Umfassende Klassifizierung von Wärmekraftmaschinen und Motoren

Definition: Was ist eine Wärmekraftmaschine?

Eine Wärmekraftmaschine ist eine Anordnung mechanischer Elemente, die mechanische Energie durch die Variation der thermischen Energie eines durch sie strömenden Fluids umwandelt. Sie liefert mechanische Energie, die durch den thermischen Zustand erzeugt wird, der in einer Verbrennungsmotorreaktion entsteht.

Klassifizierung nach Verbrennungsort

Externe Verbrennungsmaschinen (MC): Definition & Beispiele

Die Verbrennung findet außerhalb des Arbeitsfluids und des Kreislaufs statt.

• Beispiele: Dampfmaschinen, Dampfturbinen, Stirlingmotoren.

Interne Verbrennungsmaschinen (MC): Offene Zyklen

Die Verbrennung findet im gleichen Arbeitsfluid statt (offene Zyklen).

• Beispiele: Kolbenmaschinen, Rotationsmaschinen, Gasturbinen, Turbo-Strahltriebwerke.

Klassifizierung nach Funktionsweise

Volumetrische Maschinen / Volumetrische Wärmemotoren

Dies sind Maschinen mit einem intermittierenden Prozess, unbedeutender Fluidreibung und geringem Wärmeverlust. Sie wandeln Druck in Kraft um (z. B. Kolbenmaschinen).

Dynamische Maschinen / Dynamische Wärmemotoren

Dies sind Maschinen mit einem kontinuierlichen Prozess, vernachlässigbarer Fluidreibung und einer adiabatischen Umwandlung von Druck in Geschwindigkeit (z. B. Düsen).

Klassifizierung von Reaktionsmaschinen (Strahlantriebe)

Diese Maschinen nutzen die kinetische Energie, die durch die Expansion oder direkte Verbrennung erzeugt wird:

• Ramjet/Pulsejet: Maschine an beiden Enden offen, ohne Welle. Ein Diffusor dient zur Kompression vor der Verbrennung. Die Verbrennung trägt zur kinetischen Energie des Fluids bei; die kinetische Energie wird durch direkte Verbrennung erhöht.
• Turboreaktoren: Maschine an beiden Enden offen, mit Welle. Ein Axialkompressor dient zur Kompression vor der Verbrennung. Die Verbrennung trägt zur inneren Energie des Fluids bei. Die kinetische Energie wird durch den Schub der Raketendüse erzeugt.
• Raketenmotor (Expansion): Maschine an einem Ende geschlossen, ohne Welle. Die kinetische Energie wird durch die Expansion in den Düsen erzeugt.

Chronologie: Wärmekraftmaschinen und ihre Erfinder

Die Entwicklung der Wärmekraftmaschinen in chronologischer Reihenfolge:

1. Aeolipile (Heron von Alexandria)
2. Branca-Dampfturbine
3. Newcomen-Dampfmaschine (alternativ)
4. Barbier-Gasturbine
5. Stirlingmotor (Luftmotor)
6. Rotationsmotor (Otto-Langen)
7. Dieselmotor (alternative Kompressionszündungsmotoren)

Was ist ein Multikurbelwellenmotor?

Ein Multikurbelwellenmotor besteht aus zwei entgegengesetzten Kolben pro Zylinder.

Klassifizierung von Motoren nach Drehzahl (U/min)

Motoren werden basierend auf ihrer maximalen Drehzahl in verschiedene Kategorien eingeteilt:

• Langsamläufer: Marine (bis zu 350 U/min)
• Halbschnellläufer: Industrie (400 bis 1000 U/min)
• Schnellläufer: Automotive (1000 bis 10.000 U/min)
• Extraschnellläufer: Sport (über 10.000 U/min)