Robert Stirling (1790 bis 1878), schottischer Konstrukteur und im Hauptberuf Geistlicher, stellte 1815 zum ersten Mal diesen nach ihm benannten Motor vor, den er sich 1816 patentieren ließ. Nach dem Prinzip des geschlossenen Kreisprozesses wird thermische Energie in mechanische Energie umgewandelt. In die auch Heißgasmotor genannte Wärmekraftmaschine wird in einem Arbeitszylinder das Arbeitsgas von außen in zwei verschiedenen Bereichen gekühlt oder erhitzt und leistet so thermische Arbeit, die einen Kolben nach außen drückt, der über ein Pleuel ein Schwungrad in Bewegung setzt. Als Arbeitsgas wird Luft, Helium oder Wasserstoff verwendet.

Vorläufer des Stirlingmotors

Bereits vor 2000 Jahren war im alten Ägypten dieses Arbeitsprinzip bekannt. Mit Hilfe erwärmter Luft wurden Tempeltore in Bewegung gesetzt. Henry Ford meldete ein Patent an auf einen Vakuummotor, der wie der Stirlingmotor nach dem Heißluftprinzip arbeitet.

Die Funktionsweise des Motors

Im erwärmten Zylinderraum dehnt sich das Arbeitsgas aus, im kalten Zylinder zieht es sich zusammen. Der Motor kann deshalb auf zwei Arten genutzt werden. Wird der kalte Zylinder für die Arbeit genutzt, spricht man von einer Kältemaschine. Als Wärmepumpe findet der Motor Verwendung, wenn der erwärmte Zylinder die Arbeit verrichtet.

Das heiße Arbeitsgas gibt seine Wärmeenergie auf dem Weg in den kalten Zylinder an einen Speicher ab, den Regenerator, der vorübergehend die Wärme aufnimmt, um sie wieder an das Gas abzugeben, wenn es vom kalten in den heißen Bereich zurückströmt. Auf diese Weise wird die Effizienz des Stirlingmotors erheblich gesteigert, weil so 80 Prozent der Wärme gespeichert werden. Motoren nach dem Sterling-Prinzip arbeiten meist als Hubkolbenmotoren, aber auch Kreiskolbenmaschinen, sogar Flachplatten- und Freikolbenmotoren werden hergestellt.

Vergleich mit anderen Motorarten

Beim Stirlingmotor verbleibt das Arbeitsgas im Motor. Dies stellt unter Umweltgesichtspunkten einen enormen Vorteil dar. Bei Verbrennungsmotoren, auch bei Dampfmaschinen, entstehen Emissionen und damit Probleme für die Umwelt. Wenn die Wärmequelle, die den Arbeitskolben erhitzt, keine Abgase entstehen lässt, ist der Motor praktisch emissionsfrei.

Im Gegensatz zu Verbrennungsmotoren besteht beim Stirlingmotor allerdings ein erhebliches Problem mit der Wärmezufuhr. Beim Otto- und beim Dieselmotor findet die Energieentwicklung durch Verbrennung im Inneren statt. Beim Stirlingmotor muss die Wärmezufuhr durch die Zylinderwand erfolgen, die wegen des hohen Innendrucks massiv ausgeführt ist. Ein deutlicher Vorteil des Stirlingmotors ist aber, dass die Wärmezufuhr kontinuierlich erfolgen kann. Dadurch ergeben sich ein schadstoffarmer Betrieb und die Möglichkeit, eine emissionsfreie Energiequelle zu nutzen, zum Beispiel die Sonne, heißer Dampf, Geothermie oder radioaktive Zerfallswärme.

Bei Otto- und Dieselmotoren ist ein hoher Aufwand erforderlich, um sie sowohl effizient als auch schadstoffarm arbeiten zu lassen. Beim Stirlingmotor gestalten sich diese Probleme wesentlich einfacher. Er kann als Vielstoffmotor mit einer beliebigen Energiequelle betrieben werden. Das Arbeitsgas befindet sich in einem geschlossenen System und so sind Verschmutzungen von außen nicht möglich. Belastungen entstehen also nur durch den Abrieb durch Reibung im Inneren der Maschine.