Stirlingmotor - Protokoll

29.11.2005
Stirlingmotor - Protokoll
Teilnehmer der Gruppe: Florian Kranzl, Benjamin Kielwein, Martin Meusburger
Versuchsprotokoll: Florian Kranzl
1. Aufbau
Der Stirlingmotor besteht grundsätzlich aus einem Zylinder,
einem Arbeitskolben und einem Verdrängerkolben, die durch ein
Schwungrad miteinander wechselwirken.
Der Stirlingmotor wurde nach folgender Bauanleitung
zusammengebaut:
http://www.schulseiten.de/natundtech/stirling/Bauanleitung.doc
Bauteile:
− Blechdose (7*7 cm)
− Verdrängerkolben aus Aluminiumfolie und Stahlwolle
− Schwungmasse ( m ≈ 20 g )
− Gummimembran aus Luftballon (Arbeitskolben)
− Holzgestell
− Verbindungsfaden (Garn)
− Wärmequelle (Spiritusbrenner)
Die Blechdose, sowie die meisten anderen Bauteile sind mit den in der Bauanleitung
beschriebenen Teilen ident, beim Verdrängerkolben gibt es jedoch einige Abweichungen.
Anfangs wurde der Verdrängerkolben aus Kunststoff gefertigt. Der Kunststoff hielt den hohen
Temperaturen jedoch nicht stand und schmolz. Später wurde er aus Aluminiumfolie gefertigt,
die in die entsprechende Form gepresst wurde. Die Aluminiumfolie erfüllt gleich eine
doppelte Funktion: Zum einen ist Aluminium in diesem Bereich hitzefest und zum anderen
fungiert die Folie als Wärmespeicher, die der nach oben strömenden Luft Wärme entzieht und
somit den Abkühlprozess erleichtert, die Wärme speichert und der später wieder nach unten
strömenden Luft wieder Wärme zuführen kann.
2. Aufgetretene Probleme
Beim Bau unseres Stirlingmotors traten mehrere Probleme auf, die erst nach und nach
beseitigt werden konnten.
Die gravierendsten Schwachstellen unseres Modells waren die Membran, sowie die zuerst zu
schwach angesetzte Wärmequelle.
Membran:
Durch ein Loch in der Mitte der Membran wird der Faden geführt, welcher den
Verdrängerkolben bewegt. Es traten hierbei jedoch einige Probleme auf, so durfte das Loch in
der Mitte nicht zu groß sein. Durch die Auf- und Ab-Bewegung des Fadens wurde die
Membran jedoch allmählich „durchgesägt“. Dieses Problem wurde beseitigt, indem die
Membran mit einer kleinen Plastikscheibe verstärkt wurde, die in der Mitte ein kleines Loch
hatte. Des weiteren ist die Membran anfällig für Reibung an Kanten und Ecken, sowie zu
hohe Temperaturen.
Hitzequelle:
Anfangs wurde eine kleine Kerze als Wärmequelle eingesetzt, welche allerdings viel zu wenig
Wärmeenergie bereitstellen konnte. Diese wurde durch einen Spiritusbrenner ersetzt, wodurch
endlich genügend Wärme erzeugt wurde.
Schwungmasse:
Das zuerst verwendete Gewicht war wahrscheinlich als zu schwer angesetzt. Das in der
endgültigen Version des Motors verwendete Gewicht hatte eine Masse von rund m ≈ 20 g .
Die Entfernung vom Drehpunkt betrug etwa 15cm, dieser Abstand konnte jedoch um einige
cm verringert werden, ohne die Funktion des Motors zu beeinträchtigen.
Als Grenzfall war es sogar möglich, den Motor ohne zusätzliche Schwungmasse zu betreiben.
Als die Membran zum 6. oder 7. Mal neu aufgezogen, und die Wärmequelle ausgetauscht
wurde, funktionierte der Stirlingmotor schlussendlich doch.
3. Versuchsverlauf
Der Stirlingmotor wird mit dem Spiritusbrenner von unten her erhitzt. Nach einer kurzen Zeit
ist die Temperatur des unteren Teils des Motors genügend stark gestiegen und nach dem
Anwerfen der Schwungmasse läuft der Motor selbstständig weiter.
Für eine möglichst gute Funktion des Motors ist es entscheidend, dass eine hohe
Temperaturdifferenz besteht, was durch eine Kühlung der Gummimembran mit Wasser gut
erreicht werden kann.
Abschließende persönliche Betrachtungen
Abschließend kann ich sagen, dass die Arbeit mit dem Stirlingmotor Spaß gemacht hat. Es
war zwar mehr als anstrengend, den Motor endlich zum Laufen zu bringen, und bei den vielen
Rückschlägen nicht aufzugeben, aber man wird schlussendlich doch mit einem
Erfolgserlebnis belohnt.
Insbesondere bewerte ich es als sehr positiv, dass im Rahmen dieses Faches ein Projekt zu
Stande kommen konnte, bei dem die Praxis nicht hinter der Theorie zurückbleiben muss und
den Schülern viel Freiraum in ihrer Arbeitweise gelassen wurde. Ich bin davon überzeugt,
dass durch eine selbstständige, praxisnahe Arbeit wesentlich tiefere Einblicke in ein Thema
erlangt werden können, als durch bloße Theorie, auch wenn diese von den Schülern selbst
aufgearbeitet wird.