Dieter Viebach´s Stirlingmotor Homepage.pdf

KnowHow

Ringinfo Nr. 7

!! Bitte ausdrucken und an Kollegen weitergeben !!

Die Ausgaben Nr.1 bis Nr.8 jetzt auf CD-ROM. Preis: 24,- zzgl. Porto.

Weitere Details unter "Preise".

Know-how, Erfahrungen, Tipps und Tricks zum Bau und Betrieb des Stirlingmotors ST 05 G sowie Neuigkeiten. Hier

vorgestellt nun auch der Typ ST 05 G - G mit integriertem Synchrongenerator.

Die hier wiedergegebenen technischen

Erfahrungen sind von den jeweils

angegebenen

Personen oder von mir erarbeitet worden.

Sie gelten nur für den angegebenen

Einsatz-fall.

Für andere oder ähnlich gelagerte Probleme

müssen Sie eigene Ver-suche anstellen.

Unsere Ergebnisse sind dann nur bedingt

anwendbar. Alle angegebenen Verfahren und

Arbeitsanweisungen sind erprobt. Wir haben

natürlich auf die Ergeb-nisse Ihrer Arbeiten

keinen Einfluss. Auf sicherheits-relevante

Bauteile, Probleme und Arbeits-schritte

wird jeweils hingewiesen.

Bild 1. Der ST 05 G

Zur Einhaltung unserer Sicherheitshinweise möchte ich Sie noch einmal ausdrücklich auffordern. Zu Arbeiten, zu denen Sie nicht

die erforderlichen Sachkenntnisse und Fertigkeiten besitzen, ziehen Sie bitte eine Fachkraft zu oder lassen Sie sich diese Arbeiten

oder Teile anfertigen. Adressen kann ich Ihnen vermitteln. Diese Arbeiten sind natürlich nicht kostenlos. Haftungen jeglicher Art

sind ausdrücklich ausgeschlossen.

Sie können die von mir vermittelten technischen Lösungen für Ihre persönlichen Anwendungen verwenden, für eine gewerbliche

Nutzung sind gesonderte Vereinbarungen zu treffen.

Dieter Viebach im Juni 2001 D-83059 Kolbermoor Spielhahnstraße 17

Entwicklungsbüro Telefon und Fax 08031 97727, Privat 08031 93491

!! An alle ST 05 G Stirlingmotorbauer

und auch an die Zukünftigen !!

Seit der letzten Ringinformation sind inzwischen 3 Jahre vergangen. Nr. 6 erschien zum Stirlingforum im Februar 1998 und hatte

unter anderem auch meinen Beitrag für den Tagungsband zum Inhalt.

Die Ausgabe Nr. 7 nun mit einem etwas größerem zeitlichen Abstand. Es waren ursprünglich 4 - 6 Ausgaben vorgesehen, mit denen

das Know-how zum Bau des ST 05 G vermittelt werden sollte. Mit der Ringinformation Nr. 6 waren alle zum Bau des Motors

erforderlichen Arbeitsschritte hinreichend beschrieben. Die Zahl der ST 05 G bauenden Institute und Personen belief sich Anfang

1998 auf etwa 80. Es war eine gewisse Sättigung eingetreten.

Mit dem Material für den ST 05 G in Form von Rohgussteilen, Zeichnungen und den Ringinformationen biete ich Fachhochschulen,

Lehrwerkstätten und engagierten Gruppen sowie Privatleuten die Möglichkeit, in die Stirlingmotortechnologie einzusteigen. Das von

meinem Sohn Stefan entwickelte Stirlingmotorsimulations- und Berechnungsprogramm ViSMOS 1.2 für MathCad steht ebenfalls

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zur Verfügung und ermöglicht die Berechnung und Simulation von Stirlingmotoren nach eigenen Vorstellungen. Es ist für Motoren

in Alfa-, Beta- und Gamma-Konfiguration vordefiniert. In vorhandene Eingabedateien müssen die Daten des zu berechnenden

Motors durch Verändern der vordefinierten Zahlen eingegeben werden. Beschreibung siehe Ringinfo 4

Um keine Missverständnisse aufkommen zu lassen, muss ich ausdrücklich darauf hinweisen, dass es sich bei den von mir

vertriebenen Gussteilen für den Stirlingmotor ST 05 G um Rohgussteile handelt. Die Teile müssen bearbeitet werden. Es sind

umfangreiche Dreh-, Fräs- und WIG Schweißarbeiten erforderlich. Diese Arbeiten können nur in einer gut eingerichteten

Werkstatt ausgeführt werden. Die Leute müssen motiviert sein !!! Es klappt nicht, wenn Sie gute Freunde bitten, dieses oder jenes

Teil für Sie an ihrem Arbeitsplatz nebenbei einmal schnell anzufertigen. Als Information für Sie: Es sind je nach Ausbildungsstand

und Erfahrung der Leute etwa 350 bis 500 Arbeitsstunden zum Bau des Stirlingmotors ST 05 G erforderlich. Sie können bei mir

keinen Bausatz , den Sie am Küchentisch nur noch zusammenzuschrauben brauchen, beziehen. Verbunden mit entsprechenden

Kosten können Sie sich aber jedes Teil und auch den kompletten Stirlingmotor, auch mit Generator (siehe weiter unten), bei Uwe

Moch bestellen. Er fertigt für Sie aus meinen Gussteilen zu fairen Bedingungen den Stirlingmotor als Einzelstück mit einer

Übernahmegarantie. Erfahrenen Mechanikern und findigen Hobbymaschinenbauern ist es selbstverständlich auch möglich, den ST

05 G ohne die Verwendung der Rohgussteile zu bauen. Der Arbeitsaufwand wird dann entsprechend höher, wenn alle Teile aus

dem Vollen oder als Schweißkonstruktion hergestellt werden müssen. Mit dem Zeichnungssatz erwerben Sie eine Lizenz zum Bau

eines ST 05 G.

Achtung, wichtiger Hinweis: Die Gussteile sind wegen mangelnder Nachfrage nicht mehr lieferbar.

Um den Stirlingmotor auch an weiterführenden Schulen wie Gymnasien und Realschulen den Schülern nahe zubringen und um die

nachhaltige und dezentrale Energieerzeugung mit Sonnenenergie in Form von Biomasse der Jugend zu vermitteln, ist im Herbst

1998 mein Buch „Der Stirlingmotor einfach erklärt und leicht gebaut“ entstanden. Das Buch wird im Ökobuchverlag mit der ISBN

Nr. 3-922964-70-2 bereits in der 3. Auflage herausgegeben und kostet DM 29,90. Es enthält die detaillierte Bauanleitung für unser

Konservendosenmodell. Mit einem kleinen DC Motor als Generator erzeugt es, beheizt mit einem Teelicht, den Strom für ein

Transistorradio. Geeignete DC Motoren mit Riemenscheibe erhalten Sie zum Preis von DM 15,-- + Mwst. und Porto bei mir.

Der bereits von Vorgängermodell, dem Keksdosenstirlingmotor, bekannten Faltenbalg, der den Arbeitszylinder bildet, liegt als

Faltbogen dem Buch bei. Ihre etwaigen Bedenken hinsichtlich der Lebensdauer dieses Papierfaltenbalges sind unbegründet! Bei

einem Dauertest über 4 Wochen hat der Faltenbalg 10 Mio. Hübe ohne jeden Verschleiß überstanden.

Versierte Modellbauer finden in dem Buch auch einen Bauplan für ein Modell, das mit der Wärme Ihrer Hand läuft und aus einer

Getränkedose gebaut ist.

Auch der ST 05 G ist in dem Buch unter Klein-Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen, die schon als Prototypen gebaut wurden,

besprochen.

Die Nachfrage nach Zeichnungssätzen und Gussrohteilen wurde durch das Buch wieder belebt. Im Laufe des Jahres 1999 habe ich

den Gussteilesatz von ursprünglich 8 Gussteilen auf 13 Teile erweitert und den Zeichnungssatz überarbeitet. Zum Bau des ST 05 G

aus 13 Rohgussteilen ist der Zeichnungssatz 3. Ausgabe vom Nov. 1999 erforderlich. Die Ausgaben 1 und 2 können nur schwer

aktualisiert werden, weil sich die Überarbeitung und Erweiterung der Gussteile auf fast alle Zeichnungen, die Beschreibungen und

Anleitungen auswirkt.

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Bild 2. Die Gussteile

Die Gussteile wurden wie folgt geändert, bzw. es kamen an neuen Teilen dazu.

Kurbelgehäuse, Gussteil 03.01, Zeichnung Nr. 03.01.110

Das Lagerschild auf der Schwungradseite zur Aufnahme des äußeren Kurbelwellenlagers und zum Anschrauben der

Dichtringaufnahme wurde im Durchmesser von Ø50 mm auf Ø60 mm vergrößert. Das äußere Kurbelwellenlager ist von DI Ø17 mm

auf DI Ø20 mm (Kugellager DA= Ø42 mm) verstärkt worden.

Ein Flansch auf der Schwungradseite im gleichen Durchmesser wie der Flansch an der Rückseite des Kurbelgehäuses ermöglicht

jetzt das Anbringen eines Druckgehäuses für den Synchrongenerator im Schwungrad ( Beschreibung unter Neuigkeiten aus

Kolbermoor ).

Durch diesen Flansch ist es jetzt auch möglich, zwei Kurbelgehäuse zu einem Gehäuse für einen Zweizylindermotor zu verbinden.

Beide Flansche sind als stabile Befestigungssockel nach unten verlängert. Ein Sockel für das Beipassventil ist zusätzlich zu dem

Sockel für die seit Verfügbarkeit der Gussteile vorgesehene, aber noch nie realisierte Arbeitsgasladepumpe, neu angebracht. Bereits

1996 wurden zur Befestigung des neuen Arbeitszylinders (siehe Gussteil Arbeitszylinderkopf mit der Zwischenlösung Zylinder

eines Kompressors, Ringinfo 5 und 6 ) Sockel für Stehbolzen angebracht, die den Arbeitszylinder und den Zylinderkopf mit dem

Kurbelgehäuse verbinden.

Gehäusedeckel, Gussteil 03.02, Zeichnung Nr. 03.02.110

Das Gehäusedeckelgussteil hat auf der Innenseite einen ringförmigen Anguss zur Aufnahme eines Lagers erhalten. Diese Lagerstelle

macht es jetzt möglich, die Kurbelwelle beidseitig zu lagern.

Kühler, Gussteil 03.03, Zeichnung Nr. 03.03.115.

Der Arbeitsgaskanal unter den Kühlerlamellen zum Verbindungsrohr ist jetzt fertig gegossen und auf Ø 21 mm erweitert. Bei den

älteren Gussteilen war die Bohrung nicht vorhanden. Das Loch musste gebohrt werden. Die Materialanhäufung an dieser Stelle war

mit verantwortlich für Lunker. ( Ich hoffe, dass das Problem von Lunkern im Kühlergussteil auch durch die Verwendung eines

kunstharz-gebundenen Kernsandes beim Gießen jetzt behoben ist). Die Flanschstellen für den Verbindungsrohrkrümmer mit

Kühlwasseranschlussplatte und Verschlussplatte ( 2 neue Gussteile ) sind vergrößert worden. Die Aufnahme für das untere

Verdrängerstangenlager wurde verstärkt. 3 weitere Sockel für Kühlwasser-anschlussbohrungen erlauben die Anbringung des

Kühlwasserauslasses an 3 unterschiedlichen Stellen, je nach dem, in welcher Lage der Motor betrieben wird, ohne dass sich im

Kühlwassermantel des Kühlers ein Luftsack bilden kann.

Verdränger- und Arbeitskolbenpleuel, Gussteile 2 x 3.04 und 3.05, Zeichnung Nr. 03.04.110 und 03.05.110

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Die Gussteile wurden an den Lageraugen zur Aufnahme der größeren Lager für den auf 20 mm Ø geänderten Kurbelzapfen

verstärkt. Auch das Kolben-bolzenauge des Arbeitskolbenpleuels wurde für den auf 20 mm Ø geänderten Kolbenbolzen verstärkt.

Arbeitskolben, Gussteil 3.06, Zeichnung Nr. 03.06.111

Der Durchmesser des Arbeitskolbens ist von 80 mm Ø auf 85 mm Ø und der Durchmesser des Kolbenbolzen von 16 mm Ø auf 20

mm Ø geändert.

Arbeitszylinderkopf, Gussteil 3.07, Zeichnung Nr. 03.07.110

Die Verschraubung mit dem Kurbelgehäuse wurde von 6 Stehbolzen M 6 Ø auf 4 Stehbolzen M 8 Ø geändert. Am Gussteil sind

dafür 4 Sockel mit Abstützungen angebracht. Für das Verbindungsrohr zum Kühler ist jetzt ein 45° Rohrbogen mit angegossen, der

mit dem neuen Gussteil Krümmerflansch 3.14 und einem Alurohrabschnitt mit O-Ringeinstichen das Verbindungsrohr bildet. Der

ursprüngliche flachdichtende mittige Kühlwasseranschluss ist jetzt als Gewinde zum Einschrauben eines käuflichen

Wasserarmaturenschlauches aus dem Heimwerkermarkt ausgeführt.

Die 5 neu hinzu gekommenen Gussteile.

Arbeitszylinder, Gussteil 3.10, Zeichnung Nr. 03.10.110

Dieses Gussteil ist zur Auskleidung mit einer Edelstahlkolbenlaufbuchse oder auch für jede Beschichtung mit geringen Reibwerten

bei hoher Abriebfestigkeit, die auf Aluminium möglich ist, vorgesehen. Die einfachste Ausführung, die auch in jeder Werkstatt

durchgeführt werden kann, ist das Einbringen einer Laufbuchse aus 0,25 mm starkem Edelstahlfolienband. Dieses Band wird dazu

mit einem Umfangsübermaß von 0,35 mm in den bearbeiteten Zylinder warm eingeschrumpft (in Anlehnung an Klaus Kramer,

Berlin, der auf diese Art den von meinem Prototyp bekannten gesägten Kühler mit einer Lauffläche ausgestattet hat). Ein geeignetes

Band ist mit einer Festigkeit von 1300 N/mm2 Werkstoff 1.4301 mit einer hervorragenden Oberfläche in der richtigen Breite als

Präzisionslehrenband problemlos erhältlich (Bezugsquellenangabe im Zeichnungssatz).

Wird die Zylinderinnenwand vor dem Einschrumpfen der Laufbuchse riefenfrei und zylindrisch bearbeitet, ist ein Nachhohnen der

eingeschrumpften Laufbuchse nicht erforderlich. Die Stoßfuge braucht nur mit feinem Polierleinen geglättet werden und wird so

eingebaut, dass der seitlich im Bereich der Kolbenbolzenbohrungen ausgesparte Gleitbelag des Kolbens im Bereich der Fuge gleitet.

Für die Kolbenringe ist die Fuge kein Hindernis und bereitet keine Abdichtprobleme. Nach einem eventuellen Verschleiß kann

dieser Belag auch wieder erneuert werden.

Außen ist der gegossene Zylinder zum Aufbringen eines Kühlwassermantels vorbereitet. Als Kühlwassermantel ist eine VA

Blechmanschette, die mit 2 O-Ringen abgedichtet ist, vorgesehen. Die Abdichtung des Zylinders zum Kurbelgehäuse und zum

Zylinderkopf erfolgt ebenfalls mit O-Ringen, die in 45° Anfasungen am Kurbelgehäuse und am Zylinderkopf eingelegt werden.

Verdrängerkolbenboden, Gussteil 3.13, Zeichnung Nr. 03.13.111

Zur Vereinfachung der Beschaffung des Rohmaterials und zum Verringern der Zerspanungsarbeit ist das Gussteil für den

Kolbenboden entstanden. Entsprechend meiner Konstruktion wird die Verbindung zwischen dem Verdrängerdom, einem aus

Edelstahlblech angefertigtem Teil, und dem Verdrängerboden aus Gründen der Gewichtseinsparung durch versicken und bördeln

hergestellt. Für diesen Arbeitsschritt ist ein gewisser Aufwand an Vorrichtungen und Spezialwerkzeug erforderlich.

Auf Wunsch von Uwe Moch hat der Boden 4 Verstärkungen zum Anbringen von Senkungen für Senkschrauben erhalten. Auf diese

Weise ist eine Verschraubung des Verdrängerdomes mit dem Verdrängerboden leichter zu bewerkstelligen, Das zusätzliche Gewicht

von den Schrauben und den Gewinden in einem verstärktem unteren Boden des ohnehin schon relativ schweren Verdrängerdoms

muss beim Auswuchten der Maschine mit berücksichtigt werden (siehe Ringinfo 5 und 6 ).

Krümmerflansch, 2 Gussteile 3.14, Zeichnungsnummer 03.03.120 und 03.17.110

Als zweiter 45° Rohrbogen für das Verbindungsrohr wird dieses Teil auf den Kühler geschraubt und verschließt gleichzeitig eine

Kernlageröffnung des Kühlergussteils. In diese Öffnung mündet auch der Kühlwasserverbindungs-schlauch vom Zylinderkopf des

Arbeitszylinders. Der gekrümmte Arbeitsgaskanal ist fertig gegossen. An diesem Teil müssen die Dichtflächen, die für die

Abdichtung mit O-Ringen vorgesehen sind und die Befestigungsbohrungen mit den zylindrischen Senkungen bearbeitet werden.

Das 2. Gussteil ist eine Platte zum Verschließen der 2. Kernlageröffnung des Kühlers und wurde mit dem Krümmerflansch

mitgegossen. An diesem Teil müssen die O-Ringdichtflächen und die Bohrungen bearbeitet werden.

Die Kernlageröffnungen sind beim Guss des Kühlergussteils erforderlich. Durch sie wird der Kern aus Formsand für den

Kühlwassermantel im Formkasten abgestützt.

Dichtringaufnahme, Gussteil 3.15, Zeichnung 03.15.120

Auch dieses Gussteil zur Vereinfachung der Materialbeschaffung und Verringerung der Zerspanungsarbeit. In dieses Teil wird der

Wellendichtring eingepresst und damit am Kurbelgehäuse verschraubt.

Für den mit in das Druckgehäuse eingebauten Synchrongenerator (siehe Neuigkeiten aus Kolbermoor) sind 2 weitere Gussteile

verfügbar.

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Bild 3 Gussteile Generator-druckge-häuse.

Die motorseitige Gehäusehälfte und die äußere Gehäusehälfte sind identische Gussteile aus denen 4 Bauteile angefertigt werden. Bei

der Bearbeitung des Gussteils zur motorseitigen Gehäusehälfte bleibt der Rohling für die Statornabe übrig. Nach der Bearbeitung

werden auf dieses Teil die 80 Stück 0,5 mm dicken Statorbleche zum Statorpaket gestapelt.

Bei der Bearbeitung des 2. Gussteils zur äußeren Gehäusehälfte bleibt der Rohling für einen Druckring zum Verschrauben des

Statorpakets erhalten. Mit diesem Teil werden die Statorbleche zusammengespannt.

Nach anfänglichen Lieferschwierigkeiten im letzten Jahr sind gegenwärtig 102 Gussteilsätze ausgeliefert.

Nachrichten aus der Stirlingszene

Im Februar 2000 traf sich die Stirlingclique anlässlich der alle 2 Jahre stattfindenden Stirling Foren wieder in Osnabrück.

Mein Beitrag zum Stirlingforum 2000 war eine persönliche Analyse der Marktfähigkeit von Stirlingmotor-BHKWs kleiner Leistung.

Die Grundlage meiner Einschätzung bilden die vielfältigen Anfragen und Zuschriften von potenten Anwendern für kleine

Blockheizkraftwerke im Bereich Einfamilienhaus. Siehe www.stirlingmotor.com/forum2000.htm

Meine vorsichtigen Einschätzungen in Bezug auf die Absetzbarkeit von kleinen Stirlingmotor BHKWs, ca. 1kW el., behalten ihre

Gültigkeit. Auch an der Marktsituation hat sich nichts Wesentliches geändert.

Das Solo BHKW soll 2001 verfügbar sein.

Das ursprünglich als Batterielader für Boote konzipierte Gerät WhisperGen (750 Wel., 5 kW Wärme für Diesel/Heizöl) aus

Neuseeland ist inzwischen erhältlich. Als BHKW ist auch schon ein Gerät in München installiert. Ein Bericht mit Bild dazu im

Anhang unter Neuigkeiten.

Auf der Messe Hannover ist in diesem Jahr ein neuer, mir nicht unbekannter Anbieter mit einem Gammatyp in der von mir mit dem

ST 05 G entwickelten Bauart aufgetreten. Leistung: Solarversion 400 W und mit Biomasse beheizt 1 kW. Ein Bericht auch mit Bild

im Anhang unter Neuigkeiten.

Obwohl die Autobauer die Brennstoffzelle als Antriebskomponente für Fahrzeuge in der Zukunft propagieren, ist über inoffizielle

Kanäle zu erfahren, dass auch der Stirlingmotor von den Automobilkonzernen nicht abgeschrieben ist. Es wird erwogen, den durch

Elektronik, Kommunikation, Klimatisierung und Komfort gestiegenen elektrischen Verbrauch bei Fahrzeugen der Luxusklasse mit

einem von der Lichtmaschine am Antriebsmotor unabhängigem Stirlingmotorgenerator zu versorgen. Wo ist die so gepriesene

Brennstoffzelle?

Aus Anfragen von Entwicklungsfirmen von Hochtemperaturbrennstoffzellen (500- 700°C), die auch um jedes Prozent

Wirkungsgrad kämpfen, ist zu erfahren, dass auch bei dieser Hochtechnologie daran gedacht wird, den Stirlingmotor mit

einzubeziehen, um aus der Abwärme weitere Nutzenergie zu gewinnen.

Von der deutschlandweiten Stirlingarbeitsgruppe, hervorgegangen auch aus der Tätigkeit am ST 05 G, ist zu berichten:

(Die Internetadressen der namentlich genannten Gruppen und Personen finden Sie in der Referenzliste weiter oben auf der Hompage)

Stirlingarbeitskreis München:

Ursprünglich ARCHE, älteste Gruppe, gegründet als Antwort auf Tschernobyl! Leitung Kuno Kübler.

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