DE2723332B2 - Device for converting thermal energy into mechanical work - Google Patents
Device for converting thermal energy into mechanical workInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Umwandein von Wärmeenergie in mechanische Arbeit mit einer Anzahl von auf Temperatur ansprechenden Elementen aus einem Werkstoff, der thermoelastischen, martensitischen Phasentransformationen unterliegt (Memory-Metalle), mit einer Halteeinrichtung, an der ein Ende der Elemente befestigt ist, mit einer Anlageeinrichtung, die mit dem freien Ende der Elemente zum Spannen derselben mit geringer Kraft während einer ersten Phase und zum Ermöglichen einer Entspannung der Elemente mit größerer Kraft während einer zweiten Phase zusammenwirkt, und mit Einrichtungen zum Zuführen und/oder Abführen der Wärme zu den Elementen. Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art (US-PS 39 13 326) sind schlaufenförmig ausgebildete Elemente aus den besagten Memory-Metallen in relativ komplizierter Weise von einem Rotor getragen. Diese Elemente wirken mit einer Anlageeinrichtung zusammen und hängen in Gefäße, in denen sich Flüssigkeit mit unterschiedlichen Temperaturen befindet. Zwischen die Elemente und den Rotor ist eine stationäre Schwenkeinrichtung geschaltet. Außerdem sind Einrichtungen zum Kuppeln der äußeren und inneren Enden der Elemente vorgesehen. Bei der Bewegung der Elemente relativ zu den Kupplungsmitteln und der Kupplungsmittel relativ zu der stationären Schwenkeinrichtung sowie bei der Bewegung dieser relativ zum Rotor ist eine erhebliche Reibung zu überwinden, so daß am umlaufenden Rotor nur sehr geringe Leistung abgenommen werden kann. Diese kann bei Hintereinanderschaltung von drei Schwenkeinrichtungen unter Verwendung einer sehr großen Anzahl (ca. 240) von Elementen etwa 7,5 Watt betragen.The invention relates to a device for converting of thermal energy in mechanical work with a number of temperature responsive Elements made from a material that is subject to thermoelastic, martensitic phase transformations (Memory metals), with a holding device to which one end of the elements is attached, with a Contact device with the free end of the elements for tensioning the same with little force during an initial phase and to allow the elements to relax with greater force during a second phase cooperates, and with devices for supplying and / or removing the heat the elements. In a known device of this type (US-PS 39 13 326) are loop-shaped Elements made of said memory metals are carried by a rotor in a relatively complicated manner. These elements interact with a plant device and hang in vessels in which Liquid with different temperatures. Between the elements and the rotor is one stationary swivel device switched. There are also facilities for coupling the outer and inner ends of the elements provided. When moving the elements relative to the coupling means and the coupling means relative to and upon movement of the stationary pivoting device A considerable amount of friction has to be overcome relative to the rotor, so that only very little on the rotating rotor low power can be accepted. This can be done when three swivel devices are connected in series using a very large number (about 240) of elements would be about 7.5 watts.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dieThe invention is based on the object
bekannte Einrichtung dahingehend zu verbessern, daß mit geringerem technischen Aufwand höhere Leistungen erreicht werden können. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Anlageeinrichtung als Kurvenführung ausgebildet ist, und daß eine Abstützeinrichtung vorgesehen ist, die die Halteeinrichtung und die Kurvenführung trägt, wobei die Halteeinrichtung relativ zur Kurvenführung entlang dieser bewegbar ist. Durch diese spezielle Anordnung ist es möglich, die Anzahl der Elemente erheblich zu reduzieren sowie die mit den Elementen zusammenwir-to improve known device to the effect that higher performance with less technical effort can be achieved. This object is achieved according to the invention in that the plant device is designed as a curve guide, and that a support device is provided which the holding device and carries the curve guide, the holding device relative to the curve guide along this is movable. By this particular arrangement it is possible to significantly reduce the number of elements as well as the interacting with the elements
kenden Teile auf ein Minimum herabzusetzen. Dies kann in erster Linie dadurch erreicht werden, daß die Halteeinrichtung und die Kurvenführung relativ zueinander um eine Achse drehbar sind.killing parts to a minimum. This can primarily be achieved in that the Holding device and the cam guide are rotatable relative to one another about an axis.
Um die Ausmaße der Vorrichtung so gering wie möglich zu halten, kann die Halteeinrichtung als die Elemente tragende Nabe ausgebildet s';tn, die Kurvenführung kann sich mit radialem Abstand um die Nabe herumerstrecken und die Elemente können im wesentlichen radial zwischen der Nabe und der Kurvenführung angeordnet sein.In order to keep the dimensions of the device as small as possible, the holding device as the Hubs carrying elements are designed s'; tn, the cam guide can be spaced radially around the hub extend around and the elements can be substantially radially between the hub and the cam guide be arranged.
Bei einer Ausführungsart kann die Kurvenführung eine axial gerichtete Kurvenbahn zum Spannen der Elemente durch Verdrallen derselben um ihre Längsachse bilden. Es ist jedoch auch möglich, daß die Kurvenführung eine radial gerichtete Kurvenbahn zum Spannen der Elemente durch Biegen zu einem Bogen bildet Um eine vorgegebene Spannungsverteilung in den erfindungsgemäß als flache Streifen ausgebildeten Elementen zu erhalten, können die Elemente zur Erreichung gleicher Spannungswerte über die Länge einen sich in Längsrichtung ändernden Querschnitt aufweisen.In one embodiment, the cam guide can have an axially directed cam track for tensioning the Form elements by twisting them around their longitudinal axis. However, it is also possible that the Curve guide a radially directed curved path for tensioning the elements by bending them into an arch To form a predetermined stress distribution in the strip, which is designed as a flat strip according to the invention Elements can be used to achieve equal voltage values over the length of the elements have a cross-section that changes in the longitudinal direction.
Um die Reibung zwischen den der Kurvenbahn zugewandten Enden der Elemente und der Kurvenbahn auf ein Minimum zu verringern, können die Elemente über Rollen auf die Kurvenbahn einwirken. Darüber hinaus kann die Kurvenführung so ausgeführt se: n, daß mehrere Arbeitszyklen während einer einzigen Umdrehung erreicht werden.About the friction between the ends of the elements facing the curved path and the curved path To reduce this to a minimum, the elements can act on the cam track via rollers. About that In addition, the cam guide can be designed in such a way that several working cycles can be achieved during a single revolution.
Über die genannten Merkmale hinausgehende EinzeS-heiten zur Weiterbildung der Vorrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen.There are details for further development of the device that go beyond the features mentioned from the subclaims.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. In der Zeichnung zeigtIn the drawing, exemplary embodiments of the device according to the invention are shown. In the Drawing shows
F i g. 1 eine Draufsicht auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung;F i g. 1 is a plan view of a preferred embodiment of the device according to the invention;
F i g. 3 eine schematische Darstellung der Arbeitsweise der in F i g. 1 und 2 dargestellten Vorrichtung;F i g. 3 is a schematic representation of the mode of operation of the FIG. 1 and 2 shown device;
F i g. 4 eine Vergleichsdarstellung von verschieden gestalteten Elementen sowie der Spannungsverteilung in diesen Elementen bei Biegung der Elemente undF i g. 4 shows a comparison of differently designed elements and the stress distribution in these elements upon bending of the elements and
F i g. 5 eine teilweise im Schnitt dargestellte Draufsieht einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.F i g. Figure 5 is a top view, partially in section, of another embodiment of the device according to the invention.
Die Vorrichtung zum Umwandeln von Wärmeenergie in mechanische Arbeit ist bei dem in F i £. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel als Ganzes mit 10 und so bei dem in F i g. 5 dargestellten anderen Ausführungsbeispiel mit 110 bezeichnet.The device for converting thermal energy into mechanical work is the one in F i £. 1 and 2 illustrated embodiment as a whole with 10 and so in the case of FIG. 5 denoted by 110 another exemplary embodiment illustrated.
In beiden Fällen weisen die Vorrichtungen eine Anzahl von auf Temperatur ansprechenden Elementen 12 bzw. 112 aus einem Werkstoff auf, der bei Erwärmung bzw. Abkühlung thermoelastischen, martensitischen Phasentransformationen unterliegt, jedes der Elemente 12 bzw. 112 besteht aus einem flachen Streifen mit rechteckigem Querschnitt. Jede der Vorrichtungen umfaßt eine Halteeinrichtung, die durch eine Nabe 14 bzw. 114 gebildet ist, an der die einen Enden der Elemente 12 bzw. 112 angeordnet sind. Bei dem in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Elemente 12 in Schlitzen in der Nabe 14 durch Kleber befestigt und somit gegenüber der Nabe 14 nicht bewegbar. Die Elemente 112 sind hingegen über Gelenkverbindungen 115 mit der Nabe 114 verbunden.In either case, the devices have a number of temperature responsive elements 12 or 112 made of a material which is subject to thermoelastic, martensitic phase transformations when heated or cooled, each the elements 12 or 112 consists of a flat strip with a rectangular cross-section. Each of the Devices comprises a holding device which is formed by a hub 14 or 114, on the one Ends of the elements 12 and 112 are arranged. In the embodiment shown in FIGS the elements 12 are fastened in slots in the hub 14 by means of adhesive and thus not with respect to the hub 14 moveable. In contrast, the elements 112 are connected to the hub 114 via articulated connections 115.
einrichtung bzw. ein Gehäuse, das im ersten Ausführungsbeispiel mit 16 und im zweiten Ausführungsbeispiel mit 116 bezeichnet ist.device or a housing which is designated by 16 in the first embodiment and 116 in the second embodiment.
Ferner ist in jeder Vorrichtung eine Anlageeinrichtung vorgesehen, die mit den Elementen 12 bzw. 112 zusammenwirkt um diese während einer ersten Phase zu spannen und ein Entspannen der Elemente 12; 112 während einer zweiten Phase zu ermöglichen. Beim ersten Ausführungsbeispiel ist die Anlageeinrichtung mit 18 und in F i g. 5 mit 118 bezeichnetFurthermore, a system device is provided in each device, which is connected to the elements 12 and 112 cooperates to tension this during a first phase and to relax the elements 12; 112 to enable during a second phase. In the first embodiment, the facility is at 18 and in FIG. 5 denoted by 118
In der Abstützeinrichtung 16; 116 ist die Nabe 14; 114 drehbar gelagert, außerdem trägt sie die Anlageeinrichtung 18 bzw. 118, so daß Nabe und Anlageeinrichtung sich relativ zueinander drehen können. Die Anlageeinrichtung 18 ist ein von der Absiützeinrichtung 16 getrennter Bauteil. Die Anlageeinrichtung 118 kann sowohl ein von der Abstützeinrichtung getrennt ausgeführtes Bauteil als auch ein mit der Abstützeinrichtung einstückig ausgeführtes Bauteil sein. Die Elemente 12; 112 erstrecken sich im wesentlichen radial von den Naben ä4; 114 und sind rohrförmig um die Achse der Nabe 14 bzw. 114 angeordnetIn the support device 16; 116 is the hub 14; 114 rotatably mounted, it also carries the contact device 18 or 118, so that the hub and contact device can rotate relative to each other. The contact device 18 is one of the protective device 16 separate component. The contact device 118 can be separate from the support device executed component as well as a component made in one piece with the support device. The Elements 12; 112 extend substantially radially from the hubs-4; 114 and are tubular about the axis of the Hub 14 or 114 arranged
Das Gehäuse 16 besteht aus zwei ringartigen Gehäuseteilen 20, die radial einwärts verlaufende Speichen 22 aufweisen, die ihrerseits mit einem Lagerring 23 verbunden sind. Zwischen die beiden ringartigen Gehäuseteile 20 ist ein Stützglied 24 für die Anlageeinrichtung 18 gelegt, das durch in der Zeichnung nicht dargestellte Befestigungselemente mit den ringartigen Gehäuseteileu 20 verbunden wird, die sich durch Löcher 28 hindurcherstrecken. In den Lagerringen 23 sind Lager 30 befestigt, deren innere Laufringe eine Welle 32 aufnehmen. Die Welle 32 ist starr mit der Nabe 14 verbunden.The housing 16 consists of two ring-like housing parts 20, which extend radially inward Have spokes 22, which in turn are connected to a bearing ring 23. Between the two ring-like housing parts 20, a support member 24 is placed for the abutment device 18, which in the drawing Fastening elements, not shown, are connected to the ring-like housing parts 20, which extend through Holes 28 extend therethrough. In the bearing rings 23 bearings 30 are attached, the inner races of a Pick up shaft 32. The shaft 32 is rigidly connected to the hub 14.
Werden mehrere der erfindungsgemäßen Vorrichtung vertikal übereinander angeordnet, kann sich eine einzige Welle 32 durch alle Vorrichtungen erstrecken. Es ist jedoch auch möglich, daß jede Vorrichtung eine separate Welle hat die wiederum mit einer Hauptantriebswelle gekuppelt ist da die einzelnen Vorrichtungen mit unterschiedlichen Drehzahlen umlaufen können.If several of the device according to the invention are arranged vertically one above the other, one can single shaft 32 extend through all devices. However, it is also possible that each device has one has a separate shaft which in turn is coupled to a main drive shaft since the individual devices can rotate at different speeds.
Die Anlageeinrichtung 18 ist mit radialem Abstand von der Nabe 14 ringförmig um die Drehachse der Vorrichtung angeordnet In gleicher Weise ist auch die Anlageeinrichtung 118 um die Nabe 114 herum angeordnet Durch das Gehäuse 16,116, dem Lagerring 23 und den Speichen 22 werden Kanäle gebildet, durch die ein Medium zur Erwärmung oder Kühlung über die Elemente 12; 112 in axialer Richtung geleitet werden kann. Bei Anordnung mehrerer Vorrichtungen 10 übereinander kann ein Medium, beispielsweise eine Flüssigkeit, vertikal nach unten über eine erste Anzahl von Elementen, dann weiter über eine zweite, im axialen Abstand liegende Anzahl von Elementen in der nächsten Vorrichtung strömen. Wie nachstehend noch im einzelnen erläutert werden wird, ist jede der Vorrichtungen in eine Heiß- und eine Kaltzone unterteilt, wobei jede Zone einen Bereich oder einen Bogen des Umfangs der Vorrichtung einnimmt. Sind mehrere Vorrichtungen axial übereinander angeordnet, kann ein Heizmedium nach unten durch die aufeinanderfolgenden Vorrichtungen 10 strömen. Durch die Berührung mit den Elementen in aufeinanderfolgenden Vorrichtungen verliert es an Energie durch Temperaturverringerung. Indem die Elemente 12 in aufeinanderfolgenden Vorrichtungen so ausgelegt werden, daß sie auf verschiedene Temperaturen in aufeinanderfolgenden Vorrichtungen 10 ansprechen, arbeitel jede folgendeThe contact device 18 is at a radial distance from the hub 14 annular around the axis of rotation Device arranged In the same way, the contact device 118 is also arranged around the hub 114 Through the housing 16,116, the bearing ring 23 and the spokes 22 channels are formed through a medium for heating or cooling via the elements 12; 112 are guided in the axial direction can. When a plurality of devices 10 are arranged one above the other, a medium, for example a Liquid, vertically downwards over a first number of elements, then further over a second, axially Flow spaced number of elements in the next device. As below As will be explained in detail, each of the devices is divided into a hot zone and a cold zone divided, each zone occupying an area or arc of the periphery of the device. Are If several devices are arranged axially one above the other, a heating medium can flow downward through the successive devices 10. Through the Contact with the elements in successive devices causes it to lose energy through a decrease in temperature. By designing the elements 12 in successive devices so that they on address different temperatures in successive devices 10, operate each successive one
Beim ersten Ausführungsbeispiel weist die Anlageeinrichtung 18 einen kreisrunden Kurvenkörper 34 auf, der fest an einer Ringscheibe 36 angebracht ist, die durch Schrauben 38 mit dem Stützglied 24 lösbar verbunden ist. Der Kurvenkörper 34 hat eine axial gerichtete Kurvenbahn 40 zum Spannen der Elemente 12 durch Verdrallen um ihre Längsachse. Die Anlageeinrichtung 18 ist ein Teil einer Dralleinrichtung, die funktionell mit den radial außenliegenden Enden der Elemente zusammenwirkt, um diese während einer ersten Phase um ihre Längsachse zu verdrallen, während ein Entdrallen und damit ein Entspannen der Elemente 12 während einer zweiten Phase ermöglicht wird. Die Elemente 12 bewegen sich also um die Drehachse der Vorrichtung, also um die Achse der Welle 32, während sie sich abwechselnd verdrallen und entdrallen. Die Dralleinrichtung umfaßt Hebel 42, die jeweils fest mit dem radial außenliegenden Ende jeweils eines Elementes 12 verbunden sind und mit der Kurvenbahn 40 des Kurvenkörpers 34 zusammenwirken. Außerdem ist ein Käfig 44 vorgesehen, der im Gehäuse 16 durch ein mit dem Stützglied 24 zusammenwirkendes Lager, drehbar gelagert ist. Der Käfig 44 weist radial gerichtete Bohrungen 46 auf, in denen Lagerbuchsen 48 angeordnet sind. In jeder Lagerbuchse 48 ist eine Welle 50 drehbar gelagert. Ein vorzugsweise aus thermisch nichtleitendem Werkstoff hergestelltes Glied 52 verbindet das außenliegende Ende jedes Elementes 12 mit einer zugeordneten Welle 50, so daß sich die Welle entsprechend der Drallbewegung des Elementes 12 drehen muß, mit dem diese verbunden ist Jeder Hebel 42 ist durch eine Schraube 54 fest mit dem freien Ende einer Welle 50 verbunden. Am freien Ende des Hebels 52 ist eine Rolle 56 drehbar gelagert, über die der Hebel 42 auf der Kurvenbahn 40 abrolltIn the first embodiment, the contact device 18 has a circular cam 34, the is firmly attached to an annular disk 36, which is detachably connected to the support member 24 by screws 38 is. The cam body 34 has an axially directed cam path 40 for tensioning the elements 12 through Twist around their longitudinal axis. The abutment device 18 is part of a swirl device, which is functionally with the radially outer ends of the elements cooperates to this during a first phase to twist around their longitudinal axis, while the elements 12 are untwisted and thus relaxed is made possible during a second phase. The elements 12 move about the axis of rotation of the Device, that is to say about the axis of the shaft 32, while they alternately twist and untwist. the Twist device comprises levers 42 which are each firmly connected to the radially outer end of each element 12 and to the cam track 40 of the Cam 34 cooperate. In addition, a cage 44 is provided in the housing 16 by a with the support member 24 cooperating bearing, is rotatably mounted. The cage 44 has radially directed Bores 46 in which bearing bushes 48 are arranged. A shaft 50 is located in each bearing bush 48 rotatably mounted. A member 52, preferably made of thermally non-conductive material, connects the outer end of each element 12 to it an associated shaft 50, so that the shaft moves in accordance with the twisting motion of the element 12 must rotate, with which this is connected. Each lever 42 is fixed by a screw 54 to the free end a shaft 50 connected. At the free end of the lever 52, a roller 56 is rotatably mounted, via which the lever 42 rolls on the curved path 40
In F i g. 3 ist das Funktionsprinzip der in F i g. 1 und 2 dargestellten Vorrichtung schematisch dargestellt An der linken Seite der Fig.3 ist der erste Hebel 42 in seiner Ausgangsstellung veranschaulicht wenn er in eine Kaltzone einläuft um die Elemente 12 in einer ersten Phase zu spannen. Dabei ist der vertikale Abstand bzw. der axiale Abstand zwischen der Kurvenbahn 40 des Kurvenkörpers 34 und den Elementen 12 derart daß verhindert wird, daß die Hebel 42 eine vertikale Position parallel zur Drehachse erreichen können. Dies sorgt für ein leichtes Vorspannen und Belasten jedes Elementes 12, was bewirkt daß die Rolle 56 des Hebels 42 an der Kurvenbahn 40 anliegt und daß sichergestellt wird, daß die Vorrichtung immer in derselben Richtung umläuftIn Fig. 3 is the principle of operation of the one shown in FIG. 1 and 2 The device shown is shown schematically. On the left-hand side of FIG. 3, the first lever 42 is shown in FIG illustrates its starting position when it enters a cold zone around the elements 12 in a first phase to tension. The vertical distance or the axial distance between the Cam 40 of the cam 34 and the elements 12 so that it is prevented that the lever 42 can reach a vertical position parallel to the axis of rotation. This provides for a slight biasing and loading of each element 12, which causes the roller 56 of the lever 42 rests on the cam track 40 and that it is ensured that the device always revolves in the same direction
Mit dem Wandern der Elemente 12 durch die Kaltzone von links nach rechts, wie in F i g. 3 dargestellt werden die Hebel 42 weiter zu einer etwa waagerechten Stellung hin ausgelenkt wobei die Elemente 12 verdrallt und somit gespannt werden. Beim Wandern der Elemente durch die Kaltzone befinden sie sich in dieser ersten Phase und auf einer niedrigen Temperatur. Dabei wird weniger Energie zum Spannen der Elemente erfordert, als dann notwendig wäre, wenn sie sich auf hoher Temperatur befinden würden. Anschließend an die Kaltzone durchlaufen die Elemente 12 die Heißzone (zweite Phase), in der sie eine hohe Temperatur annehmen und, da sie aus Memory-Metallen bestehen, in ihre normale Ausgangsform unter Ausübung einer großen Kraft zurückzukehren bestrebt sind. Dabei werden die Hebel 42 nach rechts gegen die Kurvenbahn 40 gedruckt Dabei entsteht ein Kraftvektor, derAs the elements 12 migrate through the cold zone from left to right, as in FIG. 3 shown the levers 42 are deflected further to an approximately horizontal position, the elements 12 twisting and thus be excited. When the elements migrate through the cold zone, they are in it first phase and at a low temperature. This means that less energy is used to tension the elements requires than would be necessary when it is on high temperature. Subsequent to the cold zone, the elements 12 pass through the hot zone (second phase), in which they take on a high temperature and, since they are made of memory metals, strive to return to their normal starting shape with the exertion of great force. Included the levers 42 are pressed to the right against the curved path 40. This creates a force vector that bewirkt, daß sich die Elemente 12, wie dargestellt, nach rechts bewegen, was bei der in Fig. 1 und 2 gezeigten Vorrichtung eine Drehung nach links bewirkt. Die Kaltzone, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist, und jedecauses the elements 12, as shown, after move right, which is what is shown in Figs Device causes a rotation to the left. The cold zone as shown in Fig. 3 and each
r. Heißzone kann einen Quadranten einnehmen, so daß während eines vollen Umlaufes jedes Element 12 zweimal verdralll und zweimal entdrallt wird. r . The hot zone can occupy a quadrant so that each element 12 is twisted twice and untwisted twice during a full revolution.
Die Kalt- und Heißzonen können durch unterschiedliche Medien beaufschlagt sein, beispielsweise durchThe cold and hot zones can be acted upon by different media, for example by
κι Biliquide, Flüssigkeilen oder Gase oder irgendwelche Kombinationen von diesen. Es ist wichtig, daß in der Vorrichtung zwischen den Kalt- und Heißzonen keine Wärmeverluste auftreten können. Alle Bauteile der Vorrichtung 10 sind deshalb aus Werkstoffen mitκι biliquids, liquid wedges or gases or any Combinations of these. It is important that there is no between the cold and hot zones in the device Heat losses can occur. All components of the device 10 are therefore made of materials niedriger spezifischer Wärme, geringer Masse und mit geringer Wärmeleitfähigkeit hergestellt, beispielsweise aus glasfaserverstärktem Kunststoff oder dergleichen.produced low specific heat, low mass and with low thermal conductivity, for example made of glass fiber reinforced plastic or the like.
Die von der Vorrichtung 10 erzeugte Leistung ist eine Funktion erstens der Temperaturdifferenz zwischen denThe power generated by the device 10 is a function, first, of the temperature difference between the Heiß- und Kaltzonen, zweitens der Wärmecharakteristiken der auf Temperatur ansprechenden Elemente 12, drittens des Wärmeüberganges zwischen den Heißbzw. Kühlmedien und den Elementen 12 und viertens der Wärmeverluste der Vorrichtung, die von derHot and cold zones, secondly, the thermal characteristics of the temperature-sensitive elements 12, thirdly, the heat transfer between the hot or Cooling media and the elements 12 and fourth the heat losses of the device, which is of the Übertragung von Wärme von der Heißzone zur Kaltzone ohne Arbeitsleistung herrühren.Transfer of heat from the hot zone to the Cold zone without work.
Bei dem in F i g. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel hat die Anlageeinrichtung 118 eine radial gerichtete Kurvenbahn 140 zum Spannen der Elemente 112 durchIn the case of the FIG. 5, the contact device 118 has a radially directed embodiment Cam track 140 for tensioning the elements 112 through Biegen in eine Bogenform. Die Vorrichtung 110 umfaßt einen Käfig 144, der mit der Nabe 114 in ähnlicher Weise wie die Nabe 44 der in F i g. 1 und 2 dargestellten Vorrichtung drehbar gelagert ist Der Käfig 144 weist eine Anzahl radialer Bohrungen auf, in denen je eineBending into an arch shape. The device 110 includes a cage 144 which is connected to the hub 114 in a manner similar to the hub 44 of the in FIG. 1 and 2 shown The device is rotatably mounted. The cage 144 has a number of radial bores, in each of which one radial verschiebbare Stoßstange 150 gelagert ist Jedes Element 112 ist mit seinem radial außenliegenden Ende mit einer solchen Stoßstange 150 über eine Gelenkverbindung 152 verbunden. Rollen 156 sind an den freien Enden der Stoßstangen 150 vorgesehen und rollen anradially displaceable bumper 150 is mounted Each element 112 is with its radially outer end connected to such a bumper 150 via an articulated connection 152. Rollers 156 are on the free Ends of the bumpers 150 are provided and roll on der Kurvenbahn 140 ab. Aus F i g. 5 ist ersichtlich, daß ein Umlaufen der Nabe 114 nach links erfolgt wobei über die Stoßstangen 150, die mit der Kurvenbahn 140 zusammenwirken, die Elemente 112 durch Biegen gespannt werden, während sich die Kurvenbahn 140 inthe curved path 140. From Fig. 5 it can be seen that the hub 114 rotates to the left, with the push rods 150 connected to the cam track 140 cooperate, the elements 112 are tensioned by bending, while the cam track 140 in der Kaltzone der Drehachse annähert Nachdem jedes Element 112 gespannt worden ist wandert es in die Heißzone und wird auf eine höhere Temperatur aufgeheizt Bei dem Durchlaufen der Elemente 12 durch die Heißzone versuchen nunmehr die Elemente, mitthe cold zone approaches the axis of rotation. After each element 112 has been tensioned, it migrates into the Hot zone and is heated to a higher temperature as the elements 12 pass through the elements are now trying to reach the hot zone
so großer Kraft in ihre ursprüngliche, die weniger gebogene Form, zurückzukehren. Hierdurch werden die Stoßstangen 150 mit großer Kraft radial nach außen gegen die Kurvenbahn 140 gedrückt deren Abstand von der Drehachse sich nunmehr vergrößert Dabei entstehtso much power to return to its original, less curved shape. This will make the Push rods 150 pressed with great force radially outward against the cam track 140, their distance from the axis of rotation is now enlarged eine Reaktionskraft durch die die Nabe 114 in Umlauf versetzt wird.a reaction force through which the hub 114 orbits is moved.
Wie auch beim vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel kann bei der in F i g. 5 dargestellten Vorrichtung eine Anzahl von Kaltzonen sowie eine Anzahl vonAs in the embodiment described above, in the case of the embodiment shown in FIG. 5 shown device a number of cold zones as well as a number of Heißzonen über den Umfang der Vorrichtung verteilt vorgesehen sein. Die Kurvenbahn 140 hat dann eine Form, die der Anzahl der Heiß- und Kaltzonen entsprichtHot zones distributed over the circumference of the device be provided. The cam track 140 then has a shape that corresponds to the number of hot and cold zones is equivalent to
Normalelement und dessen Form nach dem Spannen sowie dessen Spannungsverteilung, die, wie ersichtlich ist über die Länge des Elementes ungleichmäßig ist Dies bedeutet daß das Normalelement ungleichmäßigNormal element and its shape after clamping as well as its stress distribution, which, as can be seen is uneven over the length of the element. This means that the normal element is uneven
über seine Länge belastet wird. Die Arbeitslänge des in Fig. 4 rechts dargestellten Normalelementes wäre, wenn es aus einem thermoelastischen, martensitischen Phasentransformationen unterliegenden Material hergestellt wäre, nur über einen Teil seiner Länge wirksam. Links in Fig.4 ist ein Element dargestellt, das in der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendet werden kann. Dieses Element hat einen sich in Längsrichtung ändernden Querschnitt, und damit eine im wesentlichen gleichmäßige Spannungsverteilung im gespannten Zustand über seine Länge hinweg. Damit wird die gesamte Länge des Elementes optimal ausgenutzt, wodurch die Leistung der Vorrichtung verbessert wird.is loaded over its length. The working length of the in Fig. 4 would be the normal element shown on the right if it were made of a thermoelastic, martensitic Material subject to phase transformations produced would only be effective over part of its length. An element is shown on the left in FIG device according to the invention can be used. This element has a lengthways direction changing cross-section, and thus a substantially uniform stress distribution in the tensioned state along its length. So that the entire length of the element is optimally used, whereby the Device performance is improved.
Die Benutzung von flachen Streifen als Elemente 12; 112 mit einem im wesentlichen rechteckigen Grundriß bewirkt ein optimales Verhältnis von Fläche zu Volumen, wodurch die Geschwindigkeit des Wärmetausches vergrößert wird. Die Änderung des Querschnittes längs des Elementes, wie sie in Fig.4 dargestellt ist, bewirkt, daß die Spannungsverteilung längs eines Elementes im wesentlichen konstant gemacht wird, wodurch eine wirksamere volumetrische Ausnutzung des Werkstoffes möglich ist.The use of flat strips as elements 12; 112 with a substantially rectangular plan causes an optimal ratio of area to volume, which increases the speed of heat exchange is enlarged. The change in the cross section along the element, as shown in Fig. 4, causes the stress distribution along an element to be made essentially constant, whereby a more effective volumetric utilization of the material is possible.
Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings
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DE19772723332 DE2723332C3 (en) | 1977-05-24 | 1977-05-24 | Device for converting thermal energy into mechanical work |
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DE19772723332 DE2723332C3 (en) | 1977-05-24 | 1977-05-24 | Device for converting thermal energy into mechanical work |
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Family Applications (1)
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-
1977
- 1977-05-24 DE DE19772723332 patent/DE2723332C3/en not_active Expired
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE4309312A1 (en) * | 1993-03-23 | 1994-09-29 | Georg Badum | Method for converting thermal energy into mechanical energy, comprising at least one bimetallic strip |
Also Published As
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