Stirling-Motor als Antrieb?

[Kael]

Hallo! Ich wollte mal Fragen ob es dazu etwas gibt.

Was ich mir gedanklich vorgestellt habe war:

Hinten auf dem Roboter wäre eine Art "Brennwanne" in das man Holz o.ä. hineinlegen kann.
Auch ist mir Bekannt das Stirling MOtoren - selbst in kleinem Ausmaß - zu Stärken mit bis zu 10+ Volt verfügbar und auch baubar sind.

Kennt jemand ein Projekt dafür? Letztlich könnte man so sogar einen 'sich selbst fütternden' Roboter bauen der mit einem Greifarm z.B. Papier oder Holz greift und es sich hinten in die Brennschale wirft. Sollte das Feuer ausgehen, wäre natürlich auch der Roboter nicht mehr fahrbereit.

Kurzübersicht:

Stirling Motor -> Generator
Generator -> Erzeugung Elektrischer Energie -> Übertragung in eine Powerbank(z.B.) -> Übertragung das System für Elektromotorkontrolle und alle weiteren Bedienungen.

Ich weiß z.B. das es etwas ähnliches mit Solarenergie schon gibt, allerdings mit großem Energieverlust?

[ARetobor]

Hallo Kael,
im Prinzip ja, von Sicherheitsvorgaben mal abgesehen.
Konkrete Projekte sind mir nicht bekannt.
Aber ein paar Parameter die dir vorschweben sind schon noch für
eine Entscheidungsfindung nötig.
zB.
- Größe
- ca. Gewicht
- elektrische Leistung
- usw.
Kommt noch dazu, dass kleine Stirlingmotoren keinen großen Wirkungsgrad besitzen!
Annahme:
Dein Stirlingkraftwerk hat einen gesamt Wirkungsgrad von 10 Prozent ,(ist schon schwer erreichbar)dann musst du für 10 Watt elektrische Energie schon 100 Watt Verbrennungswärme erzeugen.

Gruß
ARetobor

[Kael]

Besitzt Sonnenenergie denn einen höheren Wirkungsgrad als die 10%? Soweit ich weiß laufen Brennstoffmotoren doch auch im Bereich 20-30% vom Wirkungsgrad?

[ARetobor]

Hallo,
Energie = Energie

Verbrennungsmotoren können durchaus einen Wirkungsgrad über 30 Prozent haben, der steht aber nur bei optimalen Arbeitspunkt zur Verfügung.

Wie man dem Stirlingmotor die nötige Wärmemenge zuführt ist egal, der Wirkungsgrad wird durch die Konstruktion und Arbeitsbedingungen bestimmt.
Auch der Stirlingmotor besitzt einen oprimalen Arbeitspunkt für den maximalen Wirkungsgrad.

Gruß

PS
Sonnenenergie besitzt keinen Wirkungsgrad -Die Technik zur Nutzung der Energie aber schon

PV-Anlagen über 20 Prozent möglich

[Kael]

Danke für die schnelle Antwort.

Ja - die PV-Anlagen liegen so bei 20-25% soweit ich bei Wiki gelesen habe.
Offiziell wird bei Brennstoff bis zu 50% hochgegangen, dies sei aber wohl nur bei bestmöglicher Nutzung der Fall.
Bei Sterling habe ich gelesen das bei optimaler Nutzung bis zu 40% möglich wären. Real sind allerdings wohl eher 10-20%, wenn man es sehr gut umsetzt gehen auch bis zu 30%. Alles darüber würde wohl auch vom Material viiiiel zu teuer werden.

[Ceos]

*Senftube raushol*

Ein handelsübliches Teelicht (wobei das heutzutage schon in der Leistung immer weniger wird weil die am Docht geizen) hat rund 30-40W, wenn man jetzt eine kleine Öllampe bastelt und einen 2mm Docht nimmt und dann Lampenöl als Brennstoff nimmt kommt man auf rund 50W (Die Werte habe ich aus diversen Foren für sog. Knatterboote)

Ein Stirlingmotor hat i.d.R. wenig Drehmoment, du müsstest also einen leicht drehenden high speed Generator haben oder vorher noch eine Untersetzung anbringen, was aber Verluste mit sich bringt.

PS: ich habe mal mit dem Gedanken gespielt einen kleinen Dampfkessel auf ein Boot zu bauen und dann eine Dampfmaschiene für den Antrieb zu nutzen XD aber damals wie heute fehlen mir die Mittel eine Dampfmaschiene selber zu basteln Q_Q

[oberallgeier]

.. Bei Sterling habe ich gelesen das bei optimaler Nutzung bis zu 40% möglich wären ..Jetzt würd ich gern schreiben "Papier ist ja geduldig". Aber mal zurück auf die elementaren Grundlagen.

Das kann man einfach ausrechnen (Carnot´scher Kreisprozess), weil der ideale Kreisprozess ziemlich simpel formuliert wird. Wenn man die Abkühlung auf 300 K (also ca. 27 °C) schafft, dann müsste man die Aufheizung bis 500 K treiben. OHNE jegliche Verluste, also im thermodynamisch idealisierten Fall, käme dann tatsächlich auf η = 0,4 (TH - TN) / TH - im IDEALfall ! Nun hat der Stirlingmotor vielfältige Verluste, da bezweifle ich, daß mit sinnvollem Aufwand dieser Wert erreicht werden kann. Ich selbst halte diesen Wert nicht für möglich.

Nachtrag 14.06.2018ca10h40: Vergleich: Frimmersdorf fährt die 300 MW-Blöcke mit rund 34%, mehr war auch schon drin. Der (noch) nicht realisierte Neuausbau ist bis zu 45% geplant, neueste Technologien ( ! Braunkohle ! ) lassen auf bis zu 48 % hoffen.

[i_make_it]

Ein Stirlingmotor auf einem mobilen Roboter ist eher suboptimal. Da die Kräfte durch die Bewegungen und Richtugnsänderungen des Roboter gegen das Drehmoment des motors wirken können. der recht schwachbrüstige Stirlingmotor kann also einfach stehen bleiben.

Ein Peliterlemente hat einen ähnlich schlechten Wirkungsgrad, allerdings keinen Verschleiß durch bewegte Teile und eine geringere Masse die vom Roboter mit transportiert werden muß.
Solarzellen haben wenn Sonnenenergie eingesetzt wird, einen höherne Wirkungsgrad und ebenfalls keinen Verschleiß durch bewegleiche Teile.

Solar-Stirling Anlagen kenne ich jetzt eher aus dem Bereich Entwiklungshilfe, da dort der Vorteil gegenüber PV-Anlagen der ist, das Reparaturen auch von den Einheimischen mit (relativ) lowtech Ausrüstung durchgeführt werden können.

Was es im Mobilbereich und Energiegewinnung aus Holz gibt, sind Holzvergaser, die zum einen Holzgas für einen Verbrennungsmotor liefern und zum anderen Wärme.
Wobei die Wäremnutzung eher bei Hauskraftwerken genutzt wird. Aber auch da gingen z.B. Peltierelemente. Allerdings lasst sich auch ein Holzvergaser nicht beliebig klein skalieren.

Bei Peltierelementen kann man immer auch gleich mal nach Heatpipes schauen, um die Kaltseite besser zu kühlen.

Z.B. funktionieren fast alle Atombatterieen in Raumsonden mit Peltierlementen. Das Plutonium liefert dort nur Zerfallswärme für die Heißseite.

[ARetobor]

Hallo,
das Stichwort lautet Thermoelektrizität

https://de.wikipedia.org/wiki/Thermoelektrizit%C3%A4t

Gruß

[Ceos]

funktionieren fast alle Atombatterieen in Raumsonden mit Peltierlementen

nicht nur im Weltraum, die Russen benutz(t)en sowas für Funkrelaisstationen XD

war das mit dem Solar-Stirling nicht ne Preis/Flächensache? Ich meinte dass es ne Zeit lang einfach billiger war einen Solarkonzentrator und einen "kompakten" Stirlingmotor einzusetzen als m²-Weise Solarzellen aufzustellen?

Was den Stirling angeht, da kommt es auch ein wenig auf die Konstruktion an, wenn das Schwungrad in der Horizontalen dreht wirkt sich das Drehmoment nur wenig aus. (auch wieder die Russen .... die hatten doch auch Busse mit horizontalen Schwungrädern um die Bremsenergie fürs Beschleunigen zu verwenden und sind nicht in jeder Kurve gleich umgekippt oder!?)

Die Radioisotop-Thermal-Generatoren oder kurz RTG sind ja auch auf der Erde um ein vielfaches Effektiver als im All, weil dort die Wärme nur abstrahlen kann, während man hier die Wärme ja über die Luft sehr bequem abführen kann, also wäre eine Peltier-Lösung garnicht mal sooooooooo blöd.

[i_make_it]

war das mit dem Solar-Stirling nicht ne Preis/Flächensache? Ich meinte dass es ne Zeit lang einfach billiger war einen Solarkonzentrator und einen "kompakten" Stirlingmotor einzusetzen als m²-Weise Solarzellen aufzustellen?


Ich kenne es von Entwicklungshilfe Projekten in der Sahel Zone.
Also Da wo Brennholz und selbst Dung als Brennstoff verdammt teuer sind.

als erstes gab es die Solarkocher. die waren mit 80-100 € aber auch unbezahlbar.
Dann gab es in Deutschland einen Wettbewerb an Unis. Damit wurde das zu kaufende Material auf eine Rolle Alufolie für mehrere Spiegel reduziert.
Als Träger kam Teilweise sogar getrocknete Lehmformen zum Einsatz.
Das nächste was ich mitbekommen hatte war das jemand den Solarkocher mit einem Stirling Motor kombiniert hat und so über Autobatterien sogar Licht und Radio am Abend möglich wurden.

Motorteile lassen sich sogar auf einer Wippen-/Bogendrehbank herstellen. Was mit PV und anderen Industrielösungen nicht möglich ist.

[Kael]

Das THema hat sich ja nun durch den Bereich der Entwicklungshilfe ganz gut entwickelt(hätte ich nun so nicht gedacht. Finde ich allerdings sehr Interessant).

Die Grundidee dafür kam mir eigentlich aufgrund des leichten Nachbefüllens und mir ist auch bekannt das man mit einer komprimierten Bauweise auch die entsprechenden 5+ Volt erreichen kann. (Die aktuellen 5V Maschinen die es zu kaufen gibt sind sollen nicht wirklich optimiert sein) Mit einer kleineren Bauweise sollten ggf auch 10V möglich sein.

[ARetobor]

Hallo,
die Spannung ist sekundär, die abgegebene elektrische Leistung ist ein primärer Parameter.

Gruß

[i_make_it]

Was man auch probieren könnte, wären Solarzelllen, deren Rückseite mit der Heißseite von Peltierelemnten thermisch leitend gekopplet ist.
Damit dann Akkus laden und ggf. Superkondensatoren für Kurzfrisitge Spitzenlasten.
Eine Brennstoffzelle hatte ich mal versucht, als bei Conrad in den 1990ern ein Set mit Metalhydat Tank raus kam, aber Gewicht und Leckrate zwichen Elektrolysezelle, Verdichter und Tank waren zu groß.
Die Idee war per PV Elektrolyse zu betreiben, damit den H² Tank zu füllen und ohne Licht per Brennstoffzelle zu arbeiten.
Aufbau war ein H²-Tank ein O²-Tank und dazwichen ein Wassertank. an einem Ende eine Brennstoffzelle, am anderen eine Elektrolysezelle.
Akkus und SuperCap als Puffer und eine Solarzelle die auseinandergefaltet 12dm² ergeben hätte.

[Ceos]

Solarzellen sollte man soweiso mit Kühlung versehen, ihre Effiziens nimmt mit steigender Temperatur ab und die werden ordentlich heiß in der Sonne! Wenn ich jetzt statt direkter Kühlfläche noch ein Pelztier dazwischen hänge könnte man noch ein paar elektronen extra ernten ;D

[i_make_it]

Wenn ich jetzt statt direkter Kühlfläche noch ein Pelztier dazwischen hänge

Schlau, planed Obsolescence durch eingebauten "Marderschaden". oder war ein anderes Pelztier gemeint? :-b

Da das ganze ja mobil ist, müsste man wohl testen wie das Zusatzgewicht in Relation zur zusätzlich gewonnen Energie steht.
Nicht das man am Ende insgesamt schlechter statt besser dasteht. Deshalb mein "mal ausprobieren".