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Die
Erfindung betrifft eine Anordnung nach dem Oberbegriff des Anspruches
1 bzw. ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruches 14.
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Aus
der
DE 82 20 033 U1 ist
eine Wärmekraftmaschine
bekannt, bei der eine Vielzahl einseitig an einem Rahmen befestigter
dehnfähiger
Behälter mit
Zahnstangen eine gemeinsame Welle antreiben. Durch eine derartige
Konstruktion ergibt sich eine Addition der von den Behältern auf
die Welle ausgeübten
Kräfte.
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Gegenstand
der
DE 198 22 847
A1 betrifft maschinelle Einrichtungen, die die Dehnung
von Fasern ausnutzen, wobei mit einem Streifen von 5 m in einem
Gehäuse
mit 25 Umlenkrollen eine Ausdehnung von 200 mm erreicht werden kann.
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Des
weiteren ist aus der
US 4 055
954 eine Vorrichtung bekannt, bei der ein einziger, an
einem Rahmen befestigter dehnfähiger
Behälter
bei seiner Ausdehnung einen Hebel bewegt.
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Aufgabe
der Erfindung ist, eine Anordnung vorzuschlagen, bei der durch Erhitzen
einer Mehrzahl von Körpern
aufgrund der Wärmeausdehnung des
Materials der Körper
eine Längung
der Körper
erreicht wird, die zum Verrichten einer Arbeit, z.B. eines Hubes
ausgebildet ist.
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Gemäß der Erfindung
wird dies Erfindung wird dies mit den Merkmalen des Kennzeichens
des Anspruches 1 bzw. des Anspruches 14 erreicht. Weitere Ausgestaltungen
der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Das
Prinzip der Erfindung besteht darin, dass in einem Rahmensystem
einzelne durch Beheizen in der Länge
ausdehnbare Körper
angeordnet sind, die hintereinander bzw. in Kaskade geschaltet sind,
wobei der Anfang des ersten Körpers
fest mit einem starren Rahmen verbunden ist, derart, dass das entgegengesetzte
Ende des ersten Körpers
aufgrund der Aufheizung um einen Betrag X aufgrund der Wärmeausdehnung
gelängt
wird, dass diese Längung auf
den nächstfolgenden
Körper übertragen
und der Längung
hinzuaddiert wird, die aufgrund der Aufheizung des zweiten Körpers erzielt
wird usw., so dass bei einer Anzahl von n-Körpern am Ende des nten Körpers der
n-fache Wert einer einzelnen Längung abgenommen
werden kann, also n × X.
Um die Wärmeausdehnung
der einzelnen beheizten Körper
bzw. Hohlrohre in vollem Umfang ausnutzen und am Ende addieren zu
können,
sind jeweils Körper
1 und 2 über eine
Wippenan-Ordnung mit dem Rahmen fest, untereinander jedoch gelenkig
verbunden, ebenso wie das Ende des zweiten Körpers mit dem Ende des dritten
Körpers
und der Anfang des dritten Körpers mit
dem Anfang des vierten Körpers,
usw..
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Während der
Eingang als feste Verbindung zwischen Rahmen und erstem Körper ausgebildet ist,
ist der Ausgang des letzten Körpers
mit einer Arbeitsvorrichtung, z.B. einer Hubvorrichtung oder einer
Presse verbunden, die die durch die Ausdehnung der Körper erzielten
Weg mal Kraft in die an der Einrichtung ausgeübte Arbeit umwandelt.
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Der
Rahmen ist vorzugsweise so ausgebildet, dass er abschnittweise aufgebaut
ist. Zum Beispiel werden das obere un das untere horizontale Querteil
des Rechteckrahmens jeweils durch eine Spannvorrichtung mit den
beiden vertikalen U-förmigen
Rahmenteilen fest verspannt, so dass der Rahmen in gespanntem Zustand
weitestgehend starr ist. Im oberen und im unteren Bereich ist der
Rahmen gegenüber
den Ausdehnungskörpern
durch eine thermische Isolierung gegen Entweichen von Wärme abgedichtet,
damit der Verbrauch an Aufheizenergie für die einzelnen Körper so
gering wie möglich
gehalten wird.
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Die
Anordnung nach der Erfindung besteht aus einer Mehrzahl von voneinander
getrennten Einheiten, deren jede eine Mehrzahl von Hohlrohren aufweist.
Die einzelnen Einheiten sind voneinander getrennt, so dass die Einheiten
jeweils paarweise untereinander beheizt werden bzw. unbeheizt bleiben, d.h.,
dass eine Einheit beheizt wird, während die andere Einheit des
gleichen Paares unbeheizt bleibt. Die Zwischenräume zwischen den Rohren und
den Rahmenteilen jeder Einheit sind vorzugsweise mit Wasser gefüllt, so
dass die für
die Beheizung der Rohre verwendete Heizenergie aus einem Heizungssystem
in Form einer Heizanlage eines Gebäudes zusätzlich entnommen werden kann.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, die Aufheizung
der in Kaskade geschalteten ausdehnungsfähigen Hohlkörper von einem Heizungssystem
aus vorzunehmen, das in einem Gebäude als Heizanlage vorhanden
ist und von dem die Heizenergie für die erfindungsgemäße Anordnung
abgezweigt wird. Für
einen kontinuierlichen Dauerbetrieb werden jeweils Paare von Einheiten
der erfindungsgemäßen Anordnung
verwendet, wobei eine Einheit erhitzt wird, während die andere abkühlt. Die
Beheizung der Hohlkörper
bzw. Hohlrohre innerhalb jeder Einheit wird vorzugs weise über Heißwasser
aus einer herkömmlichen
Heizanlage entnommen, diese Aufheizung der Hohlkörper kann jedoch auch über Heißluft oder
auf elektrischem Wege, ggf. in Verbindung mit einer Heißwasser-Beheizung
vorgenommen werden.
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Nachstehend
wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung anhand eines
Ausführungsbeispieles
erläutert.
Es zeigt:
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1 eine schematische Darstellung
der erfindungsgemäßen Anordnung
in seitlicher Ansicht,
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2 eine Schnittansicht längs der
Linie I-I aus 1,
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3 ein Paar von im Gegentakt
arbeitenden Einheiten, die mit einer bestehenden Heißwasseranlage
kombiniert sind bzw. von dieser Anlage aus beheizt werden,
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4 eine weitere Ausführungsform
der Erfindung in Abänderung
der Darstellung nach 1 mit
einer kombinierten Gebläse-
und Warmwasser-Beheizung, und
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5 eine Darstellung der Anordnung
nach 4 in einer um 90° verdrehten
Ansicht.
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Eine
Grundeinheit I der erfindungsgemäßen Anordnung
besteht aus einem massivem Rechteckrahmen 1 aus einem U-förmigen Rahmenteil 2,
dessen freie Schenkel 3, 4 am oberen und am unteren Ende
jeweils einen Querbalken 5, 5' aufweisen, durch den der Rahmen 1 geschlossen
wird. Die Verbindung der Enden des Balkens 5 mit den freien
Enden der Schenkel 3, 4 erfolgt über lösbare Buchsen 6, 6' mit Spannvorrichtungen 7, 7' und Schraubbolzen 8, 8' sowie Isolierung 9, 9' zwischen den
Querbalken 5, 5' und
den Schenkeln 3, 4. Der Rahmen 1 mit
Querbalken 5, 5' ist
durch eine Isolierung 10, 10' thermisch isoliert, die verhindert,
dass Wärme
aufgrund der Beheizung der Hohlkörper 12 an
die Querbalken 5, 5' übertragen
wird. Die Querbalken 5, 5' sind ebenfalls als Hohlkörper ausgebildet
und müssen
gegen Ausdehnung isoliert sein. Zusätzlich ist der gesamte Rechteckrahmen
außen
durch eine isolierende Ummantelung, die schematisch mit M bezeichnet
ist, gegen Wärmeverlust
aus dem Inneren geschützt.
Im Rahmeninneren 11 sind Hohlrohre 12, 13, 14, 15 parallel
zueinander bzw. übereinander
angeordnet dargestellt. Die vordere Stirnseite 16 des Hohlrohres 12 ist
bei 17 über
eine starre Verbindung 18 bei 19 mit dem Rahmenteil 2 fest
verbunden. Die hintere Stirnseite 20 weist eine mittige
Befestigungsstelle 21 auf, an der ein Verbindungsarm 22 über eine Gelenkstelle 23 mit
einem Hebelarm 24 verbunden ist, der bei 25 mittig
gelagert ist. Die Lagerstellte 25 ist bei 26 starr
mit dem Rahmenteil 3 verbunden, und das entgegengesetzte
Ende des Hebelarmes 24 besitzt eine Gelenkstelle 27,
an der ein Verbindungsarm 28 angelenkt ist, dessen anderer
Endpunkt bei 29 mit der hinteren Stirnseite 30 des
benachbarten Hohlrohres 13 starr befestigt ist. Die Vorrichtung 20–30 stellt somit
eine Mehrfach-Wippenanordnung dar, deren Schwenklager starr mit
dem Rahmen 1 und deren beide Anlenkstellen 21 und 30 mit
zwei benachbarten Hohlkörpern 12, 13 verbunden
sind. Damit die Hohlkörper
während
der Ausdehnungsbewegung ihre parallele Position zueinander beibehalten,
sind Vorkehrungen für
eine geradlinige Zwangsführung
getroffen, z.B. Rollenführungen
oder Gleitführungen
R zwischen den jeweils zwei einander zugewandten, benachbarten Mantelflächen; diese
Führungen
haben die Funktion von Abstandshaltern.
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Die
Hohlkörper,
von denen in 1 vier, nämlich 12–15 dargestellt
sind, deren Anzahl in der Praxis jedoch erheblich größer sein
kann, sind zueinander in Kaskade geschaltet, so dass die Wippen 31 bzw. 32 jeweils
die vorderen Stirnseiten 33 und 34 bzw. die hinteren
Stirnseiten 35 und 36 miteinander verbinden. Diese
Wippen 31 und 32 sind in entsprechender Weise
wie die Wippenanordnung W1 aufgebaut und arbeiten in gleicher Weise. Über sie
werden die Ausdehnungshübe
der einzelnen Hohlrohre übertragen,
wobei diese Hübe
sich addieren.
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Die
vordere Stirnfläche 37 des
letzten Hohlzylinders 15 ist mit einem Arm 38 fest
verbunden, der durch das Rahmenteil 2 über eine Abdichtvorrichtung 39 verbunden
ist und eine Arbeitsfläche 40 beaufschlagt,
z.B. eine Hubvorrichtung 41. Die Gesamtausdehnung der Hubzylinder 12–15,
die am stirnseitigen Ende 37 des letzten Hohlrohres 15 erzielt
wird, wird als Wegstrecke über
den Arm 38 auf die Platte 40 übertragen, so dass die Platte 40 um
eine Strecke angehoben wird, die dem n-fachen des Ausdehnungsweges
der n Hohlrohre entspricht.
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Die
Beheizung der Hohlkörper,
insbesondere Hohlräume 12–15,
nach der Darstellung in den 3 und 4 erfolgt von einem Heizkessel 42 einer
Heißwasser-Heizanlage, z.B.
eines Wohngebäudes
(nicht dargestellt) aus, von der über eine Wasserpumpe 43 in
einer Heizleitung 44 Heißwasser, das zur Beheizung
von Heizkörpern 45 im
Gebäude
dient, zur Beheizung der Hohlrohre 12–15 abgezweigt wird,
und das mittels einer weiteren Pumpe 43' in den Kreislauf durch die Hohlrohre 12–15 mindestens
eines Paares von Einheiten I und II in Umlauf gesetzt wird. Vom Heizkessel 42 verläuft eine
Leitung 47 zum Eingang in die Einheit II. Das Heißwaser umströmt die Hohlkörper der
Einheit II und fließt über eine
Leitung 48 wieder zum Heizkessel 42 zurück. Von
der Leitung 47 zweigt eine Leitung 49 ab, die
an den Eingang der Einheit I geführt
ist und den Ausgang der Einheit I über die Rückleitung 50 verlässt, die
mit der Rückleitung 48 der
Einheit II verbunden ist. Eine Rücklaufleitung 46 ist
vom Heizkörper 45 mit
der Leitung 51 verbunden, die in die Leitung 47 mündet und über den Zweig 52 Teil
der Leitung 59 ist. Des weiteren ist ein Zweig 53 der
Leitung 47 mit der Leitung 49 verbunden.
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Um
die Hohlkörper
der Einheiten I und II abwechselnd aufzuheizen und abzukühlen, sind
Ventile 55–58 in
die Durchflussleitungen eingeschaltet, und zwar Ventil 55 in
die Leitung 51, Ventil 56 in die Leitung 53,
Ventil 57 in die Leitung 52 und Ventil 58 in
die Leitung 47. Ein Thermometer 59 mißt die Ausgangstemperatur
am Hohlkörper.
Die Betriebsweise zur Aufheizung der Einheit I und zur gleichzeitigen
Abkühlung
der Einheit II verläuft
dabei so, dass Ventil 55 geöffnet, Ventil 56 geschlossen,
Ventil 57 geschlossen und Ventil 58 offen ist.
Die umgekehrte Ventilposition gilt, wenn Körper I abgekühlt und
Körper
II aufgeheizt werden soll, und zwar im entgegengesetzten Zyklus.
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Die
Ausführungsform
nach den 4 und 5 stellt eine Weiterentwicklung
der Anordnung nach 3 dar,
nämlich
die Ausbildung eines Raumheizkörpers,
wie er z.B. in 3 mit 45 angedeutet
ist. Dabei entspricht die Heißwasserleitung 60 mit
im Zuge dieser Leitung eingeschalteter Wasserpumpe 61 der
Leitung 43 in 3 und
die Kaltwasserableitung 62 der Leitung 46 in 3. Der Heizkörper 63 besteht
seinerseits aus zwei Einheiten 64, 65, die ähnlich aufgebaut
sind wie die Einheiten I und II der Anordnung nach den 1 bzw. 3.
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Die
beiden plattenförmigen
Einheiten 64, 65 nach den 4 und 5 bestehen
jeweils aus einem äußeren Rahmen 66, 66' und einer nach
oben und nach unten isolierenden Lage 67, 68, 67', 68' sowie stehenden
inneren und äußeren Lagen 69, 70, 69', 70' aus Isoliermaterial,
einem Innensystem aus parallelen Hohlrohren 71, 72, 73, 74,
die von Heißwasser
von unten nach oben fließend
im Parallelbetrieb und abwechselnd zueinander durchflossen werden, wobei
das für
die Erwärmung
dienende Heißwasser nach
dem Durchströmen
der Hohlrohre abgekühlt durch
die Leitung 62 wieder abgeführt wird. Die isolierenden
Innen- und Außenwände 69, 70 weisen Öffnungen 75, 76, 75', 76' auf, die mit
Hilfe von Schiebern 77, 78, 77', 78' oder entsprechenden
Verschlüssen
verschlossen werden. Ein Gebläse 79 dient
dazu, die durch das Heißwasser
erzeugte Wärme
an den Hohlrohreinheiten durch die Öffnungen der die jeweilige
Einheit umschließenden
Wand nach außen abzuführen und
den umgebenden Raum zu erwärmen.
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Die
beiden Heizkörperrahmen 66, 66' der Einheiten 64, 65 mit
ihren Isolierungen 67, 67' sind parallel und symmetrisch
zueinander angeordnet und weisen einen Eingang 80, 80' für das Heißwasser-Zuleitungsrohr 81, 81' auf, das in
das untere Hohlrohr 62 mündet. Das Heißwasser
durchströmt das
System von Hohlrohren in den beiden Einheiten von unten nach oben
und verlässt
das oberste Hohlrohr über
den Ausgang 83. Die Heißwasser-Ableitrohre 84, 84' münden in
das Wasser-Rückführrohr 62,
das Wasser wird in den Heizkessel zurückgeführt und für den erneuten Umlauf wieder
aufgeheizt.
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In
den Heißwasser-Zulaufleitungen 80, 80' sind Absperrventile 85, 85', in den Ablaufleitungen 84, 84' Absperrventile 88, 88' angeordnet.
Die Verschlussvorrichtungen bzw. Schieberklappen 77, 78 an
den Außen-
und Innenseiten der Einheiten sind vorgesehen, um entsprechende
Warmluftströme
zu sperren oder freizugeben, und werden von dem Gebläse in Umlauf
gesetzt, um den im Inneren der Heizkörpereinheiten entstehenden
Wärmefluss
zu steuern.
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Die
Arbeitsweise der Anordnung nach den 4 und 5 ist wie folgt:
Zum
Aufheizen der Einheit 64 und zum gleichzeitigen Abkühlen der
Einheit 65 werden die Ventile 85 und 88 geöffnet, die
Ventile 85' und 88' werden geschlossen, die
Schieber 77' und 78' werden geöffnet und
die Schieber 77, 78 werden geschlossen. Für den umgekehrten
Arbeitszyklus, nämlich
Aufheizen der Einheit 65 und Abkühlen der Einheit 64 werden
die Positionen der Ventile und der Schieber vertauscht.
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Die
Hohlrohre 71–74,
die durch Aufheizung eine Ausdehnung erfahren, stehen miteinander durch
eine flexible, die Ausdehnung aufnehmende Vorrichtung 89,
z.B. durch eine flexibles Membran, in Verbindung, damit ein störungsfreier
Durchfluß von Heißwasser
sichergestellt ist. Mit 90 ist in den 4 und 5 ein
geschlossenes Luftrohr dargestellt, das die Wasserrohre 71–74 durchsetzt;
die darin enthaltene Luft dient als Puffer für das die Rohre 71–74 durchströmende Warmwasser.