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In der vorliegenden Arbeit werden die Dynamik des Verdrängers und die Thermodynamik einer freischwingenden Stirling-Kleinkältemaschine einer ausführlichen Analyse unterzogen. Mit dem Ziel der Optimierung der Parameter der Kältemaschine werden handhabbare Modellvorstellungen zur Lösung der Bewegungsgleichung des Verdrängers und zur Quantifizierung der thermischen Leistungen und Verluste entwickelt und experimentell überprüft. Es wird ein Verfahren zur Lösung des nichtlinearen Optimierungsproblems vorgeschlagen und erprobt. Bezüglich eines real existierenden Testmodells werden optimierte Parameterkonfigurationen angegeben. Als Möglichkeit der weiteren Verbesserung der thermischen Charakteristika von Stirling-Kleinkältemaschinen erweisen sich sandwichstrukturierte Regeneratormatrizen.