Geschichte
Über den jungen Priester und Erfinder ist bis heute wenig bekannt. Robert Stirling wurde am 25. Oktober 1790 in der Region Perthshire in Schottland geboren. Er studierte zwischen 1805 und 1808 zunächst Latein, Griechisch, Logik und Mathematik an der Universität von Edinburgh.
Im Jahr 1809 beschloss der fromme Stirling, Priester zu werden. Sein anschließendes Studium der Theologie und Rechtswissenschaften an der Universität Glasgow schloss er am 4. Juli 1815 ab und wurde 1816 von der schottischen Kirche zum Priester geweiht. Es war genau das Jahr, in dem er sich auch als Erfinder einen Namen machen sollte.
Anfang des 19. Jahrhunderts begann die Dampfmaschine ihren Siegeszug. Zu dieser Zeit hatten Dampfmaschinen jedoch noch einen großen Nachteil: Den hohen Drücken hielten ihre Kessel nicht immer stand. So kam es immer wieder zu Explosionen mit Schwerverletzten und Toten. Robert Stirlings Idee war es, eine Maschine zu bauen, die ohne große Drücke auskam, um das Explosionsrisiko zu eliminieren. Am 26. September 1816, Stirling war gerade 26 Jahre alt, war seine Idee des „Luftmotors“ patentreif.
Der erste Stirlingmotor wurde 1818 in mehreren Stufen gebaut und für den Antrieb einer Wasserpumpe im Bergbau eingesetzt. Erst nach etwa zwei Jahren soll der heiße Teil des Motors durchgebrannt sein.
Nach seiner Heirat im Jahr 1819 widmete sich der junge Pfarrer ausschließlich der Kirche und seiner Familie mit 7 Kindern. 1837 wurde er Minister (Minister of the Church) der Presbyterianischen Kirche in Galston. Seine Idee des „Heißluftmotors“ wurde derweil von seinem Bruder James, einem Mechanikingenieur, weiterentwickelt. Am 6. Juni 1878 starb Robert Stirling in Galston, Ayrshire.
Zeit seines Lebens war es jedoch die Dampfmaschine, die die Welt erobern sollte, weil sich die Qualität der Dampfkessel (speziell des Stahls) rasch verbesserte. Trotzdem hat bis jetzt - rund 200 Jahre später - die Erfindung von Robert Stirling nichts von ihrer Faszination eingebüßt. Ganz im Gegenteil: In Zeiten von steigendem Umweltbewusstsein und wachsenden Energiekosten beflügelt das Stirlingprinzip viele Forscher und Erfinder. So entwickelte Prof. Dr. Senft im Auftrag der US-Weltraumbehörde NASA in den 1990er Jahren einen Stirlingmotor für niedrige Temperaturdifferenzen. Auf der Basis von Dr. Senfts Arbeiten wurde dann der Motor weiterentwickelt, den Sie auf diesen Seiten sehen.
Ökologisch sinnvoll
Der Stirlingmotor setzt Wärme in mechanische Arbeit um. Da er als Arbeitsmedium häufig Luft verwendet, wird er auch Heißluftmotor genannt. Er ist im Gegensatz zur Dampfmaschine oder zum Otto-Motor ein geschlossenes System, d.h. das Arbeitsgas bleibt innerhalb des Motors und wird nicht ausgetauscht. Der Stirlingmotor arbeitet sogar abgasfrei, wenn die Wärmequelle nicht auf Verbrennung beruht.
Ein weiterer Vorteil des Stirlingmotors liegt in seiner Unabhängigkeit von der Art des Treibstoffs. Auf welche Art Sie dem System Energie zuführen, ist für seine Funktion nicht relevant. Interessante Anwendungen für Stirlingmotoren liegen in der Nutzung von Solar-, Ab- oder Erdwärme. Beispielsweise besteht in Wüstenregionen Bedarf an mechanischer Energie für das Pumpen von Wasser - Solarwärme gibt es dort reichlich.
Ohne die von Verbrennungsmotoren gewohnten Explosions- und Verbrennungsgeräusche laufen Stirlingmotoren angenehm leise, weil es im Betrieb nicht zu Druckspitzen kommt. Dies sorgt übrigens auch für einen fast schwingungsfreien Lauf von Stirlingmotoren.
Effizient ja, aber träge!
Das Funktionsprinzip basiert auf dem „Stirlingschen Kreisprozess“ und erreicht zumindest theoretisch den Wirkungsgrad des „Carnot-Kreisprozesses“. Damit ist er sogar höher als bei Dampfmaschinen und Verbrennungsmotoren. Bei all den genannten Vorteilen stellt sich die berechtigte Frage, warum nicht zukünftig eine Milliarde Chinesen mit sauberen und geräuscharmen Stirling-Autos fahren werden.
Die Antwort lässt sich an einem einfachen Beispiel festmachen: Sie stehen mit einem Stirling-Auto an einem Bahnübergang und sehen einen Zug kommen. Sie wollen schnell noch auf die andere Seite der Gleise. Normalerweise zuckt Ihnen das Wort „Kick Down“ direkt in den Gasfuß. Hier jedoch kommt das größte Problem des Stirling-Motors zum Tragen: Er ist unglaublich träge. Bis sich die Steigerung der Wärmezufuhr in einen schnelleren Antrieb umsetzen lässt, würden Sie durch einen heftigen Schweißausbruch im Angesicht des nahenden Zuges selbst zu einer idealen Energiequelle.
Ähnlich viel Geduld müssten Sie morgens aufbringen, wenn Sie den Motor starten.
Ein weiterer Nachteil ist, dass Stirling-Motoren mit hoher Leistung große Wärmetauscher benötigen und deshalb schwergewichtig sind. Stirling-Motoren eigenen sich also kaum für den Antrieb von Transportmitteln. Sehr wohl aber eigenen sie sich für stationäre Anwendungen mit gleichmäßiger Leistungsabgabe, also z.B. für die zuvor erwähnten Wasserpumpen oder für kleine Blockheizkraftwerke. Vieles deutet darauf hin, dass Stirling-Motoren in diesen Anwendungen zukünftig eine größere Rolle spielen werden.