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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung einer Bewegung sowie eine diese Vorrichtung umfassenden Motor, einen diese Vorrichtung aufweisenden Generator und deren Verwendungen.
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Seit je her ist die Erzeugung von Bewegungen, insbesondere deren motorgetriebene Erzeugung, diese bedeutet die Erzeugung durch Kraftmaschinen von großer Bedeutung. Herkömmliche Brennkraftmaschinen, wie Otto-, Diesel-, Stelzer- oder auch Wankelmotor benötigen jedoch hohe Temperaturunterschiede eines Wärmeträgers, um effektiv zu funktionieren. Mit Blick auf den Carnot-Kreisprozess lässt sich sogar festhalten, dass eine Brennkraftmaschine umso effektiver arbeitet je größer dieser Temperaturunterschied ist.
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Mit Blick auf immer knapper werdende fossile Energieträger und einen stetig steigenden Energiebedarf wird jedoch auch der Bedarf an Kraftmaschinen immer größer, welche bereits bei geringeren Temperaturunterschieden, als diese bei Verbrennungsvorgängen auftreten nutzbar, vorzugsweise effektiv nutzbar sind.
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In der
DE1763508A1 wird ein pyromagnetischer Motor beschrieben, welcher ferromagnetisches Material, das von einem Magneten angezogen wird, aufweist, welches mittels einer Kerze erwärmt wird und durch Änderung der magnetischen Permeabilität mittels Strahlungswärme einer Kerzenbirne zu einer Bewegung führt. Als Anwendung wird ein Dekorationsgerät vorgeschlagen, bei welchem sich das ferromagnetische Material um die Kerzenbirne dreht.
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Die
EP 2143151 B1 beschreibt ein Gerät zur Umwandlung thermischer Energie in elektrische Energie, umfassend einen magnetischen Kreis, der mindestens einen Teil aufweist, der aus einem magnetischen Material gefertigt ist, temperaturverändernde Mittel zur Veränderung der Temperatur in dem aus magnetischem Material gefertigten Teil wechselweise über und unter eine Phasenübergangstemperatur des magnetischen Materials, um dadurch die Reluktanz des magnetischen Kreises zu verändern, und eine Spule, die um den magnetischen Kreis angeordnet ist, in der elektrische Energie als Reaktion auf einen wechselnden magnetischen Fluss in dem magnetischen Kreis induziert wird, einen Kondensator, der parallel mit der Spule zur Bildung eines Resonanzkreises geschaltet ist, wobei die Frequenz der Temperaturveränderung über und unter die Phasenübergangstemperatur und die Resonanzfrequenz des Resonanzkreises den resonanten Energieübergang auf den Resonanzkreis optimiert sind. Die Erzeugung einer Bewegung wird nicht offenbart.
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In der
JP 000001194875 A1 wird ein Motor beschrieben, in welchem ein supraleitender paramagnetischer Rotor von einem Magneten dadurch bewegt wird, dass der supraleitende Rotor im Bereich des Magneten mittels einer Heizvorrichtung aus dessen paramagnetischen in dessen diamagnetischen Zustand überführt wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung zur Erzeugung einer Bewegung sowie eine diese Vorrichtung umfassenden Motor, einen diese Vorrichtung aufweisenden Generator zu schaffen, bei welchen schon geringe Temperaturunterschiede geeignet sind, eine Bewegung zu erzeugen und welche vorteilhaft ohne zwingenden Einsatz fossiler Brennstoffe bei Temperaturen oberhalb der Temperatur von Supraleitern betreibbar ist.
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Diese Aufgabe wird gelöst mit einer Vorrichtung zur Erzeugung einer Bewegung, vorzugsweise einer Kreisbewegung, mit zumindest einem Magneten, einem in der Nähe des Magneten oder im Magneten angeordneten Material, auf welches der Magnet eine Anziehungskraft ausübt und bei welchem durch thermische Einwirkung auf zumindest einen Bereich des Materials die Anziehungskraft des Magneten geschwächt wird, wobei sich das Material während der thermischen Einwirkung vorzugsweise nicht in supraleitendem Zustand befindet und vorzugsweise vor der thermischen Einwirkung paramagnetische Eigenschaften und nach der thermischen Einwirkung diamagnetische Eigenschaften aufweist.
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Als paramagnetische Eigenschaften aufweisend werden im erfindungsgemäßen Sinn auch Materialien verstanden, welche bereichsweise paramagnetische Eigenschaften aufweisen. Als diamagnetische Eigenschaften aufweisend werden im erfindungsgemäßen Sinn auch Materialien verstanden, welche bereichsweise diamagnetische Eigenschaften aufweisen. Im Sinne der Erfindung ist es zwar vorteilhaft, möglichst vollständig para- und diamagnetische Zustände vorliegend zu haben, jedoch kann die Erfindung auch durchgeführt werden wenn das Material jeweils nicht vollständig para- oder diamagnetisch vorliegt.
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Vorteilhaft bildet der Magnet ein Joch aus, welches das Material zumindest bereichsweise umgibt, um die Kraftübertragung zwischen Magnet und Material zu verbessern.
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Wenn innerhalb oder in der Nähe des Magneten eine erste Einrichtung zur Veränderung der Temperatur des Materials angeordnet ist, kann mit dieser die Anziehungskraft des Magneten durch thermische Einwirkung geschwächt werden und das Material auf der Seite mit der höheren Anziehungskraft vor der thermischen Einwirkung zu dem oder in den Magneten hinein gezogen werden und sich mit verminderter Anziehungskraft von dem Magneten weg oder aus diesem heraus bewegen.
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Wenn die erste Einrichtung zur Veränderung der Temperatur des bewegbaren Materials einen thermischen Energieträger, insbesondere einen Strahlung umfassenden thermischen Energieträger mit dem Material in Kontakt treten lässt, kann hierdurch beispielsweise Solar- oder Strahlungsenergie günstig genutzt werden.
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Wenn die erste Einrichtung zur Veränderung der Temperatur des bewegbaren Materials einen thermischen Energieträger, insbesondere einen fluiden thermischen Energieträger in Kontakt mit dem Material bringt, können hierbei Wasser, Wasser-Luft-Gemische, insbesondere Abwässer, Abluft, und/oder auch Auspuffgase zum Betrieb der Vorrichtung verwendet werden.
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Bevorzugt wird mittels der ersten Einrichtung zur Veränderung der Temperatur des bewegbaren Materials die Temperatur zumindest von Bereichen des Materials, vorzugsweise innerhalb des Jochs des Magneten, mit Hilfe des thermischen Energieträgers über dessen Curie-Temperatur angehoben und hierdurch ein möglichst hoher Kraftunterschied zwischen der Anziehungskraft zum oder in den Magneten und der Kraft, welche das Material am Austreten oder sich Entfernen vom Magneten hindern will, erzeugt werden.
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Mit einer in der Nähe des Magneten angeordneten zweiten Einrichtung zur Veränderung der Temperatur des Materials kann dieses wieder abgekühlt, insbesondere unter dessen Curie-Temperatur abgekühlt werden und können in kurzem Abstand mehrere Magnete mit entsprechenden ersten und zweiten Einrichtungen zur Veränderung der Temperatur verwendet werden.
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Vorzugsweise ist die zweite Einrichtung zur Veränderung der Temperatur des Materials in einem Bereich angeordnet, in welchem das magnetische Feld auf einen Wert von weniger als 50%, vorzugsweise von weniger als 10% und am bevorzugtesten von weniger als 1% relativ zu dem maximalen Feld innerhalb des Jochs des Magneten abgefallen ist.
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Bevorzugt bringt die zweite Einrichtung zur Veränderung der Temperatur des bewegbaren Materials einen thermischen Energieträger, insbesondere einen fluiden thermischen Energieträger mit dem Material in Kontakt und kann auf diese Weise effizient eine Kühlung des Materials vorgenommen werden. Hier kann beispielsweise bei der Nutzung geothermischer Wärme eine Warmwasserquelle und eine Kaltwasserquelle stationär zur Energiegewinnung eingesetzt werden oder auch bei Abwässern der chemischen Industrie, von Kraftwerken, insbesondere auch von Heizkraftwerken oder das Abwasser mit Kühlwasser aus natürlichen Quellen verwendet werden.
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Wenn dabei mittels der zweiten Einrichtung zur Veränderung der Temperatur des bewegbaren Materials die Temperatur von Bereichen, insbesondere den erwärmten Bereichen des Materials mit Hilfe des thermischen Energieträgers unter dessen Curie-Temperatur abgesenkt wird, kann bereits im Wesentlichen unmittelbar danach ein zweiter Magnet mit jeweils zugehöriger erster und zweiter Einrichtung zur Veränderung der Temperatur eingesetzt werden.
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Vorzugsweise ist das Material relativ zu dem Magneten bewegbar, vorzugsweise auf einer Kreisbahn bewegbar bzw. drehbar angeordnet, um mit der hierdurch erzeugten Kreisbewegung bereits ein nutzbares Drehmoment, beispielsweise für die Verwendung als Motor oder auch für die Bewegung einer Welle eines elektrischen Generators zu nutzen.
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Besonders bevorzugt ist das Material ringförmig ausgebildet und weist der Magnet vorzugsweise Öffnungen für das Hindurchbewegen des Materials auf. Geringe Spaltmaße in axialer Richtung, vorzugsweise von weniger als 1 mm, lassen eine besonders vorteilhafte Krafteinwirkung zu. Besonders bevorzugt beträgt der Abstand der Oberfläche des Rings 10 zum Joch des Magneten weniger als 0,7 mm.
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Wenn das Material Gadolinium umfasst, erlaubt dessen Curie-Temperatur von zwischen 16° und 17° Celsius den Einsatz der Vorrichtung bereits bei Wärmeträgern, welche eine Temperatur von mehr als ca. 17° Celsius aufweisen. Stehen höhere Temperaturen des Wärmeträgers zur Verfügung, kann dieser entsprechend schnell am Material, insbesondere am Gadolinium vorbei geführt werden, sodaß gerade eine sichere Erwärmung des Materials auf über dessen Curie-Temperatur erfolgt und dieses somit zumindest bereichsweise diamagnetisch geworden ist. Der somit nur teilweise abgekühlte Wärmeträger kann dann bei mehreren Magneten in der Vorrichtung entweder innerhalb der erfindungsgemäßen Vorrichtung einer weiteren Einrichtung zu Veränderung der Temperatur zugeführt werden, welche einem weiteren Magneten zugeordnet ist, oder auch einer weiteren erfindungsgemäßen Vorrichtung zugeführt werden.
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Bevorzugt ist das Material metallisches Gadolinium mit einer Reinheit von wenigstens 99.995 Gew.-%.
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Vorteilhaft ist der Magnet ein Permanentmagnet und umfasst die Vorrichtung eine Vielzahl von derartigen Magneten und eine Vielzahl von ersten und zweiten thermischen Einrichtungen.
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Um die axiale Kaskadierung mehrer Vorrichtungen zu ermöglichen, umfassen diese bevorzugt ein zentrales Lager und eine Welle zur Aufnahme des von dem Material erzeugten Drehmoments, wobei diese Welle jeweils welche axial mit der Welle einer weiteren Vorrichtung verbindbar ist.
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Besonders vorteilhaft sind die Zu- und Ableitungen der ersten und/oder zweiten Einrichtung zur Veränderung der Temperatur seitlich angeordnet sind, sodass Türme mit mehreren erfindungsgemäßen Vorrichtungen gebildet werden können und auf diese Weise das nutzbare Drehmoment erheblich erhöht werden kann.
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Bevorzugte und besonders bevorzugte Verwendungen der Vorrichtung finden sich beispielsweise als Energiewandler in Kraftwerken, zur Nutzung der Abwärme chemischer Reaktionen, in Förderanlagen fossiler Brennstoffe auch bei Abfackelflammen.
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Auch der mobile Einsatz ist möglich, beispielsweise bei Verwendung der Vorrichtung zur Nutzung der Abwärme von Brennkraftmaschinen, insbesondere der Abwärme von Abgasen von Brennkraftmaschinen oder der Wärme des fluiden Kühlmittels der Brennkraftmaschine.
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Eine besonders bevorzugte Verwendung umfasst die Verwendung der Vorrichtung zur Nutzung häuslicher Abwärme, insbesondere der Abwärme von Abgasen von Heiz- und Klimatisierungseinrichtungen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele und unter Bezugnahme auf die beigeschlossenen Zeichnungen detaillierter beschrieben.
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Es zeigen
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1 eine perspektivische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit transparent dargestellter Ummantelung schräg von oben bei abgenommenem Deckelteil,
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2 die in 1 dargestellte erfindungsgemäße Vorrichtung mit aufgesetzten Deckelteil,
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3 ein Detail einer radial verlaufenden Schnittdarstellung der in 2 dargestellten erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Ebene, welche durch die Geraden A A aufgespannt wird,
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4 eine Schnittdarstellung der in 2 dargestellten erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Ebene, welche senkrecht zur Abtriebswelle der Vorrichtung verläuft schräg von oben,
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5 eine Draufsicht auf die in 4 dargestellte Schnittdarstellung, von oben her gesehen, 6
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7 eine Schnittdarstellung eines Details der Abtriebswelle mit Teilen der Tragarme und des oberen Halterings in perspektivischer Darstellung schräg von oben,
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8 eine vergrößerte Darstellung eines Details der 7 aus derem mittleren Bereich,
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9 eine perspektivische Aufsicht auf die Bodenplatte schräg von oben mit deren Auffanbecken sowie einer Durchgangsöffnung für die Abtriebswelle,
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10 eine Aufsicht auf einen Magneten der erfindungsgemäßen Vorrichtung in radialer Richtung auf die Vorrichtung zu gesehen,
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11 eine Seitenansicht des in 10 dargestellten Magneten, somit eine Aufsicht in tangetialer Richtung auf den Magneten,
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12 eine Aufsicht auf den in 10 und 11 dargestellten Magneten in negativer radialer Richtung somit von der Vorrichtung weg weisend gesehen,
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13 eine Aufsicht auf den in den 10, 11 und 12 dargestellten Magneten von oben her gesehen,
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14 eine Darstellung des Verlaufs des Magnetfelds in einem Magneten der erfindungsgemäßen Vorrichtung innerhalb der Polschuhe des Magneten in radialer Richtung verlaufend zum einen in einem Abstand von ungefähr 0,7 mm vom Polschuh und zum anderen in axialer Richtung der Mitte zwischen den Polschuhen verlaufen, wobei beide Messungen jeweils auch in der Mitte in tangentialer Richtung zwischen den Polschuhen vorgenommen wurden,
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15 eine Darstellung des Verlaufs des Magnetfelds in einem Magneten der erfindungsgemäßen Vorrichtung innerhalb der Polschuhe des Magneten in tangetialer Richtung verlaufend zum einen in einem Abstand von ungefähr 0,7 mm vom Polschuh und zum anderen in axialer Richtung in der Mitte zwischen den Polschuhen verlaufen, wobei beide Messungen jeweils auch etwa in der Mitte in radialer Richtung zwischen den Polschuhen vorgenommen wurden.
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Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
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Bei der nachfolgenden detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen wird auf die Figuren Bezug genommen, welche um der Klarheit willen nicht maßstabsgerecht dargestellt sind. Zum besseren Verständnis werden die nachfolgend erwähnten Richtungen wie folgt definiert.
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Als axiale Richtung wird bei der nachfolgenden Beschreibung eine Richtung in axialer Richtung der Abtriebswelle der Vorrichtung definiert. Als radiale Richtung wird bei der nachfolgenden Beschreibung eine Richtung in radialer Richtung von dem Zentrum der Abtriebswelle der Vorrichtung weg zeigend und senkrecht zur axialen Richtung verlaufend definiert. Als tangentiale Richtung wird eine Richtung definierte, welche senkrecht zur axialen und senkrecht zur radialen Richtung verläuft, wobei diese Richtung für die im Mittelpunkt der Abtriebswelle verlaufende Gerade in axialer Richtung mit der radialen Richtung zusammenfällt und deshalb nur für Gegenstände gebraucht wird, welche außerhalb des Mittelpunkts der Abtriebswelle liegen.
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Nachfolgend wird auf 1 Bezug genommen, in welcher eine perspektivische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 mit transparent dargestellter Ummantelung 2 schräg von oben bei abgenommenem Deckelteil 3 gezeigt ist.
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Die Ummantelung 2, das Deckelteil 3 und die Bodengruppe 4 bilden eine im Wesentlichen spritzwassergeschützte oder in bevorzugter Ausführung eine im Wesentlichen fluiddichte Verkapselung für die darin angeordneten Baugruppen.
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Eine Abtriebswelle 5 durchsetzt dabei in axialer Richtung das Deckelteil 5 sowie in einer bevorzugten Ausführungsform auch die Bodengruppe 5. Die Abtriebswelle erstreckt sich axial durch die erfindungsgemäße Vorrichtung 1. In an sich bekannter Weise kann die Abtriebswelle 5 als motorischer Drehmomenterzeuger oder mit einem direkt an diese angeschlossenen elektrischen Generator auch als elektrischer Energieerzeuger dienen. Generell kann mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung jeder elektrische Generator betrieben werden, welcher Drehbewegungen in elektrische Energie umsetzen kann.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind mehrere erfindungsgemäße Vorrichtungen in axialer Richtung aufeinander angeordnet und sind deren Abtriebswellen miteinander drehfest verbunden.
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Bei dieser Ausführungsform können auch die Ableitungen einer jeweils oberen erfindungsgemäßen Vorrichtung mit den Zuleitungen einer jeweils darunter angeordneten erfindungsgemäßen Vorrichtung verbunden sein. Hierbei kann der nur teilweise abgekühlte fluide Wärmeträger einer jeweils oberen in die jeweils untere Vorrichtung einströmen und weiter abgekühlt werden, wobei ein wesentlich höherer Gehalt an thermischer Energie des Wärmeträgers genutzt und ein wesentlich höheres Drehmoment erzeugt wird.
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Die Bodengruppe 4 weist eine Grundplatte 6 auf, an welcher drei Magnete 7, 8 und 9 angeordnet sind.
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Die Magnete 7, 8 und 9 bilden jeweils ein Joch aus, durch welches sich mit geringem Abstand zu diesem ein Ring 10 erstreckt, welcher drehfest mit der Abtriebswelle 5 verbunden ist. Der Ring 10 besteht aus einem Material, auf welches der Magnet eine Anziehungskraft ausübt und bei welchem unter thermischem Einfluss diese Anziehungskraft des Magneten nachlässt. Beispiele für derartige Materialien sind paramagnetische Materialien, welche bei Erwärmung über deren Curie-Temperatur im Wesentlichen diamagnetisch werden und welche nach Abkühlung unter deren Curie-Temperatur wieder im Wesentlichen paramagnetisch werden.
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Ein besonders bevorzugtes Material umfasst im Ring Gadolinium oder besteht sogar aus Gadolinium.
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Am bevorzugtesten ist das Material metallisches Gadolinium mit einer Reinheit von wenigstens 99.995%, welches eine Curie-Temperatur von etwa 16,6° Celsius hat.
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Durch thermische Einwirkung auf zumindest einen Bereich des Materials, hier auf einen Bereich des Gadoliniums, wird die Anziehungskraft des Magneten geschwächt, wobei sich das Material Gadolinium während der thermischen Einwirkung vorzugsweise nicht in supraleitendem Zustand befindet und vorzugsweise vor der thermischen Einwirkung paramagnetische Eigenschaften und nach der thermischen Einwirkung diamagnetische Eigenschaften aufweist.
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Geringe Spaltmaße in axialer Richtung zwischen der Oberfläche des Rings 10 und der Oberfläche des Jochs des Magneten 7, 8 und 9, vorzugsweise von weniger als 1 mm, lassen eine besonders vorteilhafte Krafteinwirkung zu. Besonders bevorzugt beträgt der Abstand der Oberfläche des Rings 10 zum Joch des Magneten weniger als 0,7 mm.
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Bevorzugt sind die Magnete 7, 8 und 9 als Permanentmagnete ausgebildet und weisen, wie aus den 10 bis 13 am besten zu erkennen ist, jeweils seitliche Abschirmungen 11 und 12 aus, welche vorzugsweise aus magnetischem Abschirmblech bestehen.
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10 zeigt eine Aufsicht auf den nachfolgend beispielhaft beschriebenen Magneten 7, welcher den Magneten 8 und 9 im wesentlichen gleicht.
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Der Magnet 7 ist in dieser Figur in radialer Richtung auf die Vorrichtung zu gesehen dargestellt.
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In 11 ist eine Seitenansicht des Magneten 7, somit eine Aufsicht in tangetialer Richtung auf den Magneten, und in 12 eine Aufsicht auf den Magneten 7 in negativer radialer Richtung, somit von der Vorrichtung weg weisend gesehen, gezeigt und 13 lässt eine Aufsicht auf den Magneten 7 von oben her erkennen.
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Die Abschirmbleche 11 und 12 bestehen aus magnetisch besonders gut leitendem Metall und schließen das Magnetfeld im Bereich zwischen den beiden Armen 13 und 14 des Jochs der Magnete 7, 8 und 9 ein.
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Das sich zwischen den Armen 13 und 14, somit innerhalb des Jochs, ergebende Magnetfeld ist von seiner Stärke her in den 14 und 15 gezeigt.
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14 zeigt eine Darstellung des Verlaufs des Magnetfelds in einem Magneten der erfindungsgemäßen Vorrichtung innerhalb der auch als Polschuhe bezeichneten Armen 13 und 14 des Magneten 7 in radialer Richtung verlaufend zum einen in einem Abstand von ungefähr 0,7 mm vom jeweiligen Arm 13, 14 und zum anderen in axialer Richtung der Mitte zwischen den Armen 13, 14 verlaufen, wobei beide Messungen jeweils etwa in der Mitte in tangentialer Richtung zwischen den Armen 13, 14 vorgenommen wurden.
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15 gibt eine Darstellung des Verlaufs des Magnetfelds 7 innerhalb der Arme 13, 14 des Magneten wieder in tangetialer Richtung verlaufend zum einen in einem Abstand von ungefähr 0,7 mm vom Arm 13, 14 und zum anderen in axialer Richtung in der Mitte zwischen den Armen verlaufen, wobei beide Messungen jeweils auch etwa in der Mitte in radialer Richtung zwischen den Armen vorgenommen wurden.
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Wie aus diesen Figuren gut zu erkennen ist, ist das Magnetfeld sehr stark zwischen den Armen 13 und 14 konzentriert und weist zwischen den Armen 13 und 14 ein ausgeprägtes Plateau auf.
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Das Magnetfeld liegt bei der dargestellten Ausführungsform im Bereich dieses Plateaus mit dessen Flussdichte zwischen etwa 1500 mT und 1800 mT und in der Mitte bei ca. 1600 mT.
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Erfindungsgemäß sind die Werte der magnetischen Flussdichte nicht beschränkt und können bevorzugt bei mehr als 1,6 T, bevorzugter bei mehr als 10 T und am bevorzugtesten bei mehr als 20 T liegen.
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Durch den starken Abfall des Magnetfeldes kann dessen Einfluss räumlich beschränkt werden und wird ein besonders günstiger Kraftverlauf in Bezug auf den Ring 10 erreicht, wie dies nachfolgend unter Bezugnahme auf 3 beschrieben wird, wobei 3 ein Detail einer radial verlaufenden Schnittdarstellung der in 2 dargestellten erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 in einer Ebene, welche durch die Geraden A A' aufgespannt wird, zeigt.
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Zwischen den Armen 13, 14 des Magneten 7 erstreckt sich der Ring 10, welcher um die Abtriebswelle 5 drehbar gelagert ist und sich folglich im Joch des Magneten 7 frei drehen kann.
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Wenn die Vorrichtung 1 im thermischen Gleichgewicht ist, dies bedeutet, wenn alle deren Bestandteile in etwa die gleiche Temperatur aufweisen, bleibt der Ring 10 in Ruhe und dreht sich nicht.
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Wird jedoch mit der Zuleitung 15 ein thermischer Energieträger zugeführt, beispielsweise ein fluider thermischer Energieträger, kann mit diesem Energieträger das Material des Rings 10 erwärmt werden und da dieser Engergieträger im Magneten oder zumindest in der Nähe des Magneten zugeführt wird, tritt eine Erwärmung des Materials des Rings 10 in diesem Bereich auf und bei Überschreiten der Curie-Temperatur findet ein Übergang aus dem paramagnetischen in den diamagnetischen Zustand statt. Im diamagnetischen Zustand verliert der Magnet die Anziehungskraft und der Ring 10 wird mit dessen paramagnetischen Teil stetig in den Magneten 7 hinein gezogen und kann nach Erwärmung den Magneten anziehungskraftfrei verlassen.
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Hierdurch wird ein Drehmoment erzeugt, welches mittels der Tragarme 17 bis 23 auf die Abtriebswelle 5 über jeweilige Träger 24 bis 29 übertragen wird.
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Um einen besonders guten Wärmeeintrag sicher zu stellen, kann der Ring sich radial erstreckende Rippen 16 aufweisen, zwischen welchen jeweils Öffnungen für den Durchtritt des thermischen Energieträger definiert werden.
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In radialer Richtung hinter und unter dem Ring 10 findet sich ein Auffangbecken 30 für den thermischen Energieträger, von welchem aus der thermische Energieträger über dem Auffangbecken zugeordnete Ableitungen 31 aus der Vorrichtung 1 herausgeführt werden kann.
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Auf diese Weise wird durch die Zuführung des thermischen Energieträgers mittels der Zuleitung 15 innerhalb oder in der Nähe des Magneten 7 eine erste Einrichtung zur Veränderung der Temperatur des Materials Gadolinium definiert.
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Alternativ kann die erste Einrichtung zur Veränderung der Temperatur 15 des bewegbaren Materials 10 einen Strahlung umfassenden thermischen Energieträger mit dem Material 10 in Kontakt treten lassen. Hierzu können beispielsweise anstelle des Auffangbeckens 30 in den Figuren nicht dargestellte aber dem Fachmann bekannte optische Strahlungsführungen, wie Linsen, Lichtleiter, Spiegelsysteme, insbesondere auch punktförmige oder kreisförmige Strahlungsquellen fokussierende Parabolspiegel in der Vorrichtung 1 oder in der Nähe der Vorrichtung 1 angeordnet sein.
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Die Ummantelung 2 kann in dieser Ausführungsform transparent ausgeführt sein oder sogar weg gelassen werden.
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Zur Verbesserung der Absorptionseigenschaften kann das Material des Rings farbig auf die Strahlung abgestimmt absorbierend ausgebildet oder mit einer farbigen Schicht versehen sein oder auch eine schwarze Beschichtung aufweisen.
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Bevorzugt sollte jedoch unabhängig vom Energieträger mit einer solchen ersten Einrichtung zur Veränderung der Temperatur des bewegbaren Materials 10 die Temperatur von Bereichen des Materials 10 mit Hilfe des thermischen Energieträgers über dessen Curie-Temperatur angehoben werden.
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Nachfolgend wird auf 4 Bezug genommen, welche eine Schnittdarstellung der in 2 dargestellten erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 in einer Ebene zeigt, welche senkrecht zur Abtriebswelle der Vorrichtung verläuft. Bereits eine Anordnung, in welcher nur thermische Einrichtungen zur Erhöhung der Temperatur von Bereichen des Materials des Rings 10 vorhanden sind kann beachtliche Leistungen erreichen und es können auf diese Weise bei dem angegebenen Magnetfeld von ca. 1600 mT und einem Ring 10 mit einem Durchmesser von ca. 70 cm in dessen äußerem Rand Leistungen von ca. 200 W pro Magnet erhalten werden.
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Wird das Magnetfeld erhöht, können wesentlich höhere Leistungen, beispielsweise von mehr als einem kW pro Magnet erreicht werden.
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Auch größere Durchmesser des Rings 10, beispielsweise von einem bis zu mehreren Metern führen zu einem stärkeren Drehmoment und können verwendungsabhängig von Vorteil sein.
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Wenn mit einer derartigen ersten Einrichtung zur Veränderung der Temperatur des bewegbaren Materials 10 die Temperatur von Bereichen des Materials 10 mit Hilfe des thermischen Energieträgers angehoben wird, können mit einer zweiten derartigen Einrichtung, insbesondere mit einem fluiden Energieträger mit niedrigerer Temperatur auch die erwärmten Bereiche wieder abgekühlt werden.
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Derartige zweite Einrichtungen 32, 33 und 34, insbesondere mit einem fluiden Energieträger mit niedrigerer Temperatur, mit welche die erwärmten Bereiche des Rings 10 wieder abgekühlt werden, sind 4 ebenfalls zu entnehmen.
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Mittels Zuleitungen 35 wird ein fluider Energieträger mit einer Temperatur unterhalb der Curie-Temperatur des Materials des Rings 10 den zweiten Einrichtungen 32, 33 und 34 zugeführt und von diesen aus durch die Rippen 16 des Rings 10 geführt, um diesen unter dessen Curie-Temperatur abzukühlen.
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Auf diese Weise bringt die zweite Einrichtung zur Veränderung der Temperatur des bewegbaren Materials den thermischen Energieträger, insbesondere den fluiden thermischen Energieträger mit dem Material des Rings 10 in Kontakt und wird die Temperatur von Bereichen des Materials des Rings 10 mit Hilfe des thermischen Energieträgers unter dessen Curie-Temperatur abgesenkt.
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Diese zweite Einrichtung 32, 33, 34 ist jeweils in der Nähe des zugehörigen Magneten 7, 8, 9 angeordnet und erlaubt es auf diese Weise, das abgekühlte Material des Rings 10 dem jeweils nächsten Magneten 8, 9, 7 wieder zuzuführen.
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Die zweite Einrichtung 32, 33, 34 ist jeweils in einem Bereich angeordnet, in welchem das magnetische Feld auf einen Wert von weniger als 50%, vorzugsweise von weniger als 10% und am bevorzugtesten von weniger als 1% relativ zu dem maximalen Feld innerhalb des Jochs des Magneten 7, 8, 9 abgefallen ist.
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Hinter oder unterhalb der zweiten Einrichtungen 32, 33, 34, befinden sich Öffnungen 36, 37, 38 in der Bodenplatte 3 der Bodengruppe 4, welche den thermischen Energieträger aufnehmen, nachdem dieser durch den Ring 10, insbesondere durch die durch die Rippen 16 definierten Öffnungen im des Rings 10 getreten ist.
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Besser sind diese Öffnungen sowie deren relative Anordnung 5 zu entnehmen, welche eine Draufsicht auf die in 4 dargestellte Schnittdarstellung, von oben her gesehen zeigt.
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Die im Wesentlichen als Wanne ausgebildete Bodengruppe 3 fängt den fluiden, bevorzugt flüssigen thermischen Energieträger der zweiten Einrichtungen 32, 33, 34 auf und führt diesen mittels einer Ableitung 39 aus der Vorrichtung 1 heraus, sodass dieser entweder weiteren erfindungsgemäßen Vorrichtungen zur Verfügung gestellt werden kann soweit dessen Temperatur unter der Curie-Temperatur des Materials des Rings 10 der jeweiligen weiteren erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 liegt oder auch einfach nur abgeführt werden kann.
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Nachfolgend wird auf 6 Bezug genommen, welche Teile der Verschlauchung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 mit teilweise dargestellten externen Anschlüssen 40, 41 und 42 in einer perspektivischen Aufsicht auf die Bodenplatte schräg von oben zeigt.
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Der externe Anschluss 40 führt den zweiten thermischen Energieträger zu, welcher innerhalb der Bodengruppe 3 mit einer Leitung 43, insbesondere einer thermisch isolierten Leitung, mittels eines Verteilerblocks 43 den Zuleitungen 35 zugeführt wird, welche bevorzugt ebenfalls thermisch isoliert ausgeführt sind.
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Der externe Anschluss 41 führt den ersten thermischen Energieträger zu, welcher innerhalb der Bodengruppe 3 mit einer Leitung 45, insbesondere einer thermisch isolierten Leitung, mittels eines Verteilerblocks 46 den Zuleitungen 15 zugeführt wird, welche bevorzugt ebenfalls thermisch isoliert ausgeführt sind.
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Zum besseren Verständnis sind die Magnete 7, 8 und 9 nicht gezeigt, da diese jeweils deren zugeordnete Auffanbecken 30 verdecken würden. von den Auffangbecken führen jeweils Ableitungen 47 den ersten thermischen Energieträger, nachdem dieser durch den Ring 10 getreten ist, zu einem Verteilerblock 48, von welchem aus dieser mit einer Ableitung 49 zu dem externen Anschluß 42 geleitet wird.
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Auf diese Weise ist zu erkennen, wie die Zu- und Ableitungen der Vorrichtung 1 seitlich angeordnet sind und deren axiale Kaskadierbarkeit unterstützen.
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Nachfolgend wird auf 7 Bezug genommen, welche eine Schnittdarstellung eines Details der Abtriebswelle 5 mit Teilen der Tragarme 17 bis 24 sowie der daran befestigten Träger 24 bis 29 und des oberen Halterings 50 in perspektivischer Darstellung schräg von oben zeigt. Der obere Haltering stabilisiert die Tragarme jeweils sowohl in tangentialer als auch in axialer Richtung der Vorrichtung 1 und ermöglicht auf diese Weise eine mechanisch sehr präzise Führung des Rings 10 durch die Magnete 7, 8 und 9.
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Ein zentrales Lager 51, welches in 8 detaillierter dargestellt und mit Bezug auf diese Figur nachfolgend noch detaillierter beschrieben werden wird sowie eine Welle, insbesondere Abtriebswelle, 5 nimmt das von dem Material des Ring 10 erzeugte Drehmoment auf.
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Das zentrale Lager 51 ist auf einem Stator 52 gehalten, welcher in der Bodengruppe 3 befestigt ist und an dessen oberen Ende zwei Lager 53, 54 als Teil des zentralen Lagers 51 befestigt sind.
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An der Außenseite der Lager 53 und 54 ist eine Tasse 55 gehalten, von welcher sich sowohl die Abtriebswelle 5 axial als auch die Tragarme 17 bis 23 radial erstrecken.
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In einer weiteren, in den Figuren nicht dargestellten Ausführungsform ist der Stator 52 als Hohlwelle ausgeführt und erstreckt sich die Abtriebswelle 5 von der Tasse 55 aus nicht nur axial nach oben sondern auch durch den als Hohlwelle ausgebildete Stator 52 in dessen Innerem durch die Bodengruppe 3 nach außen, sodass die Abtriebswelle 5 sowohl oberhalb der Vorrichtung 1 als auch unterhalb der Vorrichtung 1 Drehmomenten übertragen kann.
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Hierzu ist in 9 die Öffnung 56 dargestellt, durch welche sich der sich axial nach unten erstreckende Teil der Abtriebswelle 5 durch die Bodengruppe 3 und insbesondere auch durch deren Bodenplatte 6 erstreckt.
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Ohne Beschränkung der Allgemeinheit kann die erfindungsgemäße Vorrichtung in Kraftwerken oder auch insbesondere in der chemischen Industrie zur Nutzung der Abwärme chemischer Reaktionen verwendet werden.
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Bei mobilen Anwendungen kann die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 auch zur Nutzung der Abwärme von Brennkraftmaschinen, insbesondere der Abwärme von Abgasen von Brennkraftmaschinen oder der Wärme des fluiden Kühlmittels der Brennkraftmaschine verwendet werden.
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Im stationären Einsatz kann die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur Nutzung häuslicher Abwärme, insbesondere der Abwärme von Abgasen von Heiz- und Klimatisierungseinrichtungen verwendet werden.
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Auch die Nutzung geothermischer Wärme liegt im Rahmen der Erfindung.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- erfindungsgemäße Vorrichtung
- 2
- Ummantelung
- 3
- Deckelteil
- 4
- Bodengruppe
- 5
- Abtriebswelle
- 6
- Bodenplatte
- 7
- Magnet
- 8
- Magnet
- 9
- Magnet
- 10
- Ring
- 11
- Abschirmblech
- 12
- Abschirmblech
- 13
- Arm
- 14
- Arm
- 15
- Zuleitung
- 16
- Rippen
- 17
- Tragarm
- 18
- Tragarm
- 19
- Tragarm
- 20
- Tragarm
- 21
- Tragarm
- 22
- Tragarm
- 23
- Tragarm
- 24
- Träger
- 25
-
- 26
-
- 27
-
- 28
-
- 29
- Träger
- 30
- Auffangbecken
- 31
- Ableitung
- 32
- zweite Einrichtung zur Veränderung der Temperatur
- 33
- zweite Einrichtung zur Veränderung der Temperatur
- 34
- zweite Einrichtung zur Veränderung der Temperatur
- 35
- Zuleitung
- 36
- Öffnung
- 37
- Öffnung
- 38
- Öffnung
- 39
- Ableitung
- 40
- externer Anschluss
- 41
- externer Anschluss
- 42
- externer Anschluss
- 43
- Leitung
- 44
- Verteilerblock
- 45
- Leitung
- 46
- Verteilerblock
- 47
- Ableitung
- 48
- Verteilerblock
- 49
- Ableitung
- 50
- Haltering
- 51
- zentrales Lager
- 52
- Stator
- 53
- Lager
- 54
- Lager
- 55
- Tasse
- 56
- Öffnung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 1763508 A1 [0004]
- EP 2143151 B1 [0005]
- JP 000001194875 A1 [0006]
