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Wärmelehre |
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1. Allgemeines
- Der Motor arbeitet nach dem Stirling-Prinzip. - Der Motor kann als Heißluftmotor oder als Wärmepumpe betrieben werden. - Der Motor benötigt keine Ventile, die Arbeitsluft bleibt im Zylinderraum. - Der Arbeitskolben und der Verdrängerkolben laufen zwangsgekoppelt mit einer 900 -Phasenverschiebung (Verdrängerkolben voreilend). Der dargestellte Motor besteht aus dem Kühlzylinder mit Kühlrippen (3), dem Heizzylinder (5), dem Arbeitskolben (4) mit Pleuel (2), dem Verdrängerkolben (6) mit Kolbenstange (7) und Pleuel (8), der Schwungscheibe (1) und dem Außenantrieb (9) mit Handkurbel. |
| 2. Funktion als Heißluftmotor Der Arbeitskolben (4) steht im rechten Umkehrpunkt ("oberer Totpunkt"). Die Luft vor dem Verdrängerkolben (6) wird von außen über den Heizzylinder (5) erwärmt. Sie dehnt sich aus und schiebt den Arbeitskolben (4) nach links. Der Verdrängerkolben (6) läuft nach kurzem Lauf in gleicher Richtung nach rechts und drückt die heiße Luft in den Raum zwischen Arbeits- und Verdrängerkolben. Dort kühlt sich die Luft ab. Gleichzeitig beginnt der Arbeitskolben (4) nach Durchlauf des linken Umkehrpunktes ("unter Totpunkt") mit der Verdichtung. Der Verdrängerkolben läuft dann dem Arbeitskolben wieder entgegen und drückt die abgekühlte Luft in den rechten Raum über dem Verdrängerkolben. Hier wird die Luft erwärmt und der Kreisprozess beginnt von neuem. |
 Abb. 1: Funktionstransparent System Kirchhoff - Stirling Motor |
| 3. Vertiefung Der diesem Motor zugrundeliegende Kreisprozess (von R. Stirling im Jahr 1816 angegeben) entspricht annähernd der Abb. 2.. Bedingt durch Dichtungsprobleme sowie große und schwere Kühler hat sich der Stirlingmotor nicht gegen Diesel- und Benzinmotore durchsetzen können. Die einzige technisch bedeutende Anwendung ist der Einsatz als Kälteaggregat. Auf eine isotherme Expansion (I) folgt eine isochore Zustandsänderung (II) des Arbeitsgases. Dabei wird die Wärmemenge dQ aufgenommen. Nun wird das Arbeitsgas isotherm komprimiert (III) und anschließend isochor entspannt (IV), wobei die Wärmemenge dQ abgegeben wird. |
 Abb. 2: Kreisprozess - Stirling Motor |
4. Hinweise
Das Funktionstransparent ist teilweise demontierbar und ermöglicht eine schrittweise Nacherfindung und Hinführung zu den Erkenntnissen. Bei richtiger Position aller Einzelteile lassen sich diese leicht bewegen. Bitte vor Inbetriebnahme überprüfen.
5. Handhabung
Um das Prinzip deutlich erklären zu können, empfiehlt es sich, zuerst den oberen und unteren Umkehrpunkt (Totpunkte OT, UT), und damit die beiden Volumen V und V, zu erklären und mit wasserlöslichen Stiften zu markieren.
Hierzu lässt sich der Verdrängerkolben (6) von der Schwungscheibe (1) lösen. Nach Entfernen der beiden Rundschnurringe am Arbeitskolbenpleuel (2) und eines dritten an der Schwungscheibe (1) (Geräteunterseite) lassen sich der Arbeitskolbenpleuel (2), die komplette Einheit Schwungscheibe (1), Verdrängerkolbenpleuel (8) und Riemenscheibe abziehen. Die Einheit ohne die Verbindung zwischen Verdrängerkolbenpleuel (8) und Verdrängerkolbenstange (7) montieren und V1 und V2 jeweils bei ganz nach rechts geschobenem Verdrängerkolben (6) vorführen und markieren.
Stark Verlag
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