Techniklexikon

Heissluftmaschine

Heissluftmotor, mit heissem Gas betriebene Wärmekraftmschine. Ein Gas durchläuft im Heissluftmotor innerhalb eines Zylinders einen Kreisprozess, indem es durch einen Verdrängerkolben hin- und herbewegt wird, wobei im Wechsel Wärme bei hoher Temperatur zu- und bei niedriger Temperatur abgeführt sowie Arbeit an den Arbeitskolben abgegeben wird. Als Vergleichsprozess für den Heissluftmotor kann der Stirling-Kreisprozess herangezogen werden.

Bei der Heissluftmaschine wird die Arbeitsenergie direkt in Form von Wärme zugeführt (»äussere Verbrennung«), im Gegensatz zur Verbrennungskraftmaschine, bei der die Umwandlung von chemischer Energie in der Maschine selbst erfolgt (»innere Verbrennung«).

Eine durch den Arbeitskolben abgeschlossene Gasmenge wird durch den besonders gesteuerten, mit Durchlasskanälen versehenen Verdrängerkolben, der gleichzeitig als Wärmespeicher dient, abwechselnd auf die Warm- und Kaltseite des Zylinders geschoben und erwärmt bzw. abgekühlt. Man steuert den Verdrängerkolben durch die Kurbelwelle mit etwa 90° Phasenverschiebung gegenüber dem Arbeitskolben.

Die Heissluftmaschine lässt besonders klar das Wesen einer Wärmekraftmaschine erkennen: die Ausnutzung des Wärmeübergangs von einem heissen zu einem kalten Körper mittels periodisch bewegten Arbeitsstoffen (zweiter Hauptsatz).

Ein Beispiel für den Heissluftmotor ist der Stirling-Motor. Auch einfache Kolbenmaschinen können als Heissgasmotor betrieben werden, wobei in einem Zylinder die Verdichtung und in einem weiteren Zylinder die Expansion erfolgt, dazwischen muss in Wärmeübertragern Wärme zu- und abgeführt werden. In solchen äusseren Wärmeübertragern ist der Druck näherungsweise konstant, so dass der Vergleichsprozess der Ericsson-Prozess ist.

Heissluftmaschine 1: A: Kurbelstange; K: Arbeitskolben; P: Kurbelstangen; S: Schwungräder; V: Verdrängerkolben; W: Wassermantel; Z_1,2: Zylinder.

Heissluftmaschine 2: p-V-Diagramm.