Youtuber baut selbst gebauten, modernisierten Stirlingmotor in Fahrrad ein
Mit Technik von Anfang des 19. Jahrhunderts will der Youtuber Tom Stanton ein Fahrrad antreiben. Dabei gibt es aber noch viele HĂĽrden zu ĂĽberwinden.
Dem Stirlingmotor am Fahrrad wird Energie durch Erhitzung mit einem Brenner zugefĂĽhrt.
(Bild: Screenshot/Tom Stanton)
Die Technik ist schon mehr als 200 Jahre alt, die der Luft- und Raumfahrtingenieur und Youtuber Tom Stanton verwendet, um ein Fahrrad anzutreiben. 1816 wurde der Stirlingmotor erstmals patentiert. Der thermisch angetriebene Motor von Stanton soll im Endausbau etwa 100 bis 150 Watt leisten. Das sind etwa 0,2 PS. Das Ziel: Das Fahrrad soll auf ebener Strecke auf rund 15 mph (etwa 24 km/h) beschleunigen.
Das Prinzip der von Robert Stirling erfundenen Wärmekraftmaschine, die er als alternativen Antrieb zu den Dampfmaschinen 1816 entwickelt hat, ist vergleichsweise simpel. In einem Zylinder wird ein Gas erhitzt. Der Zylinder wird dabei von einem beweglichen Kolben verschlossen. Das Gas dehnt sich aus und wird in einen zweiten, ebenfalls durch einen beweglichen Kolben verschlossenen Zylinder überführt, gekühlt und komprimiert. Das Gas bewegt sich dabei zwischen den beiden Kammern, wobei die Temperatur und der Druck wechseln. Die beiden Kolben sind über ein Gestänge mit einem Schwungrad verbunden, das dann eine kreisförmige Bewegung ausführt, die als Antrieb genutzt werden kann. Um den Wirkungsgrad zu verbessern, befindet sich oft auf dem Weg vom heißen zum kalten Zylinder ein Regenerator. Er gibt zusätzlich die aufgenommene Wärme ab, sobald das Gas vom kalten zum heißen Zylinder strömt.
Stantons Stirlingmotor ist weitgehend aus Aluminium gefertigt. Der Raum zum Erhitzen ist dagegen aus Stahl gefertigt und kann bis zum Glühen erhitzt werden. Zur Abkühlung nutzt der Ingenieur ein Wasserkühlungssystem. Die zunächst angedachte Abkühlung durch einen CPU-Lüfter würde nicht ausreichen, hatte Stanton vorab errechnet.
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Reibungsverluste minimieren
Das größte Problem bei Stirlingmotoren ist deren Effizienz. Bereits kleinste Reibungsverluste können die Leistung stark verringern. Deshalb setzt Stanton auf einen reibungsarmen Lauf aller mechanisch beweglichen Komponenten. Dazu nutzt der Ingenieur etwa zunächst PTFE-Ringe für die Kolbenabdichtungen sowie Spanner aus dem 3D-Drucker und Linearlager. Die PTFE-Ringe erzeugten jedoch einen zu starken Blowout. Gummiringe, mit denen er dann experimentierte, hatten einen zu hohen Widerstand. Stanton entwickelte deshalb einen flexiblen Kolbenring aus TPU, den er ausdruckte. Dadurch konnte eine hohe Abdichtung bei geringer Reibung erzielt und der Druck im Kolben besser gehalten werden.
Die Kolben übertragen ihre Bewegungen über Stangen auf zwei Zahnriemenscheiben, die ihre Kraft zusammen per Zahnriemen auf ein Antriebsrad und von dort auf das Hinterrad des Fahrrads bringen. Der Motor selbst ist dabei zwischen Oberrohr und Sitzrohr befestigt. Die Länge der Kolbenstangen musste Stanton noch nachträglich anpassen, um den Gesamtantrieb zum Laufen zu bringen. Das klappte nach zusätzlicher Modifikation des Antriebsrads. Der Stirlingmotor läuft aber nur sehr langsam und reicht bisher nicht aus, um das Fahrrad zusammen mit dem Fahrer anzutreiben.
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Stanton ist nun dabei, weitere Verbesserungen an der Wärmekraftmaschine vorzunehmen. Zudem will er den Brenner zum Erhitzen und die Zufuhr des Wassers zur Kühlung direkt am Motor anbringen. Über die Umbauten will Stanton auf seinem Youtube-Kanal berichten, sobald die Änderungen erfolgt sind.
(olb)
