Was ist ein Stirlingmotor?
Der Stirlingmotor gehört zu den Wärmekraftmaschinen und erzeugt mechanische Energie, indem er starke Wärme umwandelt. Das Besondere an der Wärmekraftmaschine ist, dass die Erhitzung durch Wärme von außen erfolgen kann, weshalb sich eine Reihe von Wärmequellen eignet. In diesem Fall agiert der Stirlingmotor als Wärmepumpenheizung. Handelt es sich um ein kleines Modell, reicht schon ein Minimum an Wärme und Temperaturunterschied aus, um den Motor in Gang zu setzen und Energie wie für die Stromgewinnung zu erzeugen. Unterschieden wird in den Alpha-, Beta- und Gamma-Typ mit leicht anderer Bauweise. Der größte Unterschied zu einem Verbrennungsmotor ist, dass das Arbeitsgas nicht ausgetauscht wird, sondern im Motor bleibt. Wärmeleitung dient der Ab- und Zufuhr von Wärme- und Kühlenergie. Erfunden wurde der Stirlingmotor 1816 durch Robert Stirling in Schottland, da er den Bergbau durch ein neues Verfahren zum Maschinenantrieb erleichtern wollte.
Stirlingmotor Funktion und Anwendungsgebiete
Stirlingmotoren setzen sich aus einem Kühlzylinder und einem Wärmezylinder zusammen. Ein Verdrängerkolben verdrängt Heißluft, und ein Arbeitskolben schließt die Luftmenge ein. In den Stirling-Motoren ist ein Arbeitsgas (Wasserstoff, Luft, Helium) integriert. Ein Bereich des Motors ist permanent gekühlt, der andere permanent erhitzt. Der Temperaturunterschied wirkt sich auf das Arbeitsgas aus: Erwärmt es sich in einem Zylinderraum, dehnt es sich aus; erhitzt es sich im anderen Zylinderraum, wird es komprimiert. Diese innere Energie wird in mechanische Energie umgewandelt. Neben dem Arbeitsgas und den Zylindern spielen beim Stirlingmotor noch Pleuelstangen (Verbindungsglieder) und ein Schwungrad – für die Abnahme der durch den Motor erzeugten Energie – eine wichtige Rolle.
Die frei wählbare, außerhalb liegende Wärmequelle nimmt z. B. die Form von Sonnenenergie an. Ein solcher Stirlingmotor mit Solar macht sich die Konzentrierung von Sonnenlicht zunutze und gilt als besonders umweltfreundlich. Denkbar ist des Weiteren die Beheizung mit festen, flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen wie Biomasse.
Angewendet wird der Stirlingmotor u. a. als Heizung im privaten Bereich und zur Erzeugung von Strom. Man kann ihn also beispielsweise als Generator oder als Alternative zur Pelletheizung zum Tragen kommen lassen. Es gab Zeiten, in denen Stirlingmotoren gang und gäbe waren. So kamen auf der ganzen Welt zu Beginn des 20. Jahrhunderts rund 250.000 Modelle zum Einsatz. Sie wurden eher nicht als Stirlingmotor Heizung, sondern als Wasserpumpe, als Tischventilator und als Antriebsmotor für Kleingeräte genutzt. Sowohl in Handwerksbetrieben als auch in Haushalten diente der Stirlingmotor als Energiequelle. Er wurde jedoch von den mit Benzin, Diesel und Strom betriebenen Motoren beinahe komplett verdrängt. Mehr Informationen zur Entwicklung und zum Potenzial finden sich in ausführlicher Literatur zum Thema Stirlingmotor.
Stirlingmotor: Vorteile und Nachteile
Für den Stirlingmotor spricht, dass er emissionsfrei ist, sofern auch die Wärmequelle keine Abgase erzeugt. Es entsteht beim Betrieb lediglich Abwärme, die unbedenklich ist. Somit sind Stirlingmotoren beinahe klimaneutral, umweltfreundlich und nachhaltig. Kombiniert man sie mit Solarenergie, Dampf aus Erdwärme oder heißem Wasser, hat man eine ökologisch vertretbare und schadstoffarme bis schadstofffreie Energiequelle zur Hand. Weitere Vorteile der Stirlingmotoren sind:
- langlebig und wartungsarm (der Verzicht auf Fremdstoffe schont die Einzelteile und verhindert Verschmutzung)
- vielstofffähig und damit flexibel einsetzbar
- sehr leise, da keine Explosionen stattfinden und kein Ventil eingesetzt wird (außerdem vibrationsarm)
- leistungsstark und sparsam im Verbrauch (die mechanische Leistung ist mit einem Dieselmotor vergleichbar, aber etwas schwerer zu regeln; idealerweise ist sogar die Abwärme nutzbar)
- Dank der kontinuierlichen Wärmezufuhr entfällt ein bestimmter Treibstoff
Dem stehen nur wenige Nachteile gegenüber. Der Stirlingmotor ist auf einen Antrieb bzw. eine Wärmequelle angewiesen, die dazugekauft werden muss. Der Kostenaufwand ist etwa doppelt oder dreimal so hoch wie bei einem Verbrennungsmotor mit vergleichbarer Leistung. Fahrzeuge lassen sich per Stirlingmotor nicht antreiben. Die Hitze des einen Zylinders mag zu Verschleißerscheinungen führen. Davon einmal abgesehen ist der Stirlingmotor nur wenigen bekannt.