In den XNUMXer Jahren entwickelte General Motors viele Hybrid-Prototypen. Ende der sechziger Jahre entstanden daraus die Sondermodelle GM Stir-Lec I und II. Unter anderem dank der Anwendung des Stirling-Motors waren sie in ihrer technischen Art einzigartig. Die Stir-Lecs haben es nicht bis zur Serienreife geschafft. Dennoch bieten die Prinzipien von damals noch Perspektiven im modernen Sinne für die Fragen von heute und morgen.
Als Basis für den Stir-Lec-Hybrid nahm GM das Kadett-B Coupé (Typ 95, speziell für den amerikanischen Markt komponiert, basierend auf dem Coupé F). Und obwohl es allein in den Opel-Regalen eine Vielzahl von (auch kleineren) Verbrennungsmotoren gab, entschieden sich die Ingenieure für den Einsatz eines kleinen, weniger als 10 PS starken, heckmontierten und umweltfreundlichen Stirling-Motors.
Stirling-Motor
Ganz einfach ausgedrückt: Ein Stirlingmotor – ein Konzept, das es seit 1816 gibt – arbeitet, indem es Gase in einem geschlossenen Kreislauf ausdehnt und zusammenzieht. Beheizt wird dieser aus einer externen Brennkammer, die aufgrund ihrer Platzierung für verschiedene Wärmequellen geeignet ist. Ein Regenerator kühlt erwärmte Luft oder Gas und erwärmt die kalte Luft wieder. Ein Verdrängungsmechanismus sorgt dafür, dass die Luft oder das Gas in einen kalten und einen heißen Raum transportiert wird. Wenn sich die Luft oder das Gas ausdehnt, wird Druck erzeugt, wodurch sich ein Kraftkolben bewegt und der Motor seine Arbeit verrichtet. Schließlich gibt es im Großen und Ganzen zwei Haupttypen von Stirling-Motoren. Die Alpha-Variante besteht aus zwei Zylindern (einem warmen und einem kalten), die Beta-Variante besteht aus einem Zylinder mit Warm- und Kaltfach.
Mehrere externe Wärmequellen, geschlossener Wasserstoffkreislauf
Bei der Entwicklung des Stir-Lec entschieden sich die Ingenieure von GM für den Beta-Typ Stirling-Motor, der ein kaltes und warmes Fach enthält. Die Kühlung des Kühlfachs erfolgte über Wasserkühlkanäle mit Wasser, das über einen traditionellen Kühlkreislauf mit Radiator (und ggf. Lüfter) gekühlt wurde. Die externe Brennkammer war für die Wärmeentwicklung im warmen Teil verantwortlich. Darin wurde Kerosin, bleifreies Benzin oder Diesel (wahlweise) erhitzt. Ein Heißluftgebläse versorgt die externe Brennkammer mit warmer Luft. Dort fand die Verbrennung dank eines ausgewogenen Brennstoff-Luft-Verhältnisses statt und diese Wärme landete daher im heißen Teil des geschlossenen Kreislaufs.
Geschlossener Kreislauf geeignet für Helium
Das Arbeitsmedium im geschlossenen Kreislauf war zunächst Helium, das in einem Vorratsbehälter über der Hinterachse gespeichert wurde. Die Ausdehnung des Arbeitsmediums verursachte Druck. Und das ermöglichte es dem GM Stir-Lec-Motor, die vierzehn Blei-Säure-Batterien über eine Lichtmaschine aufzuladen. Diese 12-Volt-Batterien fanden einen Platz im vorderen Teil der Kadett-Karosserie.
Andere Anwendungen im GM Stir-Lec
Die Ingenieure installierten auch einen kleinen Elektromotor (einen Drehstrom-Induktionsmotor). Dieser zog den Strom aus den Batterien und sorgte für den Antrieb. Diese wurde über ein Automatikgetriebe (Gang 3:1) und ein Differenzial auf die Hinterräder übertragen. Darüber hinaus wurden die notwendigen weiteren Elemente – wie DC/AC-Wandler und Steuerungen – in den Prototypen integriert. Die Amerikaner haben sich aus gutem Grund für dieses Setup entschieden. Der Stirlingmotor war aufgrund seiner externen Brennkammer für verschiedene Wärmequellen/Brennstoffe geeignet. Zudem entlastet der Motor die Umwelt, da unter anderem durch den geschlossenen Gas-Luft-Kreislauf weniger Fremdkraftstoff benötigt wird. Dadurch wurden weniger Emissionen freigesetzt.
Einige Nachteile
Es war jedoch teuer, einen guten Stirling-Motor (angewandte Peripherie) zu bauen und die so wichtige Abdichtung des geschlossenen Kreislaufs zeigte Schwachstellen. Auch die praktische Unmöglichkeit, eine schnelle Beschleunigung zu entwickeln und die Leistung durch die Vermeidung von Überhitzung bescheiden zu halten, sprach weniger für diesen ECE-Motorentyp.
Gute Bedienung, schöne Reichweite bei niedrigeren Geschwindigkeiten.
Aber die Operation war praktisch geräuschlos und die Effizienz dieser Technik war hoch. Umgebaut war der Stir-Lec sparsamer als ein vergleichbares Auto mit Verbrennungsmotor. Der Stir-Lec-Motor lief mit einer konstanten Drehzahl von 2.800 Umdrehungen pro Minute. Die vierzehn Batterien in Kombination mit dem maximalen Kraftstoff-/Wärmequellenvorrat von 18 Litern sorgten für eine Reichweite von 250 bis 350 Kilometer bei einer Geschwindigkeit von 50 Stundenkilometern. Wurde der Stir-Lec mit Höchstgeschwindigkeit (90 Stundenkilometer) gefahren, verringerte sich die Reichweite deutlich auf einen Wert von 50 bis 60 Kilometern. Die Reichweite bezogen auf vollelektrisches Fahren (also nur auf die Batterien) betrug etwa 40 Kilometer. Außerdem trug das Auto – auch aufgrund der Platzierung der Batterien – ein Gewicht von 1.550 Kilogramm.
Stolz, aber nie in Serie
General Motors war stolz auf den GM Stir-Lec I. Der amerikanische Konzern entwickelte für den ersten Stir-Lec eine Werbung mit dem Titel „Ein Elektroauto, das seinen eigenen Strom herstellt“. Aber General Motors war noch nicht mit der Entwicklung des Stir-Lec fertig.
Der GM Stir-Lec II
Es gab einen Stir-Lec II, der eher auf eine nach dem Gleichstromprinzip arbeitende Peripherie und eine kompaktere, einfachere Betriebselektronik setzte. Das Untersetzungsgetriebe verschwand zugunsten eines Reibungsuntersetzungsgetriebes und der Drehstrom-Asynchronmotor wurde durch einen Gleichstrom-Elektromotor ersetzt. Und der geschlossene Kreislauf des Stirling-Motors war jetzt mit Wasserstoff statt mit Helium gefüllt. Der Stir-Lec II war etwas schwerer und etwas schneller. In puncto Reichweite hielt er mit dem Stir-Lec I mit. Die Stir-Lec-Prototypen gingen nie in Serie. Die hohen Produktionskosten und die damit verbundenen potentiell hohen Anschaffungspreise sowie der mit der Technik verbundene Bedarf an praktischem Raum waren wichtige Gründe. Im letzteren Fall waren die Anwendungen viel weniger kompakt als heute.
Vorausschauendes Konzept
Aber der Nutzen des GM Stir-Lec war absehbar. Schon früh formulierte das Konzept einen Einblick in Umweltaspekte, Mehrfachnutzung von Wärmequellen und die Realisierung von Brennstoffeinsparungen. Auch Jahrzehnte später können Ingenieure diese Erkenntnis in modernisierten Varianten als Ausgangspunkt für emissionsarme Technik und Kraftstoffverbrauch nutzen. Es weist darauf hin, dass an der grundlegenden Denkweise der GM Stir-Lec-Prototypen vor mehr als fünfzig Jahren wenig falsch war.
All dies zu einer Zeit, als der Elektromotor noch nicht annähernd so sparsam war wie heute und Batterien kein Bruchteil der heutigen Li-Ionen-Batterien waren.
Von den Fahrvorschriften ganz zu schweigen.
Damals verbrauchten viele Elektrofahrzeuge, wie etwa die des Bäckers, der seinen Spijkstaal-Stahlhund durch die Straße fuhr, bei niedrigen Geschwindigkeiten genauso viel wie bei hohen Geschwindigkeiten.
Denn bei niedrigen Drehzahlen wurde ein Teil der Leistung einfach von einer Art Glühwendel verbraucht, die überschüssigen Strom in Wärme umwandelt.
Google ein HaWe-Elektroauto, sie verwenden immer noch das gleiche Prinzip
Hatte diese Technik über 50 Jahre lang so viel Aufmerksamkeit erhalten wie ihre Zweitakt-, Viertakt-Benzin- und Diesel-Brüder, dann sind wir heute wahrscheinlich alle mit diesem Stück schöner Technik gefahren, anstatt mit den politisch gedrängten E-Autos.
Sieht auf jeden Fall viel schöner aus als die heutigen Prius Puddingbrötchen. Und dazugehörige Artikel 🤢 Und mit nur 1550 kg, dank der Blei-Säure-Batterien, nicht einmal wesentlich schwerer.