Die SPD ist in der aktuellen Sonntagsfrage des Meinungsforschungsinstituts Forsa wieder mit den Grünen gleichgezogen. In der Erhebung für RTL und ntv konnten sich die Sozialdemokraten um zwei Prozentpunkte verbessern und liegen
aktuell bei 20 Prozent. Die Unionsparteien und die Linke verlieren unterdessen gegenüber der Vorwoche jeweils einen Prozentpunkt und kommen auf 27 bzw. 4 Prozent. Die Werte für die Grünen (20 Prozent), FDP (6 Prozent), AfD (14 Prozent) sowie für die sonstigen Parteien (9 Prozent) bleiben im Vergleich zur Vorwoche unverändert. Um die Auswirkungen der steigenden Energiepreise abzumildern, hatte Bundeskanzler Olaf Scholz (SPD) einen „Doppel-Wumms“ verkündet, allerdings haben laut Umfrage nur
19 Prozent der Befragten auf Anhieb verstanden, was Scholz damit gemeint hat. Für 81 Prozent war das hingegen unverständlich. 19 Prozent der Bundesbürger glauben, dass sie durch das angekündigte „Energiepaket“ ausreichend entlastet werden, um im kommenden Winter ihre Heiz- und Stromkosten bezahlen zu können. 39 Prozent denken nicht, dass sie dadurch ausreichend entlastet werden, 42 Prozent trauen sich keine Einschätzung zu, ob das der Fall sein wird. Dass Scholz (9 Prozent) und Finanzminister
Christian Lindner (11 Prozent) eine durchdachte Strategie haben, um die Energiekrise zu bewältigen und die Belastungen für die Bürger in Grenzen zu halten, glaubt bei beiden jeweils nur etwa ein Zehntel. Von Wirtschaftsminister Robert Habeck glauben das 18 Prozent. Eine Mehrheit von 68 Prozent denkt, dass keiner der drei eine durchdachte Strategie hat. Die Daten zur politischen Stimmung wurden vom 11. bis 17. Oktober erhoben. Datenbasis: 2.505 Befragte. Zur Energiekrise und den geplanten
Entlastungen wurden vom 14. bis 17. Oktober 1.001 Personen befragt. Die Mehrheit der Deutschen schränkt aufgrund der Preissteigerungen ihren Energieverbrauch ein. 75 Prozent der Bürger beziehen laut einer Umfrage des Meinungsforschungsinstituts Forsa im Auftrag von RTL und ntv weniger Strom. Ebenfalls sparen die Deutschen bei Neuanschaffungen wie Kleidung und Möbel (58 Prozent), bei Kraftstoff (49 Prozent), beim Urlaub (47
Prozent), bei Lebensmitteln (40 Prozent) und bei Weihnachtsgeschenken (29 Prozent). Vor dem Hintergrund der für dieses Jahr in Deutschland erwarteten Inflationsrate von acht Prozent fordern einige Gewerkschaften deutliche Lohnerhöhungen in Höhe von acht bis zehn Prozent. Nur knapp ein Viertel der Befragten (23 Prozent) geht laut der Befragung davon aus, dass dies für die meisten Unternehmen verkraftbar wäre. 70 Prozent meinen, dass solche Lohnerhöhungen die meisten Unternehmen überfordern und in
finanzielle Schwierigkeiten bringen würden. Für die Erhebung befragte Forsa vom 14. bis zum 17. Oktober 1.001 Personen. +++ Berechnung eines Stirlingmotors mit dem richtigen Kolbenverh�ltnis f�r Biomasse-FeuerungenZiele: M�glichst kompakter Motor Holzhackschnitzel- oder Pelletts-Befeuerung Kraft-W�rme-Kopplung Die Kompaktheit eines Hei�gasmotors entscheidet sich an zwei Dingen: Erstens an der Aufladung: je h�her der Mitteldruck gew�hlt wird, umso niedriger ist das Leistungsgewicht (Gewicht durch Leistung) bzw. das Leistungsvolumen (Gewicht durch das umbaute Volumen). Um dem Ziel gerecht zu werden, entscheiden wir uns f�r die Aufladung mit Helium und visieren einen Druck von 30 bar an. Zweitens kann ein Motor, der nur ein wenig �ber seiner Anwurf-Temperatur, und damit noch fast im Leerlauf l�uft, kaum als kompakt bezeichnet werden. Die Betriebstemperatur sollte also erheblich h�her liegen als die Anwurf-Temperatur. Dieser Temperatur-Aufschlag-Faktor sollte nach meiner Erfahrung zwischen 1,3 und 1,35 liegen. Wir werden weiter unten mit einem Faktor von 1,333 bzw. dem reziproken Faktor 0,75 rechnen. Die Temperatur im Hei�teil entscheidet sich �brigens an der Heizungsart. Wir unterscheiden hier im Wesentlichen drei verschiedene Level: 1. Stark konzentrierte Flammen und typische Hei�teil-Temperaturen von �ber 700�C bei Erdgas, Benzin oder Diesel�l oxidiert mit reinem Sauerstoff. Keine Stickstoff- und Argonanteile im Brenngas. Solche Flammen werden in schwedischen U-Booten erfolgreich angewendet. 2. Konzentrierte Flammen und typische Hei�teil-Temperaturen von um die 650�C bei fossilen Brennstoffen, die mit Luft oxidiert werden. In der Luft befindet sich ein Stickstoff-Anteil von 78% und ein Argon-Anteil von 1%. Diese Gase sind f�r die Flamme nicht brauchbar. Lediglich der Sauerstoff-Anteil von 21% tr�gt zur Verbrennung bei. 3. Schwach konzentrierte Flamme und Hei�teil-Temperaturen von typisch 530�C bei regenerativen Feuergasen. Darunter fallen Befeuerungen mit Holzpellets, Holz-Hackschnitzel bzw. deren vergaste Varianten, Befeuerungen mit Biogas, Deponiegas und Kl�rgas. Alle diese Brenngase besitzen nur wenig reaktive Gase wie Methan und Sauerstoff, da zu den nicht brauchbaren Gasen der Luft (Stickstoff und Argon) nun noch ein hoher Anteil von Kohlendioxyd und Wasserdampf dazukommen. Man nennt solche Gase auch Schwachgase. Von unserer Zielvorgabe her m�ssen wir leider vom letzten Level ausgehen, mit Hei�teil-Temperaturen von 530�C (bei vollem Arbeitsgas-Druck). Au�erdem haben wir eine Kraft-W�rme-Kopplung im Auge. Das bedeutet, dass wir z.B. mit 45�C Wassertemperatur in den K�hler gehen, mit 55�C herauskommen und damit eine typische Arbeitsgas-Temperatur von um die 80�C im Kaltteil des Motors erreichen. Damit steht das Temperaturverh�ltnis unseres Biomotors im Betrieb fest. Da bei Temperaturverh�ltnissen immer vom absoluten Nullpunkt (-273�C) ausgegangen wird, rechnen wir die beiden Temperaturen in die Kelvin-Skala um: 530�C entsprechen 803 K und 80�C entsprechen 353 K. 803 K durch 353 K ergibt ein Temperaturverh�ltnis von 2,3. Nun benutzen wir wie oben angedeutet den reziproken Faktor des Temperatur-Aufschlages gegen�ber dem Leerlauf. Wir multiplizieren das Temperaturverh�ltnis des Betriebes mit 0,75 und erhalten das Temperaturverh�ltnis des Leerlaufes: 2,3 mal 0,75 gleich 1,72. Dies ist nun das Temperaturverh�ltnis, bei der unser Motor angeworfen werden kann oder bei der er am Ende einer Laufzeit austrudelt. Es ist das Temperaturverh�ltnis, bei dem die Kompression des Motors gerade so �berwunden wird. Mit diesem Temperaturverh�ltnis k�nnen wir nun das Kolbenverh�ltnis bestimmen. Um es schon einmal vorwegzunehmen, muss von den 1,72 genau 1 subtrahiert werden. Heraus kommt also ein Kolbenverh�ltnis von 0,72. Im folgenden wollen wir uns nun mit der Herleitung dieses Sachverhaltes der Subtrahierung um 1 besch�ftigen. Allerdings nicht wie wir das sonst gewohnt sind, durch eine mathematische (in diesem Fall thermodynamische) Herleitung. Eine solche Herleitung w�re absolut w�nschenswert und vielleicht gelingt durch eine Diplomarbeit oder andere ad�quate Studien einmal solch ein Nachweis. So lange, wie dies nicht der Fall ist, wollen wir die Herleitung empirisch bew�ltigen. Wir brauchen dazu nur bei verschiedenen existierenden Stirlingmotoren die Kolbenverh�ltnisse mit ihren bekannten bzw. gemessenen Leerlauf-Temperaturverh�ltnissen zu vergleichen.  Ein Modell, das bereits mit Handw�rme im Leerlauf l�uft, besitzt ein Arbeitskolben-Hubvolumen, das 25 mal kleiner ist als sein Verdr�ngerkolben-Hubvolumen. Um das Kolbenverh�ltnis zu bekommen, muss das Arbeitskolben-Hubvolumen durch das Verdr�nger-Hubvolumen geteilt werden. 1 durch 25 gleich 0,04. Die K�rpertemperatur eines Menschen betr�gt 36�C, an der Hand 32�C (309 K). Auf der kalten Seite setzen wir eine Raumtemperatur von 20�C voraus (293 K). Das Leerlauf-Temperaturverh�ltnis ergibt sich aus 309 K durch 293 K gleich 1,05. Zieht man von 1,05 1 ab, so ergibt dies fast das Kolbenverh�ltnis des Modells (geringf�gig dar�ber deshalb, weil sich das Modell ja noch drehen muss). Der Motor war bei 50�C anzuwerfen, wenn er mit 20�C kaltem Wasser gek�hlt wurde. 50�C entspricht 323 K. 20�C entspricht 293 K. 323 K durch 293 K gleich 1,1. Auch hier ist das Temperaturverh�ltnis um 1 gr��er als das Kolbenverh�ltnis. Sicher trifft diese Regel nicht immer derart genau zu. Sie kann bis zu 10 Prozent abweichen. Aber das liegt dann meistens an Schwerg�ngigkeiten im Getriebe, Undichtigkeiten oder an Temperaturf�hlern, die nicht richtig platziert sind. Kommen wir zur�ck zu unserer anf�nglichen Berechnung des Biomassemotors. Wir hatten festgestellt: F�r die Feuerung mit Hackschnitzel oder Holzpellets ben�tigen wir ein Kolbenverh�ltnis von 0,72 ! Ein Kolbenverh�ltnis von 0,72 bedeutet, dass der Verdr�nger z.B. einen Durchmesser von 100mm und der Arbeitskolben einen Durchmesser von 85mm besitzt, wenn die beiden H�be gleich sind. Denn die Gleichung lautet: Das Kolbenverh�ltnis des Stirlingmotors ist gleich dem Hubvolumen des Arbeitskolbens dividiert durch das Hubvolumen des Verdr�ngerkolbens Schlie�lich kommt noch die gew�nschte Leistung ins Spiel. Die Leistung h�ngt vor allem vom Bauvolumen des Motors ab. Dazu mehr im Beitrag „Stirlingpower“ auf dieser Internetseite. Nachdem auch die Leistungsberechnung durchgef�hrt wurde, liegen nun alle Gr��en f�r die Konstruktion unseres Biomasse-Stirlingmotors fest. Berechnung eines Ridermotors mit dem richtigen Kolbenverh�ltnis f�r Biomasse-FeuerungenBisher ging es um Beta- und Gamma-Typen, also um echten Stirlingmotoren. Bis zu einer Leistung von 100 KW sind Stirlingmotoren mit Biomasse-Feuerung unschlagbar im Vorteil. Trotzdem soll im folgenden der Ridermotor (Alpha-Typ) als Biomassemotor diskutiert werden. Das Verdr�nger-Hubvolumen eines Stirlingmotors kann auch als das Gasvolumen angesehen werden, das die mittlere Ebene des Regenerators durchstreicht. Da es beim Ridermotor ebenfalls dieses Swept-Volumen gibt, kommt es bei der Rechnung in den Nenner. Damit bekommen wir folgende neue Gleichung f�r das Kolbenverh�ltnis heraus: Das Kolbenverh�ltnis bei Ridermotoren ist gleich dem Differenzvolumen im Arbeitsraum dividiert durch das Swept-Volumen in RegeneratorIm Z�hler ben�tigen wir ausgehend von der Skizze links die Beziehung 2xcos(alpha/2). Das Swept-Volumen ist beim Ridermotor klein und geht linear mit alpha/180 in die Rechnung ein. Die Formel lautet: Wie dem auch sei, f�r Biomasse-Feuerungen mit ihrem hohen CO2-Anteil sind beide Temperaturen (weit �ber 750�C und 650�C) viel zu hoch . Und dies sind ja lediglich die Anwurf-Temperaturen. Was wir aber f�r einen konstanten Lauf ben�tigen ist das 1,33-fache (in Kelvin) der Anwurf-Temperaturen. (Deshalb sind Alpha-Typen mit 90� Phasenwinkel f�r Biomasse-Anwendungen von vorne herein zum Scheitern verurteilt, wie die Insolvenzen der letzten Jahre deutlich zeigen.) Doch wenden wir uns wieder dem Biomassemotor mit einem ben�tigten KV von 0,72 zu. Was f�r den Alpha-Typ mit 90� Phasenwinkel gilt, muss nat�rlich auch f�r einen Alpha-Typ mit gr��erem Phasenwinkel gelten. Auch hier sackt die Anwurf-Temperatur um 100K ab. Ausgehend von diesen Erfahrungen k�nnen wir f�r unseren Biomassemotor, dessen KV von 0,72 eigentlich 145� Phasenwinkel forderte, folgenden Phasenwinkel w�hlen: F�r einen kleinen Biomassemotor in Rider-Bauweise brauchen wir einen V-Motor mit 140� Phasenwinkel. Dieser Biomasse-Ridermotor h�tte allerdings wie oben bereits erw�hnt, gegen den Stirlngmotor keine Chancen. Das liegt an den Kolbenring-Reibungen, die doppelt vorliegen und der doppelten L�ngsw�rmeleitung einmal am Zylinder und andererseits am Regenerator-Geh�use. M�chte man diese Nachteile wettmachen, kann man nur mit den doppeltwirkenden Siemensmotor kontern. Deshalb schauen wir uns im Folgenden diesen Motor an. Das Kolbenverh�ltnis beim Siemensmotor Aber wie sieht es mit anderen Zylinder-Anzahlen aus? MAN hat in den 70-er Jahren einen 6-Zylinder-Siemensmotor gebaut, der mehr als 250kW geleistet hat. Welche Zylinder-Anzahl w�re f�r die Biomasse-Verbrennung geeignet? Bei welcher Zylinder-Anzahl wird ein Kolbenverh�ltnis von 0,72 und ein Phasenwinkel von 140� erreicht? Dasselbe gilt auch f�r die beiden UT`s, auf deren Darstellung hier jedoch verzichtet werden soll. Auch sie folgen in 60�-Phase. Kommen wir zum spannenden Resultat: 360� (ein Kreis von Zylindern im Siemensmotor) dividiert durch 40� Zylinderachs-Zwischenwinkel ergibt 9 (in Worten : neun) Zylinder !!! Motoren mit derart vielen Zylindern sind wahrscheinlich erst ab 100kW wirtschaftlich. Aber ein solcher Siemensmotor w�rde mit 250�C angeworfen werden k�nnen und ab 530�C seine volle Wirtschaftlichkeit erzielen. Sicher fragt es sich, wie ein solcher am Schreibtisch konzipierte Motor mit 9 Zylindern verwirklicht werden kann, die Getriebemechanik, die Auswuchtung usw. usw. Einfacher w�re hier ein 8-Zylindermotor, der immerhin noch bei 280�C anzuwerfen w�re. Man k�nnte hier auch zwei nebeneinander laufende 4-Zylinder–Siemensmotoren wie
es beim d�nischen Motor SM 38 verwirklicht wurde, benutzen, beide Systeme in sich auswuchten, die Kurbelwelle zwischen den beiden Systemen um 45� verdrehen und dann jeden Zylinder des einen Systems mit einem entsprechenden Zylinder des anderen Systems gashydraulisch verbinden, so dass immer Phasenwinkel von 135� herauskommen. Ein solcher Motor w�rde m�glicherweise weit mehr Leistung besitzen, wie die 70 kW des SM 38 heute und dabei ruhig und stabil laufen, auch wenn mal kurz Hackschnitzel
mit h�herem Wassergehalt in die Verbrennung geraten. zur�ck zum Inhaltsverzeichnis (home) |
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