Robert Stirling- Robert Stirling
Robert Stirling | |
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| Geboren |
25. Oktober 1790 |
| Ist gestorben | 6. Juni 1878 (87 Jahre) |
| Staatsangehörigkeit | schottisch |
| Staatsbürgerschaft | Vereinigtes Königreich |
| Beruf | Ingenieur |
| Kinder |
Patrick Stirling geb.1820 Jane Stirling geb.1821 William Stirling geb.1822 Robert Stirling geb.1824 David Stirling geb.1828 James Stirling geb.1835 Agnes Stirling geb.1838 |
| Eltern) | Patrick Stirling und Agnes Stirling |
| Ingenieurkarriere | |
| Institutionen | Universität Edinburgh, Universität Glasgow |
| Projekte | Stirlingmotor |
Robert Stirling (25. Oktober 1790 – 6. Juni 1878) war ein schottischer Geistlicher und Ingenieur . Er erfand den Stirling-Motor und wurde 2014 in die Scottish Engineering Hall of Fame aufgenommen.
Hintergrund und christlicher Dienst
Robert Stirling wurde in Fatal Fields geboren, einem Ort in Schottland in der Nähe des Dorfes Methven , Perthshire . Als Mitglied der Dublane-Seite der Stirling-Familie wurde Robert als Sohn von Patrick und Agnes Stirling geboren. Er war eines von acht Kindern, die Patrick und Agnes teilten. Sein Großvater war Michael Stirling, der vor allem durch seine Erfindung der Dreschmaschine bekannt wurde . Roberts Vater Patrick verbrachte auch viel Zeit damit, mit industriellen landwirtschaftlichen Geräten zu experimentieren und Innovationen zu entwickeln.
Obwohl Robert wie sein Vater und Großvater eine natürliche Neigung zum Ingenieurwesen hatte, begann er 1805 im Alter von fünfzehn Jahren an der Edinburgh University, um Göttlichkeit zu studieren, in der Hoffnung, Pfarrer zu werden. Sein Bruder James, der eine wichtige Rolle bei Stirlings zukünftigen Ingenieurtätigkeiten spielen sollte, besuchte im Alter von 14 Jahren ebenfalls Edinburgh. Robert schloss sein Studium in Edinburgh ab und setzte sein Studium im November 1809 an der Glasgow University fort. 1814 kehrte er an die Edinburgh University zurück ein letztes Mal die Göttlichkeit studieren.
Robert wurde 1816 vom Presbyterium von Dumbarton zum Predigen in der Church of Scotland zugelassen . Im September 1816 verlieh der Beauftragte des Duke of Portland Stirling den Titel eines Ministers als zweiten Dienstposten für die Gemeinde Laigh Kirk in Kilmarnock. Schließlich wurde Stirling im Februar 1824 zum Pfarrer der nahegelegenen Galston Parish Church ernannt, wo er seinen Dienst bis 1878 fortsetzte.
Im Juli 1819 heiratete Robert Stirling Jane Rankine. Zusammen hatten sie sieben Kinder, fünf Söhne und zwei Töchter.
Technik und Wissenschaft
Geschichte
Robert Stirling gilt als einer der Väter der Heißluftmotoren. Nur wenige vor ihm wagten es, Luftmotoren zu bauen, und Guillaume Amontons war der erste, der 1699 einen funktionierenden Heißluftmotor baute.
Amonton wurde 1807 von George Cayley gefolgt, dessen Motor zu den Motoren gehörte, in denen das Feuer eingeschlossen ist, und die durch Luft gespeist wird, die in ausreichender Menge unter den Rost gepumpt wird, um die Verbrennung aufrechtzuerhalten, während der weitaus größte Teil der Luft über dem Feuer eintritt. erhitzt und ausgedehnt werden; das Ganze zusammen mit den Verbrennungsprodukten wirkt dann auf den Kolben und geht durch den Arbeitszylinder; und da es sich nur um eine einfache Mischung handelt, ist keine Heizfläche aus Metall erforderlich, da die zu erhitzende Luft unmittelbar mit dem Feuer in Kontakt gebracht wird.
Stirling hat 1816 ein erstes Patent für einen Luftmotor entwickelt. Das Prinzip des Stirling Air Engine unterscheidet sich von dem von Cayley, bei dem die Luft durch den Ofen gepresst und abgesaugt wird, während die Luft bei Stirlings Motor in einem geschlossenen Kreislauf arbeitet. Ihm widmete der Erfinder die meiste Aufmerksamkeit. Ein zwei PS starker Stirling-Heißluftmotor, der 1818 zum Pumpen von Wasser in einem Steinbruch in Ayrshire gebaut wurde, arbeitete noch einige Zeit weiter, bis ein unachtsamer Aufseher die Heizung überhitzte. Dieser Versuch bewies dem Erfinder, dass der Motor aufgrund des erzielbaren geringen Arbeitsdrucks nur an kleine Leistungen angepasst werden konnte, für die damals kein Bedarf bestand.
Das Stirling-Patent von 1816 betraf ebenfalls einen „ Economiser “, den Vorgänger des Regenerators. In diesem Patent (#4081) beschreibt er die "Economiser"-Technologie und mehrere Anwendungen, bei denen eine solche Technologie verwendet werden kann. Daraus entstand eine neue Anordnung für einen Heißluftmotor. Im Jahr 1818 wurde ein Motor gebaut, um Wasser aus einem Steinbruch in Ayrshire zu pumpen, aber aufgrund technischer Probleme wurde der Motor eine Zeit lang aufgegeben.
Stirling patentierte 1827 zusammen mit seinem Bruder James einen zweiten Heißluftmotor . Sie kehrten das Design um, sodass die heißen Enden der Verdränger unter der Maschine waren, und sie fügten eine Druckluftpumpe hinzu, damit der Druck der Luft darin erhöht werden konnte etwa 20 Atmosphären.
Den beiden Stirling-Brüdern folgten kurz darauf 1828 Parkinson & Crossley und 1829 Arnott. Diese Vorläufer, denen John Ericsson hinzugefügt werden sollte, haben die Heißluftmaschinentechnologie und ihre enormen Vorteile gegenüber der Dampfmaschine in die Welt getragen. Jeder von ihnen hatte seine eigene spezifische Technologie, und obwohl der Stirling-Motor und die Parkinson & Crossley-Motoren ziemlich ähnlich waren, zeichnete sich Robert Stirling durch die Erfindung des Regenerators, des ersten Beispiels eines regenerativen Wärmetauschers, aus .
Parkinson und Crosley führten das Prinzip ein, Luft von größerer Dichte als die der Atmosphäre zu verwenden, und erhielten so einen Motor mit größerer Leistung im gleichen Kompass. James Stirling verfolgte dieselbe Idee, als er den berühmten Dundee-Motor baute.
Das Stirling-Patent von 1827 war die Grundlage des dritten Stirling-Patents von 1840. Die Änderungen gegenüber dem Patent von 1827 waren geringfügig, aber wesentlich. Es war dieses dritte Patent, das den Dundee-Motor hervorbrachte.
James Stirling präsentierte seinen Motor 1845 vor der Institution of Civil Engineers. Der erste Motor dieser Art, der nach verschiedenen Modifikationen effizient konstruiert und beheizt wurde, hatte einen Zylinder von 12 Zoll (ca. 30 cm) Durchmesser, mit einer Hublänge von 2 Fuß (ca. 61 cm) und machte 40 Hübe oder Umdrehungen in einer Minute (40 U/min). Dieser Motor bewegte alle Maschinen in den Werken der Dundee Foundry Company acht oder zehn Monate lang und war zuvor in der Lage, 700.000 lbs einen Fuß in einer Minute (ca. 21 PS) zu fördern.
Da diese Leistung für ihre Arbeit nicht ausreichend war, errichtete die Dundee Foundry Company den zweiten Motor mit einem Zylinder von 16 Zoll (ca. 40 cm) Durchmesser, einem Hub von 4 Fuß (ca. 1,20 m) und 28 Hüben in a Minute. Dieser Motor ist nun seit mehr als zwei Jahren im Dauerbetrieb und hat nicht nur die Arbeit der Gießerei zufriedenstellend verrichtet, sondern ist (durch eine Reibungsbremse an einem dritten Mover) bis zu einem Hub fast getestet 1.500.000 lbs (ca. 45 PS).
Dies ergibt einen Verbrauch von 2,7 lbs. (ca. 1,22 kg) pro PS pro Stunde; wenn der Motor jedoch nicht voll belastet war, lag der Verbrauch deutlich unter 2,5 lbs. (ca. 1,13 kg) pro PS pro Stunde. Diese Leistung lag auf dem Niveau der besten Dampfmaschinen, deren Wirkungsgrad bei etwa 10 % lag. Nach James Stirling war eine solche Effizienz nur durch den Einsatz des Economisers (oder Regenerators) möglich.
Heißluftmotor
Die bekannteste Erfindung von Robert Stirling ist die Wärmekraftmaschine, die heute als Stirling-Motor bezeichnet wird . 1816 beantragten die Gebrüder Stirling in Schottland und England ein Patent für ein von ihnen erfundenes Gerät, einen Heat Economiser. Die Funktion dieser Erfindung bestand darin, Wärme als Luft zu speichern und freizugeben, die durch ihre Mechanismen zirkulierte. Dies unterschied sich von den meisten Wärmekraftmaschinen, die Dampf als Methode zur Speicherung und Freisetzung von Energie verwendeten.
In Kilmarnock arbeitete er mit einem anderen Erfinder, Thomas Morton, zusammen, der Stirlings Forschungen Werkstatteinrichtungen zur Verfügung stellte. Bis 1818 hatte Stirling diesen Heat Economiser in eine Kolbenmaschine eingebaut, die eine luftbetriebene Wärmekraftmaschine mit geschlossenem Kreislauf schuf, im Gegensatz zu den damals vorherrschenden Dampfmaschinen. Diese aktualisierte Version der Wärmekraftmaschine wurde verwendet, um Wasser aus einem Steinbruch zu pumpen. Die Wärmekraftmaschine von Stirling konnte gut laufen, wurde jedoch durch die damals verfügbaren schwächeren Metalle eingeschränkt. Aufgrund der Schwachheit der verwendeten Materialien wurden die Luftgefäße schließlich durch den hohen Druck der erhitzten Luft zerquetscht.
Im Jahr 1824 versuchte Stirling, die Effizienz der Wärmekraftmaschine zu verbessern, indem er versuchte, die im Economiser vorhandene Luft abzutrennen. Dies geschah, indem die Kolben des Luftmotors aus dünnen Metallplatten hergestellt wurden. Dies sollte den Luftstrom verbessern und eine bessere Erwärmung und Kühlung des Motors bieten. Obwohl diese Idee zum Patent angemeldet wurde, gelang es letztendlich nicht, den Gesamtwirkungsgrad der Wärmekraftmaschine zu verbessern.
Im Jahr 1840 erhielt Stirling ein weiteres Patent für die Wärmekraftmaschine, nachdem er das Design geändert hatte, um die Haltbarkeit zu erhöhen. Zu den von Stirling hinzugefügten Verbesserungen gehörten das Hinzufügen von Stangen oder Platten im Durchgang, durch den heiße Luft zum kalten Teil des Motors strömte. Durch diese Oberflächen konnte die Luft auf dem Weg vom heißen Triebwerksteil zum kalten Triebwerksteil auf eine niedrigere Temperatur abgekühlt werden. Darüber hinaus fügte Stirling schalenförmige Ledermanschetten um die Kolbenstangen hinzu, um Lücken abzudichten und das Austreten von Luft aus dem Motor zu minimieren. Nach der Entwicklung dieser Verbesserungen baute Stirling zwei dieser Wärmekraftmaschinen für eine Eisengießerei, die er in Dundee leitete. Eine dieser Luftmaschinen wurde im März 1843 in Betrieb genommen und lief bis Dezember 1845, als ein Luftschiff ausfiel. Der Ausfall des Luftbehälters könnte darauf zurückzuführen sein, dass die Metalle den hohen Temperaturen, bei denen der Motor lief, nicht standhalten konnten. Nachdem das Luftschiff ein paar Mal ausgetauscht wurde, wurde die Luftmaschine 1847 demontiert, nachdem Stirling die Eisengießerei in Dundee verlassen hatte.
1876 schrieb Robert Stirling einen Brief, in dem er die Bedeutung von Henry Bessemers neuer Erfindung, dem Bessemer-Verfahren zur Herstellung von Stahl, anerkennt . Stirling war optimistisch, dass der neue Stahl die Leistung der Luftmotoren verbessern würde.
Die Entwicklung des Heißluftmotors durch Robert Stirling war zum Teil von der Sicherheit motiviert. Sein Motor war darauf ausgelegt, weit weniger katastrophal zu versagen als die Dampfmaschinen der damaligen Zeit, während er eine höhere Effizienz erreichte. Obwohl der Stirling-Motor heute selten verwendet wird, zieht seine scheinbare Perpetuum-Motion-Fähigkeit weiterhin das Interesse von Forschungseinrichtungen wie dem Los Alamos National Laboratory und der NASA auf sich .
Persönliches Leben und Sterben
Am 10. Juli 1819 heiratete Stirling Jane Rankine in Kilmarnock. Sie hatten sieben Kinder:
- Patrick Stirling , geboren am 29. Juni 1820, wurde Lokomotivführer
- Jane Stirling, geboren am 25. September 1821, Hausfrau
- William Stirling geboren am 14. November 1822, wurde Bauingenieur und Eisenbahningenieur in Südamerika
- Robert Stirling, geboren am 16. Dezember 1824, wurde Eisenbahningenieur in Peru.
- David Stirling, geboren am 12. Oktober 1828, wurde Minister von Craigie, Ayrshire
- James Stirling , geboren am 2. Oktober 1835, wurde Lokomotivführer
- Agnes Stirling, geboren am 22. Juli 1838, wurde Künstlerin
Rev. Robert Stirling starb am 6. Juni 1878 in Galston, East Ayrshire . Er ist auf dem Galston Cemetery begraben, wo im Dezember 2014 ein neuer Grabstein durch öffentliche Zeichnung errichtet wurde, der den ursprünglichen Stein, der in einem zerstörten Zustand war, ersetzte. Es wurde am Sonntag, 3. Mai 2015, neu eingeweiht.
Ehrungen
Am 11. Januar 1840 wurde Stirling von der University of St. Andrews der Titel Doctor of Divinity für seine hervorragenden Dienste verliehen.
Am 3. Oktober 2014 wurde Stirling in die Scottish Engineering Hall of Fame aufgenommen.