schine kam schneller in Gang und die Un-ternehmen hielten am Herkömmlichen fest. Erst der Verbrennungsmotor mit seiner hö-heren Leistungsdichte konnte schließlich die Dampftechnik verdrängen.

In den 1930er Jahren griff Philips das Stirlingkonzept wieder auf. Das niederlän-dische Unternehmen baute damals Radios für den Export und suchte ein Gerät, das fernab von Stromnetzen als transportable Stromversorgung dienen sollte. Der Stir-ling versprach eine einfache, robuste Hand-habung. Als der Philips-Stirlingmotor nach dem Krieg kurz vor der Serienproduktion stand, kam der energiesparsame Transistor auf den Markt. Nun reichten kleine Batte-rien zur Stromversorgung aus, die Nieder-länder stoppten die Produktion. Zahlreiche andere Unternehmen versuchten sich in der Folgezeit am Stirlingmotor, denn neben seiner Vielstofffähigkeit lockte er mit einer höheren Laufruhe im Vergleich zu Ver-brennungsmotoren. Die fehlenden Druck-spitzen im Innern und wenige bewegliche Komponenten versprachen zudem Langle-bigkeit und die Verbrennung außerhalb des Motorraums geringere Abgaswerte.

Ab den 60er Jahren testeten General Mo-tors, Ford und Toyota Stirlingmotoren im Fahrzeugbereich, dem „denkbar ungüns-tigsten Einsatzbereich für einen Stirling“, erklärt Kuno Kübler, der auch Autor des Fachbuchs „Stirling-Maschinen“ ist. „Stir-lingmotoren können ihre Vorteile bei kon-stanter Drehzahl ausspielen, eine Steuerung der Leistung ist dagegen aufwändig.“

Die schwedische Armee konstruier-te Stirlingmotoren für ihre U-Boote, das US-Unternehmen SES baute einen Solar-

S o mancher Eigenheimbesitzer sucht nach Lösungen, wie er die Energie-

versorgung in die eigenen Hände nehmen kann. Daher brummen in immer mehr Kel-lern kleine Blockheizkraftwerke (BHKW) vor sich hin. Motoren, die den Brennstoff in thermische und elektrische Energie wan-deln. Bei der Energiesparmesse in Wels im Februar dieses Jahres präsentierte das öster-reichische Unternehmen Ökofen mit sei-nem Pellematic Smart e 0,6 nun auch ein BHKW für Einfamilienhäuser, das mit Pel-lets betrieben wird. Mit dem Produkt des führenden Anbieters für Pelletheizsysteme könnte die Ära der Kraft-Wärme-Kopp-lung nun endlich bei den kleinen Holzhei-zungen eingeläutet sein.

Das Interessante daran: Die Presslinge feuern einen Stirling an. Jenen Heißgasmotor, den der englische Pfarrer Robert Stirling vor 200 Jahren erfand und 1816 patentieren ließ. Dabei handelt es sich um eine Maschine, die ein Temperaturgefälle nutzt. Anders als bei den verbreiteten Ver-brennungsmotoren sorgt beim Stirlingpro-zess eine außen anliegende Wärmequelle dafür, dass sich ein im Motorraum einge-schlossenes Gas ausdehnt. In den Zylinder-regionen mit niedrigeren Temperaturen kühlt es wieder ab und verringert sein Volu-men. Durch einen ausgeklügelten Zweikol-benmechanismus setzte Stirling diese Gas-bewegung in mechanische Energie um (sie-he Grafik Seite 38). Über einen Generator lässt sich damit Strom produzieren.

Maschinen zur Energieumwandlung faszinierten Tüftler und Wissenschaftler schon lange. „Überall, wo ein Temperatur-

unterschied herrscht, kann mithilfe einer Maschine Energie erzeugt werden“, stell-te der französische Physiker Sadi Carnot fest und begründete mit diesem Satz An-fang des 19. Jahrhunderts den neuen Wis-senschaftszweig der Thermodynamik. Die Dampfschwaden an Kühltürmen der Kraft-werke unserer Zeit sind allerdings ein sicht-barer Beleg dafür, dass Carnots Grundsätze in der Praxis bis heute nur unbefriedigend umgesetzt werden. Viele Wärmequellen verpuffen ungenutzt.

Doch auch Stirlings genialer und schein-bar so trivialer Heißgasmotor, der jede Art von Brennstoffen und Wärmequellen nut-zen kann – von Öl über Gas und Holz bis

hin zu Sonnenenergie und sogar Nieder-temperaturwärme – offenbart in der Pra-xis seine Tücken. Robert Stirlings Bru-der James versuchte, die gemeinsame Er-findung für industrielle Anwendungen zu etablieren. Doch obwohl die Technik der Dampfmaschine in Sachen Effizienz und Betriebssicherheit überlegen war, konnte er sich nicht durchsetzen. „Der theoretische Stirlingprozess erwies sich als schwierig in der Konstruktion, die Wärmeübertragung über die Motorwände begrenzte den Wir-kungsgrad, die Leistungsdichte war gerin-ger“, erklärt Kuno Kübler vom Arbeits-kreis Stirlingmotor München die Pro-bleme. „Zudem benötigt ein Stirlingmotor eine Aufwärmphase, ehe die thermodyna-mischen Prozesse starten.“ Die Dampfma-

Einsatz für das ewige TalentVor 200 Jahren wurde der erste Stirlingmotor gebaut. Trotz seiner Vielseitigkeit beim Brennmaterial konnte er sich jedoch nie durchsetzen. In den Kellern von Eigenheimen scheint die Technik nun endlich zu zünden – als stromproduzierende Heizung.

Von Jürgen Heup

„Stirlingmotoren können ihre Vorteile bei konstanter Drehzahl ausspielen.“Kuno Kübler, Arbeitskreis Stirlingmotor München

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Gilt als robust: Microgens Freikol-ben-Stirlingmotor wird von mehre-ren Heizungsanbietern als Nano- BHKW verwendet.

dezentraler Energie-versorger ideal sind, liefert er doch Wär-me und Strom. Das Unternehmen Whi-sper Gen aus Neu-seeland begann 1995 mit der Entwicklung

eines gasbe-triebenen Stirl ings

und bau-te eine Pro-

duktion auf, die bis zu 2000 Mo-toren pro Jahr herstellen sollte. Auch in

Deutschland beschäftigen sich Unterneh-men mit dem Heißgasmotor. Die Solo Stirling GmbH startete 2002 mit einer Modellproduktion mit Brennern für den Gasbetrieb und einer Variante für den Solarbetrieb. Das Unternehmen aus Sin-delfingen erreichte Ende 2006 eine Ferti-gungskapazität von drei Geräten pro Wo-che, was den hohen Anteil an Handarbeit bei der Produktion belegt. Sunmachine aus Nürnberg startete 2005 mit dem ers-ten Stirling mit Brenner auf Pelletbasis. Die Erwartungen an die neuen Kraftwerke fürs Eigenheim waren hoch. Doch tech-nische Schwierigkeiten, unausgereifte Mo-torentwicklung und dünne Finanzpolster sind nur einige Gründe, weshalb auch die-se Hersteller alle wieder passé sind.

Etwa zur selben Zeit wie Whisper Gen hatte auch das niederländische Unterneh-men Microgen Engine Corporation mit der Forschung am so genannten Freikol-ben-Stirlingmotor mit einer elektrischen Leistung von einem Kilowatt begonnen,

stirling und schaf f te da-mit einen Rekordwirkungsgrad von über 31 Prozent. Weitere Pilotprojekte reichten vom Herzschrittmacher bis zum Schiffs-antrieb, das Leistungsspektrum von 0,1 bis 600 Kilowatt. Zahlreiche Modellva-rianten, vom Taumelscheibentriebwerk bis zur Rotationskolbenmaschine zeugen von den Anstrengungen, den Stirlingprozess umzusetzen. Die ebenso zahlreichen Insol-venzen und gescheiterten Projekte von den Schwierigkeiten, die damit einhergingen. Außer als Wärmetauschsystem zur Käl-teerzeugung – dabei wird der umgekehrte Prozess genutzt und die Kraftmaschine zur Kältemaschine – wurde der Stirling nie in großen Stückzahlen produziert.

Die Katastrophen in den Atomkraft-werken von Tschernobyl und Fukushi-ma belebten die Suche nach Alternativen der Ener gieversorgung. Die zunehmende Popularität der Kraft-Wärme-Kopplung brachte auch den Stirlingmotor wieder ins Rampenlicht, da seine Voraussetzungen als

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dürfte damit Hauptvertreiber des Microgen-Stirlingmotors sein. Nach den bisherigen Erfahrungen sei die Technik ausgereift und laufe zuverlässig, sagt Rogatty. „Die War-tung und Abgasentsorgung sind beim Stir-ling im Vergleich zu BHKW-Systemen mit Verbrennungsmotor einfach, weder ein Öl-wechsel ist notwendig noch müssen Zünd-kerzen getauscht werden.“ Der Stirling lau-fe viele tausend Stunden wartungsfrei und sei für die Installateure leicht zu handhaben, nennt Rogatty die Vorteile.

Bisher wurde der Microgen-Stirlingmo-tor nur im Gasbetrieb eingesetzt. Mit Öko-fens Pellematic Smart e 0,6 feuern erstmals Pellets den Heißgasmotor. Nach den Erfah-rungen mit der Sunmachine, von der einige Hundert Geräte verkauft wurden und dann Probleme mit Dichtungen zum Fallstrick wurden, agiert Ökofen vorsichtig, schließ-lich ist die Feuerungstechnik mit Holzpel-lets schwieriger als mit Gas. Daher nahmen sich die Österreicher vier Jahre Entwick-lungszeit. „Viele Projekte in der Vergangen-heit haben verbrannte Erde hinterlassen“, sagt Beate Schmidt von Ökofen. Manche

der ohne die starre Verbindung der bei-den kombinierten Kolben auskommt und stattdessen mit einem Federsystem arbei-tet. Eine Va riante, an der bereits der ame-rikanische Stirlinghersteller Sunpower aus den USA seit den 60er Jahren getüftelt hat-te. Dennoch musste Microgen weitere 200 Millionen Euro in die Forschung investie-ren. Schließlich schaffte die Firma es aber, ihren Motor zur Serienreife zu bringen.

„Wir sind derzeit der einzige Hersteller, der den Status einer Massenprodukti-on erreicht hat“, sagt Gerwin Lubbers von Microgen. „Immerhin haben wir seit 2009 14 000 Motoren produziert.“ Mittlerweile setzen große Heizungsbau-er wie Viessmann oder Unternehmen der nieder ländischen BDR-Thermea-Gruppe wie Brötje, Remeha oder De Dietrich den Stirling ein. Fragt man Lubers nach den Gründen, weshalb Microgen gelang, was den anderen verwehrt blieb, dann hört man erstmal von viel Mühsal: „Man kann sagen, dass die Produktion des Stirlingmotors eine sehr sensible Angelegenheit ist. Es geht um die Wahl der geeigneten Materialien, diffi-

zile Laserschweißtechnik bei hohen Tem-peraturen. Trickreich ist auch das Einbrin-gen der Magnete, die Verbindung von Tief-ziehteilen. Wir hatten das Glück, dass wir im Gegensatz zu manchem Wettbewerber auf die Ergebnisse langer Entwicklungsar-beit zurückgreifen konnten“, ordnet Lub-bers den Erfolg Microgens bescheiden ein. Entscheidend sei auch, dass man durch eine Produktion in China die Kosten habe güns-

tig gestalten können, fügt der Niederlän-der an. Dass Viessman und BDR Thermea mittlerweile die Hauptanteile von Microgen besitzen, vereinfache den Absatz und die In-tegration des Motors in die Heizsysteme.

Viessmann setzt den Microgen Stirling-motor in seinem Vitotwin-BHKW ein. Da-von wurden laut Wolfgang Rogatty von der Viessmann-Presseabteilung bereits „Stück-zahlen im hohen vierstelligen Bereich ver-kauft“. Der Heizungsbauer aus Allendorf

1. Das Arbeitsmedium, ein Gas, wird

durch eine externe Wärmequelle er-

hitzt, dehnt sich aus und strömt in den

kühleren Bereich.

2. Dort wird Kolben A nach oben

gedrückt, wodurch Kolben B mehr

heißes Gas in den kühleren Bereich

schiebt.

3. Kolben A drückt das kalte Gas in

den heißen Bereich. Dort wird es wie-

der erwärmt, dehnt sich aus und der

Prozess beginnt von neuem.

So funktioniert ein Stirlingmotor

Quelle: www.asue.de

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„Die Produktion des Stirlingmotors ist eine sehr sensible Angelegenheit.“Gerwin Lubbers, Microgen

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seien an den Motoren gescheitert, bei an-deren habe die Brennertechnik nicht funk-tioniert. Nun sei man überzeugt, bald ein serienreifes Produkt geschaffen zu haben. In Österreich hat Ökofen mit dem Absatz bereits begonnen, in Deutschland sind der-zeit drei Testanlagen in Betrieb. „Wir rech-nen frühestens 2016 mit der Markteinfüh-rung“, sagt Beate Schmidt.

Auf die Frage, ob sich die Stirling-Tech-nik nun auch bei den Holzheizungen end-lich durchsetzen werde, äußert sie sich vor-sichtig optimistisch. „Der Heizungsmarkt ist sehr überschaubar, der Kesselmarkt ist klein, daher wird ein komplettes Stirling-Heizsystem inklusive Pufferspeicher und Installation mit seinen Gesamtinvesti-tionen von rund 30 000 Euro wohl immer in der Nische bleiben. Aber für Kunden, die unabhängig von Öl effizient Wärme und Strom erzeugen wollen, ist die Kom-bination einfach ideal. Wir sind zuversicht-lich und haben daher bereits mit der Ent-wicklung eines weiteren Heizsystems mit Stirlingmotor begonnen.“

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Teurer Solarstirling: SES erzielte einen Wirkungsgrad von über 31 Prozent, Photovoltaik erwies sich aber als günstiger.

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