SUPERENGINE® | Der Kompressionswellenmotor
                             von Karl Obermoser

SUPERENGINE ®  | Kompressionswellenmotor

In kompressiblen Medien pflanzen sich Schallwellen fort, weil diese Medien an jedem Ort die Eigenschaft "Masse" und die Eigenschaft "Feder" haben. Ein maschinenbaulich nutzbares Pendant zur Schallwelle ist der Wellenleiter. Das ist zum Beispiel ein Zylinderrohr, in welchem in gleichmäßigen Abständen gleitfähige Kolben (=Masse) angeordnet sind, zwischen denen jeweils ein Gasvolumen (=Feder) eingeschlossen ist. Ist dieses Rohr an einem Ende geschlossen und wird auf den Kolben am offenen Ende eine periodische Kraft ausgeübt, dann entsteht bei bestimmten Resonanzfrequenzen eine stehende Welle in dem Rohr.


Um eine sich fortpflanzende Welle, wie sie für den Stirlingzyklus nötig ist, zu erzeugen, muss das geschlossene Rohrende mit dem offenen zurückgekoppelt werden. Dies geschieht am einfachsten, indem der Kolben am offenen Ende als Stufenkolben ausgeführt wird, dessen kleinerer Durchmesser bis zum geschlossenen Rohrende reicht, und alle anderen Kolben eine Bohrung aufweisen, mit der sie auf dem kleineren Durchmesser des Stufenkolbens gleiten. In jedem einzelnen der in dieser Anordnung eingeschlossenen Gasvolumina findet nun ein Stirlingzyklus statt, sofern ein Regenerator darin angeordnet ist.


SUPERENGINE® | Schallwelle -> Wellenleiter -> Stirlingzyklus
                             von Karl Obermoser

Im einfachsten Fall hat so ein Aufbau außer dem Stufenkolben nur einen durchbohrten Kolben, und bereits hier können zwei Stirlingzyklen gleichzeitig realisiert werden, beispielsweise einer zum Antrieb und einer als Wärmepumpe. Da so ein Motor bisher nicht real existiert, zeige ich an dieser Stelle eine schematische Darstellung mit einem durchbohrten Kolben und mit nur einer eingebauten Erhitzer-Regenerator-Kühlergruppe. (zum Vergrößern bitte das obenstehende Bild anklicken)


Mit der neutralen Position, um die der durchbohrte Kolben im Betrieb schwingt, wird diejenige Temperaturdifferenz definiert, bei der der Motor leistungslos läuft. Je nachdem, in welche Richtung diese neutrale Position bei gegebener Temperaturdifferenz verschoben wird, gibt der Motor entweder Leistung ab, oder er arbeitet als Wärmepumpe (d. h. er bremst). Durch das Verstellen der neutralen Position während des Betriebes kann die Motorleistung noch flinker reguliert werden als bei Explosionsmotoren.


Maschinenbaulich wäre dieser Motor als Freikolben-alpha-Stirlingmotor einzuordnen - eine Kategorie, die es bisher nicht gibt. - Wird der Stufenkolben mit einem Kurbeltrieb verbunden, ergibt sich ein günstigeres Leistungsgewicht und eine vielseitigere Anwendbarkeit als bei der reinen Freikolbenversion. Da es diese Kategorie noch nicht gibt, hat sie auch keine Geschichte, die ich hier ergänzend darstellen könnte. Zu erwähnen wäre höchstens, dass in der Fachliteratur Zeichnungen existieren, die auf einem schwerwiegenden Denkfehler beruhen und fälschlicherweise als Darstellungen von Freikolben-alpha-Stirlingmotoren bezeichnet werden. Und dass wir von SUPERENGINE® begonnen haben, diese Maschinen zu entwickeln.


Zum Abschluss dieses Themenbereichs hier ein Zitat einer bekannten Autorität auf dem Gebiet der Stirlingmaschinen: Yet the general knowledge and understanding of Stirling engines is still at such low level that, even among experts a wide divergence of opinion can be found, not only as to their basic applications or desirable constructional features, but even as to the analytical approach appropriate for their design and optimisation. T. Finkelstein, 1992 (Foreword: Organ A.J., Thermodynamics and Gas Dynamics of the Stirling cycle Machine)



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