Het idee
Het ietwat instabiele gedrag van de Stirling Onrust modellen volgens nr. 6 en 7 heeft mij getriggerd om een variant te maken die dit gedrag niet vertoont.
Ik kreeg het vermoeden dat ik daarvoor het relatief lange en dunne slangetje moest elimineren waar de opgewarmde en afgekoelde lucht zich afwisselend door heen moet "wringen". Het slangetje beweegt ook mee op en neer, waardoor er ook wat mechanische en weinig gecontroleerde tegenkrachten veroorzaakt worden.
Ook wilde ik het handmatig en lopende weg nastellen van het evenwicht met de slinger vermijden.
De uitwerking van het ontwerp
Het elimineren van het slangetje was eigenlijk eenvoudig te realiseren door de reageerbuis en de cilinder rechtstreeks aan elkaar te koppelen. Wel moest voldaan worden aan het stirling principe dat de kogels, die hier als verdringer fungeren, 90º in het bewegingsdiagram voorlopen op de beweging van de zuiger. Een voorstudie op papier leerde mij dat dit bij deze constructie automatisch het geval is. Zeker en vast niet toevallig, maar wel tot mijn aangename verrassing.
Het toepassen van een vliegwiel met excentriek i.p.v. een slinger zou het evenwicht van het atmosferische systeem automatisch moeten bewerkstelligen vanwege het opdringende bewegingseffect van het vliegwiel. Een vliegwiel is trouwens niet instelbaar zoals een slinger en dus rekende ik er maar op dat deze automatische instelling van het evenwicht ook daadwerkelijk zou optreden, omdat anders deze stirling niet zou (blijven) lopen. Het geluk bleek met de domme: het tuigje schudt zeer betrouwbaar en ook erg bedachtzaam op en neer met een zeer constant tempo van 40 slagen per minuut. Het doet denken aan de bewegingen van een ja-knikker die olie oppompt, reden waarom ik het ook die naam heb gegeven.
Het vliegwiel draait niet op de gebruikelijke manier rond met een relatief hoge en constante snelheid. Merkwaardig is het om te zien dat het vliegwiel twee keer in de cyclus een zetje krijgt door het uitzetten, respectievelijk het inkrimpen van de lucht in de cilinder en dat het de beweging ook twee keer door het dode punt heen helpt.
Mijns inziens is dit model eigenlijk wel de meest "basic" uitvoering van een Stirling motor. Het loopt zowel op een spiritus brander als op een waxine lichtje.
Een opmerkelijk samenspel van fysische fenomenen
Voor degenen die het willen zien voltrekt zich hier een fascinerend en welhaast perfect samenspel van een aantal fysische fenomenen:
1. Het excentriek zorgt er niet alleen voor dat de zuigerbeweging in een roterende beweging van het vliegwiel wordt omgezet, maar ook dat er een kantelbeweging van de reageerbuis ontstaat, dit in combinatie met de speciale ophanging van de cilinder in de gaffel;
2. De zwaartekracht op de kogels zorgt ervoor dat ze bij die kantelbeweging heen en weer gaan rollen in de reageerbuis;
3. Dit heen en weer rollen verdringt de lucht afwisselend van het hete naar het relatief koude gedeelte van het systeem en omgekeerd;
4. De afgesloten hoeveelheid lucht gaat daardoor ook afwisselend uitzetten en inkrimpen waardoor twee keer per cyclus een kracht op de zuiger wordt uitgeoefend die op het juiste moment van richting omkeert;
5. Die krachten veroorzaken via het excentriek de rotatie van het vliegwiel, zodat de proceskring daarmee rond is;
6. Het vliegwiel helpt de beweging over de twee dode punten in de cyclus heen, zodat die beweging zich blijft herhalen zolang het vlammetje energie aan het systeem blijft toevoeren;
7. Het zijn de massa traagheden van (voornamelijk) de rollende kogels die als een tijdkonstante het relatief lage tempo van de oscillerende beweging bepalen.
Allemaal logisch zal een fysisch georienteerde lezer zeggen, maar het is m.i. toch wel zeer opmerkelijk dat deze harmonische samenwerking tussen verschillende fysische verschijnselen zich afspeelt binnen een zo'n eenvoudig concept !
Hoofd afmetingen
Outlines l*b*h= 170*100*120 mm;
Diameter werkzuiger 11mm, slag 11mm;
Diameter reageerbuis: 16 mm uitw. en 14 mm inw.; lengte 75mm;
Diameter kogels: ca 13 mm (1/2inch)
Diameter messing vliegwiel: 65 mm; breedte 10 mm.
Het hittebestendig glas
De glazen buis moet van hittebestendig "Duran" (of "Fiolax") pyrex glas zijn. Dit is niet zomaar op iedere hoek van de straat te koop. Een goede leverancier waar ze zelfs per stuk te koop zijn is:
Zie hun pagina voor hittebestendige Pyrex reageerbuizen:Andere leveranciers zijn o.a:
De kogels
Oorspronkelijk maakte ik gebruik van keramische kogels die voor dit doel wel ideaal zijn. Ik heb er ooit paar kunnen bemachtigen bij mijn voormalige werkgever waar ze gebruikt werden om poeders mee fijn te malen in een trommel.
Deze keramische kogels zijn echter nergens meer te koop.
Het kan ook wel met speelgoed knikkers, maar die gieren nog al eens van thermische spanning zodat ze gemakkelijk springen als ze heet worden. Soms lijkt het echter toch te lukken als ze netjes spanningsvrij zijn gemaakt; ze schijnen wel te bestaan, maar het is natuurlijk niet zichtbaar aan de buitenkant.
Onlangs is mij gebleken dat het ook goed werkt met stalen kogels met een diameter van ca 13mm (1/2 inch) en die zijn overal op internet wel te vinden.
Tekenpakket
Ik heb van deze Stirling een CAD tekenpakket gemaakt dat beschikbaar is voor eenieder die daarin geinteresseerd is; klik hier voor een aanvraag.Publicatie
Van dit model is een artikeltje verschenen in het maandblad "De Modelbouwer" van De Nederlandse Vereniging van Modelbouwers (NVM); uitgavenummer 3 / jaargang 2005.
Mooie replica van Pieter de Jong:
40 mooie replicas gemaakt
door leerlingen van
Steve Johnson:
Replica van
Ben Trueblood:
