Bücher/Informationen zu Stirlingmotoren

[sandmann]

kennt jemand von euch bücher (am besten inner slub), die das wirkungsprinzip und den aufbau von stirlingmotoren gut und verständlich wiedergeben und am besten (also wichtigsten) ne bauanleitung haben!?

sowas wie das hier, nur ohne geld zu bezahlen .
im internet lässt so richtig was gutes nich finden :blink: (v.a. was bauanleitung angeht).
und die slubsuche is für'n allerwertesten

bzw gabs/gibts an der fak mw in irgendeinem vertiefungsfach ne vorlesung, in der sowas behandelt worden ist!? wenn ja, gibts da nen skript dazu und könnte mir das jemand zukommen lassen!?

€: für ne wärmekraftmaschine als antrieb für nen schuhkartongroßen untersatz :shifty:

[pruefi]

TIPP1: Antriebstechnik ;-)
TIPP2: Thermodynamik I

http://www.rudis-antriebstechnik.de/stirling.html
http://www.manfreds-hobbypage.de/
.. von der Seite der erste Bauplan hier gepostet...

Erklärung unter:
http://de.wikipedia.org/wiki/Stirlingmotor

[pruefi]

Die Russen hatten zur Wendezeit einen Prototyp in einem LKW laufen irgenwo in Sibirien.
Vorteil war, dass sie alles verfeuern konnten und über Wärmetauscher den Kolben heizten.
Ist aber nicht weiter verfolgt worden. Weil mit der modern Turbinentechnik, die auch fast alles an brennbarer Flüssigkeit frisst, kommt man wohl etwas besser weg.
Was hast Du damit vor?

[sandmann]

joar, das prinzip ist klar, mir drängt sich nun die frage auf, wieviel leistung man real aus so nem teil rausholen und ob (?) man damit etwas in größenordnungen bis 5kg bewegen kann und die größe von dem teil noch "akzeptebel" ist.

hab dir mal ne pn geschrieben

[pruefi]

Wie gesagt: der Sirlingmotor ist ein Energiewandler und damit verlustbehaftet!
Das heisst je höher deine Temperaturdifferenz, desto besser ist der Wirkungsgrad.

Nun zum Antrieb:
[latex]
$F_F$ notwendige Antriebskraft am Rad\\
$F_G=m \cdot g$ Gewichtskraft\\
$\mu_0$ Kraftschlussbeiwert $\mu_0=0.8$\\
$F_R=\mu \cdot F_G$\\
$F_B$ Beschleunigung\\
$F_F=F_R+F_B+F_S..$ \\
$a$ Beschleunigung\\
$F_B=a\cdot m\\
$F_F=m (g +a +\mu)\\
$R$  Radradius\\
$\eta_G$ Getriebewirkungsgrad\\
$M_A$ Antriebsmoment\\
$J_g$ Gesamträgheitmoment\\
$i_G$ Übersetzungsverhältnis\\
$\epsilon_A$ Winkelbeschleunigung beim Anfahren\\
$M_A=F_F \cdot R\frac{1}{i_G \cdot \eta_G}+J_g \cdot  \epsilon_A$\\
Also unter Vereinfachung ergibt sich für das notwendige Antriebsmoment am Motor\\
$M_A=F_F \cdot R\frac{1}{i_G \cdot \eta_G}$\\
Betrachtung der Leistung:\\
$P_ges$ Gesamtleistung\\
1) Stationär $a=0$\\
$v$ Geschwindigkeit\\
$P_{F,s}$ Fahrleistung\\
$P_{F,s}=\mu_R  \cdot m \cdot g \cdot v$\\
$P_{Energiequelle}=1/\eta_{Motor}\cdot 1/\eta_{G}\cdot  P_{F,s}$\\
$P_{Energiequelle}=1/\eta_{Motor}\cdot 1/0.9 \cdot 0.3 \cdot 5kg \cdot 9.81 m/s^2 \cdot v$\\
$v=10 km/h=2.7m/s$\\
$P_{Energiequelle}=1/\eta_{Motor}\cdot 45 W$\\
Wirkungsgrad des Carnot-Prozesses/Stirlingmotors\\
$\eta_{Motor}=\frac{T_W-T_K}{T_W}$\\
$T_K=293K$ Zimmertemperatur\\
$T_W=340K$ Wärmemischung des HOT-PADs\\
$\eta_{Motor}=0.147$ lausig und dabei ist das nur der theoretische Wirkungsgrad, der reale liegt noch drunter!!!(Bsp:0.006)\\
$P_{Energiequelle}=306W$ geht das mit Hot-PADs???\\
2) Anfahren\\
etwas komplizerter...:-)\\
[/latex]
So betrachten wir mal das Leistungsgewicht, was ich mal vorsichtig auf vielleicht 8 kg je kW schätze (Berichtige mich bitte!) Das heisst für jedes Kilowatt an Leistung muss das Gerät 8 kg allein an Motorgewicht mit sich rumschleppen ;-( D.h für den berechneten Fall sind das 2.5kg Aufschlag!! Nochmal druchrechnen ergibt
dann eine notwendige Lesitung für die Energiequelle von 459W und ein Motorgewicht 3.6 kg usw...iterieren...
Motor:4.5 kg Leistung der Energiequelle 600W!!!!

[sandmann]

erstmal feinsten dank. auch die idee der wärmeerzeugung ist erstmal ein guter anfang, werden wir weiterverfolgen. mal gucken, was in den teilen genau drin ist

ist halt alles erstmal ein kleiner anfang... :unsure:

wie sich das mit dem wirkungsgrad verhält, is klar. dabei ist auch ein vergleich mit ner brennstoffzelle sehr interessant, da es ja im vgl mit carnot schon ein bisserl anders ist. nur leider ist eine herstellung und betreibung zB von ner DMFC auf so nem kleinen teil recht schwierig (kosten, fertigung, regeltechnik, zuleitung,.....)

[pruefi]

..gibts bei Conrad für etwa 50 Euro für weitere 50 bekommst du den kompletten Bausastz für ein H2-Brennstoffzellen Auto ;-)
Ansonsten Methanol-Brennstoffzellen (Gibts normalerweise im Buisness-Katalog von Conrad) Die sind für See-Bojen und JWD entwickelt worden (etwa ab 3500Euro).
http://www.conrad.de/goto.php?artikel=512292

[pruefi]

ungelöschter Branntkalk CaO
Das Zeug wird in der Einmannpackung bei der US-Armee als Wärmemischung zum Erhitzen der Mahlzeiten benutzt.
CaO +H20->Ca(OH)2+1156kJ/je kg CaO.
Das entspricht einer Energiedichte von 0.875 MJ je kg Wärmemischung.
Eine Lithiumbatterie hat 0.9
ein NiCd Akku hat 0.14
Zink-Luft_bat 1.2
Ethanol 26.78
Benzin 43

Das heisst nach dem sehr vereinfachten Modell würdet ihr mit einem 1kg Kalk und 0.32kg Wasser  und der 5kg Nutzlast einen Motor von 770W und einer Eigenmasse von  6.1 kg brauchen!! (Etwa 1/30 Trabbileistung)

Hier gibt es ein Patent für einen Selbstheizenden- oder kühlenden Behälter mit Hinweis auf Wärme- und Kältemischungen:
http://www.wipo.int/ipdl/IPDL-IMAGES/PCT-PAGES/1982/191982/82002483/82002483.pdf

[pruefi]

Wikipedia
http://de.wikipedia.org/wiki/Thermoelektrischer_Generator

Die direkte Wandlung von Wärme in elektrische Energie ist mit einem „thermoelektrischen Generator“ möglich (Thermovoltaik). Man verwendet hierfür statt Metallen Halbleitermaterialien (siehe Peltier-Element), wodurch sich die Effizienz gegenüber Thermoelementen wesentlich steigern lässt. Heute verfügbare thermoelektrische Elemente haben dennoch nur einen verhältnismäßig geringen Wirkungsgrad. Hinsichtlich einfachem Aufbau, Zuverlässigkeit und Lebensdauer sind sie jedoch allen anderen Verfahren überlegen.

Der Wirkungsgrad thermoelektrischer Generatoren ist nur ein Bruchteil (ca. 17 %) des Carnot-Wirkungsgrades.

Gebräuchliche Materialien sind Bi2Te3, PbTe, SiGe, BiSb oder FeSi2 mit realen Wirkungsgraden zwischen drei und acht Prozent. Werkstoffe mit besseren thermoelektrischen Eigenschaften sind gegenwärtig nicht bekannt.

Um ausreichend hohe Spannungen zu erhalten, werden mehrere zwischen der kalten und der warmen Seite montierte Elemente elektrisch in Reihe geschaltet.

Mit thermoelektrischen Generatoren ausgerüstete Petroleumlampen oder Petroleum-Gasbrenner werden als Stromquellen in abgelegenen Gebieten verwendet (z. B. zum Betrieb eines Rundfunkempfängers).

Thermoelektrische Generatoren werden auch in Radioisotopengeneratoren (Isotopenbatterien), unter anderem für Raumsonden oder in abgelegenen Mess-Sonden, verwendet: radioaktiver Zerfall künstlich hergestellter Radioisotope erzeugt hier die zum Betrieb erforderliche Wärme.
----------------------
Also: Was für Funkgeräte und Raumsonden (RTG) funktioniert, dürfte wohl für ein 5kg Modellauto reichen!!!!
und der Wirkungsgrad ist auch in der gleichen Größe wie der Stirlingmotor bei kleinen Temperatur-Differenzen.

Ausführlicher aber englisch:
http://en.wikipedia.org/wiki/Thermoelectric_effect

Weiter dazu CalTech:
http://www.thermoelectrics.caltech.edu/

Hier gibt es so ein einfaches Modul:
19 Watt bei 115g Gewicht!!! für 189 Dollar (=126 Euro)  Energie-Effizenz 4.5 %
http://www.hi-z.com
http://www.hi-z.com/websit40.htm
http://www.hi-z.com/websit03.htm

[pruefi]

Schritt für Schritt Bastelanleitung (Bierdosen-Version mit Verdränger)
http://www.stirling-fette.de/howdo.htm
und auch wissenschaftlich fundierter Erklärung.

[pruefi]

Achtung!
Das Teil ist im Normalfall nicht selbstanlaufend! ;-)

[sandmann]

schon klar, aber man musses ja erstmal verdauen,....

€: ok, falsch verstanden. trotzdem klar, dass es nen erstmaligen "anschub" braucht

[pruefi]

Also nach dem was ich in den letzten zwei Tagen so gelesen habe, siehts damit wohl nicht ganz so rosig aus.
1) Theoretisch hat der Stirlingmotor zwar den Wirkungsgrad des CARNOT-Prozesses, leider aber wird dieser durch Verluste wie Wärmeabgabe, Reibung und Leckage stark gemindert.
2) Hinzu kommt das Problem mit der Bewegungsinitiierung (Startschwung). Ich nehme mal an, das das nicht zulässig ist, sonst würde wohl irgendjemand auf die Idee kommen, einen Kohlefaser-Kreisel zu verwenden ;-)

3) Man kann mit der Kalk-Wärmemischung zwar auf 230°C kommen, was einem theoretischen Wirkungsgrad von 0.39 entspräche, aber siehe oben.

4) Ich würde einen generell anderen Ansatz empfehlen zB über eine Nutzwertanalyse.
So sollte erst einmal abgeklärt werden, wie die möglichen Energiequellen, Energiewandler und Umformer aussehen. Und danach in eine Betrachtung zu bestimmten Kennziffern wie Leistungsdichte, Wirkungsgrad ...  übergehen.

[pruefi]

Scotty, hol den Schleim aus dem Kühlschrank, wir brauchen Strom!

"Microbial fuel cells
    Modern hydrogen- and methanol-oxidizing fuel cells support power densities that are orders of magnitude higher than what is typically achieved in microbial fuel cells.  We focus on growth and electron transfer at fuel cell anodes, as this represents the least well understood aspect of microbial fuel cells.  Our research platform, optimized by Dr. Enrico Marsili, is based on membrane electrode assemblies fabricated in our laboratory.  These devices minimize most common limitations, measure dynamics of biofilm electron transfer in situ, and supply data for modeling and physiological studies.  
 
Modeling of electrode biofilms
    Through collaborations with Dr. Timothy LaPara, Dr. Ray Holzalski, and Dr. Tsutomu Shimotori, (Civil Engineering),  we study mass-transfer and consumption of reactants in electricity producing biofilms using a modeling approach.  This work has again highlighted discrepancies between predicted and observed power production in microbial fuel cells, suggesting areas for significant improvement.  As part of this work, we also operate larger bioreactors able to accommodate our membrane electrode assemblies and in situ electrochemical analyses, for comparison to other work.
 
 
Microfabricated surfaces
    Through collaborations with Dr. Rhonda Franklin Drayton (Electrical Engineering), we are investigating colonization and behavior of bacteria in devices fabricated from silicon using microfabrication techniques at the U of M’s Nanofabrication center.  These findings are being used to fabricate electrode arrays and sensory devices capable of monitoring early colonization events, and resistance issues related to electricity production by bacteria."

http://www.bti.umn.edu/bond/Biotechnology.html

http://cbs.umn.edu/labs/gralnick/Home.html
http://www.micab.umn.edu/faculty/Bond.html
http://www.bti.umn.edu/bond/Home.html
http://www.bti.umn.edu/
http://www.heise.de/tp/blogs/2/104665

[pruefi]

...und was ist daraus geworden?