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Stirling-Motor. Gliederung: Historie Aufbau/Typen Funktionsweise Theorie Wirkungsgrad Gegenwärtige u. zukünftige Einsatzgebiete Quellen 2 Stirling Motor.

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Präsentation zum Thema: "Stirling-Motor. Gliederung: Historie Aufbau/Typen Funktionsweise Theorie Wirkungsgrad Gegenwärtige u. zukünftige Einsatzgebiete Quellen 2 Stirling Motor."—  Präsentation transkript:

1 Stirling-Motor

2 Gliederung: Historie Aufbau/Typen Funktionsweise Theorie Wirkungsgrad Gegenwärtige u. zukünftige Einsatzgebiete Quellen 2 Stirling Motor Physik LK 13.2

3 Historie Erfinder Robert Stirling (schottischer Geistlicher) 1816 Nach der Dampfmaschine die zweitälteste Wärmekraftmaschine Im Laufe des 19. Jh. wurde er zu einer Standardmaschine (vgl. heute Elektromotor) in vielen Haushalten 1930 Weiterentwicklung durch Philips -> diente als Generator in Gegenden ohne Strom Nach 2. WK Versuche als Schiffs- und Autoantrieb, jedoch kein Erfolg Ab ca. 1975 Verwendung in BHKWs 3 Stirling Motor Physik LK 13.2

4 Aufbau / Typen: Alpha Typ: 2 Kolben in getrennten Zylindern Heißer/kalter Kolben Hohe Literleistung tlw. Temp.-Probleme im heißen Zylinder kalter Zylinder läuft 90° hinter dem heißen Zylinder (bauartsabhängig) Schwungrad (Kurbelwelle) 4 Stirling Motor Physik LK 13.2

5 Beta Typ: Verdrängerkolben u. Arbeitskolben ein Zylinder Schwungrad (Kurbelwelle) Luft oder Wasserkühlung des heißen Gases Verdrängerkolben ohne Kolbenringe -> ermöglicht Gasaustausch Gamma Typ: sehr ähnlich dem Beta Typ Verdrängerkolben u. Arbeitskolben in unterschiedlichen Zylindern Schwungrad (Kurbelwelle) mehrere Kühlmöglichkeiten verbraucht mehr Platz als Beta 5 Stirling Motor Physik LK 13.2

6 Funktionsweise: Stirlingmotor ist eine periodisch arbeitende Wärmekraftmaschine wandelt Wärmeenergie /thermische Energie in mechanische Energie um Grundlage: Thermodynamik p · V = n · R · T 1. Hauptsatz der Th.Dy.: dQ = dW + dU Voraussetzung: Temperaturdifferenz (je höher, desto besserer Wirkungsgrad) Takt 1: isotherme Ausdehnung (Arbeitstakt) Takt 2: isochore Abkühlung Takt 3: isotherme Kompression Takt 4: isochore Erwärmung Druck ist die wechselnde Größe bei diesem Prozess 6 Stirling Motor Physik LK 13.2

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8 Theoretische Erklärung: Takt 1: Gas verrichtet Arbeit isotherme Ausdehnung Q (zu) = thermische Energie von T1 Takt 2: isochore Abkühlung durch kalten Kolben und Regenerator Stirling Motor Physik LK 13.2 8

9 Takt 3: Arbeit wird verrichtet isotherme Kompression Volumenänderungsarbeit = Q(ab) Takt 4: isochore Erwärmung tlw. auch durch Regenerator Temperaturdifferenz Stirling Motor Physik LK 13.2 9

10 schematisch zusammengefasst: Grundlage: Temperaturdifferenz Stirling Motor Physik LK 13.2 10

11 Wirkungsgrad: 1. Betrachtung: Gesamte Umsetzungskette: chem. Energie therm. Energie mech. Energie elektr. Energie Berechnung: bei Spiritus: P(zu)= 155 W P(ab)= 0,4 W ergibt: 0,258 % Stirling Motor Physik LK 13.2 11

12 weitere Betrachtung: Verwendung von Regeneratoren, um möglichst nah an den Carnot-Wirkungsgrad heranzukommen Nutzung von hohen Temperaturdifferenzen Suchen der optimalen Drehzahl d. Motors, auch in Bezug auf Regenerator -> ermöglicht einen Wirkungsgrad von ca. 10 % Stirling Motor Physik LK 13.2 12

13 Anwendung (Gegenwart/Zukunft) Kältemaschine/Wärmepumpe Umwandlung von Solarenergie in mechanische Energie kältemittelfreie Kühlprozesse Kühlaggregat in Wärmebildkameras U-Boote, luftunabhängiger Generator Yachten, Boote Raumfahrt, NASA Satellit Miniatur-/Modellbau Wasserpumpe dritte Welt (Sonnenstrahlung) Medizin: Blutpumpe Stirling Motor Physik LK 13.2 13

14 PROCONTRA muss nicht auf Verbrennung beruhen beliebige Brennstoffe kaum Ölverbrauch (Schmierung) kaum Vibrationen -> hohe Laufruhe hohes Drehmoment bei geringer Drehzahl benötigen tlw. keinen Starter geräuscharm schlechtes Leistungsgewicht keine hohe Maximalleistung hohe Drücke -> hohes Gewicht der Bauteile große Wärmetauscher -> benötigen viel Platz sehr träges Ansprechverhalten -> keine Nutzung im Automobil 14 Stirling Motor Physik LK 13.2

15 Quellen http://de.wikipedia.org/wiki/Stirlingmotor,http://de.wikipedia.org/wiki/Stirlingmotor http://library.thinkquest.org/C006011/german/sites/stirling.php3?v=2 http://de.wikipedia.org/wiki/Mitteldruck http://www.stirling-fette.de/howdo.htm http://www.motorsport- total.com/mehr/news/2011/02/Tokai_University_Mit_brandneuem_KER S_in_Zhuhai_11021402.htmlhttp://www.motorsport- total.com/mehr/news/2011/02/Tokai_University_Mit_brandneuem_KER S_in_Zhuhai_11021402.html http://www.stirlingmotor.org/ http://techni.tachemie.uni-leipzig.de/stirling/ http://www.heissluft-stirling.de/es_gibt_drei_verschiedene_typen_.htm http://www.guette-feinwerktechnik.de/html/funktion.html Impulse Physik Stirling Motor Physik LK 13.2 15


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