Wie funktioniert ein Stirlingmotor?

Anhand einer einfachen Bildergeschichte wird gezeigt, wo eigentlich die Kraft herkommt, die einen Stirlingmotor antreibt, d.h. wie ein Temperaturunterschied in mechanische Leistung umgesetzt wird.

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a) Dose einmal heiß, einmal kalt

Die Dose (Bilder rechts) enthält Luft, über eine Öffnung ist ein wassergefülltes U-Rohr angeschlossen, das den Luftdruck in der Dose anzeigt. Wird die Dose erhitzt, steigt der Druck, wird sie abgekühlt, sinkt der Druck.

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a) Dose einmal heiß, einmal kalt

a) Dose einmal heiß, einmal kalt

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b) Luft mal im heißen, mal im kalten Raum

In die Dose wird ein sogenannter Verdränger mit einer Gleitdichtung für seine Stange eingebaut. Der Verdränger kann mit wenig Kraftaufwand auf- und abbewegt werden, die Luft streicht dabei an ihm vorbei. Ist der Verdränger oben, befindet sich die Luft im heißen Raum, der Druck ist hoch. Ist der Verdränger unten, so befindet sich die Luft im kalten Raum, der Druck ist niedrig.

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b) Luft mal im heißen, mal im kalten Raum

b) Luft mal im heißen, mal im kalten Raum

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c) Die Druckänderung bewegt den Arbeitskolben

Anstelle des U-Rohres wird ein weiterer Zylinder angebaut, der einen Kolben mit Gleitdichtung enthält. Dieser Kolben ist der Arbeitskolben. Ist der Verdränger oben, wird der Arbeitskolben durch den hohen Innendruck nach oben gedrückt, ist der Verdränger unten, wird durch den geringen Innendruck der Arbeitskolben nach unten „gesaugt“.

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c) Die Druckänderung bewegt den Arbeitskolben

c) Die Druckänderung bewegt den Arbeitskolben

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d) Einfacher Stirlingmotor (Dosenmotor)

Verdränger- und Arbeitskolben werden durch Pleuel mit einer Kurbelwelle verbunden. Die Pleuel sind derart auf der Kurbelwelle angeordnet, dass das Luftvolumen verkleinert wird, wenn die Luft im kalten Raum ist und vergrößert wird, wenn die Luft im heißen Raum ist. Der Verdränger eilt dem Arbeitskolben um eine viertel Umdrehung voraus und bewirkt so die Steuerung des Stirlingmotors.

Ein teelichtbeheiztes Modell, aus einer Konservendose hergestellt (© Viebach + Söhne), kann man selbst bauen und laufenlassen.

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d) Einfacher, Teelicht-beheizter Stirlingmotor (Dosenmotor)

d) Einfacher Stirlingmotor (Dosenmotor)

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