DE2723332C3 - Device for converting thermal energy into mechanical work - Google Patents

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, marte.isitischen 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 stationärenThe invention relates to a device for converting of thermal energy in mechanical work, with a number of temperature responsive Elements made of a material that is subject to thermoelastic, martialistic 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 the stationary one

so 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.so swivel device as well as in the movement of this relative to the rotor there is considerable friction overcome, so that only very little power can be taken from the rotating rotor. These can when three swivel devices are connected in series using a very large one Number (approx. 240) of elements amount to 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. This special arrangement makes it possible to increase the number of elements considerably as well as those 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 sein, 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 The hub can be designed to carry elements, 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 -.usgebildeten 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 forms. In order to achieve a predetermined stress distribution in the flat strips formed 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 sein, 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 so that several work cycles during a single revolution can be achieved.

Über die genannten Merkmale hinausgehende Einzelheiten zur Weiterbildung der Vorrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Details on the further development of the device that go beyond the features mentioned emerge 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 the device according to the invention;

F i g. 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 in F i g. 1;F i g. 2 shows a section along line 2-2 in FIG. 1;

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;

Fig.4 eine Vergleichsdarstellung von verschieden gestalteten Elemente η sowie der Spannungsverteilung in diesen Elementen bei Biegung der Elemente und4 shows a comparison of different designed elements η as well as the stress distribution in these elements when the elements and are bent

Fig. 5 eine teilweise im Schnitt dargestellte Draufsieht einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.Fig. 5 is a top plan view, partially in section another embodiment of the device according to the invention.

Die Vorrichtung zum Umwandeln von Wärmeenergie in mechanische Arbeit ist bei dem in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel als Ganzes mit 10 und 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 FIGS. 1 and 2 illustrated embodiment as a whole with 10 and 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 that is thermoelastic, martensitic when heated or cooled Is subject to phase transformations. Each of the elements 12 and 112 consists of a flat one Strips with a rectangular cross-section. Each of the devices includes a holding device through a hub 14 or 114 is formed, on which one ends of the elements 12 and 112 are arranged. at the embodiment shown in Fig. 1 and 2, the elements 12 are in slots in the hub 14 through Adhesive attached and thus immovable with respect to the hub 14. The elements 112, however, are over Articulated connections 115 connected to the hub 114.

Ferner umfassen die Vorrichtungen je eine Abslützcinrichtung bzw. ein Gehäuse, das im ersten Ausführungsbeispiel mit 16 und im zweiten Ausführungsbeispiel mit 116 bezeichnet ist.Furthermore, the devices each include a protective device or a housing, which in the first embodiment with 16 and in the second embodiment is designated 116.

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 bezeichnet.Furthermore, there is an installation facility in each device provided, which cooperates with the elements 12 and 112 to this during a first phase to tension and relax the elements 12; 112 during a second phase. At the The first exemplary embodiment is the system device at 18 and in FIG. 5 denoted by 118.

Inder 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 Abstützeinrichtung 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 14; 114 und sind rohrförmig um die Ach.se der Nabe 14 bzw. 114 angeordnet.In 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 support 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 14; 114 and are arranged in a tubular shape around the axis of the hub 14 and 114, respectively.

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 Gehäuseteilen 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 is 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 Weile 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 separate shaft, which in turn is coupled to a main drive shaft, as 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, arbeitet jede folgendeThe contact device 18 is at a radial distance from the hub 14 annular around the axis of rotation Device arranged. The abutment device 118 is also around the hub 114 in the same way arranged. 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 several devices arranged axially one above the other, a heating medium can down through the successive Devices 10 flow. By touching the elements in successive Devices, it loses energy due to a decrease in temperature. By placing the elements 12 in successive Devices are designed so that they are at different temperatures in successive Responding devices 10, each of the following works

Vorrichtung mit dem höchsten Wirkungsgrad.Device with the highest efficiency.

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 abrollt.In 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, each fixed to the radially outer end of an element 12 are connected and interact with the cam track 40 of the cam 34. Also is a Cage 44 is provided, which is rotatable in the housing 16 by means of a bearing cooperating with the support member 24 is stored. The cage 44 has radially directed bores 46 in which bearing bushes 48 are arranged are. A shaft 50 is rotatably mounted in each bearing bush 48. One preferably from thermal A member 52 made of non-conductive material connects the outboard 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 to the free end by a screw 54 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 F i g. 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 umläuft.In Fig. 3 is the principle of operation of the one shown in FIG. 1 and 2 shown device shown schematically. On the left side of the FIG. 3 is the first lever 42 in illustrates its starting position when it enters a cold zone to the elements 12 in a first phase to tension. The vertical distance or the axial distance between the Cam track 40 of the cam 34 and the elements 12 such that it is prevented that the lever 42 can reach a vertical position parallel to the axis of rotation. This ensures a slight pre-tensioning and loading each member 12, causing the roller 56 of the lever 42 to abut the cam track 40 and that it is ensured that the device always rotates in the same direction.

Mit dem Wandern der Elemente !2 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 gedrückt Dabei entsteht ein Kraftvektor, der bewirkt, daß sich die Elemente 12, wie dargestellt, nach rechts bewegen, was bei der in F i g. 1 und 2 gezeigten Vorrichtung eine Drehung nach links bewirkt. Die Kaltzone, wie sie in I- i g. 3 dargestellt ist, und jede , Heißzonc kann einen Quadranten einnehmen, so daß während eines vollen Umlaufes jedes Element 12 zweimal verdrallt und zweimal entdrallt wird.As the elements! 2 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 being twisted 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 causes the elements 12, as shown, after move to the right, which is the case in FIG. 1 and 2 causes a rotation to the left. the Cold zone as described in I- i g. 3 is shown, and each, 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

iii Biliquide, Flüssigkeiten 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 mitiii biliquids, liquids 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

r; niedriger spezifischer Wärme, geringer Masse und mit geringer Wärmeleitfähigkeit hergestellt, beispielsweise aus glasfaserverstärktem Kunststoff oder dergleichen.r; low specific heat, low mass and with produced low thermal conductivity, for example from glass fiber reinforced plastic or the like.

Die von der Vorrichtung 10 erzeugte Leistung ist eine Funktion erstens der Temperaturdifferenz zwischen den 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 der Übertragung von Wärme von der Heißzone zur Kaltzone ohne Arbeitsleistung herrühren.The power generated by the device 10 is a function, first, of the temperature difference between the Hot 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 resulting from the transfer of heat from the hot zone to the Cold zone without work.

Bei dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel hat die Anlageeinrichtung 118 eine radial gerichtete Kurvenbahn 140 zum Spannen der Elemente 112 durch 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 eineIn the exemplary embodiment shown in FIG. 5, the contact device 118 has a radially directed one Cam track 140 for tensioning the elements 112 by bending them 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 Device is rotatably mounted. The cage 144 has a number of radial bores, in each of which one

J5 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 an 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 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, mitJ5 radially 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 push rods 150 are provided and roll on the cam track 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 the cold zone of the axis of rotation approximates. 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 gedruckt deren Abstand von der Drehachse sich nunmehr vergrößert. Dabei entsteht eine Reaktionskraft durch die die Nabe 114 in Umlauf versetzt wird.so much power to return to its original, less curved shape. This will make the Push rods 150 with great force pressed radially outward against the cam track 140, the distance of which the axis of rotation is now enlarged. This creates a reaction force through which the hub 114 rotates is moved.

Wie auch beim vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel kann bei der in F i g. 5 dargestellten Vorrichtung eine Anzahl von Kaltzonen sowie eine Anzahl von Heißzonen über den Umfang der Vorrichtung verteilt vorgesehen sein. Die Kurvenbahn 140 hat dann eine Form, die der Anzahl der Heiß- und Kaltzonen entsprichtAs 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 hot zones distributed over the periphery 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

Das in Fig.4 rechts dargestellte Element zeigt ein 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 ungleichmäßigThe element shown on the right in Figure 4 shows a Normal 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 F i g. 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 2Iustand über seine Länge hinweg. Damit wird die gesamte Länge des Elementes optimal ausgenutzt, wodurch dieis loaded over its length. The working length of the in F i g. 4 normal element shown on the right would be, if it is made of a thermoelastic material that is subject to martensitic phase transformations would be effective only 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 an essentially uniform stress distribution in the tensioned state along its length. So that the entire length of the element is optimally used, whereby the

Leistung der Vorrichtung verbessert wird.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

Claims (14)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Vorrichtung zum Umwandeln 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 von Wärme zu den Elementen, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlageeinrichtung als Kurvenführung (28; 118) ausgebildet ist, und daß eine Abstützeinrichtung (16; 116) vorgesehen ist, die die Halteeinrichtung (14; 114) und die Kurvenführung trägt, wobei die Halteeinrichtung relativ zur Kurvenführung entlang dieser bewegbar ist.1. Device for converting thermal energy into mechanical work, with a number of temperature-sensitive elements made of 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 Abutment device which cooperates with the free end of the elements for tensioning the same with low force during a first phase and to allow relaxation of the elements with greater force during a second phase, and with devices for supplying and / or removing heat to the elements, characterized in that the abutment device is designed as a curved guide (28; 118) , and that a support device (16; 116) is provided which carries the holding device (14; 114) and the curve guide, the holding device being movable along the curve guide relative to the curve guide is. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteeinrichtung (14; 114) und die Kurvenführung (18; 118) relativ zueinander uit. eine Achse drehbar sind.2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the holding device (14; 114) and the cam guide (18; 118) uit relative to one another. an axis are rotatable. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteeinrichtung (14; 114) als die Elemente (12; 112) tragenden Nabe ausgebildet ist, und die Kurvenführung (18; 118) sich mit radialem Abstand um die Nabe erstreckt.3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the holding device (14; 114) is designed as the hub carrying the elements (12; 112) , and the cam guide (18; 118) extends at a radial distance around the hub. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (12; 112) im wesentlichen radial zwischen der Nabe (14; 114) und der Kurvenführung (18; 118) angeordnet sind.4. Apparatus according to claim 3, characterized in that the elements (12; 112) are arranged essentially radially between the hub (14; 114) and the cam guide (18; 118) . 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Elemente (12; 112) als flacher Streifen ausgebildet ist.5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that each of the elements (12; 1 12) is designed as a flat strip. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurvenführung (18) eine axial gerichtete Kurvenbahn (40) zum Spannen der Elemente (12) durch Verdrallen derselben um ihre Längsachse bildet.6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the curve guide (18) an axially directed cam track (40) for tensioning the elements (12) by twisting the same forms around its longitudinal axis. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Element (12) an seinem freien, mit der Anlageeinrichtung (18) zusammenwirkenden Ende einen quer zum Element angeordneten Hebel (42) trägt, dessen freies Ende auf der Kurvenbahn (40) aufliegt.7. Apparatus according to claim 6, characterized in that each element (12) at its free, with the end cooperating with the abutment device (18) a lever arranged transversely to the element (42) whose free end rests on the cam track (40). 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit der Nabe (14) drehbarer Käfig (44) vorgesehen ist, in dem radial angeordnete drehbare Wellen (50) gelagert sind, deren jeweils inneres Ende mit jeweils einem freien Ende des Elementes (12) verbunden ist und deren jeweils äußeres Ende den Hebel (42) trägt.8. Apparatus according to claim 7, characterized in that a with the hub (14) rotatable cage (44) is provided in which radially arranged rotatable shafts (50) are mounted, each of which inner end is connected to a respective free end of the element (12) and each of them outer end carries the lever (42). 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurvenführung eine radial gerichtete Kurvenbahn (140) zum Spannen der Elemente (112) durch Biegen zu einem Bogen bildet.9. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the curved guide forms a radially directed curved path (140) for tensioning the elements (112) by bending into an arc. 10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit der Nabe (114) drehbarer Käfig (144) vorgesehen ist, in dem radial verschiebbar Stoßstangen (150) gelagert sind, deren jeweils innere Enden mit jeweils einem freien Ende eines Elementes (112) verbunden ist und deren jeweils äußeres Ende an der Kurvenbahn (140)10. The device according to claim 9, characterized in that a with the hub (114) rotatable cage (144) is provided, in which radially displaceable bumpers (150) are mounted, the inner ends of which each have a free end of an element (112 ) is connected and the respective outer end of the curved path (140) anliegt.is applied. 11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (112) zur Erreichung gleicher Spannungswerte über die Länge einen sich in Längsrichtung ändernden Querschnitt aufweisen.11. The device according to claim 9 or 10, characterized in that the elements (112) have a cross-section which changes in the longitudinal direction in order to achieve the same voltage values over the length. 12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis12. Device according to one of claims 1 to 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (12; 132) über Rollen (56; 156) auf die Kurvenbahn (40, 140) einwirken.11, characterized in that the elements (12; 132) act on the cam track (40, 140) via rollers (56; 156). 13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis13. Device according to one of claims 2 to 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurvenführung (18; 118) zur Erzielung mehrerer Arbeitszyklen während einer einzigen Umdrehung ausgeführt ist.12, characterized in that the cam guide (18; 118) is designed to achieve several working cycles during a single revolution. 14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis14. Device according to one of claims 1 to 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützeinrichtung (16; 116) Kanäle zur Durchleitung eines Mediums zur Zuführung und/oder Abführung von Wärme aufweist.13, characterized in that the support device (16; 116) has channels for the passage of a medium for supplying and / or removing heat.