Stirlingmotor Der Stirlingmotor kehrt zurück

Autor / Redakteur: Ullrich Höltkemeier / Stéphane Itasse

Sie laufen erschütterungsfrei, nutzen beliebige Wärmequellen und haben überzeugende Wirkungsgrade. Dennoch geriet der Stirlingmotor ins Abseits, als Otto- und Dieselmotoren aufkamen. Für eine Renaissance der Wärmemotoren könnten neue Anwendungen sorgen.

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Ein klassischer liegender Stirlingmotor. Der „In-Line Runner“ ist der Einstieg in die faszinierende Welt der Böhm-Stirlingmotoren.
Ein klassischer liegender Stirlingmotor. Der „In-Line Runner“ ist der Einstieg in die faszinierende Welt der Böhm-Stirlingmotoren.
(Bild: Böhm Stirling-Technik)

Der erste Stirlingmotor wurde 1816 vom schottischen Geistlichen Robert Stirling zum Patent angemeldet. Die erste Maschine arbeitete als Wasserpumpe zur Entwässerung eines Steinbruchs in Schottland. Zu dieser Zeit waren Kesselexplosionen bei Dampfmaschinen relativ häufig. Stirling wollte die Arbeit in den Steinbrüchen und Kohlengruben sicherer machen. Neben der wesentlich verbesserten Sicherheit spielte auch der geringere Brennstoffverbrauch der Stirlingmotoren gegenüber den Dampfmaschinen eine Rolle bei der Entwicklung der neuen Technik.

Stirlingmotor erlebt erste Blüte schon am Ende des 19. Jahrhunderts

Eine erste Blüte erlebte der Stirlingmotor am Ende des 19. Jahrhunderts als Einzelenergiequelle in den Privathaushalten des aufkommenden Bürgertums. In für damalige Verhältnisse kleinen Ausführungen war er ein Massenprodukt des Fabrikanten Louis Heinrici und stellte ungefähr das Pendant zu unseren heutigen Elektromotoren dar.

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Eine Weiterentwicklung erlebte der Stirlingmotor in den 1930er Jahren durch die niederländische Firma Philips. Das Unternehmen baute in dieser Zeit große Mengen Radios für den Export und suchte nach einer leicht zu bedienenden transportablen Kraftmaschine für die Stromversorgung der energieintensiven Elektronenröhren in Gegenden ohne Versorgung mit elektrischer Energie. In diesem Zusammenhang entwickelte man den Philips-Stirlingmotor, einen Motor mit einem Zylinder und zwei Kolben auf einer gemeinsamen Kurbelwelle.

Zweiter Weltkrieg unterbricht die Entwicklung des Sterlingmotors

Durch den Zweiten Weltkrieg wurde die Entwicklung unterbrochen. Ab Mitte des vergangenen Jahrhunderts stellte sich die Frage der Energieversorgung von Radios durch den Einsatz der ersten Transistoren nicht mehr. Dafür forschten diverse Industrieunternehmen weiter am Stirlingmotor als Schiffs- und Automobilantrieb sowie wegen der Vielstofftauglichkeit im militärischen Bereich.

Ab etwa 1975 gewann der Stirlingmotor dann an Bedeutung im Zusammenhang mit Blockheizkraftwerken (BHKW) und Kraft-Wärme-Kopplung. In Kleinst-BHKW kommt dabei auch die besondere Bauform des Stirling-Freikolbenmotors, verblockt mit einem Lineargenerator, zum Einsatz.

Und so funktioniert der Stirlingmotor

Beim Stirlingmotor wird an einer Stelle Wärme zugeführt (Erhitzer) und an einer anderen Stelle Wärme abgeführt (Kühler). Das dicht eingeschlossene Arbeitsgas wird durch einen Verdränger abwechselnd auf die heiße und auf die kalte Seite geschoben. Durch die so entstehende Temperaturschwankung des Arbeitsgases dehnt es sich aus und zieht sich wieder zusammen. Die dabei entstehende Druckschwankung treibt über einen Arbeitskolben eine Kurbelwelle an. Es entsteht mechanische Energie zum Antrieb von allerlei Geräten. Als Arbeitsgas wird Helium unter einem Druck von 100 bar (bei rund 650 °C) eingesetzt.

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