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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Pumpe oder einen Kompressor,
insbesondere für eine Verbrennungskraftmaschine, mit einem
Arbeitsraum, einem Einlassorgan zur Zuführung eines Fluids
in den Arbeitsraum, einem Auslassorgan zum Ableiten des Fluids aus
dem Arbeitsraum, einem beweglichen Fördermittel zum Fördern
oder Verdichten des Fluids und einer Antriebseinheit zum Bewegen
des Fördermittels, eine Verbrennungskraftmaschine, ein
Personen- oder Nutzfahrzeug mit einer Verbrennungskraftmaschine
und ein Verfahren zur Nutzung von Abwärme.
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Pumpen
und Kompressoren zum Fördern oder Verdichten von Flüssigkeiten
bzw. Gasen werden im Allgemeinen von Elektromotoren oder Verbrennungskraftmaschinen
als Antriebseinheiten angetrieben. In vielen technischen Prozessen,
z. B. bei der Umwandlung von thermischer Energie in mechanische
in Verbrennungskraftmaschinen und Kraftwerken sowie bei chemischen
Prozessen in verfahrenstechnischen Anlagen wird Prozesswärme
frei und gleichzeitig werden für diese technischen Prozesse Pumpen
oder Kompressoren benötigt, die von Antriebseinheiten angetrieben
werden, welche die Prozessabwärme nicht ausnutzen.
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Aus
der
DE 101 08 468
A1 ist eine Anordnung zur Umwandlung thermischer Energie
eines Kühlwassersystems eines Kraftfahrzeugs in mechanische
und/oder elektrische Energie, mit einer von dem Kühlwasser
des Kühlwassersystems beaufschlagbaren Wärmekraftmaschine
zur Umwandlung der thermischen Energie des Kühlwassers
in mechanische Energie bekannt, wobei die Wärmekraftmaschine
als das Deformations-Temperatur-Verhalten von Formgedächtnislegierungen
ausnutzende Wärmekraftmaschine ausgebildet ist.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, eine Pumpe
oder einen Kompressor zur Verfügung zu stellen, bei der
mit einem geringen mechanischen Aufwand Prozesswärme bzw.
Abwärme zum Antrieb der Pumpe oder des Kompressors genutzt
werden kann. Des Weiteren besteht die Aufgabe darin, eine Verbrennungskraftmaschine und
ein Personen- oder Nutzfahrzeug mit einer Verbrennungskraftmaschine
zu schaffen, wobei Abwärme aus der Verbrennungskraftmaschine
zum Antrieb einer Pumpe oder eines Kompressors genutzt werden kann
sowie ein Verfahren bereitzustellen, welches die bei technischen
Prozessen auftretende Abwärme zum Antrieb der Pumpe oder
des Kompressors nutzt.
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Diese
Aufgabe wird gelöst mit einer Pumpe oder einem Kompressor,
insbesondere für eine Verbrennungskraftmaschine, mit einem
Arbeitsraum, einem Einlassorgan zur Zuführung eines Fluids
in den Arbeitsraum, einem Auslassorgan zum Ableiten des Fluids aus
dem Arbeitsraum, einem beweglichen Fördermittel zum Fördern
oder Verdichten des Fluids und einer Antriebseinheit zum Bewegen
des Fördermittels, wobei die Antriebseinheit eine Formgedächtnislegierung
umfasst, die Formgedächtnislegierung auf eine Temperatur
oberhalb einer Temperaturschwelle der Formgedächtnislegierung,
insbesondere mit einer zweiten Form der Formgedächtnislegierung,
erwärmbar und auf eine Temperatur unterhalb der Temperaturschwelle
der Formgedächtnislegierung, insbesondere mit einer ersten
Form der Formgedächtnislegierung, abkühlbar ist
und mittels einer Formänderung der Formgedächtnislegierung
das Fördermittel antreibbar ist.
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In
vielen technischen Prozessen tritt Abwärme auf und gleichzeitig
werden Pumpen oder Kompressoren zum Fördern oder Verdichten
von Fluiden, d. h. Flüssigkeiten und Gasen, benötigt.
Damit kann beispielsweise in Hubkolben-Verbrennungskraftmaschinen,
Turbinen oder Kraftwerken die Abwärme genutzt werden, um
Pumpen oder Kompressoren für diese Einrichtungen zu betreiben,
indem aufgrund von Abwärme erwärmte Fluide mit
unterschiedlicher Temperatur abwechselnd zum Erwärmen und
Abkühlen der Formgedächtnislegierung geleitet
werden. Als Pumpen kommen Kreiselpumpen und Verdrängerpumpen,
z. B. Axial-, und Hub-, und Rotationskolbenpumpen, z. B. Drehkolben-,
Drehschieber-, Kreiskolben- und Zahnradpumpen, sowie Membran-, oder Schlauchpumpen
und Schneckenpumpen in Betracht. Die Kompressoren können
beispielsweise als Verdrängerkompressor, insbesondere als
Hubkolben- oder Membranverdichter sowie als Drehschieber-Vakuum-
oder Wälzkolben-Vakuumpumpe, ausgeführt sein.
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Zweckmäßig
ist das Fördermittel eine Membran, ein Kolben oder ein
Laufrad.
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In
einer weiteren Ausführungsform ist das Einlass- oder Auslassorgan
ein Ventil, insbesondere Rückschlagventil, oder ein Schieber
vorzugsweise bei einer Verdrängerpumpe oder ein Öffnung
vorzugsweise bei einer Kreiselpumpe.
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Insbesondere
umfasst die Membran eine Formgedächtnislegierung, so dass
mittels einer Formänderung der Membran als Antriebseinheit
unmittelbar eine Veränderung des Volumens des Arbeitsraumes
bewirkbar ist. Es handelt sich damit beispielsweise um eine Membranpumpe
oder einen Membranverdichter, die in besonders vorteilhafter Weise
keine gesonderte Antriebseinheit benötigen, weil die Membran
sowohl als Fördermittel, d. h. Verdrängermittel,
zum Verändern des Volumens des Arbeitsraumes dient als
auch die Antriebseinheit darstellt, weil die Membran eine Formgedächtnislegierung
umfasst und damit selbständig die Form verändern
kann.
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In
einer ergänzenden Ausgestaltung weist die Formgedächtnislegierung
der Antriebseinheit unterhalb einer Temperaturschwelle eine erste
Form und oberhalb einer Temperaturschwelle eine zweite Form auf
und zur Rückführung der Formgedächtnislegierung
von der zweiten Form in die erste Form ist ein Rückstellmittel,
beispielsweise eine Feder, vorhanden. Formgedächtnislegierungen
können im Allgemeinen bei Abkühlung und Formrückkehr
in den Martensitzustand keine Arbeit leisten, so dass die hierfür
notwendige Arbeit von einem Rückstellmittel aufgebracht
werden muss.
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In
einer weiteren Ausführungsform ist eine von der Antriebseinheit
zur Verfügung gestellte Antriebsenergie Rotationsenergie
und/oder die Pumpe ist eine Kreiselpumpe.
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Antriebseinheiten
mit einer Formgedächtnislegierung, die Rotationsenergie
zur Verfügung stellen, können mit einer Antriebswelle
ohne großen mechanischen Aufwand, gegebenenfalls unter
Zwischenschaltung eines Getriebes, beispielsweise eine Kreiselpumpe,
eine Schlauchpumpe oder eine Zahnringpumpe antreiben. Darüber
hinaus ist es auch möglich von einer Antriebseinheit, die
eine Translationsbewegung zur Verfügung stellt, durch Wandlungsmittel,
z. B. einen Kurbeltrieb, die Translationsbewegung in eine Rotationsbewegung
zum Antrieb der Pumpe oder des Kompressors umzuwandeln.
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Umgekehrt
kann auch von einer Antriebseinheit, die eine Rotationsbewegung
zur Verfügung stellt, durch Wandlungsmittel, z. B. einen
Kurbeltrieb, die Rotationsbewegung in eine Translationsbewegung
zum Antrieb der Pumpe oder des Kompressors umgewandelt werden.
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Zweckmäßig
ist zum Erwärmen und/oder Abkühlen der Formgedächtnislegierung
der Antriebseinheit abwechselnd heißes Abgas mit einer
Temperatur oberhalb der Temperaturschwelle der Formgedächtnislegierung
und/oder Kaltluft mit einer Temperatur unterhalb der Temperaturschwelle
der Formgedächtnislegierung zur Formgedächtnislegierung
zur Nutzung einer Abgaswärme, insbesondere von einer Verbrennungskraftmaschine,
leitbar.
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Die
Nutzung von Abgas gegenüber Kühlwasser zum Erwärmen
der Formgedächtnislegierung bringt Vorteile mit sich: In
Verbrennungskraftmaschinen hat Abgas eine sehr hohe Temperatur und
Kaltluft aus der Umgebung hat eine geringe Temperatur, so dass zwischen
dem Abgas und der Kaltluft eine hohe Temperaturdifferenz auftritt.
Derartige hohe Temperaturdifferenzen können besonders gut
mit Formgedächtnislegierungen genutzt werden. Gase sind
außerdem gegenüber Flüssigkeiten einfacher
in der technischen Handhabung, weil beispielsweise geringfügige
Undichtigkeiten in Leitungen im Allgemeinen keine Schäden
verursachen. Insbesondere Undichtigkeiten in einem Kühlwassersystem
einer Verbrennungskraftmaschine können zu einem dauerhaften
Schaden führen; geringe Leckagen an der Abgasleitung einer
Verbrennungskraftmaschine verursachen im Allgemeinen keinen technischen
Schaden an der Verbrennungskraftmaschine.
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Des
Weiteren wird die Aufgabe gelöst mit einer Verbrennungskraftmaschine,
insbesondere einer Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine, wobei die Verbrennungskraftmaschine
wenigstens eine Pumpe und/oder wenigstens einen Kompressor zur Nutzung der
Abwärme der Verbrennungskraftmaschine aufweist.
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Vorteilhaft
ist zum Erwärmen und Abkühlen der Formgedächtnislegierung
der Antriebseinheit abwechselnd heißes Abgas mit einer
Temperatur oberhalb der Temperaturschwelle der Formgedächtnislegierung
und Kaltluft mit einer Temperatur unterhalb der Temperaturschwelle
der Formgedächtnislegierung zur Formgedächtnislegierung
zur Nutzung der Abgaswärme leitbar. Das heiße
Abgas der Verbrennungskraftmaschine und die Umgebungsluft als Kaltluft
können damit zum alternierenden Abkühlen und Erwärmen
der Formgedächtnislegierung genutzt werden.
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Zweckmäßig
ist mittels eines Abgasventils heißes Abgas aus einer Abgasleitung,
vorzugsweise durch eine Bypassleitung, zur Formgedächtnis-legierung
leitbar und mittels eines Kaltluftventils ist Kaltluft, vorzugsweise
durch eine Bypassleitung, zur Formgedächtnislegierung leitbar.
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In
einer weiteren Ausführungsform ist zum Erwärmen
und Abkühlen der Formgedächtnislegierung der Antriebseinheit
abwechselnd Kühlwasser mit einer Temperatur oberhalb der
Temperaturschwelle der Formgedächtnislegierung und Kühlwasser
mit einer Temperatur unterhalb der Temperaturschwelle der Formgedächtnislegierung
durch eine Kühlwasserleitung zur Formgedächtnislegierung
zur Nutzung der Abwärme der Verbrennungskraftmaschine leitbar.
In Verbrennungskraftmaschinen wird Kühlwasser in einem
Kreislauf einem Kühler zugeführt, so dass im Kühlwasserkreislauf
in Strömungsrichtung vor und nach dem Kühler in
einer Kühlwasserleitung Kühlwasser mit einer höheren
und einer niedrigeren Temperatur vorhanden ist. Dieses Kühlwasser
mit unterschiedlichen Temperaturen wird dem Kühlwasserkreislauf
beispielsweise mittels Ventilen entnommen, zur Formgedächtnislegierung
geleitet und anschließend wieder in den Kühlwasserkreislauf
zurückgeführt.
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Die
Verbrennungskraftmaschine ist beispielsweise eine Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine
oder eine Turbine, z. B. eine Gas- oder Dampfturbine. Die Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine
ist vorzugsweise in einem Personen- oder Nutzfahrzeug eingebaut.
Die Pumpe dient beispielsweise zum Fördern von Motor- und/oder
Getriebeöl und/oder Kühlwasser und/oder wird zum
Verdichten von Gas, z. B. Luft, für die Zentralpneumatik
genutzt.
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Diese
Aufgabe wird ferner mit einem Personen- oder Nutzfahrzeug mit einer
Verbrennungskraftmaschine, insbesondere Hubkolben-Verbrennungs-kraftmaschine,
gelöst, wobei das Personen- oder Nutzfahrzeug eine oben
beschriebene Pumpe und/oder einen oben beschriebenen Kompressor oder
eine oben beschriebene Verbrennungskraftmaschine umfasst.
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Die
Aufgabe wird außerdem mit einem Verfahren zur Nutzung der
Abwärme eines technischen Prozesses, z. B. aus einer Verbrennungskraftmaschine,
zum Antreiben einer Pumpe oder eines Kompressors mit folgenden Schritten
gelöst: Erwärmen einer Formgedächtnislegierung
von einer unterhalb einer Temperaturschwelle der Formgedächtnislegierung liegenden
Temperatur auf eine oberhalb der Temperaturschwelle der Formgedächtnislegierung
liegenden Temperatur mit Abwärme aus dem technischen Prozess, Ändern
der Form der Formgedächtnislegierung von einer ersten Form
auf eine zweite Form aufgrund des Erwärmens der Formgedächtnislegierung, Verwenden
der von der Formgedächtnislegierung geleisteten Arbeit
aufgrund der von der Erwärmung versursachten Formänderung
zum Fördern oder Verdichten eines Fluids in der Pumpe oder
dem Kompressor, Abkühlen der Formgedächtnislegierung
von einer oberhalb der Temperaturschwelle der Formgedächtnislegierung
liegenden Temperaturschwelle auf eine unterhalb der Temperaturschwelle
liegenden Temperatur und Ändern der Form der Formgedächtnislegierung
von einer zweiten Form auf eine erste Form aufgrund des Abkühlens
der Formgedächtnislegierung.
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In
einer weiteren Ausgestaltung wird die Formgedächtnislegierung
von einem Fluid, z. B. heißem Abgas und/oder Kühlwasser,
erwärmt und/oder abgekühlt.
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In
einer weiteren Ausführungsform wird zum Erwärmen
der Formgedächtnislegierung heißes Abgas, vorzugsweise
durch eine Bypassleitung, zur Formgedächtnislegierung geleitet
und thermisch mit der Formgedächtnislegierung kontaktiert.
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Insbesondere
wird das heiße Abgas aus einer Abgasleitung mittels eines
Abgasventils entnommen und anschließend in die Abgasleitung
zurückgeleitet.
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In
einer ergänzenden Ausgestaltung wird zum Abkühlen
der Formgedächtnislegierung Kaltluft, vorzugsweise durch
eine Bypassleitung, zur Formgedächtnislegierung geleitet
und thermisch mit der Formgedächtnislegierung kontaktiert.
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Insbesondere
wird die Kaltluft mittels eines Kaltluftventils in die Bypassleitung
geleitet.
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Vorzugsweise
wird in einem Personen- oder Nutzfahrzeug mit der Pumpe Motor- und/oder
Getriebeöl oder Kühlwasser gefördert
oder mit dem Kompressor die Zentralpneumatik unterstützt.
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In
einer weiteren Ausgestaltung ist der technische Prozess die Umwandlung
von thermischer Energie in mechanische Energie in einer Verbrennungskraftmaschine,
insbesondere einer Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine.
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Vorzugsweise
wird die von der Formgedächtnislegierung beim Erwärmen
geleistete mechanische Arbeit aufgrund der Formänderung
auf ein Fördermittel der Pumpe oder des Kompressors, z.
B. mittels einer Antriebswelle, übertragen.
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Im
Nachfolgenden werden vier Ausführungsbeispiele der Erfindung
unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher
beschrieben.
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Es
zeigt:
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1 einen
schematischen Längsschnitt eines Verdrängerkompressors
bei einer Temperatur einer Formgedächtnislegierung unterhalb
einer Temperaturschwelle,
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2 den
Verdrängerkompressor gemäß 1 bei
einer Temperatur der Formgedächtnislegierung oberhalb der
Temperaturschwelle,
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3 den
Verdrängerkompressor gemäß 2 mit
einem Abgas- und Kaltluftventil bei der Zuführung von heißem
Abgas zur Formgedächtnislegierung,
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4 den
Verdrängerkompressor gemäß 1 mit
dem Abgas- und Kaltluftventil bei der Zuführung von Kaltluft
zur Formgedächtnislegierung,
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5 eine
schematischen Längsschnitt einer Kolbenpumpe bei einer
Temperatur der Formgedächtnislegierung unterhalb der Temperaturschwelle,
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6 zwei
Liniendiagramme eines an einer Ordinate aufgetragenen Schaltzustandes
eines Abgas- und Kaltluftventils gemäß 3 und 4 und ein
Liniendiagramm eines an der Ordinate aufgetragenen Druckes in einem
Arbeitsraum des Verdrängerkompressors gemäß 3 und 4 in
Abhängigkeit von der an der Abszisse aufgetragenen Zeit,
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7 eine
schematische Seitenansicht einer Antriebseinheit mit zwei Umlenkrollen
und
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8 eine
schematische Frontansicht der Antriebseinheit gemäß 7.
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In 1 und 2 ist
in einem ersten Ausführungsbeispiel ein als Verdrängerkompressor 3 ausgebildeter
Kompressor 2 zum Verdichten oder Fördern von Gasen
dargestellt. Der Verdrängerkompressor 3 kann in
analoger Ausführung als Verdrängerpumpe (nicht
dargestellt) auch zum Fördern von Flüssigkeiten
dienen. Ein Arbeitsraum 6 wird von einem Pumpengehäuse 33 und
einer beweglichen Membran 14 begrenzt, so dass das Volumen
des Arbeitsraumes 6 veränderlich ist. Ein Ventil 16,
z. B. als Rückschlagventil 17 ausgeführt,
dient als Einlassorgan 7 zur Zuführung von zu
förderndem Gas in den Arbeitsraum 6. Analog dient
ein weiteres Ventil 16, z. B. ein Rückschlagventil 17,
als Auslassorgan 8. Die Membran 14 besteht aus
einer Formgedächtnislegierung 11.
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Die
Formgedächtnislegierung 11 bzw. SMA (= Shape Memory
Alloy) zeigt eine temperaturabhängige Formänderung.
Dieser Formgedächtnis-Effekt beruht auf einer martensitischen
Phasenumwandlung zwischen den geordneten Gitterstrukturen der Hochtemperaturphase
(Austenit) und der Niedertemperaturphase (Martensit). Zwischen dem
Temperaturbereich der Hochtemperaturphase und der Niedertemperaturphase
liegt eine Temperaturschwelle bei der sich die Formänderung
beim Erwärmen und Abkühlen vollzieht.
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Die
Membran 14 kann von Fluiden, d. h. Flüssigkeiten
oder Gasen, oberhalb oder unterhalb der Temperaturschwelle erwärmt
oder abgekühlt werden. Hierfür ist es nur erforderlich,
dass die Membran mittelbar oder unmittelbar mit den Fluiden thermisch
in Kontakt bzw. Verbindung kommt. Die Membran 14 weist
im abgekühlten gespannten Zustand eine erste Form 19 (1)
und im erwärmten entspannten Zustand eine zweite Form 20 (2)
auf. Bei der Erwärmung kann die Membran 14 eine
große Kraft auf das Gas im Arbeitsraum 6 aufbringen
und somit, weil sich die Membran 14 bewegt, Arbeit leisten,
so dass das Gas im Arbeitsraum 6 verdichtet und eine Feder 22 als
Rückstellmittel 21 gespannt wird. Ein Teil des
im Arbeitsraum 6 befindlichen Gases tritt am Rückschlagventil 17 aus.
Bei Abkühlung unterhalb der Temperaturschwelle der Formgedächtnislegierung 11 tritt
Formrückkehr zur ersten Form 19 (1)
auf. Bei Abkühlung kann die Membran 14 keine Arbeit
leisten, so dass die für die Formrückkehr notwendige
Arbeit von der Feder 22 erbracht wird. Die Formrückkehr
von der zweiten Form 20 (2) zur ersten
Form 19 (1) vergrößert
das Volumen des Arbeitsraumes 6, so dass am Einlassorgan 7 Gas
in den Arbeitsraum 6 angesaugt werden kann. Ein zyklisches
alternierendes Erwärmen und Abkühlen der Membran 14 bewirkt
deshalb ein Pumpen oder Verdichten von Gas vom Einlassorgan 7 zum Auslassorgan 8 des
Verdrängerkompressors 3. Die Membran 14 als
Fördermittel 7 stellt in diesem Ausführungsbeispiel
damit auch eine Antriebseinheit 10 dar. Da die Membran 14 eine
Translationsbewegung ausführt handelt es sich um eine Antriebseinheit 12 mit
Translationsbewegung.
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In 3 und 4 ist
in einem zweiten Ausführungsbeispiel eine Abgasleitung 25 zur
Ableitung von heißem Abgas 23 von einer Verbrennungskraftmaschine 5 in
die Umgebung dargestellt. Ein Abgasventil 28 entnimmt einen
Teil des heißen Abgases 23 aus der Abgasleitung 25 und
leitet es in eine Bypassleitung 27, welche wieder in die
Abgasleitung 25 mündet, so dass das von dem Abgasventil 28 entnommene
Abgas 23 durch die Bypassleitung 27 stromabwärts
wieder in die Abgasleitung 25 zurückgeleitet wird.
Ein Kaltluftventil 29 ist zum Leiten von heißem
Abgas 23 durch die Bypassleitung 27 geschlossen
(3). Das Kaltluftventil 27 und das Abgasventil 28 werden
von einem Ventilsteuermotor 30 betätigt.
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Zum
Leiten von Kaltluft 24 aus einer Kaltluftleitung 26 durch
die Bypassleitung 27 wird von dem Ventilsteuermotor 30 das
Abgasventil 28 geschlossen und das Kaltluftventil 29 geöffnet
(4). Das abwechselnde Öffnen des Abgasventils 28 und Schließen
des Kaltluftventils 29 und umgekehrt bewirkt die zyklische
alternierende Zufuhr von heißem Abgas 23 und Kaltluft 24 durch
die Bypassleitung 27.
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Ein
Teil der Wandung der Bypassleitung 27 wird von der Membran 14 des
oben beschriebenen Verdrängerkompressors 3 gebildet.
Vorzugsweise sind mehrere Verdrängerkompressoren 3 derart
in die Bypassleitung 27 integriert (nicht dargestellt). Das
abwechselnde Leiten von heißem Abgas 23 aus einer
Verbrennungskraftmaschine 5 und Kaltluft 24 aus
der Umgebung zur Membran 14 zum Erwärmen und Abkühlen
der Membran 14 ermöglicht es (3 und 4),
dass der Verdrängerkompressor 3 stetig Gas fördern
oder verdichten kann.
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5 zeigt
in einem dritten Ausführungsbeispiel eine als Kolbenpumpe 34 ausgeführte
Pumpe 1. Die Pumpe 1 kann in analoger Ausführung
auch als Kompressor zum fungieren (nicht dargestellt). In dem zylindrisch
ausgeformten Arbeitsraum 6 ist ein Kolben 37 beweglich
angeordnet, so dass das Volumen des Arbeitsraumes 6 veränderlich
ist. Die Ein- und Auslassorgane 7, 8 sind analog
zum ersten Ausführungsbeispiel ausgeführt. Die
federförmige Formgedächtnislegierung 11 als
Antriebseinheit 12 mit Translationsbewegung kann mit Fluiden
oberhalb und unterhalb einer Temperaturschwelle erwärmt und
abgekühlt werden und weist im abgekühlten gespannten
Zustand eine erste Form 19 (5) und im erwärmten
entspannten Zustand eine zweite Form 20 (nicht dargestellt)
auf. In der zweiten Form 20 (nicht dargestellt) befindet
sich der Kolben 37 oberhalb der in 5 dargestellten
Position. Zur Rückführung des Kolbens 37 von
der zweiten Form 20 (nicht dargestellt) in die erste Form 19 dient
das als Feder 22 ausgebildete Rückstellmittel 21.
Dadurch kann das Volumen des Arbeitsraumes verändert und
eine Flüssigkeit vom Einlassorgan 7 zum Auslassorgan 8 analog
zum ersten Ausführungsbeispiel gefördert werden.
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In 6 sind
in zwei Liniendiagrammen die Stellungen des Abgasventils 28 und
des Kaltluftventils 29 dargestellt. Die Stellungen sind
an der Ordinate aufgetragen und in den Linien in Abhängigkeit
von der an der Abszisse aufgetragenen Zeit t dargestellt. Im untersten
Liniendiagramm ist an der Ordinate der Druck p im Arbeitsraum 6 des
Verdrängerkompressors 3 in Abhängigkeit
von der an der Abszisse aufgetragenen Zeit t dargestellt. Ein Öffnen
des Abgasventils 28 bewirkt ein Erwärmen der Membran 14,
so dass das Gas im Arbeitsraum 6 verdichtet wird und der
Druck p im Arbeitsraum 6 ansteigt. Umgekehrt wird beim Öffnen
des Kaltluftventils 29 die Membran 14 abgekühlt,
mittels der Feder 22 die Membran 14 in die erste
Form 19 zurückgeführt, d. h. das Volumen des
Arbeitsraumes 6 vergrößert; der Druck
p im Arbeitsraum 6 sinkt damit.
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7 und 8 zeigt
in einem vierten Ausführungsbeispiel eine Antriebseinheit 10,
die dahingehend ausgebildet ist, dass diese bei einem Erwärmen
und Abkühlen der Formgedächtnislegierung 11 eine
Rotationsbewegung an eine Antriebswelle 32 zur Verfügung
stellen kann, d. h. analog beispielsweise zu einem Elektromotor.
Es handelt sich somit um eine Antriebseinheit 13 mit Rotationsbewegung.
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Eine
Verbrennungskraftmaschine 5 verfügt über
eine Abgasleitung 25 durch die heißes Abgas 23 geleitet
wird. Des Weiteren kann durch eine Kaltluftleitung 26 Kaltluft 24,
z. B. aus der Umgebung, geleitet werden. Zwei Umlenkrollen 35 sind
drehbar gelagert. Ein Riemen 36 aus einer Formgedächtnislegierung 11 verbindet
die beiden Umlenkrollen 35 miteinander, d. h. fungiert
als Transmissionsriemen für beide Umlenkrollen 35.
Eine Umlenkrolle 35 ist teilweise in der Abgasleitung 25 mit
heißem Abgas 23 gehalten und die andere Umlenkrolle 35 ist
teilweise in der Kaltluftleitung 26 mit Kaltluft 24 gehalten.
Der Riemen 36 aus der Formgedächtnislegierung 11 wird
somit in der Abgasleitung 25 erwärmt und in der
Kaltluftleitung 26 abgekühlt. Der Riemenabschnitt,
der in Kontakt mit dem heißen Abgas 23 kommt,
versucht seine aufgeprägte Form, eine gerade Linie, einzunehmen und
erzeugt damit ein Drehmoment, das die Umlenkrolle antreibt. Die
zweite Umlenkrolle 35, welche teilweise in der Kaltluftleitung 26 gehalten
ist, wird ebenfalls angetrieben, weil der Riemen 36 die
beiden Umlenkrollen 35 mechanisch miteinander verbindet.
Die Riemenabschnitte des Riemens 36 werden somit abwechselnd
von dem heißen Abgas 23 erwärmt und von
der Kaltluft 24 abgekühlt. Die freiwerdende mechanische
Leistung beim Einnehmen der aufgeprägten Form durch Wärmeaufnahme
im heißen Abgas 23 ist größer
als die aufzubringende Leistung zur plastischen Verformung bei Wärmeabgabe
an der Kaltluft 24. Dies liefert einen Überschuss
an erzeugter mechanischer Leistung, so dass die Antriebseinheit 10, 13 mittels
einer Antriebswelle 32 ein Laufrad 15 einer als
Kreiselpumpe 4 ausgebildeten Pumpe 1 antreiben
kann. Die zu fördernde Flüssigkeit wird an einem
als Öffnung 18 ausgebildeten Einlassorgan 7 der
Kreiselpumpe 4 angesaugt und an einem als Öffnung 18 ausgebildeten
Auslassorgan 8 wieder abgegeben.
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Insgesamt
betrachtet ermöglicht die vorliegende erfindungsgemäße
Pumpe oder der erfindungsgemäße Kompressor die
Abwärme aus technischen Prozessen auf einfache und preiswerte
Art zum Fördern und Verdichten von Fluiden zu nutzen. Damit
kann die ansonsten zum Antrieb konventioneller Pumpen und Kompressoren
notwendige Energie eingespart werden. Darüber hinaus werden
die Schadstoffemissionen reduziert, weil als Antriebsenergie für
die Pumpe oder den Kompressor Abwärme genutzt wird, die
ansonsten ungenutzt an die Umgebung abgegeben wird. In einer erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine
kann somit der Wirkungsgrad erhöht werden. Dies ist insbesondere beim
Einsatz einer erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine
in einem erfindungsgemäßen Personen- oder Nutzfahrzeug
von Vorteil, weil der spezifische Kraftstoffverbrauch damit gesenkt
werden kann. Das erfindungsgemäße Verfahren zur
Nutzung eines heißen Abgases eines technischen Prozesses
zum Antreiben einer Pumpe oder eines Kompressors gestattet es auf
einfache Weise, die im Abgas enthaltene Restwärme zum Antrieb
einer Pumpe oder eines Kompressors zu nutzen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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