„Volle Bremskraft voraus!“
Wobei sie eigentlich kontraproduktiv sind, denn wenn ein Autofahrer immer nur bremsen würde, käme das Auto nicht voran – die Bestimmung des Autos, nämlich das Fahren einer Strecke, würde nicht in die Tat umgesetzt werden.
Wenn ein Pilot mit Schubumkehr starten wollte, könnte sich das Flugzeug nie vom Boden erheben – aber genau für´s Fliegen war es konstruiert und gebaut worden.
Andererseits wäre ein Auto ohne Bremse nichts wert und außerdem eine Gefahr für sämtliche anderen Verkehrsteilnehmer und ein Düsenjet ohne Schubumkehr könnte nicht sicher landen.
Bremsen sind also wichtig.
Um so erstaunlicher ist es, dass bei Stirlingmotoren bis jetzt kaum jemand an eine Bremse gedacht hat. Und das, obwohl fast jede kaputte Maschine, die ich zu Gesicht bekam, nach Aussage der Besitzer zu hohe Drehzahlen abbekommen hatte. Dabei spielt das Phänomen des „Durchgehens“ eine große Rolle: Der Motor wird unter Abnahme eines Drehmomentes gefahren und plötzlich stolpert jemand über das Stromkabel oder der Zahnriemen zum Generator fällt ab. Ach, es gibt hundert Gründe, warum die Kurbelwelle plötzlich keinen Widerstand mehr spürt und die Drehzahl abhaut. Da hilft es dann auch nichts, wenn die Wärmequelle sofort ausgeschaltet wird. Der Erhitzer ist zunächst immer noch heiß. Die Drehzahl geht zwar zurück, aber nur langsam – viel zu langsam für das sensible Triebwerk. Vor allem das Verdränger-Triebwerk verabschiedet sich schon oft innerhalb der ersten Sekunde und falls es sich nicht zerlegt hat, dann sind die Pleuelaugen doch meistens ausgeschlagen.
Warum also nicht an eine Bremse denken?
Ja, es sollte eigentlich eine Selbstverständlichkeit sein, dass in jedem Stirlingmotor eine Bremse gegen Überdrehzahlen eingebaut ist.
Dabei gibt es eine ganze Reihe von Möglichkeiten. Im Folgenden sollen sie vorgestellt werden:
Die
Fliehkraft-Bremse
ist für den Anfang das Einfachste und Beste, das man seinem Stirling antun kann. Doch wer seinen Motor mehr als 100 Stunden laufen lassen will, sollte hier nicht die billige Variante mit radialen Fliehgewichten einsetzen. Abb.1 und Abb.2 zeigen Fliehkraftbremsen mit solcher radialer Führung. In Abb.2 sieht man neben einer noch neuen Bremse Bremsbacken, die 3200 Stunden in einem Stirlingmotor mitgelaufen sind, ohne dass die Bremse ausgelöst hat. Aber am inneren Radius sieht man, wie sich die Nabe in das Fliehgewicht hineingearbeitet hat (siehe Pfeil).
Besser
ist es, Fliehkraftbremsen mit Drehzapfen geführten
Bremssegmenten zu benutzen, wie sie die Firma Suco unter der
Bezeichnung
„P-Typ“ führt (siehe nebenstehende Abbildung). Die Drehzapfen sind mit
einer
engen Passung versehen, die bei den wechselnden Drehmomenten des
Stirlingmotors lange nicht so stark ausschlägt.
Zusätzliches
Einfetten der Drehzapfen bewirkt weiteren Schutz gegen Ausschlagen.
Alle anderen nun folgenden
Bremsen
muten zwar zum Teil
genial an, jedoch haben sie eines gemeinsam: sie können versagen.
Deshalb
sollte eine Fliehkraft-Bremse in jedem Fall immer redundant mitlaufen.
Die
elektrische
Bremse
Die Bypass-Bremse
Die
Bypass-Bremse
mit Fliehkraft-Hammer (Abb.4).
Die Bypass-Bremse mit elektrischer Auslösung:
Die
Bypass-Bremse
mit vorgespanntem Kniehebel-Mechanismus (Abb.6)
Um
zu unseren Beispielen zurückzukommen: Bremsklötze beim
Auto, die ständig an der Bremsscheibe anliegen, verschleißen schnell
und
bedeuten einen Mehrverbrauch an Sprit.
Ähnlich
beim Flugzeug: Würde bei einem Transatlantikflug die
Schubumkehr ständig ein bißchen zugeschaltet sein, dann würde die genau
bemessene Kerosinmenge nicht bis zum Ziel reichen und das Unternehmen
würde
zwischen treibenden Eisbergen enden.
Bremsen sind zwar wichtig, aber es ist eben genauso wichtig,
dass sie während des regulären Betriebes klar und sauber vom
technischen Gerät
entkoppelt sind.
Eigentlich sollte das jedem
klar sein. Warum erwähne ich es dann überhaupt? Man mag es kaum
glauben, aber
es gibt eine ganze Reihe Sicherheitssysteme aus dem vorigen, nicht so
energiebewußten Jahrhundert, die genau nach diesem Prinzip arbeiten.
Ja, bei
einigen dieser Sicherheitssysteme sind solche Bremsen sogar bis heute
vorgeschrieben. Zum Beispiel ständig angezogene Magnetventile bei
Druckluft-Bremsen
der LKW`s oder bei Vorventilen in Hydraulik-Systemen.
Auch bei Stirlingmotoren mit Netz-Parallel-Betrieb
ist es geradezu verführerisch, ein Relais ständig mit der Netzspannung
zu bestromen und wenn das Netz ausfällt, mit dem anfallenden
„Negativ-Signal“ den
Not-Widerstand oder den Bypass einzuschalten.
Noch
mehr Energievernichtung kommt heraus, wenn durch einen Verdichter (z.B. eine Zahnradpumpe) ständig Luft komprimiert und nach einem
Speichervolumen durch eine Düse gejagt wird. Wenn nun durch eine
Überdrehzahl der Druck ansteigt, zerreißt ein Berstblech und die Druckluft bewegt
über einen Kolben ein Bypass-Kugelventil. Zu umständlich? – Wie wäre es damit?:
Das Bypassventil ist in diesem Fall kein Kugelventil oder
ein Ventil mit axialem Sitz, sondern ein knochenförmiger Kolben in einem
Zylinder wie in Abb.8. Die Kraft, um den Kolben zu bewegen ist klein, sie kann
durch einen elektrischen Magneten oder ein Fliehkraft-Modul realisiert werden. Das
hört sich ziemlich gut an, aber die Verluste am Dichtspalt zwischen Kolben und
Zylinder dürften vor allem bei Heliummaschinen groß sein. Sie greifen direkt in
den Zyklus ein, indem sie die technische Arbeit verringern. Das PV-Diagramm
eines solchen Stirlingmotors wird schmaler, und das bedeutet, dass die
Leistung stark abnimmt.
Sicher ist die Liste der positiven und negativen
Möglichkeiten einer Bremse damit noch nicht erschöpft und es gibt auch
zweifellos jede erdenkliche Kombination aus Bremse und
Auslöse-Mechanismus.
Aber ich möchte die Liste hiermit schließen. Sie ist lange
genug, um auswählen zu können.
Übrigens, mein Stirling-Glasmodell hat jetzt auch eine Fliehkraft-Bremse bekommen. Hier zwei Bilder:
