Stirlingmotor.com05/10

Die Geschichteder Heiluftmotoren

vonHeron

Ein berblick

bis zur

Kraft-Wrme-

Kopplung

(KWK)

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Vorwort Seite 3

Der Heiluftantrieb im 2. Jahrhundert v. Chr. Seite 4

Der mobile Kraftbedarf in derindustriellen RevolutionStirling, Ericsson, Rider, Lehmann, Buschbaum u.a. Seite 5

Der Elektrizittsbedarf in entlegenen Gebietendie Philips Idee 1937 1979 Seite 9

Die StirlingrenaissanceSonnenantriebe, Kraft-Wrme-Kopplung Seite 10

Stirling, der luftunabhngige Antrieb, AISP Seite 12

Unterschiedliche Thermische PrinzipienMotor, Kltemaschine, Wrmepumpe Seite 13

Die Stirling-KltemaschineWindhausen, Philips, AIM(AEG) Seite 14

Unterschiedliche ArbeitsmedienLuft, Gas, Wasser, Metall Seite 15

Der Heiluftmotor als SpielzeugGeldanlage oder nur Spekulation? Seite 15

Die Funktion des Stirlingmotors Seite 17

Bauformen: Stirling, Ericsson,Ringbom, Freikolben, Rupp, Vakuummotor. Seite 18

Die groe Spielwiese der Modellbauer:Der Heiluftmotor Seite 19

Nachwort Seite 21

Quellen Seite 22

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www.Stirlingmotor.com

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INHALT

Diese kleine Geschichte will einenkurzen berblick ber Heiluft-maschinen vermitteln.

Warum wird heute der Heiluft-motor kaum eingesetzt, obwohl esihn schon ber 2000 Jahre gibt?

Warum ist der Heiluftmotor heuteimmer noch weitgehend un-bekannt, obwohl er ein sehreinfaches Funktionsprinzip hat?

Die Antwort ist einfach: solange dieEnergiekosten scheinbar billig sind,- wir zahlen heute fr dieKilowattstunde ca. 3,2 Cent* in derHerstellung(!)- und wir so tun, alsob uns die Energie-Folgekostennichts angingen, ist mit einemwirtschaftlichen Einsatz nicht zurechnen. Es rechnet sich nicht!

Erst wenn der Einzelne das CO2auch bezahlen muss, das erverursacht, ist mit der wirt-schaftlichen Einfhrung desStirlingmotors zu rechnen.

Solange wir in unserer paradies-ischen Energieschwemme leben,bleibt das Stirlingprinzip denUniversitten, den Entwicklungs-bros, der NASA, dem Militr, denModellbauern und den Umwelt-enthusiasten vorbehalten.

Wenn wir allerdings den CO2Aussto verringern wollen, ummit der KWK (Kraft-Wrme-Kopplung) die Energie besser zunutzen oder durch nach-wachsende Rohstoffe sogarCO2-neutral Strom und Wrmezu erzeugen, dann ist die Zeitdes Stirlingmotors gekommen.

* realer Energiemix in Deutschland

Quelle: BMWi

Vor 2000 Jahren hat manHeiluftmaschinen als einfacheMaschinen eingesetzt, umGlubige zu beeindrucken.

Vor 200 Jahren hat man mobileKraft- und Kltemaschinengesucht, um sich von denstationren Wasserkraftwerken zutrennen und um Eis nicht nur imWinter zur Verfgung zu haben.Das war die Bltezeit der Hei-luftmaschinen.

Vor 70 Jahren hat man leichteremote Stromerzeuger gesuchtund den Stirlingmotor weiter-entwickelt.

Heute erlebt der Stirlingmotordurch die Umweltdiskussioneine Renaissance: als KWK(Kraft-Wrme-Kopplung), alsSonnenmotor, als FCKW-freieKltemaschine oder alsCyrocooler.

Inzwischen finden jhrlichnationale und internationaleStirlingkonferenzen statt.

Modellmaschinen sind einfach zubauen und man hat rasch einErfolgserlebnis. Die Konstruktions-vielfalt lsst dem Einzelnen vielSpielraum fr Phantasie undKreativitt.

Die Funktion ist verblffend undein laufendes Modell auf demSchreibtisch bietet Gesprchsstofffr viele Stunden.

Heiluftmotoren sindaufregend und schn!

An einem Stirlingmotor kannman sich einfach begeistern!

Hermann Schmidt, 2010

Die Geschichte des HeiluftmotorsVorwort

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Heiluftantrieb im 2. Jahrhundert v. Chr.

Herons sinnreiche Vorrichtung zum ffnen der Tore iminnersten Tempelbezirk.

Wenn das Opferfeuer entzndet wird, dehnt sich die Luft im Innerendes Altars(a) aus. Sie ist Ursache der Drucksteigerung in der Kugel(b), die zum Teil mit Wasser gefllt ist. Das Wasser wird herausgedrckt und gelangt ber den Siphon (c) in das Becken (d), welchesdann sinkt und ein Seil (e) zieht. Dieses Seil luft ber zwei Zapfen(f) und ffnet die Tore. Wenn das Feuer gelscht wird, normalisiertsich der Luftdruck im Altar, das Wasser im Becken (d) wird in dieKugel (b) zurck gesaugt und ein Gegengewicht (g) schliet die Torewieder.Die ungebildete Tempelgemeinde musste zweifellos an ein greifbaresZeugnis der Gtter glauben.

Zu jener Zeit war wenig ber die Eigenschaften der Luft bekannt. Esist nicht berliefert ob andere Heiluftantriebe genutzt wurden.

Heron von Alexandria lebte im 2. Jahrhundert v. Chr.Seine bekannteste Erfindung ist die

Aelopile, die erste Reaktionsturbine.

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Der mobile Kraftbedarf in der industriellen RevolutionStirling, Ericsson, Rider, Lehmann, und viele Andere.

Im 19. Jahrhundert war der eigentliche Hhepunktder Heiluftmaschinen. Der Bedarf anKraftmaschinen war enorm. Es gab fast keineAlternative zu der entlegenen Wassermhle(Kraftwerk). Die Verbrennungsmotoren warennoch nicht erfunden, die Dampfmaschine warnoch in den Kinderschuhen und darber hinausdurch ihre Explosionsgefahr sehr gefhrlich.

Aber vor dieser Zeit haben sich Leute wie Leonardo da Vinci undLeibniz auch mit Heiluftantrieben auseinandergesetzt. Es sind zwarDokumente berliefert, jedoch ist nicht bekannt ob diese Maschinenwirklich gebaut wurden.

Zwei Namen sind mit denHeiluftmotoren eng verbunden:Robert Stirling (1790-1878), einschottischer Geistlicher, der demHeiluftmotor den Namengegeben hat und John Ericsson(1803-1889), ein in Schwedengeborener Ingenieur, der berEngland nach Amerika kam, undviele technisch unterschiedlicheMaschinen gebaut hat.Aber die groe Zahl der Herstellerund Erfinder von Heiluftmotorenist heute noch nicht ganzerforscht.

Stirling 1815

2

Ericsson 1853

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Buschbaum, Darmstadt 1876

4

Lehmann 1866

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Der mobile Kraftbedarf in der industriellen Revolution

1853: 300 PS Heiluftmotor als Antrieb im Schiff ERICSSON

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Ericsson 1860Maschinen ingroenStckzahlen

Ericsson 1883Heiluft-

Sonnenmotor8

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Der mobile Kraftbedarf in der industriellen Revolution

Stirling 1816

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Stirling 1827 mit Regenerator

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Die Firma Louis Heinrici, Zwickau, bauteseit 1876 viele unterschiedlicheStirlingmotoren mit einer Leistung bis 2PS. Diese wurden meist verwendet, umkleine Maschinen, Luft- oderWasserpumpen anzutreiben.Sehr bekannt waren stirlingbetriebeneZimmer- und Gartenfontnen.

Heinrici-Stirling mitWasserpumpe

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Heinrici Aquarium-Pumpe HeinriciZimmerfontne

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Der mobile Kraftbedarf in der industriellen Revolution

Rider-Ericsson alsWasserpumpe

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Robinson 1889

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Stirlingmotor als Lfter

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1905 hat Ossian Ringbom einen Motor er-funden, der keine Zwangsfhrung zumVerdrngerkolben hat. Somit luft der Motorin beiden Richtungen. Der innere Luftdruckarbeitet auf die Kreisflche der Kolbenstangeund bewegt den Verdrngerkolben.Aus dieser berlegung entwickelten sichwahrscheinlich auch die Freikolbenmotoren.

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Freikolbenmotor1870

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Beale-Freikolben1990

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Beale-Freikolben1974

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Der Elektrizittsbedarf in entlegenen Gebietendie Philips Idee 1937 - 1978

Die Entwicklung wurde 1978 aufgegeben, die Lizenzen wurdenverkauft (MAN, FORD, UNITED STIRLING) und Mitarbeiter derGruppe fhrten die Entwicklung auf eigene Rechnung weiter.

Vor dem zweiten Weltkrieg suchte die hollndische Firma Philips nacheinem wrmegetriebenenAntriebsaggregat fr Rundfunk-gerte. Es sollte dort eingesetztwerden wo es einfacher war, denntigen Brennstoff zu besorgenals elektrische Batterien zu be-schaffen.Man begann mit einem Forschungs-programm, das bis 1978 lief.

Die Arbeit fhrte zu wichtigen Ergebnissen. Es wurden Motoren bis400PS gebaut, Kltemaschinen bis -200C, und Wrmepumpen bis 100C.

Stirlingmotor fr Radios22

Die meisten heutigen Stirlingmotorenbasieren auf dieser Entwicklung vonPhilips. Eine Kltemaschine zurLuftverflssigung wird heute von einerTochterfirma gefertigt.

PHILIPS Rhombentrieb PHILIPS Schiefscheibe (Swashplate)Lizenz an FORD

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Die StirlingrenaissanceSonnenantriebe

Solo, Sindelfingen, beschftigtsich seit 1990 mit der Stirling-Technologie und dem Aufbau vonSolar- Stirlingmotoren. DieMetallmembran- Parabolspiegelliefert Schlaich, Bergermann undPartner, Stuttgart.Es handelt sich um Motoren mit einerWellenleistung von 10 kW.Dish/Stirling Anlagen knnen insonnenreichen Lndern sehr effizientSolarstrom erzeugen.Eine sinnvolle Entwicklungshilfe.

SOLO, SBP 2002

In den USA haben die SandiaNational Laboratories und WGAeinen 46,5 m2 Konzentrator ausGlas/Metall-Sandwich-Elementen und einer Tragstrukturaufgebaut.Die Anlage ist seit Sommer 1999erfolgreich in Betrieb. Solarmotor der

SUNMACHINE GmbH

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Um gengend Antriebsenergiezu bekommen, mssen dieFabriken zum Sonnengrtel derErde umziehen, meinte bereits1850 John Ericsson und bautesonnenbetriebene Heiluftmotoren.

Ericsson 1870

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Sandia - Dish/Stirling-SystemAlbuquerque, USA, mit SOLO Motor

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Die StirlingrenaissanceKraft-Wrme-Kopplung

Wird der Stirlingmotor mit nach-

wachsenden Rohstoffen (NawaRo)

befeuert, ist in diesem Falle der CO2

Aussto gleich der CO2 Aufnahme beim

Wachstum, also CO2 neutral.

CO2Abgabe

CO2Aufnahme

Es ist leider ein unumstliches physi