Elektroantrieb mit Stirlinggenerator

[CatweazleX]

Zur Zeit haben Fahrzeuge mit Elektroantrieb Probleme mit der Reichweite und die Nachlade- bzw. Tankdauer.
Mit einem Generator an Bord kann der Energiespeicher während der Fahrt und dem Parken wieder aufgefüllt/-geladen werden.

Stirlingmotoren sind Wärme-Kraft-Maschinen. Ihre Kraft beziehen sie nicht aus Explosionen sondern aus einem Temperaturunterschied.
Da nur ein ein Temperaturunterschied zwischen der Kalt- und Warmseite existieren muss, besteht eine gute Auswahl für die Wärmequelle. Das kann die Sonne sein (Sonnenofen) oder auch ein Brennstoff mit günstigen Abgaswerten. Die Kaltseite kann vom Fahrtwind zusätzlich gekühlt werden um den Unterschied zu vergrößern. Es gibt Stirlingmotoren die schon bei 5-6 Grad Unterschied arbeiten, sogar welche die mit Handwärme arbeiten (20 Grad Raum zu 37 Grad Hand = 17 Grad Unterschied).

Wenn der Stirlingmotor nicht gerade als Generator arbeitet, kann er auch als Kälte- oder Wärmemaschine arbeiten. Hier könnte man zum Beispiel einen Kältespeicher sehr stark runterkühlen und die Umgebungsluft daran vorbei führen. Zumindest wäre es möglich auf die giftigen Kühlflüßigkeiten zu verzichten und eine Umweltverträgliche Klimanalage zu nutzen.

Die Warmseite des Stirlinggenerators sollte von außen erreichbar sein, so das man bei Bedarf und Möglichkeit den Energiespeicher (die Akkus) auch mit Sonnenwärme laden kann. Die Brennkammer sollte auch als Wärmespeicher ausgelegt sein, so das die Arbeitstemperatur gut gehalten werden kann. Der Brennstoff sollte als "Kartusche" (evtl. inkl. Brenner) kaufbar sein. So das, sollte ein besserer Brennstoff gefunden werden, nichts weiter als die "Kartusche" verändert werden muss.
Im Endeffekt sollte die Warmseite so aufgebaut sein, das man zwischen Sonne und "Kartusche" bequem wechseln kann.
Eine Steckdose wäre auch denkbar, falls jemand zu Hause auf umweltfreundliche Weise Strom erzeugt, um damit das Fahrzeug nachzuladen.
Die "Kartusche" hätte auch den Vorteil das an der Versorgungsstruktur nichts geändert werden muss, sie wären an der Tankstelle erhältlich. Je nachdem wie groß und schwer sie Ausfallen, könnte man sie sogar im Einzelhandel bzw. Büdchen erwerben.

Der Stirlinggenerator sollte unabhängig vom Fahrbetrieb bei unterschreiten eines bestimmten Ladezustandes anlaufen und erst aufhören wenn der Energiespeicher wieder vollständig geladen ist. Zusätzlich sollte der Elektroantrieb bei laufendem Generator auch direkt von diesem versorgt werden. Das soll helfen die Ladezyklen so zu gestalten das die Akkus lange leben. Allerdings sollte man auch hier nicht auf die Energierückgewinnung des Elektroantriebs beim Bremsen und Rollen verzichten.

Ich denke das man Heutzutage eine Reichweite von 200 km auf Akkubetrieb erreichen kann. Wenn mit Hilfe der Kartusche zweimal nachgeladen werden kann, wäre die Reichweite 600 km. Das entspricht auch der Reichweite der heutigen Fahrzeuge. Der Tankvorgang bezieht sich dann nur noch auf das Austauschen der Kartusche. Sollte also recht kurz sein.
Selbst wenn man aus Gewichts- / Kostengründen die Reichweite im Akkubetrieb auf 100 km reduziert, wäre die Gesamtreichweite dann 300-400 km (weniger nachzuladen). Das wäre dann die Reichweite aus den 70'er-80'er Jahren. Damit kam man auch gut zurecht.

Ziel wäre es aber, das in der Stadt/Dorf auf Akku gefahren wird. Im Stau benötigt der Elektroantrieb keine Energie fürs stehen. Leerlauf gibt es beim Elektroantrieb nicht. Da der Generator nicht permanent mitläuft legt so ein Fahrzeug auch gute Strecken ohne Abgas zurück.

Ich sehe bei dem Vorschlag folgende Vorteile:
- Ein Generator an Bord erhöht die Reichweite
- Der Brennstoff kann genauso schnell nachgefüllt werden wie man tankt. Ladezeiten entfallen
- Der Brennstoff ist variabel, es kann also nach umweltfreundlicherem Brennstoff gesucht werden
- Wärme kann auch alternativ erzeugt werden (Sonnenofen ggf. mit Parabolspiegel)
- Die Euronormen könnten wohl leichter gehalten werden
- Die Leute gewöhnen sich ans elektrische Fahren
- Schnelle Marktdurchdringung
- Der Stirling ist fast so alt wie die Dampfmaschine, also bekannt
- Man kann sich auf Entwicklung von Elektroantrieben und Energiespeichern konzentrieren
- Die Abgasbilanz ist günstiger
- Guter Übergang von Otto- und Dieselmotor zum reinen Elektroantrieb

Was denkt ihr? Kann man auf diesem Wege nicht den aktuellen "Dieselskandal" nutzen, um Explosionsantriebe vom Markt zu bekommen und auch die Rohölabhängigkeit zu verringern?

(Anmerkung: Direkt als Antrieb taugt der Stirling nicht, da er zu träge ist.)

 

[lelletz]

Theoretisch eine gute Sache, indes, der Wirkungsgrad des Sterlingmotors bei den erforderlichen Betriebsbedingungen ist eher gering.
Um also eine gescheite Leistung herauszuholen, also beim Auto mal mindestens 15 kW ist eine recht große Maschine nötig, die einfach im Auto nicht sinnvoll untergebracht werden kann.
Zum Thema Wirkungsgrad eine recht interessante Seite:
Wirkungsgrad Stirlingmotor efficiency stirling engine (http://www.stirling-und-mehr.de/Wirkungsgrad.html)

Ich denke jedoch daß der Stirling Motor in ferner Zukunft eine weitere Verbreitung finden wird, wenn es bei der klassischen Solarzelle weiterhin keinen signifikanten Durchbruch gibt.

 

[Sound]

Bevor man an die Sterling-Technologie für Autos denkt, sollte man schauen, warum der Sterling sich dort, wo es viel weniger auf Gewicht ankommt noch nicht durchgesetzt hat, also im Bereich der Kraft-Wärme-Kopplung. 2006 gab es solch ein hoffnungsvolles Projekt: "Die kleine Maschine (80 x 120 x 150 cm) hat eine Wärmeleistung von 4,5 - 10,5 kW und eine elektrische Leistung von 1,5 - 3 kW. Der elektrische Wirkungsgrad liegt bei 25%, der thermische bei 70%. Daraus ergibt sich ein Gesamtwirkungsgrag von 90%. Sie knattert mit ca. 48 dB vor sich hin." Doch von den genannten Firmen und Internetseiten ist heute nichts mehr da, es gab Insolvenzen, Firmenwechsel etc. Soweit ich herausfand, gab oder gibt es noch Markennamen wie Enatec, Sunmachine, WhisperGen.

Energieverbraucher 07. Februar 2003: "Ein stark in den 60er und 70er Jahren propagierter Einsatz in der Fahrzeugtechnik scheiterte vor allem an den enormen Fertigungskosten und dem hohen Gewicht der konstruktiv schwer zu beherrschenden Aggregate. Heutzutage arbeiten und forschen weltweit rund 100 Institutionen und Firmen im Bereich der Stirling-Technologie, vorrangig in den USA, Japan und Deutschland."

Keineswegs sind diese Motoren einfach zu beherrschen, es gibt Dichtungsprobleme und Verschleiß findet auch aufgrund hoher Hitze statt, wir dürfen uns das nicht zu einfach vorstellen, Motor und Brenner müssen gewartet werden.

Mini-BHKW mit Stirlingmoror. Wirtschaftlichkeit, Ökologie, Planungsaspekte, Aufbau und Funktion, Einbindung, Daten, Hydraulik. (http://energieberatung.ibs-hlk.de/planbhkw_stirling.htm)

Kaum ein Ingenieur oder Wissenschaftler, der nicht fasziniert ist von der Sirling-Idee, und alle wünschen seit Jahrzehnten dieser Technik einen Durchbruch.

 

[CatweazleX]

Wie siehts aus mit einem Freikolben-Lineargenerator auf Stirlingbasis? Auch zu groß bei 15 kW?

Und ja Stirling übt eine gewisse Faszination aus, besonders die Möglichkeit Sonnenwärme nutzen zu können. Hier könnte der Wirkungsgrad sogar höher sein, als bei Solarpanels. Dazu mal eine Frage, werden die Solapanels nicht heiß?

Wenn das mit Stirling nicht klappt, wie siehts dann mit einem Diesel- / Benzingenerator aus? Wirkt zwar wie eine Karikatur, aber der Verbrauch (und damit auch die Schadstoffbelastung) dürfte geringer sein. Wegen den Akkus bleibt die Möglichkeit erhalten andere Quellen zum Nachladen zu nutzen, die vllt. nicht in ein Auto passen. Energierückgewinnung wäre so auch möglich.

Wenn da wo sich Autos "ballen" (Stadt/Dorf/Stau) ein E-Antrieb aktiv ist, die Reichweite stimmt und das Nachladen gefühlt kurz ist, wäre schon viel gewonnen.

 

[lelletz]

Ich empfinde, als derzeit interessanteste Lösung, das was man heute als range extender bezeichnet.

Bereits in den 80er las ich in einer Automobilzeitung eine kurze Notiz.
Da ging es um einen Corsa -A mit Elektroantrieb.
Dieser wurde von einem kleinen Verbrenner mit Generator dran gespeist.

Opel brachte schließlich den Ampera auf den deutschen Markt.
bis zu 90 km mit der Batterie, schaltet sich der Verbrenner mit Generator dazu, der die Batterie wieder speist, dann fährt er sich beinahe wie ein Verbrenner.

Vorteil einer derartigen Variante ist, daß der Verbrenner im optimalen Betriebspunkt betrieben werden kann.
Ein Diesel kann im optimalen Betriebspunkt Wirkungsgrade über 50 % erreichen.
Dadurch, daß die Drehzahl immer gleich bleiben kann, ist auch die Abgasnachbehandlung einfacher zu realisieren.


Übrigens, Solarzellen werden recht warm. Es gab mal Menschen, die die Solarstrompanels mit Wasser kühlten, um die Wärme im Haus zu nutzen.
Hat sich aber nicht durchgsetzt, - zu teuer.

 

[Sound]

Wenn das mit Stirling nicht klappt, wie siehts dann mit einem Diesel- / Benzingenerator aus?

Ich bin beinahe sicher, dass diese Fahrzeuge besonders gefallen werden, die mit Holz fahren:
Fahrradantrieb mit Holzvergaser
Auto mit Holzvergaser

 

[limace]

Ich bin beinahe sicher, dass diese Fahrzeuge besonders gefallen werden, die mit Holz fahren:
Fahrradantrieb mit Holzvergaser
Auto mit Holzvergaser

1951:
Der Obst- und Gemüsehändler im Dorf besaß ein dreirädriges Auto.
Vorne Sitzplätze für zwei, dann ein Laderaum mit Schutzplane.
Seitlich der Holzvergaser. Motor wurde mit dem produzierten Gas angetrieben.
Entsprechende Fotos habe ich im Internet nicht gefunden. Aber evtl. wird einer der hiesigen Kollegen fündig?

 

[Sound]

1951:
Der Obst- und Gemüsehändler im Dorf besaß ein dreirädriges Auto. Vorne Sitzplätze für zwei, dann ein Laderaum mit Schutzplane. Seitlich der Holzvergaser. Motor wurde mit dem produzierten Gas angetrieben. Entsprechende Fotos habe ich im Internet nicht gefunden. Aber evtl. wird einer der hiesigen Kollegen fündig?

@limace : Du verwunderst mich, hast du dir die von mir zuvor verlinkten Filmchen nicht angeschaut? Das müsste er doch sein?

 

[limace]

Weder das Modell von @* noch dir @Sound entspricht dem Auto in den 1950er Jahren. Der Holzvergaser befand sich seitlich zwischen Fahrgastraum und Hinterrad auf der rechten Seite.
So etwa http://www.regleo.de/Bilder/130321Schramberg/130321Schramberg040.JPG, fehlt nur noch der Holzbehälter rechts und die Plane über dem Laderaum

 

[Saletti]

Damals wurden auch viele Fahrzeuge von ihren Besitzern in Eigenregie auf Holzbetrieb umgerüstet. Das Fahrzeug des Gemüsehändlers kann also durchaus ein Unikat gewesen sein, von dem es keine Fotos gibt.

 

[Byebye 10031]

Wenn das mit Stirling nicht klappt, wie siehts dann mit einem Diesel- / Benzingenerator aus? Wirkt zwar wie eine Karikatur, aber der Verbrauch (und damit auch die Schadstoffbelastung) dürfte geringer sein. Wegen den Akkus bleibt die Möglichkeit erhalten andere Quellen zum Nachladen zu nutzen, die vllt. nicht in ein Auto passen. Energierückgewinnung wäre so auch möglich.

Hallo Zusammen,

Fahrzeuge mit Range Extender / Reichweitenverlängerer gibt es ja schon.
Beispiel: BMW i3 / i8; Opel Ampera, etc.
Das Problem bei diesem Prinzip ist die Abgasreinigung. Diese Fahrzeuge unterliegen, wie den konventionell angetriebenen Fahrzeuge, den Abgasnormen.
Man hat auch wieder das "Problem" mit der Motorenwartung (Ölwechsel, Zahnriemen / Steuerkette, etc.).

Ich hatte mit mal überlegt, ein Elektroauto mit Anhängerkupplung und auf diese eine Transportkiste montieren. - LINK für ein Beispiel
In dieser Kiste einen externen Generator unterbringen und mit Ladegerät verbinden. Zum TÜV, oder auf der Kurzstrecke fährt man dann ohne diese Kiste und hat ein reines Elektroauto.

Zum Stirlingmotor:

Ich habe einen Zweizylinder-Stirling-Modell.
Ich wollte mir einen Generator für meine Lego-Technik-Modelle damit bauen und konnte es komplett vergessen, da der Stirlingmotor nicht genug Kraft hat, den Generator ohne Last anzutreiben.