Der Stirlingmotor

Ein Schweizer Maturand hatte den Anspruch für seine Maturaarbeit selbst etwas zu bauen. Da zahlreiche Bausätze für Stirlingmotoren existieren, diese Motoren für die Zukunft bedeutend sein könnten und er etwas über diese Motorenart lernen wollte, war die Idee für seine Maturaarbeit geboren. 

Um die Arbeit ausführen zu können, benötigte er einen Sensor, der bei hohen Temperaturen (ca. 100 °C) funktioniert. Auch die Abtastraten sollten über eine möglichst hohe Frequenz (mind. 100 Hz) verfügen. KELLER Druckmesstechnik stelle ihm einen M5HB zur Verfügung, mit der Bedingung, Einsicht in seine Arbeit zu erhalten. Nachfolgend eine Zusammenfassung über das Thema:

Der Stirlingmotor wurde im Jahre 1816 von Robert Stirling entwickelt und nach ihm benannt. Viel verwendet wurde er damals jedoch nicht, da die Produktion zu aufwendig war und man für die Herstellung eine hohe Präzision benötigte. 

Seit etwa 50 Jahren sieht dies aber anders aus. Die Präzision der Herstellung ist deutlich gestiegen und weil der Stirlingmotor ohne umweltschädliche Abgase betrieben wird, ist der Motor heute attraktiver geworden und die Nachfrage danach grösser. Im Motor läuft kein Verbrennungsprozess ab. Er verwendet stattdessen das immer gleiche Gas, welches in einem nach aussen komplett abgedichteten Raum/Gehäuse zirkuliert. Durch die Wärmeexpansion und Kühlungskompression des Gases wird der Motor in Bewegung gesetzt.

Der Stirlingmotor wird auch als Kältemaschine oder als Wärme- / Wasserpumpe bei der Solarenergie-gewinnung in Satelliten oder U-Booten eingesetzt.

Bei der Maturaarbeit ist der ultraschnelle Hochtemperatur Drucktransmitter M5HB (siehe Bild, rot markiert) zur Messung vom Druck und zur Überwachung von der Temperatur verwendet worden. Mithilfe eines K-114-Konverters und der Software Control Center Series 30 (CCS30) wurde eine Temperaturkurve erstellt und der Druckbereich gemessen und kontrolliert.

Wie funktioniert eigentlich der Stirlingmotor?

Der Motor besitzt zwei Zylinder, dabei ist der eine immer wärmer als der andere. Im warmen Zylinder wird das Gas erhitzt und expandiert. Im kalten Zylinder hingegen wird es abgekühlt und komprimiert. Die Zylinder sind über einen Wärmetauscher miteinander verbunden, sodass ein Gasaustausch stattfindet. Im warmen Zylinder hat es deutlich mehr Gas als im kalten. Das führt dazu, dass der Kolben im warmen Teil nach aussen drückt. Dadurch wird das Schwungrad in Bewegung gesetzt. Bei der Bewegung nach aussen vom warmen Zylinder wird gleichzeitig auch der kalte Zylinder nach aussen gezogen. 

Bei folgendem YouTube-Video wird der Stirlingmotor einfach und gut erklärt:
https://www.youtube.com/watch?v=c95iGtgUDhU

Der Bau des Stirlingmotores war erfolgreich, die Arbeit spannend und die Einsichten, die sich aus dem Projekt ergaben, lehrreich.