Vorrichtung zur Umwandlung von Energie von einer Form in Energie einer anderen Form
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Umwandlung von Energie einer Form in Energie einer anderen Form, mit mindestens einer magnetischen Komponente, Mitteln zum Zuführen von Energie einer Form zu der magnetischen Komponente und Mitteln zur Abnahme von Energie in einer anderen Form von der magnetischen Komponente.
Ferromagnetische Materialien sind in Vorrichtungen verwendet worden, die Energie von einer Form in eine andere umwandeln können. Einige dieser Vorrichtungen, z. B. der übliche, auf einem temperaturempfindlichen Bimetallelement basierende Haushaltsthermostat, verwenden einen permanenten Magneten als Hilfsvorrichtung zur Verbesserung der Leistung. In Vorrichtungen eines anderen Typs ist das magnetische Element selbst in erster Linie für die Wirksamkeit massgebend. Zu diesen Vorrichtungen gehören der Motor von Van der Maas und Purvis (Am J. Phys, 24,176 - 1956-) und der thermoelektrische Generator von Schwarzkopf (U. S. Patent Nr. 2 016 100).
Die Wirkungsweise und die Art der Konstruktion derartiger Vorrichtungen werden durch die Tatsache beeinflusst, dass bei den meisten ferromagnetischen Materialien die Sättigung mit steigender Temperatur bis zum Curiepunkt gleichmässig abnimmt. Z. B. muss beim Betrieb des oben erwähnten Motors soviel Wärme zugeführt werden, dass die Temperatur des Rotors wesentlich erhöht wird.
Die Vorrichtung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die magnetische Komponente eine plötzliche und reversible Zunahme der Sättigungsinduktion bei einer Temperatur unter ihrem Curie-Punkt aufweist.
Für die erfindungsgemässe Vorrichtung vorteilhaft brauchbare Materialien sind in dem U.S. Patent Nr.
3 126 347 von T. J. Swoboda beschrieben.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht die magnetische Komponente zumindest zwei der Elemente Vanadium, Chrom, Mangan, Niob, Molybdän, Tantal, Wolfram und Rhenium aufweisen, wobei zumindest eines der Elemente Vanadium, Chrom oder Mangan ist und die beiden Elemente in einem Totalanteil von 35 bis 95 Atomprozent vorhanden sind, wobei jedes Element in einem Betrag von mindestens 0,1 Atomprozent bezogen auf die Gesamtzusammensetzung vorhanden ist und zumindest eines der Elemente Arsen oder Antimon im Betrag von 5 bis 40 Atomprozent beigefügt ist, wobei die magnetische Komponente bei diesem Ausführungsbeispiel eine maximale Sättigungsinduktion bei einer Temperatur unterhalb des Curie-Punktes besitzt.
Mischungen mit einer maximalen Sättigungsinduktion zwischen -150 0C und +200 OC sind für diese Verwendungszwecke besonders nützlich. Obwohl die Elemente Arsen oder Antimon fünf bis vierzig Atomprozent des Ganzen ausmachen können, werden sie doch im allgemeinen im Bereich von 5 bis 35 Atomprozent sein.
Energie kann in irgendeiner ihrer verschiedenen Formen, z. B. als Strahlung, elektrische oder magnetische Energie, Wärme oder mechanische Energie in die erfindungsgemässe Vorrichtung eingeführt oder aus ihr entnommen werden. Daher sind mittels dieser Vorrichtung eine Vielzahl von Energieumwandlungen möglich, da Energie in irgendeiner der obigen Formen abgegeben werden kann. Z. B. kann Wärmeenergie in magnetische, mechanische oder elektrische Energie übergeführt werden. Umgekehrt kann elektrische, mechanische oder magnetische Energie in Wärmeenergie umgewandelt werden.
Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung wird in Verbindung mit der beiliegenden Zeichnung auf die folgende, ins einzelne gehende Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung verwiesen. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines magnetisch betätigten Schalters mit einer magnetischen Komponente,
Fig. 2 eine teilweise schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Messen von Strahlungsintensitäten.
Fig. 3 eine teilweise schematische Darstellung eines Motors mit hin- und hergehender Bewegung,
Fig. 4 zwei Magnetisierungs-Temperatur-Kurvendar- stellungen für zwei Typen von zusammengesetzten Materialien, die als magnetische Komponenten in erfindungsgemässen Vorrichtungen verwendbar sind und zwar Fig. 4 A eine Magnetisierungs-Temperatur-Kurve mit einem ausgeprägten Maximum und Fig. 4 B eine mit einem ausgeprägten Minimum der Sättigungsinduktion im Verlauf der Temperaturänderung,
Fig. 5 eine teilweise schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Aufrechterhaltung einer konstanten Temperaturdifferenz zwischen zwei Kammern, bei der die Umwandlung von thermischer in mechanische Energie genutzt wird,
Fig. 6 eine teilweise schematische Darstellung einer magnetischen Waage mit Umwandlung von thermischer in mechanische Energie,
Fig.
7 eine teilweise schematische Darstellung eines Längsschni. tes einer einstufigen Wärmepumpe , bei der eine Umwandlung von magnetischer in thermische Energie erfolgt und die Einzelheiten der Stromzuführung und der Regelschaltung zur Vereinfachung der Zeichnung weggelassen sind,
Fig. 8 einen Längsschnitt einer vierstufigen Apparatur mit vier einzelnen Wärmepumpen der in Fig. 7 gezeigten Bauart in Kaskaden anordnung (hintereinandergeschaltet),
Fig. 9 einen teilweise schematischen Seitenaufriss einer Ausführungsart einer einstufigen Wärmepumpe einschliesslich des damit verbundenen Stromkreises, bei der ein stationäres Wärmeübertragungsmittel und eine bewegliche Wärmequelle und Wärmesenke verwendet werden.
Fig. 10 eine vergrösserte Seitenansicht eines Schnittes des Wärmeübertragerbehälters des Apparates von Fig. 9,
Fig. 11 einen durch die Linie V-V in Fig. 9 gelegten Schnitt,
Fig. 12 eine teilweise schematische Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungsart eines temperaturabhängigen Induktors, der mit Umwandlung thermischer in magnetische Energie arbeitet,
Fig. 13 eine typische Temperatur-Induktivitäts-Kurve für den Induktor von Fig. 12,
Fig. 14 eine schematische Darstellung einer Temperaturregelschaltung unter Verwendung eines Induktors des in Fig. 12 im Detail dargestellten Typs,
Fig. 15 eine Temperatur-Potentiometereinstellungs- Kurve für die Vorrichtung nach Fig. 14,
Fig.
16 eine Stromstärke-Widerstands-Kurvendarstellung für sechs gegebene Temperaturen für einen temperaturabhängigen Induktor, der mit Umwandlung von Energie arbeitet und in Reihe mit einem 100-Ohm Widerstand in einer Schaltung für Wechselstrom 60 Hz verbunden ist, und
Fig. 17 eine Temperatur-Stromstärke-Kurve für einen typischen temperaturabhängigen Induktor, an den eine annähernd konstante Wechselspannung von 50 V und 60 Hz angelegt ist.
Die als Element für die Umwandlung von Energie von einer Form in die andere in den hier zu beschreibenden Vorrichtungen verwendeten Substanzen besitzen die charakteristische Eigenschaft, den sogenannten Über- gang erster Ordnung unterhalb ihres Curie-Punktes bei einem Temperaturanstieg zu durchlaufen.
Diese Umwandlung erster Ordnung oder auch erster Art ist eine Umwandlung, bei der eine Unstetigkeit in den ersten Ableitungen der Gibbs'schen freien Energie auftritt.
Eine Umwandlung zweiter Ordnung ist eine Umwandlung, bei der die zweite Ableitung der Funktion der freien Energie unstetig ist, die erste Ableitung aber stetig ist. Mit anderen Worten: bei einer Umwandlung zweiter Ordnung ändern sich die Energie, das Volumen und bei einer magnetischen Substanz die Magnetisierung stetig, aber die Ableitungen dieser Grössen nach der Temperatur haben Singularitäten. Der Curiepunkt eines magnetischen Materials ist ein Beispiel einer Umwandlung zweiter Ordnung.
Eine weitere Diskussion von Umwandlungen erster und zweiter Ordnung findet sich in Swalin, Thermodynamics of Solids , John Wiley and Sons., Inc., New York 1962, Seiten 72 und 73, sowie in Phase Transformations in Solids (Symposium at Cornell University, 23. bis 28. August 1948), John Wiley and Sons, Inc., New York 1951, Kapitel I von L. Tisza, Seiten 1 und 2.
Gleichzeitig mit dem Durchlaufen der Umwandlung tritt eine Veränderung des magnetischen Zustandes ein, der im Übergang von paramagnetisch oder antiferromagnetisch einerseits in ferromagnetisch oder ferrimagnetisch andererseits besteht, obgleich die spezifischen magnetischen Zustände sich in manchen Fällen nur schwierig identifizieren lassen und es scheint, dass gelegentlich verschiedene magnetische Zustände in lokalisierten Gebieten einer gegebenen Probe nebeneinander existieren können. Überdies kann bei Substanzen, bei denen die Umwandlung über einen verhältnismässig breiten Bereich von magnetischen Feldstärken eintritt, der Übergang aus einem magnetischen Zustand in einen anderen ziemlich allmählich sein, und das für den Untersucher wahrnehmbare Fortschreiten kann daher etwas zweideutig und schlecht definiert sein.
Die Gründe für diese Effekte können in der inhomogenen Zusammensetzung einer gegebenen Probe oder in dem Verharren in metastabilen Zuständen liegen, und es gibt wahrscheinlich andere Ursachen, die zur Zeit noch nicht aufgeklärt sind. Nichtsdestoweniger werden die Substanzen alle durch ein magnetisches Feld durch ihre Umwandlungen getrieben, obgleich etwas stärkere Felder als im Falle idealer Proben erforderlich sind.
Die Umwandlung erster Ordnung kann bei einer vorgewählten Temperatur innerhalb von Grenzen durch die Ausübung von Druckkraft auf das Material eintreten, wodurch eine Änderung der Temperaturansprechempfindlichkeit eintritt die für die im folgenden beschriebenen Antimonide eine Grösse von ca. 3 bis 4 "C pro 1050 kg/cm Druck in Richtung einer zunehmenden Temperatur hat. Dies liefert nicht nur ein Mittel für kleine Veränderungen der Kennlinie zur Erleichterung der Eichung mit Hilfe von zur Druckbelastung verwendeten Feststellschrauben oder dergl., sondern ermöglicht auch ein Ansprechen auf eine kombinierte Einwirkung von Temperatur und Druck.
Eine Umwandlung erster Ordnung ist immer von einer Veränderung der inneren Energie der die Umwandlung erfahrenden Substanz begleitet, und diese Veränderung wird durch eine latente Wärme angezeigt, die bei einer Umwandlung, bei der der Gehalt an innerer Energie gesenkt wird, als Wärme abgegeben wird und für die Übertragung durch Leitung und die anderen Arten der Wärmeübertragung an eine Umgebung, in Bezug auf welche ein positives Wärmegefälle besteht, verfügbar wird. Wo umgekehrt der Zustand nach dem Umwandlungspunkt einen erhöhten Gehalt an innerer Energie hat, sucht die Substanz Wärme aus ihrer Umgebung aufzunehmen und entzieht demgemäss einer Umgebung, in Bezug auf welche ein negatives Wärmegefälle besteht, Wärme.
Spezifische Materialien, die bei Anlegung eines magnetischen Feldes eine Umwandlung erster Ordnung von einer festen Phase zu einer festen Phase erfahren, wobei das Durchlaufen der Umwandlung in diesem Fall durch einen Abfall der Temperatur der Substanzen und einen Übergang aus dem nichtmagnetischen in den magnetischen Zustand begleitet ist, enthalten 35 bis 95 Atomprozent der Elemente Chrom, Vanadium, Mangan, Niob, Molybdän, Tantal, Wolfram und Rhenium und insgesamt 5 bis 40 Atomprozent mindestens eines Elementes der Gruppe Va des periodischen Systems, und weisen die Umwandlung erster Ordnung innerhalb eines Temperaturbereiches, z. B. vom absoluten Nullpunkt bis + 200 OC auf, der für eine grosse Anzahl Steuerungszwecke besonders erwünscht ist. Materialien, die im wesentlichen vier chemische Elemente enthalten, haben sich bewährt.
Solche quaternären Materialien enthalten gewöhnlich 5 bis 35 Atomprozent Antimon, 35 bis 70 Atomprozent Mangan, 0,8 bis 25 Atomprozent mindestens eines der Metalle Chrom und Vanadium und 0 bis 30 Atomprozent mindestens eines der Elemente der Gruppen II bis IV des periodischen Systems, insbesondere Gallium, Indium, Cadmium, Blei, Thallium, Zinn, Zirkonium, Scandium, Yttrium, Magnesium und Zink, wobei die Prozentsätze so gewählt sind, dass sich zusammen 100 O/o ergeben. Andere Substanzen, welche die vorstehend angegebenen allgemeinen Anforderungen für die gewünschte Funktion erfüllen, z. B. Materialien, die eine Umwandlung erster Ordnung im umgekehrten Sinne aufweisen, d. h. mit begleitender Temperaturzunahme aus einem magnetischen in einem nichtmagnetischen Zustand übergehen, können ebenfalls verwendet werden.
Die vorstehenden Materialien zeigen einen verhältnismässig hohen Betrag der Änderung der Magnetisierung mit der Temperatur im Vergleich zu allen anderen bekannten Substanzen und sind daher für die in Betracht kommenden Anwendungen besonders geeignet.
Als Beispiel eines quaternären Materials, das eine Umwandlung erster Ordnung mit begleitender Anderung der Temperatur zeigte, wurde ein 8 g wiegen- der Einkristall mit der folgenden Zusammensetzung hergestellt: 45,620/o Mn, 2,250/o Cr, 0,l20/o In und 52,01 O/o Sb.
Wenn dieser Kristall plötzlich zwischen die Pole eines Dauermagneten mit einer Nennfeldstärke von 5000 Örsted geschoben wurde, nahm die Temperatur des Kristalles, die durch ein an dem Kristall befestigtes Thermoelement gemessen wurde, um 0,67 OC ab, was anzeigte, dass das Niveau der inneren Energie der Substanz, die den Kristall bildete, zugenommen hatte, wodurch ein Wärmebedarf auf dem Teil des ri- stalles in Bezug auf die Umgebung entstand.
In einem zweiten Versuch unter Verwendung eines Mangan-Chrom-Antimonids, das 4S,S40/o Mn, 2,8l0/o Cr und 51,67 O/o Sb enthielt, erzeugte eine plötzliche Einwirkung des gleichen magnetischen Feldes eine Tempe raturabnahme um 1 "C.
Als Grundbauteil der erfindungsgemässen Vorrichtungen können beliebige magnetische Materialien verwendet werden, die Eigenschaften der oben beschriebenen Art aufweisen. Mit anderen Worten, jedes Material, das im Bereich einer Temperatur unterhalb seines Curiepunktes bei Temperaturerhöhung eine plötzlich starke Zunahme der Sättigungsinduktion aufweist, kann als magnetische Komponente in diesen Vorrichtungen verwendet werden. Für viele Verwendungszwecke wird für die Vorrichtungen eine Komponente verwendet, die zwischen -150 "C und +200 OC eine plötzliche starke Steigerung der Sättigungsinduktion zeigt.
Gewisse der neuen hier zu beschreibenden Vorrichtungen verwenden eine zusammengesetzte magnetische Komponente, die aus einem magnetischen Material des oben beschriebenen Typs (erstes Element) in Verbindung mit einem magnetischen Material des üblichen Typs, nämlich einem Material, dessen Magnetisierbarkeit hoch ist bei Temperaturen unterhalb einer als Curiepunkt bezeichneten Grenztemperatur und bei höheren Temperaturen Null ist, (zweites Element). Durch zweckdienliche Wahl dieser Elemente können zusammengesetzte magnetische Komponenten konstruiert werden, die ein ausgeprägtes Maximum der Sättigungsinduktion in einem schmalen Temperaturbereich und eine viel niedrigere Sättigungsinduktion sowohl bei niedrigen als bei höheren Temperaturen aufweisen.
Es können auch zusammengesetzte Komponenten konstruiert werden, deren Sättigungsinduktion innerhalb eines schmalen Temperaturbereiches ein Minimum ist. Die magnetischen Elemente, aus denen die zusammengesetzte Komponente besteht, können in einer beliebigen Weise zusammengefügt werden, die ihre individuellen magnetischen Eigenschaften nicht beeinflusst, z. B. durch Schichtung von flächenförmigen Stücken, Aneinanderfügen massiver Formen, Pressen pulverförmiger Gemische und dergleichen.
Wenn eine zusammengesetzte magnetische Komponente verwendet wird, wird das zweite ferromagnetische Element, das heisst das Element rnit üblicher Temperaturabhängigkeit der Sättigungsinduktion, auf Grund seines Curiepunktes und seiner Sättigungsinduktion im Verhältnis zu der unteren Übergangstemperatur und der Sättigungsinduktion des ersten Bestandteils ausgewählt.
Die Lage und Breite des Temperaturbereichs, über den die zusammengesetzte Komponente maximale oder minimale Sättigungsinduktion zeigt, hängt von dem Verhältnis der Temperaturen ab, bei denen der Curiepunkt und der untere Übergangspunkt auftreten. Z. B. weist eine zusammengesetzte Komponente, die aus Mangangermanid (Curiepunkt 40 OC) und Mangan-Chrom-In- dium-Antimonid mit einer unteren Ubergangstempera- tur von 40 OC gebildet ist, ein ausgeprägtes Minimum der Sättigungsinduktion bei ca. 40 C auf.
Durch zweckdienliche Wahl des Mengenverhältnisses von Mangangermanid zu quaternärem Antimonid, die in diesem zusammengesetzten Körper verwendet werden, kann die Sättigungsinduktion bei Temperaturen ober halb ca. 80 OC gleich, höher oder niedriger als die Sättigungsinduktion bei Temperaturen unter ca. 25 "C gemacht werden.
In den neuen hier zu beschreibenden Vorrichtungen sind die Bauteile, die den magnetischen Komponente Wärme liefern oder ihr Wärme entziehen, die die magnetische Komponente magnetisieren und entmagnetisieren und die die neue Energieform, die erzeugt wird, sammeln und nachweisen, die in der Technik üblichen.
Z. B. kann durch Einführen eines verschwenkbaren Teiles mit einer magnetischen Komponente der gerade beschriebenen Art in Vorrichtungen zum Magnetisieren der magnetischen Komponente in einem magnetischen Feld bewirkt werden, dass der verschwenkbare Teil sich in dem magnetischen Feld bewegt. Auf diese Weise kann mechanische Arbeit geleistet werden. Das verschwenkbare Element kann ein Anker, ein pendelnder Arm oder eine Messvorrichtung sein.
Die hier zu beschreibende Vorrichtung wird durch die folgenden Beispiele erläutert.
Beispiel 1
Dieses Beispiel erläutert die Verwendung eines Mangan-Chrom-Indium-Antimonids für die Konstruktion eines thermomagnetischen Generators. Aus einem Gemisch von Mangan-Chrom-Indium-Antimonid, das die Elemente im atomaren Verhältnis 7,2 : 0,8:1,0: 3,0 enthielt, wurde durch Pressen bei Raumtemperatur in eine Form unter einem Druck von ca. 2110 kg pro cm2 eine flache 1,143 mm dicke Scheibe mit einem Durchmesser von 12,7 mm gebildet. Diese Scheibe wurde quer über den Polen eines Magneten mit einer Feldstärke von ca. 1000 Gauss und in Berührung mit denselben angeordnet.
Eine aus 300 Windungen von emailliertem Kupferlackdraht vom Durchmesser von 0,05 mm bestehende Wicklung wurde um den Magneten herumgewickelt und mit einem Mikrovoltverstärker verbunden, der seinerseits mit einem Registriergerät verbunden war. Die Scheibe wurde mit einem Lichtstrahl beleuchtet, der durch eine Mikroskopbeleuch tungsvorrichtung mit einer 108-W-Lampe erzeugt wurde. Mittels einer von Hand betätigten Blende wurde die Scheibe abwechselnd während ca. 10 Sek. beleuchtet und während etwa 10 Sek. unbeleuchtet gelassen.
Dabei traten Spannungsschwankungen auf, die den Schwankungen der Lichtintensität entsprachen, und es wurden Höchstspannungen von 4 Mikrovolt beobachtet.
Beispiel 2
Dieses Beispiel erläutert die Verwendung eines Mangan-Chrom-Indium-Antimonids bei der Konstruktion eines Sonnenmotors, der mit einem Heiz- und Kühl-Kreisprozess im Gebiet der unteren ferromagnetischen Übergangstemperatur arbeitet. Dieser Motor besitzt insofern einen Vorzug gegenüber ähnlichen, mit herkömmlichen magnetischen Materialien konstruierten Motoren, als das magnetische Material nur auf eine verhältnismässig niedrige Temperatur erhitzt zu werden braucht, um den Motor anzutreiben, während beim Curiepunkt arbeitende Motoren eine starke Erhitzung des magnetischen Materials erfordern. Daher verbraucht der vorliegende Motor weniger Energie zum Betrieb.
Eine Scheibe von annähernd 50,8 mm Durchmesser wurde sorgfältig aus einer dünnen Glimmerplatte ausgeschnitten, und durch den Mittelpunkt ein schmales Loch gebohrt. Durch dieses Loch wurde senkrecht zu der Ebene der Scheibe ein dünnes Pyrexglasrohr geschoben, um als Lager zu dienen. Die Scheibe wurde mit Kitt an diesem Rohr befestigt. Eine Achse wurde in das Rohr gesteckt und an den Enden abgestützt.
Aus einem Gemisch von Mangan-Chrom-Indium Antimonid, das die genannten Elemente in atomaren Verhältnis 7,2: 0,8 :1,0: 3,0 enthielt, wurden magnetische Produkte hergestellt. Diese wurden mittels einer Silberpaste vom lufttrocknenden Typ am Rande jeder Seite des Laufrads in einem 3,175 mm breiten Streifen angeklebt. Nach gründlichem Trocknen wurde die Randzone des Laufrades mit einer kleinen Kerze mit Russ überzogen, um die Wärmeaufnahme zu steigern.
Der Stator des Motors war ein Magnet, der eine Feldstärke von 4800 Gauss hatte, mit einander gegen überliegenden 19,05 mm voneinander entfernten Polschuhen von annähernd 19,050 mm Durchmesser. Die Achse wurde in horizontaler Lage parallel zu und ca.
38,1 mm entfernt von der Mittellinie der Polschuhe eingebaut, wobei die Eebene des Glimmerrades zentrisch im Spalt eingestellt wurde. Ein Lichtstrahl einer bei 6 Volt 6 Ampere verbrauchenden Lampe wurde so eingestellt, dass auf jeder Seite der Randzone des Rades an einer Stelle gerade oberhalb der Polschuhe ein Bild des Fadens erzeugt wurde. Wenn das Licht eingeschaltet wurde, drehte sich das Rad gleichförmig, wobei es in etwas weniger als einer Minute eine ganze Umdrehung ausführte. Dieser Motor hob leicht eine in 2 cm Entfernung vom Umdrehungsmittelpunkt angebrachte Masse von 255 mg.
Statt Licht von einer Lampe wurde unter Verwendung einer sphärischen Linse von 8,5 mm Hauptbrennweite und 82,550 mm Durchmesser Sonnenlicht auf dem Laufrad im Brennpunkt vereinigt. Um Überhitzung zu verhindern, wurde das Bild der Sonne etwas unscharf eingestellt, und nur die Hälfte der Fläche des Brennflecks auf das Rad geworfen. Unter diesen Bedingungen drehte sich der Motor leicht und hob das Gewicht von 255 mg in ca. 18 Sekunden.
Beispiel 3
Dieses Beispiel erläutert die Konstruktion eines magnetisch betätigten Schalters, der in automatischen Steuer- und Alarmeinrichtungen nützlich ist.
Eine biegsame Messingblattfeder 4 (in Fig. 1) die 0,203 mm dick, 0,794 mm breit und 19,05 mm lang war, wurde so an einem Ende fest befestigt, dass das freie Ende nahe bei den Polen eines Hufeisenmagneten 5 war. An diesem Ende wurden, für gewöhnlich geschlossene, elektrische Kontakte und ein kleines Stück Mangan-Chrom-Indium-Antimonids 6 befestigt, das aus einem Gemisch hergestellt war, das diese Elemente im atomaren Verhältnis 0,8 : 7,2 : 0,6 : 3,4 enthielt. (Dieses Antimonid wies eine unter Ubergangstem- peratur von ca. 40 C und eine maximale Sättigungsinduktion bei ca. 100 "C auf).
Wenn das Antimonid auf eine Temperatur oberhalb von 40 OC erwärmt wurde, wurde es von den Polen des Hufeiseumagneten angezo- gen, wodurch es bewirkte, dass die elektrischen Kontakte sich öffneten. Wie in Fig. 1 veranschaulicht, lag dieser Schalter 1 in Reihe mit einer 6-V-Trockenbatterie 2, einem kleinen Widerstand 3 von ca. 8,6 Ohm und einer Tascheniampenbirne 7. Der Widerstand war so angebracht, dass er bei Stromdurchfluss durch die erzeugte Wärme das quaternäre Antimonid aufheizte. War die Vorrichtung in Betrieb, so floss bei geschlossenem Schalter Strom durch den Widerstand und die Birne, bis die von dem Widerstand herrührende Wärme bewirkte, dass das Antimonid merklich ferromagnetisch wurde.
Wenn dies eintrat,wurde das Antimonid von dem Magneten angezogen, wodurch es die elektrischen Kontakte öffnete und den Stromfluss unterbrach. Wenn sich das Antimonid wieder zu einem weniger stark ferromagnetischen Zustand abgekühlt hatte, wurde es nicht mehr von dem Magneten angezogen und kehrte in seine ursprüngliche Lage zurück, wodurch die elektrischen Kontakte geschlossen wurden und der Strom wieder floss.
Auf diese Weise wirkte diese Vorrichtung als Blinklicht.
Die Schalttemperatur einer solchen Vorrichtung kann durch die Wahl der geeigneten Zusammensetzung für das magnetische Material sehr genau und reproduzierbar eingestellt werden und bleibt über längere Zeiträume hinweg äusserst stabil.
Jede beliebige zweckmässige Vorrichtung kann verwendet werden, um das Gerät in seine ursprüngliche Lage zurückbringen. Dazu gehören z. B. Federn, biegsame Stäbe oder die Schwerkraft, wenn die Vorrichtung in die geeignete Lage gebracht ist. Natürlich kann die Stellung der Antimonidkomponente 6 und der Magnetpol 5 erwünschtenfalls vertauscht werden.
Beispiel 4
Dieses Beispiel erläutert die Konstruktion eines Radiometers, das heisst einer Vorrichtung zum Messen von Strahlungsintensität (siehe Fig. 2). Zu dieser wurde eine scheibenförmige Tablette 16 mit annähernd 12,7 mm Durchmesser und 1,587 mm Dicke aus einem kristallinen Pulver von Mangan-Chrom-Indium-Antimonid verwendet, bei der infolge des Herstellungsverfahrens die Richtungen leichter Magnetisierung, das heisst die tetragonalen Achsen, der winzigen das Pulver bildenden Kristalle in einem mittleren Winkel von ca. 60 zu den breiten Flächen der Tablette ausgerichtet waren. Eine kleine Menge Manganantimonid, Mn Sb, war willkürlich über die ganze Tablette verteilt. Diese Tablette wurde auf die Mitte des Wolframstabes 17 gekittet, der scharf zugespitzte Enden hatte.
Der Stab war vertikal zwischen zwei Kupferlagern 17 montiert, so dass die Tablette zwischen den Polen eines permanenten Magneten mit einer Feldstärke von ca. 4800 Oersted zentrisch eingestellt war. Wegen des Fehlens von Kristallanisotropie bezüglich der Magnetisierbarkeit des willkürlich orientierten Mn Sb nahm die Tablette eine derartige Lage ein, dass ihre breiten Flächen zur Mittellinie der Polschuhe parallel waren. Dann wurde eine Seite der Tablette unter Verwendung einer Mikroskopbeleuchtungsvorrichtung mit einer Lampe von 108 W beleuchtet.
Der Glühfaden der Lampe wurde auf die Oberfläche der Tablette scharf eingestellt. Unter diesen Bedingungen wurde beobachtet, dass sich die Tablette um einen Winkel von ca. 60 drehte. Wenn die Intensität der auf die Tablette fallenden Strahlung durch Einführen von Neutral-Lichtfiltern in den Lichtstrahl herabgesetzt wurde, nahm der Winkel, um den sich die Tablette gedreht hatte, stufenweise ab. Sie wurde durch Ausschalten des Lichtes in ihre Anfangslage zurückgebracht.
Demgemäss wurde die Intensität der auf die Tablette fallenden Strahlung durch den Winkel, um den sich die Tablette drehte, gemessen. Erwünschtenfalls kann zur Vorrichtung ein Zeiger oder ein optisches System zugefügt werden, wodurch es möglich wird, mit einer in geeigneter Weise geeichten Skala die Beleuchtungsintensität unmittelbar abzulesen.
Der Ablenkungswiderstand der Tablette kann erhöht und der zu messende Intensitätsbereich kann vergrössert werden, indem der Anteil an herkömmlichen magnetischen Material, z. B. Mn Sb in der Tablette höher gewählt wird oder geeignete mechanische Komponenten, wie z. B. Federn vorgesehen werden.
Beispiel 5
In diesem Beispiel wird ein Motor mit hin- und hergehender Bewegung erläutert (siehe Fig. 3). Eine Tablette 20 (ca. 0,33 g) aus Mangan-Chrom-Indium-Antimonid, hergestellt aus einem Gemisch, das die Elemente im atomaren Verhältnis 7,2 : 0,8 : 3,8 : 0,2 (untere Übergangstemperatur 80 C ; Temperatur der maximalen Sättigungsinduktion 120 OC) wurde an einem Ende eines Phenolformaldehydharzrohres 21 von 3,175 mm Durchmesser und 50,8 mm Länge befestigt. An dem anderen Ende des Rohres wurde eine ähnliche Tablette 22 aus Mn5Ge3 (Curietemperatur 45 "C) befestigt. Das die Tablette tragende Rohr wurde in der Mitte rechtwinklig an dem hinteren Ende eines ähnlichen 203,2 mm langen Rohres als Pendel 23 befestigt, so dass die Tabletten in der Ebene der Pendelschwingung lagen.
Ein Pol (ca. 25,4 mm breit) eines Hufeisenmagneten 24 mit einer Feldstärke von ca.
3 000 Oersted wurde so angebracht, dass die Polfläche sich ca. 6,35 mm unterhalb der Ruhelage des Pendels befand. Die Scheibe aus Mn5Ge3 wurde von dem magnetischen Pol angezogen, wodurch das Pendel aus der Vertikalen abgelenkt wurde. Zwei Projektionslampen 25 waren so angeordnet, dass das Licht von der einen auf die Mn5Ge0-Tablette fiel. Die Strahlung der Lampen hatte zur Folge, dass die Tabletten die Curietemperatur bzw. die untere Übergangstemperatur überschritten. Wenn dies eintrat, wurde die Mn5Ge3- Tablette nicht mehr von dem Magnetpol angezogen, während die Antimonid-Tablette von ihm angezogen und das Pendel in eine Lage (in Fig. 3 mit punktierten Linien angedeutet) angezogen wurde, in der die Antimonid-Tablette nahe der Polfläche war.
In dieser Lage wurden die Tabletten nicht mehr durch die Pr
Beispiel 6
Eine Registriervorrichtung, die anzeigt, ob eine vorher festgesetzte Temperatur erreicht worden ist, wurde als Transformator konstruiert. Der Kern dieses Transformators bestand aus einem Stab, der aus einem Material mit einer unteren Übergangstemperatur gleich annähernd der vorherbestimmten Temperatur bestand und zwischen die Enden eines Weicheisenjochs gebracht war. Eine primäre Magnetisierungsspule von 15 Windungen Kupferlackdraht von 1 mm 0 wurde um den Stab gewickelt und eine Sekundär- oder Abgabespule von ca. 100 Windungen aus Formvar-Kupferdraht von 0,12 mm $ wurde auf das Joch gewickelt. Wenn der Primärspule ein Strom von 1,3 Ampere bei einer Frequenz von 1000 Hertz zugeführt wurde, wurde eine Ausgangsspannung von 10,3 mV aus der Sekundärspule beobachtet.
Die Vorrichtung wurde der Strahlung einer Infrarotheizlampe während eines ausreichenden Zeitraumes ausgesetzt, um ihre Temperatur über die untere Übergangstemperatur zu erhöhen, worauf die Temperatur wieder auf Raumtemperatur herabgesetzt wurde. Die Ausbeute betrug jetzt 25,0 mV. Damit brachte die Einwirkung der erhöhten Temperatur eine Ausbeutesteigerung von 14,7 mV. Durch Anlegen eines elektrischen Feldes mit 60 Hertz an die Primärseite wurde der Transformator in seinen ursprünglichen Zustand zurückgebracht und konnte wieder verwendet werden um anzuzeigen, wenn er hohen Temperaturen ausgesetzt wurde. Die Erhöhung der Ausbeute, die während des Zeitraumes der Temperaturerhöhung eintritt, kann auch als unmittelbare Temperaturanzeige verwendet werden.
Der oben beschriebene temperaturempfindliche Transformator kann verwendet werden, um irgendeine gewünschte Massnahme oder Folge von Massnahmen einzuleiten. Z. B. kann ein derartiger Transformator verwendet werden, um den dem Heizelement eines Ofens zugeführten Strom zu regeln und dient dann als Thermostat für den Ofen.
Beispiel 7
Dieses Beispiel betrifft Einrichtungen, in denen ein Bauteil aus einer magnetischen Zusammensetzung der oben beschriebenen Art verwendet wird. Die Magnetisierungs-Temperaturkurven derartiger Zusammensetzungen zeigen bei Temperaturveränderung entweder ein deutliches Maximum (Type A) oder ein deutliches Minimum (Type B) der Sättigungsinduktion (siehe Figur 4). Diese Materialien können beispielsweise in Einrichtungen verwendet werden, die einen konstanten Temperaturunterschied zwischen zwei Kammern aufrechterhalten oder die bei Temperaturveränderungen in einer Kammer damit in Beziehung stehende Temperaturver änderungen in einer anderen Kammer bewirken.
Eine derartige Einrichtung ist in Fig. 5 gezeigt. In dieser Figur sind zwei Kammern 26 und 27 so isoliert, dass eine Wärmeübertragung an die Umgebung verhindert wird, und so angeordnet, dass ihre seitlichen Öffnungen einander benachbart sind. Ein in der Mitte schwenkbar gelagerter nichtmagnetischer Stab 28 ist zwischen den Kammern angeordnet und ragt mit seinen Enden in je eine der Kammern hinein. An den Enden trägt der Stab aus einer magnetischen Zusammensetzung bestehende Scheiben 29, die im Bereich von Magnetpolen 30 angeordnet sind. Zwischen den Scheiben und den Magnetspulen sind Anschläge 31 angeordnet, die ein übermässig starkes Kippen des Stabes verhindern.
Das in der Kammer 27 angeordnete Ende des Stabes betätigt einen Schalter 32, der über ein Relais 33 einen Heizkörper 34 steuert. Der Kontakt des Schalters 32 kann sich in der Stellung (a) oder (b) befinden, und das Relais 33 kann als Arbeitskontaktrelais (wie dargestellt) oder als Ruhekontaktrelais ausgebildet sein. Die Temperatur in der Kammer 26 wird durch den Heizkörper 35 gesteuert, der durch den thermostatischen Schalter 36 betätigt wird.
In einer Einrichtung wurde ein Material der Type B verwendet, das aus einem Gemisch von 1 Gewichtsteil MnsGes und 2,5 Teilen Chrom-Mangan-Indium Antimonid (erzeugt durch Erhitzung der Elemente in dem durch die Formel Cr0,5Mn75In0,2Sb3,8 ausgedrück- ten Verhältnis) bestand. Die Sättigungsinduktionskurve dieser Zusammensetzung zeigte ein deutliches Minimum bei etwa 45 "C. Diese Einrichtung wurde in einer Versuchsreihe (Versuche 1-3, Tabelle 6) verwendet, wobei das Relais 33 als Ruhekontaktrelais angeordnet war und sich der Kontakt des Schalters 32 in der Stellung (a) befand. Der Thermostat wurde so eingestellt, dass er in der Kammer 26 die in der Tabelle angegebene Temperatur T1 (Fig. 4) aufrechterhielt.
Der Schalter 32 wurde von Hand geschlossen, um den Heizkörper in der Kammer 27 einzuschalten, bis eine Temperatur im Bereich der erwünschten Steuertemperatur T2 erreicht war. Die bei verschiedenen Temperaturen in der Kammer 26 von der Einrichtung in der Kammer 27 aufrechterhaltene Temperatur ist in der Tabelle 6 angegeben.
In einer zweiten Versuchsreihe (Versuche 4 und 5), (Tabelle VI) war der Relaisschalter 33 ein Arbeitskontakt und befand sich der Kontakt des Schalters 32 in der Stellung (b). Während dieser Versuche wurden die Temperaturen in beiden Kammern 26 und 27 im Bereich von T1 der Fig. 4 gehalten, d. h. unter der Temperatur für das Minimum. Bei Anwendung desselben Aufheizverfahrens wie in den Versuchen 1-3 hält die in den Versuchen 4 und 5 verwendete Einrichtung in der Kammer 27 Temperaturen im Bereich von T9 aufrecht.
Tabelle 6
Versuchs- Temperatur aufrechterhalten in
Nummer Kammer 26 Kammer 27
1 24 OC 69 "C
2 30 OC 64 OC
3 32 CC 58 "C
4 30 "C 30 "C
5 35 "C 35 OC
Beispiel 8
Dieses Beispiel beschreibt die Ausbildung einer magnetischen Waage, die zur Bestimmung der Veränderung der magnetischen Ansprache bei einer Temperaturveränderung eines magnetischen Materials verwendet wurde. Durch einfache Abänderung kann die Waage natürlich auch für andere Zwecke eingerichtet werden.
Gemäss Fig. 6 besteht die Waage aus einem Hebel mit einem Drehpunkt 11. Das eine Ende des Hebels besteht aus einem Rohr 9 aus nichtmagnetischem Material, beispielsweise Glas. Durch die Mitte dieses Rohres führen die Zuleitungen 10 eines Thermoelementes. Das andere Ende des Hebels besteht aus einem Stab, der verstellbare Gewichte 15 trägt. Eine übermässige Bewegung des Hebels wird durch Anschläge 14 verhindert. Auf das offene Ende des Rohres 9 wird eine satt passende Kappe, welche das magnetische Material 8 trägt, in einer solchen Stellung aufgesetzt, dass das Thermoelement mit dem magnetischen Material in Berührung steht. Dieses Ende des Hebels mit der daran angebrachten magnetischen Komponente wird in eine Kammer 13 eingebracht, die je nach dem zu verwendenden Temperaturbereich auf übliche Weise geheizt oder gekühlt werden kann.
Ausserhalb dieser Kammer werden Magnetpole 12 in nächster Nähe des magnetischen Materials so angeordnet, dass das magnetische Material einem ungleichförmigen Magnetfeld ausgesetzt ist.
Im Betrieb werden die Gewichte 15 so lange verstellt, bis die von dem Magnetfeld auf das magnetische Material 8 ausgeübte Anziehungskraft eben ausgeglichen ist. Dann wird die Temperatur des magnetischen Materials verändert und werden die Gewichte erneut eingestellt. Durch Wiederholung dieses Vorganges bei verschiedenen Temperaturen kann die Wirkung der Temperatur auf die von dem Feld auf das magnetische Material ausgeübte Anziehungskraft bestimmt werden.
Wenn man an einem der Anschläge 14 einen elektrischen Kontakt anbringt und über den Hebel einen Stromkreis schliesst, kann die Einrichtung in einen temperaturabhängigen Schalter umgewandelt werden. Dieser Schalter hält die Temperatur des Raumes, in dem das magnetische Material angeordnet ist, beispielsweise der Kammer 13, innerhalb der gewünschten Grenzen.
Beispiel 9
Dieses Beispiel erläutert eine Einrichtung zur Wärmeübertragung, wobei die Einrichtung eine Art Wärmepumpe bildet.
In der Einrichtung nach diesem Beispiel wird als Wärmeübertragungsmedium eine Komponente verwendet, die bei einem Übergang erster Ordnung von einer festen Phase in eine andere feste Phase eine relativ grosse Veränderung der inneren Energie erfährt. Ferner umfasst die Einrichtung magnetische Mittel zur zyklischen Herbeiführung dieser Umwandlung in einer solchen Richtung, dass die Temperatur der Substanz gesenkt wird, wenn die eine feste Phase erreicht ist, und die Temperatur erhöht wird, wenn die andere feste Phase erreicht ist. Dabei ist der einen Festzustandsphase eine Wärmequelle und der zweiten Festzustandsphase ein Wärmeaufnahmeorgan zugeordnet, um bezüglich der Substanz nacheinander einen Wärmetransport zu bewirken.
Die als Wärmeübertragungsmedium verwendete und nachstehend einfach als Träger bezeichnete Komponente ist metallischer Art und kann unter dem Einfluss eines magnetischen Feldes geeigneter Stärke wenigstens teilweise eine Umwandlung erster Ordnung von einer festen Phase in eine andere feste Phase erfahren.
Wenn das magnetische Feld genügend stark ist, kann es die vollständige Umwandlung bewirken. Auch etwas schwächere Felder können jedoch die vollständige Umwandlung verursachen, wenn das Feld so stark ist, dass es die Umwandlung einleitet, die dann durch die Wärmeübertragung zwischen der Substanz und ihrer Umgebung vollständig durchgeführt wird. Infolgedessen kann eine Wärmeübertragung hinsichtlich der Substanz des Trägers praktisch isotherm erfolgen, wenn man zum Ausgleich der der Umwandlung zugeordneten latenten Wärme vorzugsweise während der Umwandlung oder sofort anschliessend eine Wärmezufuhr oder -abfuhr bewirkt, so dass die Verluste nach aussen auf ein Minimum reduziert werden.
In beiden Fällen setzt das die Umwandlung herbeiführende Magnetfeld die Temperatur der Trägersubstanz zu Beginn herab, so dass die zur Durchführung der Wärmeübertragung erforderliche Temperaturdifferenz erzeugt wird.
Gleichzeitig mit der Umwandlung erfolgt eine Ver änderung des magnetischen Zustandes, wobei das Material aus dem paramagnetischen oder anti-ferromagnetischen in den ferromagnetischen oder ferrimagnetischen Zustand übergeht. Manchmal sind die magnetischen Zustände schwer zu bestimmen. Es scheint, dass in einem Körper gelegentlich verschiedene magnetische Zustände in begrenzten Bereichen nebeneinander bestehen können. In Substanzen, in denen die Umwandlug in einem relativ breiten Bereich der magnetischen Feldstärke erfolgt, kann die Umwandlung von einem magnetischen Zustand in einen anderen ganz allmählich erfolgen, so dass der wahrnehmbare Fortschritt undeutlich und schwer zu bestimmen ist. Die Ursachen dieser Erscheinungen können in der nichthomogenen Zusammensetzung eines Körpers oder in der Fortdauer von metastabilen Zuständen liegen.
Wahrscheinlich gibt es noch andere Ursachen, die noch nicht erkannt sind.
Trotzdem bewirkt ein magnetisches Feld in allen diesen Substanzen eine Umwandlung, wenn auch etwas stärkere Felder als bei idealen Körpern erforderlich sind.
Dies ist für die Zwecke der Vorrichtung kein Nachteil, weil die magnetischen Zustände an sich für die Wirkung nach aussen völlig nebensächlich sind, mit Ausnahme des Sonderfalles der Anwendung der magnetischen Anziehung zur Förderung des Trägers aus der Wärmeübertragungsbeziehung mit einer Wärmequelle zu einer Wärmeübertragungsbeziehung mit einem Wärmeaufnahmeorgan. In diesem Fall muss natürlich ein relativ scharfer Unterschied zwischen den magnetischen Eigenschaften auf der einen und den magnetischen Eigenschaften auf der anderen Seite der Umwandlung vorhanden sein. Dies wird nachstehend an Hand der in Fig. 7 und 8 gezeigten Ausführungsform erläutert.
In einer Substanz, die eine Umwandlung erster Ordnung erfährt, findet stets eine Veränderung der inneren Energie statt. Diese Veränderung drückt sich in einer latenten Wärme aus, die in dem Zustand des Trägers, in dem dieser einen geringeren inneren Energiegehalt hat, als fühlbare Wärme verfügbar wird, die durch Leitung und andere Arten der Wärmeübertragung an ein benachbartes Wärmeaufnahmeorgan abgegeben werden kann, zu dem ein positives Wärmegefälle besteht.
Wenn der Träger jenseits des Umwandlungspunktes einen höheren inneren Energiegehalt hat, trachtet der Träger, aus seiner Umgebung Wärme aufzunehmen, so dass er einer Wärmequelle, zu der ein negatives Wärmegefälle vorhanden ist, Wärme entzieht. Auf diese Weise wird eine Wärmepumpwirkung erhalten, die bei entsprechend gewählten Konstruktionsbedingungen zum Heizen und Kühlen verwendet werden kann.
Zusammensetzungen von im wesentlichen vier chemischen Elementen haben sich als sehr wirksame Träger erwiesen. Derartige quaternäre Zusammensetzun gen enthalten gewöhnlich 5-35 Atomprozent Antimon,
35-70 Atomprozent Mangan, 0,8-25 Atomprozent wenigstens eines der Metalle Chrom und Vanadin und
0-30 Atomprozent wenigstens eines der Elemente der
Gruppen II-IV des periodischen Systems, insbeson dere Gallium, Indium, Cadmium, Blei, Thallium, Zinn, Zirkon, Scandium, Yttrium, Magnesium und Zink, wo bei die Anteile so gewählt sind, dass sie insgesamt
1000/o ergeben.
Andere Substanzen, die den vorstehend angegebenen, an einen Träger zu stellenden Anforderungen genügen, beispielsweise Materialien, die eine Umwandlung erster Ordnung im umgekehrten Sinn erfahren, d. h. beim Übergang aus einem magnetischen in einen nichtmagnetischen Zustand einen Temperaturanstieg erfahren, können ebenfalls verwendet werden.
Ein Beispiel einer ternären Zusammensetzung, welche bei einer Umwandlung erster Ordnung eine Veränderung der fühlbaren Temperatur zeigt, ist ein Einkri stall von 8 g mit der Zusammensetzung 45,62 /o Mn, 2,250/o Cr, 0,120/o In und 52,01ovo Sb. Wenn dieser Kristall plötzlich zwischen die Pole eines Dauermagneten mit einer Feldstärke von 5000 Oersted eingeschoben wurde, nahm die Temperatur des Kristalls, die mit einem an dem Kristall angebrachten Thermoelement gemessen wurde, um 0,67 OC ab. Dies zeigte, dass der innere Energiegehalt der den Kristall bildenden Substanz erhöht worden war und der Kristall seiner Umgebung Wärme entzog.
In einem zweiten Versuch wurde ein Mangan Chrom-Antimonid verwendet, das 45,540/o Mn, 2,8 101o Cr und 5 1,6701o Sb enthielt und dessen Temperatur bei plötzlicher Einwirkung desselben magnetischen Feldes um 1 "C sank.
Eine einfache Konstruktion einer Wärmepumpe, mit der die vorstehenden Versuchsergebnisse in etwas grösserem Masstab erzielt werden können, ist in Fig. 7 dargestellt. Hier besteht die magnetische Komponente aus einem hin- und herbewegbaren Körper 1 aus einem Material, das unter dem Einfluss eines magnetischen Feldes eine Umwandlung erster Ordnung, wie vorstehend beschrieben, erfährt. In diesem Fall ist es zweckmässig, einen zylindrischen Körper zu verwenden, doch ist dies nicht wesentlich. Das gewählte Material war in einem magnetischen Feld stark magnetisch und in Abwesenheit eines Feldes im wesentlichen nichtmagnetisch, so dass diese Erscheinung dazu verwendet werden konnte, den Körper unter dem Einfluss eines Magnetfeldes von dem untersten Wärmespeicher 5 in Berührung mit dem oberen Wärmespeicher 4 zu bewegen, der vertikal über 5 angeordnet war.
Dieses Magnetfeld wird durch eine Kupferspule 3 erzeugt, die näher bei dem Speicher 4 als bei dem Speicher 5 angeordnet ist. Wie dargestellt, sind die Wärmespeicher 4 und 5 einfache massive Metallplatten aus einer nichtmagnetischen Substanz wie beispielsweise Kupfer. Da der Körper 1 in einem seiner beiden Zustände magnetisch war, wurde zwischen dem Körper 1 und der Spule 3 eine Sperre in Form eines zwischen den Speichern angeordneten Rohres 2 aus Polytetrafluoräthylenharz vorgesehen.
Wenn sich im Betrieb zu Beginn alle Teile auf derselben Temperatur befinden und dann die Spule 3 von einem genügend starken elektrischen Strom durchflossen wird, wirkt auf den Körper 1 ein Magnetfeld ein, so dass die Substanz ihre Umwandlung erster Ordnung erfährt und die fühlbare Wärme des Körpers herabge setzt wird. Der jetzt in seinen magnetischen Zustand überführte Körper wird unter dem Einfluss des nicht kompensierten Feldes der Spule 3 in 2 angehoben, bis er an der Unterseite des Wärmespeichers 4 anstösst, mit dem er in satter Berührung verbleibt so dass dem Speicher 4, der nach der üblichen thermodynamischen Terminologie eine Wärmequelle darstellt, Wärme durch Wärmeleitung entzogen wird. Nach einer gewissen Zeit, während der die Temperatur der Wärmequelle 4 zu der des Körpers 1 hin absinkt, wird der Stromfluss durch die Spule 3 abgeschaltet.
Sofort erfährt das Material des Körpers 1 die Umwandlung in seinen anderen (nichtmagnetischen Zustand), worauf der innere Energiebedarf sinkt, so dass die fühlbare Temperatur über die des anfänglichen Gleichgewichtszustandes steigt. Gleichzeitig fällt der Körper 1 unter dem Einfluss der Schwerkraft in seine Ausgangsstellung herunter, in der er auf der Oberseite des Speichers 5 aufliegt, der jetzt ein Wärmeaufnahmeorgan ist, dem von dem Körper 1 Wärme durch Wärmeleitung übertragen wird. Nach einer gewissen Zeit der Wärmeübertragung von dem Träger wird das Spiel wiederholt.
In einer nach Fig. 7 ausgebildeten Versuchseinrichtung wurde ein zylindrischer Körper 1 mit einem Durchmesser von 7 mm und einer Länge von 9 mm verwendet, der aus der folgenden quaternären Zusammensetzung bestand (alle Angaben in Gewichtsprozent): Mn 45,620/o, Cr. 2,250/o, In 0,120/o, Sb 52,010/o.
Der Körper 1 wurde in ein vertikal angeordnetes Polyäthylenrohr 2 mit einem Innendurchmesser von 10 mm und einer Länge von 15 mm eingesetzt, dessen Enden oben und unten mit Kupferplatten bedeckt waren, die der Wärmequelle 4 und der wärmeaufnehmenden Einrichtung 5 entsprechen. Die Einrichtung wurde in ein horizontales Magnetfeld von etwa 7000 Oersted eingesetzt, das von einem Elektromagnet erzeugt wurde.
Die Einrichtung wurde in einem Kreisprozess von 10 Minuten Dauer betrieben. Dabei war die Spule 3 fünf Minuten lang stromdurchflossen und 5 Minuten lang stromlos. Selbst unter diesen relativ ungünstigen Betriebsbedingungen wurde die Temperatur der Platte 4 fortschreitend herabgesetzt, bis nach 50 Minuten die gemessene Temperatur der Platte 4 um 1,5" niedriger war als die der Platte 5.
Bei Abwesenheit der auf die Durchführung der Umwandlung erster Ordnung des Trägers in wechselnden Richtungen zurückzuführenden Kühlwirkung genügte die von dem Magneten infolge von Widerstandsverlusten und dergleichen freigesetzte Wärme, um die Temperatur der Platte 4 infolge der unsymmetrischen Anordnung der Spule 3 um 1 "C über der der unteren Platte 5 zu halten. Es versteht sich, dass gegebenenfalls der Körper 1 zyklisch von dem Wärmeaufnahmeorgan 5 zu der Wärmequelle 4 bewegt werden kann, wenn an dem Körper ähnlich wie bei einem Kolben mit Kolbenstange eine mechanisch angetriebene, starre Stange angebracht und in einem geeigneten Gleitlager in einer oder beiden der Platten geführt wird, so dass die magnetisch erzeugte hin- und hergehende Bewegung überflüssig wird. In diesem Fall kann auch das Rohr 2 entfallen.
Das Führungsrohr kann auch bei magnetischem Heben weggelassen werden, wenn der Körper 1 einfach auf einem starren Draht oder einer starren Stange verschiebbar und dieser Draht oder diese Stange zentrisch zu der Wärmequelle 4 und dem Wärmeaufnahmeorgan 5 angeordnet ist. In diesem Fall ist der Körper 1 mit einer Längsbohrung versehen, durch die sich die Stange erstreckt.
Beispiel 10
Es ist ferner möglich, die Umwandlungspunkte von als Träger verwendeten Substanzen durch eine entsprechende Veränderung der chemischen Zusammensetzungen so zu verlagern, dass die in Beispiel 11 beschriebene Umwandlung erster Ordnung in verschiedenen Trägern bei Einwirkung derselben oder annähernd derselben Magnetfelder bei fortschreitend abgestuften Temperaturen erfolgt. Auf diese Weise ist eine mehrstufige Wärmeübertragung in mehreren Stufen und daher in einem viel grösseren Bereich möglich, indem eine Anzahl von einzelnen Wärmepumpen in Kaskaden geschaltet werden. Fig. 8 zeigt eine derartige Anordnung von vier Stufen, die aus je einer Pumpe nach Fig. 7 bestehen.
In Fig. 8 ist angenommen, dass die kalte Wärmequelle die oberste Platte 8 der Reihe ist, während das heisse Wärmeaufnahmeorgan 9 unten angeordnet ist.
Die verschiedenen Stufen sind mit A, B, C und D bezeichnet. Die Zusammensetzungen der Träger dieser Stufen sind so gewählt, dass sie in der angegebenen Reihenfolge von oben nach unten fortschreitend höhere Umwandlungstemperaturen haben. Bei sorgfältiger Einstellung der Analyse der vorstehend beschriebenen quaternären Zusammensetzungen hat es sich als möglich erwiesen, ein im wesentlichen kontinuierliches Spektrum der Umwandlungstemperaturwerte in Abständen von 3-5 OC von Stufe zu Stufe zu erhalten, so dass bei der Erzeugung im wesentlichen desselben Magnetfeldes durch die zugeordneten Spulen nacheinander Wärme von der jeweils höheren Einheit zu der nächst niederen Einheit übertragen wird.
Unter diesen Umständen können gegebenenfalls alle Spulen elektrisch hintereinandergeschaltet werden oder die Spulen können zur leichteren Anpassung der Felder an die Umwandlungstemperaturen einzeln gespeist werden. Auch die Trägerkörper der einzelnen Stufen können gegebenenfalls gemeinsam in jeder anderen zweckmässigen zeitlichen Reihenfolge magnetisch gehoben werden, weil die einzelnen Platten vorübergehend als Wärmespeicher genügender Kapazität wirken, so dass dies kein kritischer Faktor ist.
Beispiel 11
In den Beispielen 9 und 10 wurden ortsfeste Wärmespeicher und ein begweglicher Träger verwendet.
Das Wärmepumpen kann aber ebensogut dadurch bewirkt werden, dass ein in dem Speicher befindliches strömungsfähiges Medium relativ zu dem Träger bewegt wird. Eine einstufige Anordnung dieser Art ist in Fig. 9 gezeigt.
Hier bestehen die strömungsfähigen Medien aus zwei Flüssigkeiten, von denen jede einen Umwälzkreis besitzt und eine nach der andern durch einen ortsfesten Träger 12 gepumpt wird, die in zeitlicher Abstimmung mit dem Pumpvorgang unter der Wirkung eines Magnetfeldes eine Umwandlung erfährt, so dass abwechselnd zunächst die eine Flüssigkeit gekühlt wird, so dass sie eine Wärmequelle bildet, und dann die andere Flüssigkeit erhitzt wird, so dass sie zum Wärmeaufnahmeorgan wird.
Gemäss Fig. 10 besteht der Träger 12 vorzugsweise aus einer Masse einer körnigen Substanz, die eine Korngrösse der Grössenordnung von 4 Maschen pro cm hat und in einem Behälter 14 gehalten wird, der wenigstens oben und unten aus ebenen Flächen besteht, so dass es gemäss Fig. 9 und 10 in nächster Nähe der einander entgegengesetzten Polflächen des Elektromagneten 15 angeordnet werden kann. An entgegengesetzten Enden von 14 angeordnete Siebe 16 und 17 halten den Träger fest, gestatten aber einen relativ freien Durchtritt von strömungsfähigen Medien. Eine Öffnung 18 ist mit dem Dreiweghahn 19 und eine andere Öffnung 20 mit dem Dreiweghahn 21 verbunden.
Der kalte Speicher 24, d. h. der kalte Flüssigkeit enthaltende Speicher wird mit Flüssigkeit gespeist, die von der Pumpe 27 im Uhrzeigersinn aus dem Behälter 14 durch den Hahn 19 angesaugt und über die Leitung 28 dem Speicher zugeführt wird. Während der gleichen Zeit steht der kalte Speicher 24 über den Hahn 21 und die Öffnung 20 mit dem Behälter 14 in Verbindung, so dass die kalte Flüssigkeit in 14 zurückgeführt wird.
In ähnlicher Weise nimmt der warme Speicher (das Wärmeaufnahmeorgan) 29, d. h. der die warme H;lüssig- keit aufnehmende Speicher, die Flüssigkeit auf, die von der Pumpe 30 im Gegensinn des Uhrzeigers über den Hahn 21 aus dem Behälter 14 gesaugt wird, wobei die Druckseite der Pumpe 30 an die Leitung 31 angeschlossen ist. Diese Flüssigkeit wird über den oberen Durchlass des Hahns 19 und die Öffnung 18 in den Behälter 14 umgewälzt, wenn dieser Weg während der folgenden Halbperiode offen ist.
Die elektrische Schaltung für die Ausführungsform nach Fig. 9 ist ganz einfach. Sie besteht aus den Spulen 33 und 34, die hintereinander um die entgegengesetzten Pole von 15 gewickelt und über einen einpoligen Ein- und Ausschalter 36 an eine Gleichstromquelle 35 angeschlossen sind. Synchron mit der Drehung der Dreiweghähne 19 und 21 aus ihren in Fig. 9 gezeigten, in die schematisch strichliert angedeuteten entgegengesetzten Stellungen wird der Schalter 36 durch eine übliche Zeitsteuerung 37 während vorgewählter Zeitabschnitte abwechselnd geschlossen und geöffnet.
Wenn im Betrieb die Dreiweghähne 19 und 21 die Stellung nach Fig. 9 einnehmen und durch Einschalten des Stromflusses durch die Wicklungen 33 und 34 ein genügend starkes Magnetfeld auf den Träger zur Einwirkung gebracht wird, erfährt dieser eine Umwandlung, wobei seine Temperatur sinkt und der von der Pumpe 27 durch die Leitung 28 geförderten Flüssigkeit Wärme entzieht. Wenn nach einem zum Temperaturausgleich zwischen der kalten Flüssigkeit und dem Träger 12 fast ausreichenden Zeitabschnitt der Strom abgeschaltet wird, erfährt der Träger die Umwandlung in der entgegengesetzten Richtung. Da sich die Hähne 19 und 21 dann in der der Fig. 9 entgegengesetzten Stellung befinden, fördert die Pumpe heisse Flüssigkeit aus dem Speicher 29 durch den Träger 12, den Hahn 21 und die Rückleitung 31, so dass dem Träger Wärme entzogen wird.
Nach einem entsprechenden Zeitabschnitt wird der kalte Speicher 24 wieder eingeschaltet und das ganze Spiel wiederholt, so dass während aufeinanderfolgender Zeitabschnitte dem kalten Medium Wärme entzogen und dem warmen Medium zugeführt wird.
Hinsichtlich der kalten Wärmequelle und des warmen Wärmeaufnahmeorgans wird die Ausführungsform nach Fig. 9-11 intermittierend betrieben. Wenn jedoch zwei getrennte Träger parallelgeschaltet und Schalter zur Steuerung der Flüssigkeitsströmung abwechselnd geschaltet werden, erhält man einen kontinuierlichen Betrieb, wobei der eine Träger Wärme entzieht und der andere gleichzeitig Wärme abgibt.
Die Förderung von Flüssigkeit in einem geschlossenen Kreislauf, wie sie für die Ausführungsform nach Fig. 9-11 beschrieben wurde, eignet sich besonders für die einstufige Wärmeübertragung, doch kann auch eine Kaskadenschaltung der in Fig. 8 gezeigten Art angewendet werden, wenn ein mehrstufiges Arbeiten erwünscht ist. Für diesen Fall ist jedoch ein etwas einfacheres System möglich, in dem eine einfache umsteuerbare Pumpe verwendet und die Flüssigkeit durch den ortsfesten Träger in dessen Gehäuse vor- und rückwärts bewegt und von einem heissen bzw. einem kalten Speicher aufgenommen wird, die jenseits der entgegengesetzten Enden des Gehäuses angeordnet sind. Jeder Speicher kann mit Wärmeübertragungs-Rohrschlangen versehen sein, die einen indirekten Wärmetausch zur Kühlung bzw. Erhitzung der hin- und herströmenden Flüssigkeit ermöglichen.
Zur Aufrechterhaltung einer scharfen Unterscheidung zwischen der kalten und der heissen Flüssigkeit können zwei miteinander nicht mischbare Flüssigkeiten gleichzeitig verwendet werden, von denen die eine nur zum Wärmetausch bei hoher Temperatur und die andere nur zum Wärmetausch bei niedriger Temperatur dient, wobei jede von ihnen in einer solchen Menge vorhanden ist, dass während jeder Halbperiode eine kontinuierliche Wärmeübertragung erfolgen kann.
Ein stufenweises Arbeiten ist ferner möglich, wenn ein einstückiger Träger hergestellt wird, dessen Zusammensetzung sich über seine Länge fortschreitend derart ändert, dass eine temperaturverändernde Umwandlung entweder unter dem Einfluss eines einzigen Magnetfeldes oder von mehreren aufeinanderfolgenden, längs des Trägers in Abständen voneinander angeordneten Magnetfeldern erhalten wird, so dass der Gesamtbereich der Wärmeübertragung proportional erweitert wird.
Es versteht sich, dass im Rahmen der Erfindung verschiedene Typen und Kombinationen von festen und beweglichen Trägern mit ortsfesten oder beweglichen Wärmequellen und Wärmeaufnahmemitteln verwendet werden können, unter anderem unter Anwendung der Wirbelschichttechnik und Feststoffmitnahme.
Verschiedene erwünschte Steuerwirkungen können ferner durch Einsatz von magnetischen Abschirmungen zwischen den Magnetpolen und dem Träger erzielt werden, wobei dieser Einsatz zyklisch oder nach einem bestimmten, festgelegten Schema erfolgen kann.
Das Verfahren und die Einrichtungen nach diesen Ausführungsbeispielen können auch in anderer Weise im Rahmen des Erfindungsgedankens in weitem Umfang abgeändert werden.
Beispiel 12
Dieses Beispiel erläutert einen temperaturabhängigen Induktor, der einen wenigstens teilweise aus der magnetischen Komponente bestehenden Kern und einen um diesen Kern gewickelten elektrischen Leiter aufweist.
Die in den Induktoren nach diesem Beispiel als temperaturabhängige Elemente verwendeten Substanzen haben die Eigenschaft, dass sie bei einem temperaturabhängigen Übergang erster Ordnung aus einer festen Phase in eine andere feste Phase, z. B. aus einem paramagnetischen oder anüferromagnetischen Zustand in einem ferromagnetischen oder ferrimagnetischen Zustand überführt werden. Der Übergang erster Ordnung kann bei vorgewählten Temperaturen inner nären Antimonide unterhalb des Umwandlungspunktes im wesentlichen nichtmagnetisch und haben dann praktisch die Permeabilität 1. Wenn das Material erhitzt wird und die Magnetisierung zunimmt, steigt die Permeabilität jedoch auf 20-30 oder noch mehr.
Wenn sich das Material im magnetischen Zustand befindet, ähnelt sein Verhalten den meisten bekannten magnetischen Materialien insofern, als die Permeabilität nicht nur durch die magnetische und Wärmegeschichte und ähnliche Faktoren, sondern auch durch die Feldstärke beeinflusst wird.
In einem Induktor mit einem Kern aus magnetischem Material kann die Induktivität L wie folgt ausgedrückt werden:
L = KN2
Dabei ist
L = Induktivität in Henry
N = Windungszahl des den Kern umgebenden
Leiters = u = Permeabilität des magnetischen Kerns und
K = von der geometrischen Gestalt des Induktors abhängige Konstante.
Wenn in diesem Beispiel ein magnetischer Kern verwendet wird, dessen Permeabilität eine Funktion der Temperatur ist, = = f(T), dann ist die Induktivität L = KN2f(T), bzw. wenn die Permeabilitätsfunktion wie im vorliegenden Fall linear ist, L = KkN2T.
Die vorstehend erwähnten magnetischen Antimonide sind magnetisch anisotropisch und haben daher eine bevorzugte Richtung der Magnetisierung, die bei Temperaturen über etwa -20 "C im wesentlichen längs der c-Achse des Einkristallmaterials verläuft, bei etwas unter diesem Wert liegenden Temperaturen allmählich in die a-Ebene übergeht und unter etwa -50 OC im wesentlichen vollständig in der a-Ebene liegt. Daher ist es vorteilhaft, wenn diese Materialien in dem Kern so angeordnet sind, dass die Richtung der Kraftlinien im wesentlichen mit der bei der Verwendungstemperatur bevorzugten Magnetisierungsrichtung übereinstimmt.
Die beschriebene Orientierung ist mit Hilfe bekannter Verfahren ohne weiteres erzielbar, beispielsweise indem Antimonidteilchen in einem Starken Magnetfeld geradlinig aneinandergereiht und dann mit einem geeigneten magnetischen Bindemittel zu einem einheitlichen Körper vereinigt werden. Vorzugsweise werden jedoch Einkristalle verwendet, die mit Hilfe von Kristallzieh- oder ähnlichen Vorrichtungen in vorgewählten Abmessungen geformt wurden, weil diese Einkristalle die höchsten Permeabilitätswerte besitzen.
Fig. 12 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines Induktors zur Erzielung einer temperaturabhängigen Wirkung gemäss dem vorliegenden Beispiel. In diesem Fall weist der Kern zwei hufeisenförmige Stücke aus Siliciumeisenband 10 und 11 mit einem Rechteckquerschnitt von 12,7 x 19 mm auf, zwischen deren einander entgegengesetzte Enden in Berührung mit ihnen zwei aus einer Antimonidzusammensetzung 12 und 14 bestehende Stücke mit einer Stärke von 2,5 mm eingesetzt werden. Das Antimonidmaterial der Einsätze hatte in Atomanteilen folgende Analyse:
0,4 Chrom
7,6 Mangan
3,99 Antimon
0,01 Indium
Die Wicklung des Induktors war zweckmässig in Form von zwei hintereinandergeschalteten Spulen 15 und 16 zu je 1000 Windungen vorgesehen, die über je einem geraden Teil der Hufeisenstücke und über den Einsätzen 12 und 14 angeordnet waren. Die Wicklungsanordnung ist jedoch nicht kritisch.
Wenn beispielsweise zur besseren Wärmeübertragung eine freie Zugänglichkeit der Einsätze 12 und 14 von aussen erwünscht ist, können die Wicklungen in anderen Bereichen angeordnet werden.
Die Induktivitäts-Temperatur-Kennlinie des Induktors der Fig. 12 wurde mit Hilfe eines temperaturgeregelten Ölbades und einer Impedanzbrücke der Type General Radio 1650-A bestimmt. Diese Brücke wurde mit 110 Volt, 60 Hz, gespeist. Die Kennlinie ist in Fig. 13 dargestellt und zeigt deutlich eine Temperaturabhängigkeit, die besagt, dass dieser Induktor für eine Temperaturmessung im Bereich von etwa 40-60 OC geeignet ist. Man kann Antimonidzusammensetzungen mit verschiedenen Analysen herstellen, die Umwandlungen in verschiedenen, vorgewählten Temperaturbereichen erfahren, so dass temperaturabhängige Wirkungen in einem weiten Bereich für bestimmte Anwendungszwekke zur Verfügung stehen.
Beispiel 13
Fig. 14 zeigt die Schaltung eines Temperaturreglers mit einer Brücke und dem temperaturabhängigen Induktor der Fig. 12, der mit 18 bezeichnet ist. Der Induktor ist in einem Ölbad 19 angeordnet, das mit Hilfe eines in dem Öl eingetauchten Heizkörpers 20, der über die Zuleitungen 21 und 22 und den relaisbetätigten Schalter 23 mit 110 V, 60 Hz, gespeist wird, auf einer gegebenen Temperatur gehalten werden soll.
Der Induktor 18 ist in Brückenschaltung mit einem Induktor 26 angeordnet, der mit 18 identisch ist, mit der Ausnahme, dass die Antimonideinsätze durch Luftspalte ersetzt sind. Zur Vervollständigung der Brückenschaltung ist auf der einen Seite ein Ausgleichspotentiometer 27 und auf der anderen ein phasenempfindlicher Verstärker 28 (beispielsweise ein einstufiger Transistorverstärker, dessen Kollektor mit Wechselstrom von 60 Hz gespeist wird) eingeschaltet, der über Erde die Relaisspule 29 des Schalters 23 speist. Schliesslich wird die Brücke von der Sekundärwicklung des Abwärtstransformators 30 (12 Volt-Sekundärwicklung) gespeist, dessen Primärwicklung an das übliche Netz von 110 V, 60 Hz angeschlossen ist.
Eine typische Eichkurve der Temperatur in Abhängigkeit von der Potentiometereinstellung (nach einem willkürlich gewählten Masstab) für die Einrichtung nach Fig. 14 ist in Fig. 15 gezeigt. Nach dieser Kurve kann jede Temperatur in dem Bereich der Temperaturabhängigkeit der Einrichtung durch eine geeignete Einstellung der Anzapfung des Widerstandes 27 gewählt werden.
Mit dem Ölbadtemperaturregler wurde eine Reihe von Betriebsversuchen in dem Bereich von 35-50 OC durchgeführt. Dabei zeigte es sich, dass die Einrichtung die Öltemperatur innerhalb von + 0 25 0C auf dem eingestellten Wert hält.
Beispiel 16
Der Induktor kann auch in einer Regeleinrichtung verwendet werden, indem beispielsweise der Induktor in einem Wechselstromkreis in Reihe mit einem Widerstand geschaltet wird, wodurch ein kompletter Temperaturregler erhalten wird. In einer derartigen Schaltung ist bei vernachlässigbar kleiner Kapazität der absolute Wert der Stromstärke:
EMI12.1
Dabei ist E = angelegte Spannung R = Widerstand des Stromkreises L = Induktivität des Stromkreises o = Kreisfrequenz
Bei Verwendung eines temperaturabhängigen Antimonidinduktors wie 18 in Reihe mit einem Widerstand der beschriebenen Art erkennt man, dass bei steigender Temperatur des Induktors auch L zunimmt und die Strom stärke abnimmt. Da die Wärmeleistung eines elektrischen Heizkörpers W = i2R ist, nimmt bei abnehmender Temperatur auch die Wärmeerzeugung durch den Widerstand zu.
Diese Schaltung weist daher die Grundelemente einer Regeleinrichtung auf.
Induktoren mit ferromagnetischem Kern haben ferner eine Eigenschaft, die in vorteilhafter Weise mit der Temperaturabhängigkeit der Induktivität kombiniert werden kann, um den brauchbaren Regelbereich zu erweitern. Infolge der Abhängigkeit der Permeabilität von ferrornagnetischem Material von seiner Magnetisierung ist die Permeabilität nämlich auch eine Funktion des durch den Induktor fliessenden Stroms. Die kombinierte Wirkung ist am besten aus der Abhängigkeit der Impedanz (Z = 1/R2 + w2 L2) von der Stromstärke ersichtlich. Dies ist in Fig. 15 an Hand von sechs Temperaturen dargestellt, die in einem Abstand von 5 "C über den Bereich von 30 "C bis 55 OC verteilt sind. Die in Fig. 16 gezeigte Kurvenschar zeigt: 1.
Die Abhängigkeit der Impedanz des Stromkreises von der Temperatur bei gleichbleibender Stromstärke und 2. die Abhängigkeit der Impedanz des Stromkreises von der Stromstärke bei gleichbleibender Temperatur.
Die kombinierte Wirkung ist in Fig. 17 an Hand einer Schaltung gezeigt, in welcher der Widerstand einen Wert von 100 Ohm hatte, die Spannung bei 60 "C auf etwa 50 Volt gehalten wurde und als Induktor 18 der vorstehend an Hand der Fig. 1 und 2 beschriebene verwendet wurde. Aus Fig. 17 geht hervor, dass die Abhängigkeit der Stromstärke von der Temperatur in einem wesentlich weiteren als dem in Fig. 16 angegebenen Bereich vorhanden ist, was für die praktische Verwertung sehr wertvoll ist.
Im Betrieb wurde die beschriebene Einrichtung zur Regelung der Temperatur eines kleinen Ölbades verwendet. Die ganze aus dem Induktor und dem Widerstand bestehende Schaltung war zusammen mit einem in Reihe damit geschalteten Heizkörper von etwa 2 Watt in dem Ö1 eingetaucht. Die Bedingungen waren derart, dass bei geschlossenem Baddeckel eine stabile Temperatur von 40,8 0C aufrechterhalten wurde. Durch Abnahme des Deckels wurden die Wärmeverluste dann vergrössert, so dass die Öltemperatur zu sinken begann.
Die aus dem Induktor und dem Widerstand bestehende Regelschaltung bewirkte eine automatische Kompensation durch Erhöhung der dem Heizwiderstand zugeführten Stromstärke, worauf die Temperatur bei 38 C stabilisiert wurde. Ein in der gleichen Umgebung ohne den Regler durchgeführter Versuch ergab eine Herabsetzung der Temperatur auf 32 OC vor Erzielung des Wärmegleichgewichts.
Die vorstehend beschriebenen Anwendungsbeispiele erläutern deutlich die dabei angewendeten Regelvorgänge. Es versteht sich jedoch, dass temperaturabhängige Induktoren nach diesem Beispiel für die verschiedensten Zwecke in jeder Schaltung verwendet werden können, in der die Induktivität eine wichtige Grösse ist.
Die Induktoren können beispielsweise als ein Element in dem frequenzbestimmenden Kreis eines Sinuswellenoszillators verwendet werden oder als eine Uberhit- zungssicherung, welche den Strom bei Temperaturanstieg herabsetzt, oder als Stromstärkerregler, in dem der zu regelnde Strom durch eine Heizwicklung des temperaturabhängigen Induktors fliesst. Ausserdem können die temperaturabhängigen Induktoren zusammen mit den verschiedenartigsten üblichen Kernmaterialien, beispeilsweise metallischer und oxydischer Art verwendet werden. Ein Beispiel der letzteren sind die Ferrite.