Der Stirlingmotor – einzigartige Wärmekraftmaschine
Geschichte der Erfindung in Schottland im Jahr 1816
Ein junger Erfinder sucht nach einer sicheren Antriebstechnik, um die katastrophalen Arbeitsbedingungen im Bergbau zu verbessern. Es ist der 26-jährige Geistliche Robert Stirling, der jetzt viel Zeit in seiner Werkstatt verbringt.
Zu dieser Zeit werden Hochdruckdampfmaschinen im Bergbau eingesetzt, um Grubenwasser aus den Bergwerksstollen abzupumpen. Die Dampfkessel, die bei Temperaturen über 100 Grad Celsius unter hohem Druck betrieben werden, sind aber nicht sicher. Sie halten dem hohen Druck auf Dauer nicht Stand. So geschehen dramatische Explosionen mit schlimmen Verbrühungen und Todesopfern bei den Arbeitern, die nicht selten noch Kinder sind.
Sterling lebt in einer Bergbau-Region, in der viele solcher Opfer zu beklagen sind. Diese Arbeitsbedingungen will er abschaffen.
Lange bevor Stirling beschloss, Priester zu werden hatte er bereits Logik und Mathematik studiert. Mit diesen Kenntnissen und seiner Leidenschaft für Technik macht er sich an die Arbeit. Er nutz die Eigenschaft von Luft, die sich bei hohen Temperaturen ausdehnt und bei tiefen Temperaturen wieder zusammenzieht. Und es gelingt ihm schließlich, aus der Volumenänderung eine Drehbewegung zu erzeugen.
Die Entwicklung seines Heißluftmotors meldet er am 27. September 1816 zum Patent an. Sein Motor braucht keinen Druckkessel und arbeitet ohne Explosionsgefahr. Es dauert dann noch einige Jahre, bis er endlich den ersten Stirlingmotor für den sicheren Betrieb einer Wasserpumpe ausliefern kann.
Die weitere Entwicklung der Erfindung
Nach längerer Entwicklungszeit wurde die Leistung der ersten Stirlingmotoren noch gesteigert und so konnte 1843 ein 34 kW Motor mit diesen technischen Daten ausgeliefert werden:
- Drehzahl: 28 Umdrehungen pro Minute
- Zylinderdurchmesser: 0,4 Meter
- Kolbenhub: 1,22 Meter
- Treibstoffverbrauch: ein Drittel von dem einer gleichwertigen Dampfmaschine
Aktuelle Technik
Genial an der Erfindung ist die direkte Umwandlung von Wärme in Bewegung, ohne dabei chemische Reaktionsprozesse (wie Verbrennung) in Anspruch zu nehmen. Ähnlich wie bei Wasserkraft oder Windkraft kann der Stirlingmotor regenerative Energie auf natürliche Weise in mechanische Energie verwandeln.
Die Weiterentwicklung von Stirlingmotoren wurde nie ganz eingestellt. Heute werden sie in speziellen Anwendungen genutzt wie zur Kraft-Wärme-Kopplung in Blockheizkraftwerken oder vor einiger Zeit noch als Antrieb von U-Booten. Entwicklungen für die Raumfahrt oder die Medizintechnik sind ebenfalls bekannt.
Stirlingmotoren haben folgende Eigenschaften:
- Geringe Lärmentwicklung
- Hohe Drehmomente bei geringen Drehzahlen
- Keine Verbrennung im Motor und somit kein Abgas
- Reine Nutzung von Wärme bzw. Temperaturdifferenzen
- Vielfältige Bauformen für ganz unterschiedliche Einsatzfälle
- Beliebige Wärmequellen möglich
- Umweltfreundliche Nutzung ohne Abgas, auch kein CO2
- Nutzung von Solarenergie und Erdwärme möglich
Das Prinzip ist umkehrbar und als Wärmepumpe nutzbar.
Weiter mit Maschinenbau: