Stirling-Motor in Kombination mit E-Motor

[K3-VET]

Hallo,

ich möchte hier mal eine kleine Diskussion aufmachen für alle diejenigen, die Ahnung haben, sich einbilden, Ahnung zu haben, die Interesse an alternativen Antrieben haben und die sich einbilden, Interesse dafür zu haben.

Also hier meine Idee:
Ich baue mir einen Stirling-Motor als Stationärmotor ins Auto. Der summt dann leise vor sich hin und liefert eine gewisse Leistung - von mir aus 20 kW. Über einen Generator werden Elektromotoren angetrieben, die direkt im Rad sitzen.

Benötigt das Auto nur weniger als 20 kW, wird die überschüssige Energie in Akkus zwischengespeichert. Wird mehr als die 20 kW benötigt, wird halt aus dem Akku Strom entnommen.
Aus dem Füllstand des Akkus kann der Stirling-Motor sehen, ob er in naher Zukunft mehr oder weniger leisten muss.

Warum Stirling-Motor:
1. leises Verbrennungsgeräusch, da keine Explosionen (Außenverbrennung anstatt Innenverbrennung wie beim Otto- oder Diesel-Motor)
2. recht hoher Wirkungsgrad
3. was verbrannt wird, ist relativ egal. Man ist also nicht auf Benzin oder sonstwas angewiesen, es geht auch Kohle, Holz, Zigaretten, der letzte Joghurtbecher ....
4. Man kann den Prozess u.U. umkehren. Verbrennt man zB Gas mit einem Gasbrenner, dann kann beim Bremsen die gewonnene Energie durch den Motor in Wärme umgewandelt werden und gespeichert werden für die nächste Beschleunigung. Für die ersten paar Meter nach der Ampel zB wird kein Gas benötigt, sondern die gespeicherte Wärme.
5. wenig bewegliche Teile -> kann also nicht viel kaputt gehen

Warum E-Motoren und nicht direkter Antrieb wie bei "normalen" Motoren:
1 .Der Stirling-Motor ist recht träge in Sachen hochdrehen. Spaß dürfte das Beschleunigen nicht machen. Und irgendwann will man ja auch mal überholt haben.
2. Außerdem hat man auf diese Weise eine schönes ABS, ESP und ASR, da ja jedes Rad eh einzeln ansteuert wird.
3. Falls man keinen Gasbrenner hat, sondern zum Beispiel gerade mit Kohle fährt, kann man ja die Verbrennung nicht eben stoppen. Also kann in diesem Fall die Energie in Form von Elektrizität im Akku gespeichert werden.

Meines Wissens nach werden Stirling-Motoren bei Mulden-Kippern in Tagebaus eingesetzt. Eine Serienfertigung scheint also möglich zu sein.

Preislich kann das nicht so wild sein. An einem Stirling-Motor ist kaum was dran, was teuer ist (Kurbelwelle, mindestens 2 Kolben, Gehäuse).
Bei Generatoren und E-Motoren ist der Preis auch nur von der Stückzahl abhängig. Wirklich teuer ist das Zeugs wohl auch nicht.
Alles in allem dürfte der Preis für mein tolles Mobil ähnlich dem eines vergleichbaren Otto/Diesel-Autos sein.
Der Brenner: kommt halt drauf an, was verbrannt werden soll. Im Falle eines Gas-Brenners ist die Technik wohl mit einer Gas-Heizung aus dem Keller vergleichbar.
Ansonsten geht auch eine alte Forster Heizung (Ossis wissen was das ist ). Man spart sich sogar die Pumpe. Dann kann man fast alle Feststoffe verbrennen.

Umweltvorschriften erfordern wahrscheinlich Katalysatoren zur Abgasreinigung. Deshalb muss man sich wahrscheinlich vorher auf bestimmte Brennstoffe festlegen, um den Katalysator entsprechend auszulegen.

So, und jetzt bin ich mal auf eure Reaktionen gespannt.


Bis denne

Daniel

[bluedog]

Die Idee klingt erstmal gut, und ich wusste nicht, dass Stirling-Motoren im Tagebau zum Fahrzeugantrieb genutzt werden.

Eine Frage: Ist so ein Stirling-Motor nicht viel zu schwer für einen PKW, besonders gemessen am Leistungsgewicht? Dann noch das Gewicht von Batterien?

Wäre es nicht besser, den Stirling-Motor zu Hause im Heizungskeller stationär aufzubauen, wo er zumindest Teilweise mit der Abwärme aus den Rauchgasen der Gebäudeheizung, oder mit der Wärme aus Sonnenkollektoren, die gerade noch übrig ist, betrieben werden könnte? Und dann entweder die Energie verstromen und ab in die Batterie damit, oder dann damit Wasserstoff herstellen, den man tanken könnte. So bliebe das Fahrzeug leichter, und was an Wasserstoff eventuell zuviel sein sollte, könnte man verkaufen oder in einem Gasbrenner wieder für die Gebäudeheizung oder Wahlweise bei Bedarf wieder für den Stirling-Motor verwenden.

Für die Stationäre Anlage käme eventuell auch ein Vakuummotor in Frage... weiss nicht?

[kurzer]

ich denke, der wirkungsgrad ist gerade das problem bei stirling.
ansonsten ist das ganze ein serieller hybrid und krankt noch an einigen details. zb sorgen radnabenmotoren für viel ungefederte masse und mechanische belastung der motoren.

wenn ich heute einen seriellen hybriden für die mittlere zukunft entwickeln lassen sollte, würde ich den elektroantrieb mit einer e85 brennstoffzelle vorschlagen.

die normalen hybriden von toyota haben ja auch schon motoren, die allein niemals ein kraftfahrzeug antreiben könnten. wenig drehmoment, hohe leerlaufdrehzahl aber auch hoher wirkungsgrad.
wenn man davon ausgeht, dass dies alles noch am anfang der entwicklung steht, geht sicher noch einiges.

[Applause-limited]

also wir haben genau das thema mal in der schule zusammen mit unseren lehrern durchgesprochen und wir kamen zu dem ergebnis das es fast unmöglich ist.

ein stirling motor der genug energie liefern könnte um ein auto anzutreiben, ist zu groß und zu schwer für das auto. desweiteren musst du ja auch nochplatz für einen "verbrennungsraum" haben, sprich du brauchst ne art feuerstelle, wie´, wo und in welcher form willst du den brennstoff lagern???

das prinzip ist gut nur PKW´s untauglich, für den untertagebau ist es was anderes, da spielt größe eine untergeordnete rolle.....

[Sterntaler]

Ich würde mich Patrik anschließen. S.Motoren in der Leistungsklasse sind viel zu groß/schwer, die Drehzahl von S-Motoren ist unterirdisch, der W-Grad hingegen sehr gut. Der Rest ist Stand der Technik von morgen.
Jan

[Werner Schulte]

Hallo Daniel,

solche Ideen sind immer toll und sehen auf dem Papier erstmal nach einer großen Einsparung aus. Man fragt sich glatt: "Warum gibt es das noch nicht?"

Es gibt andere Gründe, die solche Sachen nicht lohnenswert erscheinen lassen. Und diese sind meist nicht so bekannt, wenn man sich nicht damit ausgiebig beschäftigt hat. Mitunter ändern sich aber auch Parameter in den Umgebungsbedingungen (Herstellungsmöglichkeiten, Materialpreise, Vorschriften etc.) und auf einmal kommt doch irgendeine Idee zur Anwendung, über die die Presse dann berichtet, als wäre es etwas ganz Neues - was aber meist gar nicht stimmt.

Mal erst vorweg: Stirling-Motor und Brennstoffzelle sind Klassiker der thermodynamischen Erkenntnisse. Pfarrer Stirling konnte den Wirkungsgrad seiner neuen "Feuerluftmaschine" berechnen und erklären, warum der Wirkungsgrad besser ist. Das macht ihm heute kaum einer vor, will sagen, die meisten Leute sprechen irgendwas nach, was ihnen in den Zeitungen oder an den Stammtischen dieser Nation als Funktion verkauft wurde, ohne aber den Hintergrund richtig zu durchdringen.

Die Erfinder der Brennstoffzelle, die ja bald 200 Jahre alt wird und immer noch nicht "bahnbrechend" in unserem Leben vorkommt, wußten auch genau, daß der Wirkungsgrad dieser Energieumsetzung besser war, als alles, was später noch an Antriebsmaschinen gekommen ist. Energie war früher teuer, wie nie!


Ich hoffe, ich habe dich mit der Einleitung nicht gelangeweilt.

Kommen wir zur praktischen Tat:

Stirling-Motoren haben ein sehr sehr hohes Leistungsgewicht. Um diese Wirkungsgrade zu erreichen, von denen alle träumen, dürfen die Temperaturdifferenzen an den wärmeübertragenden Stellen nur sehr gering sein. Das bedeutet aber, daß diese Flächen, egal ob nun zum Kühler gewickelt, gefächert oder als Ebene, riesengroß sein müssen, um nennenswerte Leistungen zu übertragen. Dazu kommt, daß der Arbeitsdruck in den Zylindern des Stirling-Motors rel. niedrig ist, er kommt also in der Auslegung mehr einer Dampfmaschine gleich, als einem Verbrennungsmotor.

Damit ist die Leistungsdichte oder auch Hubraumleistung schon begrenzt auf Werte, die wir in unseren Autos niemals akzepieren würden.

Die schlechte Regelbarkeit der Maschinen bzw. ihr äußerst träges Ansprechen wäre auch noch zu nennen als Schwierigkeit, aber da Du den Antrieb ja als Generator laufen lassen möchtest, käme man da schon irgendwie drüber weg.


Die Grubenfahrzeuge laufen mitnichten mit Stirling-Motoren. Ein Gerücht, was sich irgendwie hartnäckig hält. Der wohl bekannteste und selbst in USA am weitesten verbreitete Riesenmuldenkipper von Liebherr hat als Antrieb eine Schiffsmaschine mit (weiß nicht mehr genau) um die 4000 PS. Diese treibt einen wuchtigen Generator, der dann die Energie auf die beiden E-Motoren in den Hinterräder bringt. Die elektrische Energieübertragung ist dabei sehr verlustreich, bietet aber soviele Vorteile, daß man sie anwendet. Die Vorteile fehlender Wellen und Differenzialgetriebe sind enorm. Wäre an denen mal was dran, so müßte man schon einen Kran bemühen, um was zu wechseln. Die einzigen Getriebe in dieser Kolossen sitzen in den Hinterrädern selbst und sind sehr gedrungen gebaut, um die E-Motoren schneller laufen lassen zu können, als die Hinterräder.

Der Schiffsdiesel hat zwar für sich einen sehr guten Wirkungsgrad, ist aber nicht deswegen ausgewählt, sondern wegen seiner Zuverlässigkeit und Langlebigkeit. Diese "Autos" dürfen nur eine sehr geringe "turndown"-Zeit haben! Die müssen rund um die Uhr fahren, damit es sich lohnt. Bei den Bergbauern wird mit Promile gerechnet. Sobald der LKW verliert, ist das Förderband installiert, was mit viel weniger Energieaufwand viel mehr transportieren kann, nur eben nicht so flexibel ist.

Ein Grund für die elektrische Übertragung ist noch, daß diese Schwerlastautos mitunter unter sehr hoher Last sehr langsam anfahren müssen. Das wäre mit einer Reibkupplung schon unmöglich, ist aber auch mit hydraulischer Übertragung sehr schwierig. Die amerikanische Konkurrenz von Liebherr bekommt das immer wieder zu spüren.

Im Grunde muß man für solche Autos Maßstäbe von Diesellok ansetzen, dann liegt man richtig. Die Wirkungsgrade von Eisenbahnantrieben sind auch nicht doll, dafür ist das Fahrkonzept aber so ökonomisch, daß man gar nicht gezwungen ist, den Wirkungsgrad so auszureizen.

Schau dir auf der Liebherr-Seite mal so einen LKW an. Bestaune den riesigen Kühler an der Front. Da siehst Du schon, wie die Wärme wegpowert.

Dann gehe mal auf die Seiten von Stirling-Motor-Herstellern. Es gibt durchaus auch etwas größere zu kaufen. Laß Dir die Leistungsangaben schicken und projektiere einfach nur mal so vor dich hin. Das wird alles seeeehr groß und seeeehr schwer, da sind unsere kleinen Daihatsus schnell am Ende ihrer Tragfähigkeit.


Gruß

Werner Schulte

(der solche Ideen mag)