Im Labor für Turbomaschinen wurde ein fehlerhafter Stirling-Motor der Firma WhisperGen zur Untersuchung der Schadensursache demontiert und untersucht.
Der zu untersuchende Motor wurde durch Stirling Consulting vom Vorbesitzer BMW AG akquiriert und der Hochschule München für Untersuchungen im Rahmen des Arbeitskreis Stirling zur Verfügung gestellt. Wegen wiederholter Probleme im Startvorgang wurde der Wunsch nach einer Fehleranalyse laut. Diese erfolgte im Rahmen
einer schwerpunktbezogenen Projektarbeit im Sommersemester 2008.
Ein baugleicher Motor wird unterdessen zu Untersuchungen zu unterschiedlichen Brennstoffen im Rahmen einer Diplomarbeit verwandt.
Zu Beginn des Projekts wurde der Motor in nicht laufbereitem Zustand vorgefunden. Es waren keine der zum Lauf notwendigen Anschlüsse vorhanden. Die Abdeckung der Elektronik und das Display fehlten und die Schutzhaube war demontiert. An dem Standplatz in Gebäude X waren keine oder wenige Werkzeuge und notwendiger Arbeitsraum vorhanden. Daher wurde das Gerät mit allen vorgefundenen Teilen in das Labor für Turbomaschinen überführt.
Es handelt sich um eine Wärmekraftmaschine nach dem Heißluftprinzip (Stirling-Motor)des Herstellers WhisperGen aus Neuseeland. Das vorgefundene Modell ist die Gleichstromversion zur Verwendung in mobilen Einrichtungen, wie Hausbooten oder Schiffen. Die Typbezeichnung ist: "Personal Power Station 16". Sie hat eine Nennleistung von 750W an 12V DC elektrisch und 5kW thermisch über das
Kühlmedium. Es wird mit handelsüblichem Dieselkraftstoff betrieben.
Bei der Übernahme des Geräts war als Hauptinformation das Nicht-Funktionieren gegeben. Als Ursache wurde mit hoher Wahrscheinlichkeit ein Lagerschaden zu Grunde gelegt. Wegen des Fehlens der notwendigen Anschlüsse zur Durchführung eines Testlaufs konnte nur die Richtigkeit dieser Behauptungen angenommen werden.
Bereits zu Anfang der Arbeiten wurde als Primärziel ein erfolgreicher Lauf des Motors am Ende der Arbeit gesteckt.
Inhaltsverzeichnis
Einleitung
Beschreibung Demontage und Montage
Demontage
Montage
Konstruktion des Gerätes
Brenner
Erhitzer mit Regenerator
Überströmkanäle und Kühler
Taumelscheibe
Generator
Boden
Abdichtungen
Pleuel
Kolben
Schlusswort
Zielsetzung & Themen
Das primäre Ziel dieser Projektarbeit war die Identifikation der Schadensursache eines defekten Stirling-Motors vom Typ WhisperGen "Personal Power Station 16", der aufgrund wiederholter Probleme im Startvorgang als nicht mehr funktionsfähig galt. Die Untersuchung sollte durch eine systematische Demontage, Fehleranalyse und anschließende Wiederinbetriebnahme erfolgen.
- Systematische Zerlegung und Analyse des Stirling-Motors
- Untersuchung von Verschleißerscheinungen an mechanischen Komponenten
- Prüfung der elektrischen und elektronischen Baugruppen
- Dokumentation des konstruktiven Aufbaus
- Erfolgreiche Wiederinbetriebnahme durch Behebung von Fehlern
Auszug aus dem Buch
Beschreibung der Demontage und der nachfolgenden Montage des Stirlingmotors
Der Stirlingmotor der Firma WhisperGen wurde zunächst rein äußerlich auf defekte oder fehlende Anschlüsse hin überprüft. Besonderes Augenmerk lag dabei auf den Schlauchverbindungen für Kühlwasser, der gesamten Brennstoffleitung, dem Lüfter, dem Flammenionisationswächter, den verschiedenen Sensoren und dem Abgaswärmetauscher. Auch wurde die Elektronik einer intensiven Sicht- und Geruchsprüfung unterzogen, um eventuell durchgebrannte oder verschmorte elektrische Bauelemente zu finden. Fehler oder mögliche Fehlerursachen konnten dabei nicht festgestellt werden.
Für eine sichere Demontage des Motors wurde eine CT angefertigt, um mögliche vorgespannte Federn und dergleichen schon im Vorfeld zu erkennen. Eine offensichtliche Schadensursache war auf der CT nicht zu erkennen. Lediglich im unteren Generatorteil fielen drei asymmetrische Flecken auf, die zunächst als ein zerstörtes Lager interpretiert wurden. Nach der Demontage zeigte sich aber, dass diese drei Flecken lediglich die Anschlüsse der Generatorwicklungen waren.
Als nächster Schritt wurde der Druck, der 25 bar betrug, aus dem Arbeitsraum des Stirlingmotors abgelassen. Hierauf wurden alle Kabelanschlüsse und Steckverbindungen eindeutig gekennzeichnet, um ein späteres Vertauschen zu vermeiden. Danach wurden die Steckverbindungen und die Sensorenanschlüsse getrennt und alle weiteren Kabel vom Motorengehäuse abgeklemmt. Des Weiteren wurde zum einen die Treibstoffleitung vor ihrem Eintritt in den Brennraum abgeschraubt, als auch der Flansch des Abgasstutzens zum Abgaswärmetauscher gelöst. Hierauf wurden noch die vier Plastikfüße von unten abgeschraubt, die den Motor mit dem Kunststoffgehäuse verbinden. Nun konnte der Motor problemlos herausgehoben werden.
Zusammenfassung der Kapitel
Einleitung: Es werden die Rahmenbedingungen der Projektarbeit an der Hochschule München sowie die Ausgangslage des defekten Motors und die Zielsetzung der Untersuchung dargelegt.
Beschreibung Demontage und Montage: Dieses Kapitel dokumentiert den praktischen Prozess der Zerlegung des Motors zur Fehlersuche, die anschließende Reinigung und Lagerfettung sowie den erfolgreichen erfolgreichen Wiederaufbau und Testlauf.
Konstruktion des Gerätes: Hier werden die Funktionsweise und die spezifischen Komponenten des WhisperGen Stirling-Motors, wie Brenner, Erhitzer, Taumelscheibe und Generator, detailliert beschrieben.
Schlusswort: Die Autoren reflektieren den Projektverlauf, fassen die gewonnenen Erkenntnisse zusammen und bedanken sich bei den unterstützenden Fachkräften und Institutionen.
Schlüsselwörter
Stirlingmotor, WhisperGen, Schadensursache, Demontage, Fehleranalyse, Energietechnik, Taumelscheibe, Brenner, Generator, Heißluftprinzip, Instandsetzung, Wartung, Projektarbeit, Wärmekraftmaschine, Diagnose
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit beschreibt die technische Untersuchung eines defekten Stirling-Motors, um dessen Schadensursache zu ermitteln und die Funktionsfähigkeit durch eine fachgerechte Demontage und Instandsetzung wiederherzustellen.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die zentralen Themen sind die konstruktive Analyse eines Stirling-Motors, die systematische Fehlerdiagnose bei nicht laufbereiten Maschinen sowie der Prozess der Demontage und Montage komplexer mechanischer Systeme.
Was ist das primäre Ziel oder die Forschungsfrage?
Das primäre Ziel war die Ermittlung der Ursache für die Startprobleme des WhisperGen-Motors sowie die Durchführung einer Fehleranalyse im Rahmen einer schwerpunktbezogenen Projektarbeit.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Es wurde eine praxisorientierte Methode angewandt: Die Zerlegung des Gerätes unter Anwendung der Ausschluss-Methode, kombiniert mit bildgebenden Verfahren (Computertomographie) zur zerstörungsfreien Voruntersuchung und anschließender messtechnischer Überprüfung der elektrischen Komponenten.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in die detaillierte Dokumentation des Demontage- und Montageprozesses sowie eine tiefgehende Beschreibung der einzelnen Maschinenkomponenten, wie Brenner, Erhitzer, Regenerator, Taumelscheibe, Generator und Dichtsysteme.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Die Arbeit wird durch Begriffe wie Stirlingmotor, Schadensursache, Fehleranalyse, Demontage, Energietechnik, Taumelscheibe und Instandsetzung charakterisiert.
Wurde die tatsächliche Schadensursache gefunden?
Eine eindeutige mechanische Schadensursache konnte nicht zweifelsfrei identifiziert werden. Es wird jedoch vermutet, dass eine Verkettung von Indizien, wie die Überfettung des Taumelwerks und kleinere Undichtigkeiten, zu den Betriebsproblemen beigetragen haben könnten.
Welche Rolle spielt die Taumelscheibe in diesem Motor?
Die Taumelscheibe (Wobble Joke) ist für die Umwandlung der alternierenden linearen Kolbenbewegung in eine rotatorische Bewegung des Generators zuständig, was eine kompakte 4-Zylinder-Konstruktion ermöglicht.
Wie wurde die Dichtheit des Arbeitsraums nach der Montage geprüft?
Der Arbeitsraum wurde nach der Montage mit 25 bar Stickstoff befüllt. Über einen Zeitraum von einer Woche wurde der Druckverlauf beobachtet, um die korrekte Dichtheit von Dichtungen und Verschraubungen zu bestätigen.
- Quote paper
- MSc Business Administration and Engineering Siegfried Hotter (Author), Michael Clauß (Author), Lukas Grohmann (Author), Florian Weitl (Author), 2008, Ermittlung der Schadensursache an einem Stirlingmotor, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/193004
