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.

Video über den Stirlingmotor

Das Video vermittelt die physikalische Funktionsweise des Stirlingmotors an einem aktuellen Modell.

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.