will ich testen, ob nennenswerte Energie mit Hilfe eines Lineargenerators erzeugt werden kann. Dazu wird in den Glaskolben ein Magnet eingebracht und um den Zylinder kommt die Spule, vielleicht kann ich dazu Teile einer Schüttel-Taschenlampe verwenden.
Mittlerweile habe ich den Versuch den thermoakustischen Freikolbenmotor als Generator einzusetzen, durchgeführt.
Um es vorwegzunehmen, das Ergebnis ist enttäuschend.
In den Kolben habe ich einen Stabmagnet Neodym 12 x 25 mm eingebracht und um den Zylinder eine Spule mit den Maßen 30 x 30 mm gelegt. Die Spule hat ca 1000 Wdg. 0,2 CuL mit einem Widerstandswert von ca. 40 Ohm. Die Ausgangsspannung beträgt  ~3 Vss. Diese wird mit Germaniumdioden (wegen der geringen Durchlaßspannung) gleichgerichtet und bringt eine Leuchtdiode gerade so zum Leuchten (Video), d.h. die Leistung beträgt höchstens 5-10 mW. Man kann auch direkt 2 Leuchdioden antiparallel geschaltet an die Spule anschließen. Ich könnte mir vorstellen, dass durch Optimierung noch ewas mehr rauszuholen ist, aber mehr als 20 mW ist meiner Meinung nach nicht drin, d.h. mit der thermoakustischen Energie ist auf diesem Wege kein Blumentopf zu gewinnen, vor allem, wenn man noch berücksichtigt, dass der eingesetzte Brenner eine Leistung von ca. 15 Watt hat!
Industriell wird der thermoakustische Motor in dieser Bauform auch nicht eingesetzt und schon gar nicht als Lineargenerator. Hier kommen andere Verfahren zum Einsatz, um die thermoakustische Energie auszunutzen bzw. umzuwandeln. So wird .z.B. die thermoakustische Welle in einen Helmholtz-Resonator eingekoppelt, um dadurch Energiezuwachs zu erhalten.
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Quelle: Robert Sier; http://www.stirlingengines.org.uk/

Der einfachste Stirlingmotor bei dem das Prinzip der Heißluftmaschinen sehr anschaulich dargestellt werden kann, ist der "Murmelmotor" von Dr. Schlagenhauf. Als Verdränger arbeiten Glaskugeln (marble displacer) in einem drehbar gelagerten Reagenzglas, an dem über eine Schlauchverbindung der Arbeitskolben angebracht ist. Der Arbeitskolben hebt das Reagenzglas bei Erwärmung an und und die heiße Luft wird über die sich bewegenden Glaskugeln in Richtung Arbeitskolben geschoben, wo sie sich abkühlen kann. Die abgekühlte Luft bewegt nun den Arbeitskolben in die entgegengesetzte Richtung und wird mit den Glaskugeln wieder in den Aufheizbereich gebracht. Das Spiel beginnt von vorne. Der "Motor" ist der sich auf- und abwärtsbewegende Kolben.

Man kann das Experiment auch so durchführen, dass man an ein Reagenzglas 160x16 gefüllt mit 5 Keramikkugeln direkt über eine Schlauchverbindung z.B. eine Glasspritze 10 ml oder kleiner anschließt. Die Glasspritze darf nicht zu groß sein, sonst bewegt sich der Kolben nicht genügend. Man hält das Reagenzglas waagerecht und heizt eine Weile auf. Nun bewegt man das Reagenzglas so, dass die Kugeln hin- und herrollen können und siehe da (Video), der Kolben bewegt sich synchron zu den Kugeln um 90° phasenverschoben. Warum?
Erklärung: wenn die Kugeln in Richtung Brenner rollen wird die heisse Luft in Richtung Arbeitskolben geschoben und kann sich abkühlen, was Druckminderung bedeutet ( Kolben bewegt sich Richtung Brenner) , umgekehrt, wenn die die Kugeln in Richtung Arbeitskolben rollen wird die kältere Luft in Richtung Brenner zum Aufheizen geschoben, was zur Druckerhöhung im System führt (Kolben bewegt sich entgegengesetzt)!!
Nun ersetzt man die Kugeln durch einen Verdrängerzylinder und koppelt Arbeitskolben und Verdränger um 90° versetzt über ein Gestänge an ein Schwungrad und schon ist der Stirling  fertig. Ja ja die praktische Ausführung ist etwas komplizierter. Dennoch dürfte spätestens jetzt, auch dem Leien die Funktion eines Stirling etwas verständlicher sein.

Der Gedanke liegt nahe, die Bewegung des Kolbens an ein Schwungrad zu koppeln ( sieht halt mehr nach einer Maschine aus).
Versuche für solche Motoren gibt es, haben aber den Nachteil, dass die Drehung des Schwungrades nicht gleichmäßig ist. Selbst zwei gegenläufige Reagenzgläser, um 180° versetzt an ein Schwungrad gekoppelt, können das auch nicht so richtig ausgleichen. Eine Anregung das zu verbessern, gab es mal wieder im Internet, nämlich über ein relativ schweres Schwungrad mit Getriebe die ruckartige Schwungradbewegung zu minimieren.
Ich habe mich an die Arbeit gemacht und Teile meines thermoakustischen Motors direkt übernommen.
Das Pleuel ist starr mit dem Arbeitkolben verbunden, so dass sich das drehbar gelagerte Reagenzglas über eine Exzenterscheibe auf- und abwärts bewegen kann. Ein Getriebe 1:5 aus dem Flugmodellbau ist an das Schwungrad gekoppelt. Der Aufbau erfolgte zunächst wieder in bewährter Art aus Holz.
Ein Video zeigt die grundsätzlich funktionierende Arbeitsweise. Dieser Motor dreht nur in eine Richtung, da die Kugeln dem Kolben um 90° phasenverschoben vorauseilen, bzw. nacheilen  müssen, und das ist nur in einer Drehrichtung möglich.
Das Ergebnis dieses Motors war zunächst  für mich etwas ernüchternd, da die Maschine immer mal  zwischendurch stehen blieb, weil z.B. die Glaskugeln nicht sauber rollten
Ich habe die Geometrie ewas verändert, Glaskugeln überprüft und das Schwungrad mit Bleistreifen auf  200g erhöht.
Jetzt "marschiert" der Motor einwandfrei.
Wer dieses Motörchen nachbauen will, muss schon einigermaßen präzise arbeiten.
Das Getriebe und das Schwungrad müssen kugelgelagert sein (4 Stück).
Das Pleuelkugellager ist nicht unbedingt notwendig. Das Getriebe selbst darf in keiner Stellung klemmen! Die Kugeln werden auf etwa gleichen Durchmesser geprüft, ca 12,5 mm und sollten alle gemeinsam gleichmäßig rollen.
Bewährt haben sich Keramikkugeln SA50 Umarex (gibt es bei target-sport.de) mit einem Durchmesser von ~ 12,7 mm. Hier kann man sich von 72 Kugeln die passenden aussuchen. Das Reagenzglas hat einen Innendurchmesser von ca 13,.5 mm und es sollte noch genügend Luft im dazwischen bleiben, daher sollten die Kugeln nicht mehr als 12,7 mm Durchmesser haben.
Die Höhenlage von Drehpunkt Reagenzglas und Mittelpunkt Exzenterscheibe ist nicht ,wie man vermuten könnte identisch, sondern der Drehpunkt Reagenzglas liegt 5 mm tiefer. Gilt zumindest für meinen Motor.
Hier ein Bild der endgültigen Ausführung mit  aktuellem Video.

Ein Stirlingmotor der noch in meiner Sammlung fehlt, ist der Manson-Stirling. Der Manson-Stirling ist kein üblicher Stirlingmotor, da er für den Druckausgleich eine Öffnung hat und somit kein geschlossenes System darstellt. 
Diesen Motor habe ich als Fertigmodell von stirlingmotor.com erworben.
Durch die kompakte Bauweise kann der Motor auch als Antriebsquelle für irgendwelche Fortbewegungsmittel benutzt werden (Phantasie ist gefragt).
Diesen Motor möchte ich in ähnlicher Bauweise wie den Originalmotor von 1952 nachbauen. 
Für einen ersten Versuch habe ich schon mal Arbeitszylinder und Arbeitskolben aus einer 10 ml Glasspritze vorbereitet:

Das absolute Minimum an Flamme ist hier zu sehen.
Man höre und staune:
der Motor läuft mit einer Füllung bei kleinster Flamme 210 Minuten mit einer Drehzahl von ca. 100 U/Min!

Statt Bohrungen im Glas habe ich Schlitze gesägt, dadurch ist der Druckausgleich präziser und schneller. Hier muss man sich die Arbeit machen die Schlitze und den Hub so zu gestalten, dass in den Totpunkten gerade genügend Belüftungsöffnung freigegeben wird (Schlitz ca. 4x1 mm).
Die thermische Entkopplung zwischen Verdränger und Arbeitskolben gelingt ganz gut mit O-Ringen. Das ist auch besser, als Aluteile direkt in das Glas zu kleben, denn wenn sich das Alu erwärmt, führt das unweigerlich zu Glasbruch (Alu dehnt sich bei Erwärmung ca. 7 mal mehr aus als Borosilikatglas!).
Dass die thermische Trennung mit O-Ringen ganz gut funktioniert schließe ich daraus, dass ich das Pleuel entgegen meinen Vorschlägen über einen Alustöpsel direkt in den Arbeitskolben geklebt habe und ich bisher damit keine Probleme hatte, d.h. der Arbeitskolben bzw. das Aluteil bleibt kühl genug.

Anmerkung zum gekauften Rupp-Motor:
der Motor wird nach 10 Min. Dauerbetrieb "sauheiß" und trotzdem bleibt er nicht stehen. Warum? Die gemessene Temperatur vorne am Heizzylinder beträgt ca. 300° C und am Kühlzylinder mitte ca. 80° C, d.h. die Temperaturdifferenz ist noch groß genug für den weiteren Betrieb!

Der Manson-Stirling nimmt unter den Stirlingmotoren eine Sonderstellung ein, weil hier kein geschlossenes System vorliegt, denn der Motor hat für den Druckausgleich in den Totpunkten des Arbeitskolbens eine Einlass-/Auslassöffnung. Die Bauart ist einfach, da Verdrängerkolben und Arbeitskolben starr miteinander verbunden sind, trotzdem wurde der Motor bislang nur von wenigen Modellbauern nachgebaut. Jetzt weiß ich auch warum, siehe oben!
Der Manson-Stirling hat im Vergleich zu anderen Stirlingmotoren bei geicher Baugröße (Kolben, Verdränger, zugeführte Wärmemenge) mehr Power.
Ich habe die Skizze des Manson-Stirling, wie er 1952 in der "Newnes Practical Mechanic" beschrieben wurde, so geändert  ( gemäß einer Patentanmeldung DE 199 04 269 A1 von Michael Ruppel im Jahr 2000 ), dass sie technisch verständlicher wird.
Man beachte die Metamorphose vom Ursprungsmodell zum Rupp-Motor!

Die Funktionsweise dieses Motors kann wie folgt erklärt werden:
Sämliche Heißluftmotoren folgen dem einfachen physikalischen Prinzip: ->  heiße Luft dehnt sich und kalte Luft zieht sich zusammen.

Versucht man den Kreisprozess eines Manson-Stirling in einem idealisierten pV-Diagramm darzustellen, dann sind Ähnlichkeiten mit dem des Stirling-Prozesses zu erkennen. 
Die frühere Aussage, das pV-Diagramm des Manson-Stirling habe Ähnlichkeiten mit dem Kreisprozess einer Gasturbinenanlage (Ericsson-Prozess), kann - nach dem Hinweis eines aufmerksamen Besuchers dieser Seite - nicht mehr aufrecht erhalten werden.
Meine Annahme es fände eine isobare Expansion statt, wenn der Kolben von OT nach UT geht, ist falsch, denn dann könnte bei UT keine warme Luft entweichen, d.h. es hat zuvor ein Druckanstieg stattgefunden!! Umgekehrt findet, bevor der Kolben von von UT nach OT geht, ein Druckabfall statt.
Warum die Leistung des Manson-Stirling besser ist, als die eines vergleichbaren Stirlingmotors,  kann ich mir nur so erklären, dass die Ecken des pV-Diagramms besser ausgefahren werden und damit mehr dem idealen Carnot-Prozess nahekommt. 

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 Stirlingmotoren beschränken sich auf die grundsätzlichen Varianten der verschiedenen Heißluftmotoren, 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! 
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.