DE102022212935B3

DE102022212935B3 - Elastokalorische maschine und entsprechendes verfahren zum betreiben einer solchen elastokalorischen maschine

Info

Publication number: DE102022212935B3
Application number: DE102022212935.0A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Lehmayr; Mark Paulov; Wolfgang Bauer; Ivo Sandor
Original assignee: Vitesco Technologies GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2022-12-01
Filing date: 2022-12-01
Publication date: 2024-03-14
Anticipated expiration: 2042-12-02

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elastokalorische Maschine 1 zum Austausch von Wärmeenergie, aufweisend: zumindest ein elastokalorisches Element, welches aus einem elastokalorischen Material gebildet und eingerichtet ist, einen ersten Zustand einzunehmen, bei dem auf der Grundlage des elastokalorischen Effekts das elastokalorische Material Wärmeenergie abgibt, und einen zweiten Zustand einzunehmen, bei dem auf der Grundlage des elastokalorischen Effekts das elastokalorische Material Wärmeenergie aufnimmt, eine Halterung mit einem ersten Halterungsabschnitt und einem dem ersten Halterungsabschnitt gegenüberliegenden zweiten Halterungsabschnitt, die jeweilige Enden des elastokalorischen Elements derart haltern, dass beim Betrieb der elastokalorischen Maschine ein Abstand zwischen den gehalterten Enden des elastokalorischen Elements innerhalb eines Arbeitsbereichs variiert, um das elastokalorische Element von einem Zustand aus dem ersten Zustand und dem zweiten Zustand in den jeweils anderen Zustand überzuführen, wobei der Arbeitsbereich einem Bereich zwischen einem minimalen und maximalen Abstand von einem gehalterten Ende zu dem entsprechend anderen gehalterten Ende des elastokalorischen Elements entspricht, innerhalb von dem das eine gehalterte Ende durch Führung mittels des ersten Halterungsabschnitts zu und weg von dem anderen Ende bewegt werden kann, wobei die Halterung eingerichtet ist, den Arbeitsbereich zu variieren und/oder den Abstand des Arbeitsbereichs zu dem anderen gehalterten Ende zu variieren. Weiterhin betrifft die Erfindung ein entsprechendes Betriebsverfahren für eine elastokalorische Maschine.

Description

Die Erfindung betrifft eine elastokalorische Maschine zum Austausch von Wärme bzw. von Wärmeenergie mit einem Fluid, vorzugsweise für den Betrieb als Wärmepumpe bzw. Kältemaschine in einem Wärme- bzw. Kältekreislauf. Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Betreiben einer solchen elastokalorischen Maschine.
Aus dem Stand der Technik bekannte elastokalorische Maschinen kommen beispielsweise in Klimaanlagen, Kühlungen oder Heizungen zum Einsatz. Herkömmlicherweise umfassen solche elastokalorische Maschinen mehrere elastokalorische Elemente, deren elastokalorische Materialien (kurz: ELM) in der Regel als Drähte, Streifen, etc. ausgebildet sind und oftmals zu Bündeln wie Drahtbündel zusammengefasst sind.
Diese elastokalorischen Elemente verwenden insbesondere elastokalorische Materialien, die auch als sog. Formgedächtnislegierungen (FGL) bekannt sind. Bei derartigen pseudoelastischen Legierungen lässt sich durch Eintrag von Wärme durch eine Wärmequelle eine Formänderung induzieren. Entfernt man die Wärmequelle wieder, nimmt die Legierung ihre ursprüngliche Form wieder an. Dieser Effekt ist absolut reversibel. Damit einhergehend wird der umgekehrte Effekt, der sog. elastokalorische Effekt, genutzt. Über eine Formänderung des elastokalorischen Materials wird Umwandlungswärme des elastokalorischen Materials mit der Umgebung ausgetauscht, so dass das elastokalorische Material nach Wärmeenergieaustausch mit der Umgebung einen energetisch niedrigeren Zustand als vor dem Wärmeenergieaustausch einnehmen kann.
Im Speziellen wird das elastokalorische Material einer mechanischen Beanspruchung bzw. Belastung ausgesetzt, so dass es bei diesem zu einer kristallinen Phasenumwandlung kommt und sich dabei erwärmt. Diese entstehende Wärme wird beispielsweise wieder über eine Wärmesenke, beispielsweise in Form eines Fluids, abgeführt, so dass das Material wieder auf die Ausgangstemperatur abkühlt. Wird nun die mechanische Beanspruchung entfernt, d.h. es folgt eine Entspannung bzw. Entlastung des Materials, so verringert sich die Ordnung und das Material kühlt sogar auf einen Wert unterhalb der Ausgangstemperatur ab, so dass es nun thermische Energie bzw. Wärmeenergie aus der Umgebung, beispielsweise aus einem umgebenden Fluid, aufnehmen kann. Durch zyklische Be- und Entlastung des elastokalorischen Materials kann somit im Sinne einer elastokalorischen Wärmepumpe eine entsprechende Wärmezufuhr und -abfuhr realisiert werden.
Durch geeignete Steuerung der zyklischen Belastung/Beanspruchung und Entlastung/Entspannung verbunden mit entsprechender Steuerung eines Fluidkreislaufs, welcher beispielsweise ein Kühlmittel wie Wasser aufweisen kann, lässt sich somit eine elastokalorische Maschine in Form einer Wärmepumpe bzw. Kältemaschine realisieren.
Wie vorstehend erwähnt, wird das elastokalorische Material somit zur Wärmeenergieabgabe und -aufnahme belastet, beispielsweise gedehnt, und entspannt. Insbesondere können beispielsweise bei der Dehnung des elastokalorischen Materials (ELM) Spannungen von bis zu 1000MPa und höher im Material auftreten.
Die Einleitung mechanischer Kräfte zur Herbeiführung solcher Spannungen in dem elastokalorischen Material erfolgt herkömmlicherweise über die Lagerungen, Lagerstellen, oder eine Art Halterung zum Haltern des elastokalorischen Materials; im Falle von Drähten aus elastokalorischem Material werden beispielsweise verstellbare Halterungen mit Einspannungen verwendet, die im Wesentlichen voneinander beabstandete Rollen umfassen, welche mit einem Draht oder mehreren Drähten aus elastokalorischem Material (kurz: ELM-Draht bzw. ELM-Drähte) umwickelt sind. Mit anderen Worten haltern diese Einspannungen und damit jeweilige Halterungsabschnitte der Halterung entsprechende Enden bzw. Endabschnitte der jeweiligen ELM-Drähte zwischen den jeweiligen Halterungsabschnitten. Wird der Abstand zwischen den als Lagerungen fungierenden Einspannungen und damit den gegenüberliegenden Rollen der jeweiligen Einspannungen erhöht, so wird der Draht aus elastokalorischem Material gedehnt und damit belastet, während eine Verringerung des Abstands der Einspannungen zur Entlastung des Drahts aus elastokalorischem Material führt. Entsprechend des Querschnitts des Materials bzw. entsprechend der Anzahl der ELM-Drähte, welche den Querschnitt bilden, müssen hohe Zugkräfte aufgebracht werden. Das wiederum erfordert bei einer hohen Anzahl von ELM-Drähten eine entsprechende Dimensionierung des Gehäuses, der Lagerungen sowie der Verstellungskinematik bzw. Halterung zur Dehnung oder Stauchung, d.h. zur Aufbringung einer Zug- oder Druckbelastung, oder zur Torsionierung, d.h. zur Beaufschlagung mit einem Drehmoment, des elastokalorischen Materials.
Werkstücke aus elastokalorischem Material können, wie vorstehend erwähnt, beispielsweise in dünnen Streifen, Rohre oder als besagte Drähte ausgeführt werden, damit einem elastokalorischen „Materialvolumen“ eine möglichst große elastokalorische „Materialoberfläche“ zur Wärmeabgabe und Wärmeaufnahme zur Verfügung steht. Mit anderen Worten wird angestrebt, das elastokalorische Material möglichst in eine geeignete Form zu bringen, bei der die wärmeaustauschende Oberfläche maximal wird und die gleichzeitig geeignet ist, den vorstehend erwähnten Beanspruchungen standzuhalten. Oftmals werden daher ELM-Drähte eingesetzt.
Aus dem Dokument DE 10 2019 133 476 A1 ist eine Energiewandelvorrichtung für den Einsatz in einem Fahrzeug bekannt. Die Energiewandelvorrichtung umfasst eine Bewegungseinrichtung mit zwei senkrecht gegenüberliegenden und parallel zueinander angeordneten Bewegungselementen und zumindest einem drehbar an dem ersten Bewegungselement angeordneten Kippelement mit einer dafür im Wesentlichen dezentral angeordneten Drehachse. Das zumindest eine Kippelement ist dabei mittels der Bewegungseinrichtung umlaufend in wenigstens zwei Richtungen bewegbar. An dem zumindest einen Kippelement ist jeweils ein thermoelastisches Element mittels eines ersten Endbereichs dieses jeweiligen Elements angeordnet. Dieses jeweilige Element ist mittels eines zweiten Endbereichs, welches gegenüberliegend des ersten Endbereichs vorgesehen ist, an dem zweiten Bewegungselement angeordnet, wobei das wenigstens eine Kippelement mittels einer Auslenkvorrichtung während der umlaufenden Bewegung in wenigstens zwei Positionen bewegbar ist, sodass das jeweilige thermoelastische Element partiell verformbar ist und aufgrund der jeweiligen Verformung ein thermoelastischer Effekt benutzerdefiniert einstellbar ist.
Eine vergleichbare Energiewandlervorrichtung ist auch aus der DE 10 2019 133 477 A1 bekannt.
Aus dem Dokument DE 10 2020 113 771 A1 ist in Verfahren und eine Vorrichtung zur Realisierung von Wärmepumpen und/oder Kältemaschinen unter Nutzung elastokalorischer Materialien bekannt. Das Verfahren basiert auf einem zwischen mindestens zwei Rollen ablaufenden Kreisprozess, bei welchem das elastokalorische Material kontinuierlich mechanischen Be- und Entlastungen unterzogen wird, welche mit der Ab- und Desorption der latenten Phasenwärme einhergehen. Der Wärmeübergang findet unter isothermen Bedingungen statt, um die mechanische Belastung des Materials zu minimieren und die Effizienz der Wärme/Kälteerzeugung zu maximieren. Die Vorrichtung umfasst zwei durch mindestens einen Motor angetriebene Rollen, wobei zur Realisierung einer Wärmepumpe eine Rolle als Zugrolle und die andere Rolle als Spannrolle ausgebildet ist und zwischen den Rollen eine geschlossene Schlaufe aus elastokalorischem Material aufgespannt ist und im Betrieb die Winkelgeschwindigkeit der einen Rolle größer ist als die Winkelgeschwindigkeit der anderen Rolle. Ferner sind zwischen den Rollen, getrennt durch eine Trennwand, Quellenwärmetauscherräume und Senkenwärmetauscherräume angeordnet.
Aus dem Dokument DE 10 2016 118 776 A1 ist ein thermoelastischer Energiewandler, insbesondere eine thermoelastische Heiz/Kühlvorrichtung, zum Einsatz in einem Energiewandlersystem, bekannt, aufweisend: eine thermoelastische Anordnung mit mindestens einem thermoelastischen Element aus einem thermoelastischen Material; zwei Halteelemente, zwischen denen das mindestens eine thermoelastische Element in Längsrichtung angeordnet ist; ein Befestigungselement zum Halten eines Endes des mindestens einen thermoelastischen Elements; eine Führungseinrichtung, die mit dem Befestigungselement des mindestens einen thermoelastischen Elements gekoppelt ist, um bei einer synchronen Rotation der Halteelemente relativ zu der Führungseinrichtung eine Längenänderung des mindestens einen thermoelastischen Elements in der Längsrichtung zu bewirken, so dass eine zyklische elastische Verformung und Entspannung des mindestens einen thermoelastischen Elements erreicht wird.
Ein Beispiel einer herkömmlichen elastokalorischen Maschine 1' (kurz: ELM-Maschine) mit einer Verstelleinrichtung bzw. einer Halterung mit entsprechenden Lagerungen bzw. Halterungsabschnitten 50` und 60' zur Belastung (Dehnung) und Entspannung des elastokalorischen Materials in Form von Drähten 30` (ELM-Drähten) oder Drahtbündeln 32` ist zum Teil in 1 dargestellt. Die Halterung umfasst dabei sämtliche Komponenten der elastokalorischen Maschine 1', welche eingerichtet sind, jeweilige Enden bzw. Endabschnitte der ELM-Drähte 30` zu haltern. Dabei sind die Halterungsabschnitte 50` und 60' dazu eingereicht, die jeweiligen Enden der ELM-Drähte 30` in ihrem Abstand zueinander zu verringern und vergrößern, nämlich innerhalb eines vorgegebenen Hubs. Dies wird beispielsweise dadurch realisiert, dass der eine Halterungsabschnitt 60' jeweilige eine Enden der ELM-Drähte 30` in Axialrichtung der elastokalorischen Maschine 1` unbeweglich haltert, während der andere Halterungsabschnitt 50` jeweilige andere Enden der ELM-Drähte 30` in Axialrichtung der elastokalorischen Maschine 1` innerhalb des Hubs in Axialrichtung beweglich haltert, während die ELM-Drähte 30` um eine Rotationsachse der elastokalorischen Maschine 1` rotiert werden, wie nachstehend noch genauer erläutert wird.
Wie aus 1 ersichtlich ist, sind zwei einander gegenüberliegende als Lagerungen bzw. Halterungsabschnitte 50` und 60' vorgesehen, wobei der erste Halterungsabschnitt 50` entsprechende Nockenfolger in Form von Nockenfolgerollen 40` aufweist, welche mit einer Einspannung zur Halterung eines Endes des ELM-Drahts oder der ELM-Drähte 30` verbunden sind. Dabei ist der ELM-Draht 30` zu entsprechenden Drahtbündeln 32` je Einspannung, welche wiederum mit einer jeweiligen Nockenfolgerolle 40` verbunden ist, gewickelt, so dass jedem Bündel 32` (ELM-Bündel) somit eine entsprechende Nockenfolgerolle 40` über die jeweilige Einspannung zugeordnet ist. Die jeweiligen Nockenfolgerollen 40` sind somit über eine feste Einspannung zur festen Einspannung von Drahtabschnitten der ELM-Drähte 30` mit letzteren über eine nicht konkret in 1 dargestellte Bündelklemmung verbunden, wobei die Nockenfolgerollen 40` jeweils an einem dem Halterungsabschnitt 50` zugehörigen umlaufenden Nocken 20` anliegen und bei Rotation der jeweiligen Drahtbündel 32` einer Nockenbahn 22` des Nockens 20` folgen. Die gegenüberliegenden Halterungsabschnitte 50` und 60' haltern dementsprechend jeweilige Enden 34', 36` der elastokalorischen Elemente bzw. der ELM-Drähte 30` bzw. Drahtbündel 32', wobei der Halterungsabschnitt 50` jeweilige Enden der ELM-Drähte 30` innerhalb des Hubs beweglich in Bezug auf jeweilige andere Enden halternden Halterungsabschnitt 60' haltert.
Werden somit die jeweiligen Nockenfolgerollen 40` zusammen mit den ELM-Drähten 30` in Umfangsrichtung relativ zu dem Nocken 20` bewegt, d.h. um eine Längsachse bzw. Rotationsachse der ELM-Maschine 1` rotiert, wird der Abstand der Nockenfolgerollen 40` und damit der jeweiligen Einspannungen des Halterungsabschnitts 50` zu denen der gegenüberliegenden Einspannungen des Halterungsabschnitts 60' entsprechend einem Verlauf der Nockenbahn 22` variiert, wodurch eine Belastung (Dehnung) und Entlastung (Entspannung) der ELM-Drähte 30` bewirkt wird. Mit anderen Worten wird beim Betrieb der elastokalorischen Maschine 1` ein Abstand zwischen den gehalterten Enden 34` und 36` des elastokalorischen Elements 30` innerhalb eines Arbeitsbereichs (Hubs) variiert.
Werden die rotierenden ELM-Drähte 30` während den jeweiligen Dehnungs- und Entspannungszyklen in entsprechende Fluidkreisläufe wechselweise geschleust, kann die elastokalorische Maschine 1` die Funktion einer Wärmepumpe oder einer Kältemaschine übernehmen.
Insbesondere dann, wenn die elastokalorische Maschine 1` als Klimaanlage eingesetzt wird, d.h. Anforderungen bestehen, sowohl zu heizen als auch zu kühlen, werden die ELM-Drähte 30` in eine Drehbewegung versetzt und dabei unter geeigneter Steuerung periodisch gedehnt und entspannt.
Wie vorstehend im Zusammenhang mit 1 beschrieben, wird die Dehnung und Entspannung der ELM-Drähte 30` beispielsweise mittels der Nockenfolgerollen 40` in Verbindung mit dem Nocken 20` herbeigeführt, indem diese der Nockenkontur bzw. Nockenbahn 22` des Nockens 20` folgen bzw. auf dieser ablaufen, wodurch die Dehnung auf die jeweiligen ELM-Drähte 30` bzw. ELM-Drahtbündel 32` zwischen den Lagerungen bzw. Halterungsabschnitten 50` und 60' über die jeweiligen Einspannungen der jeweiligen Halterungsabschnitte 50` und 60' übertragen wird.
Durch die Drehbewegung und der dabei entstehenden Spannung und Entspannung der ELM-Drähte 30` wird sichergestellt, dass die ELM-Maschine 1` heizen und kühlen kann. Bei der Drehbewegung durchlaufen die ELM-Drähte 30` eine kalte und warme Seite der Maschine zur Wärmeenergieaufnahme und -abgabe auf herkömmliche und nicht näher beschrieben Weise. Dabei ändert sich die Temperatur der ELM-Drähte 30', nämlich durch den periodischen Wärmeaustausch aufgrund des elastokalorischen Effekts, bei dem die ELM-Drähte 30` Wärme aufnehmen oder abgeben, wobei dies mit unterschiedlich temperierten Medien auf der kalten und warmen Seite der ELM-Maschine 1` erfolgt.
Eine Hysteresecharakteristik des elastokalorischen Materials, welche sich aus dem vorstehend beschriebenen Vorgang der Spannung und Entspannung der ELM-Drähte 30` ergibt, ändert sich in Abhängigkeit des Temperaturniveaus.
Wie in 2a) in Form einer Grafik bzw. Diagramms dargestellt ist, äußert sich dies in einer reduzierten maximal möglichen Dehnung bei tiefen Temperaturniveaus, wie den jeweiligen Hystereseschleifen in Abhängigkeit der jeweiligen Temperaturen entnommen werden kann. Aus der Grafik von 2a) ist gut erkennbar, dass die maximal mögliche Dehnung des ELM umso geringer wird, je tiefer das entsprechende Temperaturniveau liegt.
Die aus dem Stand der Technik bekannte Nockenkontur bzw. Nockenbahn 22` des Nockens 20` in Zusammenwirken mit den jeweiligen Nockenfolgerollen 40', wie in 1 dargestellt ist, ermöglicht nur einen definierten bzw. fest vorgegebenen Hub, welcher somit einer festen absoluten prozentualen Dehnung der ELM-Drähte 30` entspricht.
Grundsätzlich wird die Dehnung der ELM-Drähte 30` auf die Temperaturspreizung der ELM-Maschine 1` ausgelegt. Unter Temperaturspreizung ist insbesondere der Temperatur-Arbeitsbereich zu verstehen, in dem die ELM-Maschine 1` eingesetzt werden soll. Beispielsweise im Fahrzeugklimatisierungsbereich erstreckt sich der Arbeitsbereich der als Klimaanlage eingesetzten ELM-Maschine 1 ` idealerweise von -40°C ... 60°C. Damit die ELM-Drähte 30` im gesamten Temperaturarbeitsbereich funktionieren, ohne nach kurzer Beanspruchung beschädigt zu werden, wird zur Sicherheit die maximale Dehnung reduziert, was dementsprechend auch eine Verringerung des Nockenhubs zur Folge hat. Dies hat allerdings einen geringeren Wirkungsgrad zur Folge.
Soll zum Beispiel ein höherer COP („Coefficient of Performance“), welcher das Verhältnis der durch die Wärmepumpe erzeugten Wärme zu der dazu nötigen Antriebsenergie angibt, bei hohen Temperaturen erreicht werden, d.h. ELM-Maschine 1 ` muss in diesem Fall kühlen, wird ein großer Nockenhub benötigt, was letztlich zur Ausreizung der maximalen Dehnung der ELM-Drähte 30` führt. Im Gegenzug muss aber die Temperaturspreizung, bei der die ELM-Maschine 1 ` arbeitet, reduziert werden.
Eine derart konstruierte ELM-Maschine 1` kann auch nicht ohne Schädigung bei niedrigen Temperaturen gelagert werden, d.h. niedrigen Umgebungstemperaturen dauerhaft ausgesetzt sein, da sonst die ELM-Drähte 30` überdehnt werden (plastische, bleibende Verformung).
Üblicherweise muss ein neuer ELM-Draht 30` quasi „trainiert“ werden, d.h. die Belastung wird nach einem bestimmten Prozess zyklisch aufgebracht, bis sich die Hysteresekurven nicht mehr oder nur geringfügig verändern. Nach dem sog. Trainingsprozess kann eine bleibende plastische Verformung von bis zu einem Prozent Längenänderung auftreten, wie dies in den in 2b) gezeigt ist, in der jeweilige Hysteresekurven im Hinblick auf unterschiedliche ELM-Legierungen, welchen entsprechende Zahlen in 2b) zugewiesen sind, dargestellt sind.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäßen elastokalorischen Maschinen zum Austausch von Wärmeenergie mit einem Fluid, vorzugsweise für den Betrieb als Wärmepumpe bzw. Kältemaschine in einem Wärme- bzw. Kältekreislauf, sowie entsprechende Verfahren zum Betreiben einer elastokalorischen Maschine derart weiterzubilden, dass eine bessere Anpassbarkeit der elastokalorischen Maschinen an den jeweils vorgegebenen Arbeitsbereich ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Eine erfindungsgemäße elastokalorische Maschine ist zum Austausch von Wärmeenergie mit einem Fluid vorgesehen, vorzugsweise für den Betrieb als Wärmepumpe oder Kältemaschine in einem Wärme- oder Kältekreislauf, wobei die elastokalorische Maschine aufweist:

zumindest ein elastokalorisches Element, welches aus einem elastokalorischen Material gebildet und eingerichtet ist, einen ersten Zustand einzunehmen, bei dem auf der Grundlage des elastokalorischen Effekts das elastokalorisches Material Wärmeenergie, beispielsweise an ein erstes Fluid, abgibt, und einen zweiten Zustand einzunehmen, bei dem auf der Grundlage des elastokalorischen Effekts das elastokalorische Material Wärmeenergie, beispielsweise von einem zweiten Fluid, aufnimmt,
eine Halterung mit einem ersten Halterungsabschnitt und einem dem ersten Halterungsabschnitt gegenüberliegenden zweiten Halterungsabschnitt, die jeweilige Enden bzw. Endabschnitte des elastokalorischen Elements derart haltern, dass beim Betrieb der elastokalorischen Maschine, d.h. während das elastokalorische Element um eine Rotationsachse der elastokalorischen Maschine rotiert, ein Abstand zwischen den gehalterten Enden des elastokalorischen Elements innerhalb eines Arbeitsbereichs (Hubs) variiert, um das elastokalorische Element von einem Zustand aus dem ersten Zustand und dem zweiten Zustand in den jeweils anderen Zustand überzuführen, wobei der Arbeitsbereich einem Bereich zwischen einem niedrigeren/minimalen und größeren/maximalen Abstand von einem gehalterten Ende zu dem entsprechend anderen gehalterten Ende des elastokalorischen Elements entspricht, innerhalb von dem das eine gehalterte Ende durch Führung mittels des ersten Halterungsabschnitts zu und weg von dem durch den zweiten Halterungsabschnitt gehalterten anderen Ende bewegt werden kann, wobei die Halterung eingerichtet ist, den Arbeitsbereich zu variieren, vorzugsweise zu vergrößern oder verkleinern, und/oder den Abstand des Arbeitsbereichs (Hubs) zu dem anderen gehalterten Ende zu variieren, vorzugsweise zu vergrößern oder verkleinern.

Es kann somit eine elastokalorische Maschine mit variablem Hub einerseits und mit einer variablen Abstandsfestlegung zwischen den jeweiligen Enden der elastokalorischen Elemente zur Verfügung gestellt werden.
Dadurch wird anhand der Erfindung ermöglicht, dass eine Betriebstemperatur der Maschine in dem idealen Betriebstemperaturbereich (-40°C .... 60°C) liegen kann.
Ebenso wird anhand der Halterung, die den Arbeitsbereich variieren und/oder den Abstand des Arbeitsbereichs zu dem anderen gehalterten Ende variieren kann, eine Einrichtung zur Dehnung und Entspannung des elastokalorischen Materials zur Verfügung gestellt, welche hinsichtlich maximaler Performance (max. COP) verbessert ist. Dabei erfolgt vorteilhafterweise die Optimierung hinsichtlich COP (maximaler Performance) für den gesamten Temperaturspreizungsbereich. Ferner wird dadurch die Lebensdauer der ELM-Drähte signifikant erhöht. Beispielsweise kann eine Überdehnung der Drähte im Betrieb und auch im Stillstand für alle Einlagerungsbedingungen vermieden werden. Sollten sich zum Beispiel während des Betriebs, d.h. nach dem Trainingsprozess, weitere plastische Verformungen der ELM-Drähte einstellen, ist erfindungsgemäß eine Möglichkeit geschaffen, diese plastischen Verformungen zu kompensieren.
Auch ist die Anpassbarkeit der erfindungsgemäßen elastokalorischen Maschine erhöht, da je nach Kundenwunsch bzgl. Temperaturspreizung, Kosten, Komplexität der Steuerung, etc. Anpassungen vorgenommen werden können. Beispielsweise ist es zum einen möglich, eine teilvariable Lösung zur Verfügung zu stellen, bei welcher die absolute min. und max. Dehnung oder der Hub (=Differenz aus min. und max. Dehnung) variiert werden kann. Zum anderen können vollvariable Lösungen zur Verfügung gestellt werden, bei welchen die minimale Dehnung sowie die maximale Dehnung und der Hub unabhängig voneinander variiert werden können.
Aufgrund einer variablen max. / min. Dehnung und des variablen Hubs kann das ELM-Drahtmaterial für den gesamten Temperaturbereich genutzt werden, indem verschiedene Kennfelder (Belastungskurven) für die jeweiligen Temperaturbereiche darstellbar sind. Dabei können die ELM-Drähte außerhalb der Betriebszeiten entspannt werden.
Beispielsweise können bei Varianten der elastokalorischen Maschine mit variabler min. und max. absoluter Dehnung zum einen plastische Verformungen der ELM-Drähte während des Betriebs kompensiert werden. Nach dem Einbau können die ELM-Drähte einem Trainingsprozess durchlaufen, was sich positiv auf die Kosten auswirkt. Im Gegensatz dazu können die ELM-Drähte auch einen externen Trainingsprozess durchlaufen, was sich aber negativ auf die Kosten auswirken würde. Zum anderen kann bei einer elastokalorischen Maschine mit variabler min. und max. absoluter Dehnung der Trainingsprozess in der Maschine erfolgen.
Insbesondere kann anhand der erfindungsgemäßen elastokalorischen Maschine die Ausnutzung der Drahteigenschaften abhängig von Umgebungstemperaturen, Betriebspunkten und Lastanforderung maximiert werden, ohne die Betriebssicherheit und Lebensdauer einzuschränken.
Die erfindungsgemäße elastokalorische Maschine kann derart weitergebildet werden, dass die Halterung eingerichtet ist, den Abstand des Arbeitsbereichs zu dem anderen gehalterten Ende zu variieren, indem ein Halterungselement des ersten Halterungsabschnitts, nämlich ein Verstellring, mit einem den Arbeitsbereich vorgebendenden Element, nämlich einem Nocken, verbunden ist und weiter über ein Gewinde mit einem Gehäuseabschnitt derart verbunden ist, dass bei Relativdrehung zwischen dem Halterungselement und dem Gehäuseabschnitt anhand des Gewindes eine axiale Position des den Arbeitsbereich vorgebendenden Elements eingestellt wird. Dementsprechend kann die axiale Position des den Arbeitsbereich vorgebendenden Elements bzw. des Nockens eingestellt werden, wodurch der Abstand des Arbeitsbereichs (Hubs) zu dem anderen gehalterten Ende eingestellt wird.
Weiterhin kann die erfindungsgemäße elastokalorische Maschine so ausgestaltet werden, dass die Halterung eingerichtet ist, den Abstand des Arbeitsbereichs zu dem anderen gehalterten Ende zu variieren, indem ein Halterungselement des ersten Halterungsabschnitts mit einem den Arbeitsbereich vorgebendenden Element so verbunden ist, dass das den Arbeitsbereich vorgebendende Element axial durch das Halterungselement geführt wird, und ein hydraulisch betätigbarer Kolben derart mit dem den Arbeitsbereich vorgebendenden Element gekoppelt ist, dass eine axiale Position des den Arbeitsbereich vorgebendenden Elements durch Einwirkung des Kolbens unter Führung des Halterungselements einstellt werden kann.
In der erfindungsgemäßen elastokalorischen Maschine ist die Halterung eingerichtet, den Arbeitsbereich zu variieren, indem der erste Halterungsabschnitt eine mittelbar oder unmittelbar an einem Gehäuseabschnitt um eine Schwenkachse verschwenkbar und arretierbar angebrachte Gleitscheibe aufweist, die eine Führungseinrichtung umfasst, wobei der erste Halterungsabschnitt weiter einen drehbaren Antriebsring aufweist, an dem das eine Ende des elastokalorischen Elements axial beweglich gehaltert ist und durch den das eine Ende des elastokalorischen Elements in Drehung versetzt werden kann, wobei das eine Ende des elastokalorischen Elements über eine korrespondierende Führungseinrichtung mit der Führungseinrichtung der Gleitscheibe derart zusammenwirkt, dass entsprechend der Verschwenkung der Gleitscheibe um die Schwenkachse in einen Schwenkwinkel eine Rotation des Antriebsrings zur Bewegung des einen Endes des elastokalorischen Elements innerhalb des durch den Schwenkwinkel festgelegten Arbeitsbereichs führt.
In diesem Zusammenhang kann die erfindungsgemäße elastokalorische Maschine so weitergebildet sein, dass die Schwenkachse senkrecht auf einer Längsachse des zylindrischen Gehäuseabschnitts steht und tangential durch einen Randabschnitt des zylindrischen Gehäuseabschnitts oder einen randabschnittnahen Bereich verläuft.
Überdies kann die erfindungsgemäße elastokalorische Maschine derart realisiert werden, dass die Halterung eingerichtet ist, den Arbeitsbereich zu variieren, indem der erste Halterungsabschnitt einen an einem Gehäuseabschnitt um eine Drehachse kippbar und arretierbar angebrachten Kreisring und eine an dem Kreisring anliegende Aufnahme aufweist, an der das eine Ende des elastokalorischen Elements angebracht ist, wobei die Aufnahme über eine Lagerung an dem Kreisring derart anliegt, dass die Aufnahme bei Verkippung des Kreisrings um die Drehachse in einen Kippwinkel mitgedreht wird und an der Lagerung anliegend zur Bewegung des einen Endes innerhalb des durch den Kippwinkel der Aufnahme eingestellten Arbeitsbereichs rotieren kann.
In diesem Zusammenhang kann die erfindungsgemäße elastokalorische Maschine so ausgebildet sein, dass die Drehachse senkrecht auf einer Längsachse des zylindrischen Gehäuseabschnitts steht und durch die Längsachse bzw. Rotationsachse des zylindrischen Gehäuseabschnitts verläuft.
Weiterhin kann die erfindungsgemäße elastokalorische Maschine derart verwirklicht werden, dass eine Aktuatoreinrichtung vorgesehen ist, die eingerichtet ist, den Kreisring in einen bestimmten Kippwinkel zu kippen bzw. verschwenken und zu arretieren.
Des Weiteren kann die erfindungsgemäße elastokalorische Maschine so ausgeführt werden, dass eine Aktuatoreinrichtung vorgesehen ist, die eingerichtet ist, den Kreisring in einen bestimmten Kippwinkel zu kippen und zu arretieren, wobei die Aktuatoreinrichtung weiterhin eingerichtet ist, den Abstand des Arbeitsbereichs zu dem anderen gehalterten Ende zu vergrößern, indem der Kreisring drehbar an einen inneren Gehäuseabschnitt gelagert ist und der innere Gehäuseabschnitt (85) gegenüber dem Gehäuseabschnitt durch die Aktuatoreinrichtung in Position fixiert wird.
Überdies kann die erfindungsgemäße elastokalorische Maschine derart ausgebildet sein, dass die Halterung eingerichtet ist, den Arbeitsbereich konstant zu belassen, indem der erste Halterungsabschnitt einen Nocken mit einer Nockenbahn aufweist, auf der ein das eine Ende halterndes Führungselement bzw. ein Nockenfolgeelement aufliegt und beim Betrieb der elastokalorischen Maschine die Bewegung des einen Endes innerhalb des Arbeitsbereichs vorgibt.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer elastokalorische Maschine zum Austausch von Wärmeenergie mit einem Fluid ist vorzugsweise für den Betrieb als Wärmepumpe oder Kältemaschine in einem Wärme- oder Kältekreislauf vorgesehen, wobei die elastokalorische Maschine aufweist:

zumindest ein elastokalorisches Element, welches aus einem elastokalorischen Material gebildet und eingerichtet ist, einen ersten Zustand einzunehmen, bei dem auf der Grundlage des elastokalorischen Effekts das elastokalorische Material Wärmeenergie an ein erstes Fluid abgibt, und einen zweiten Zustand einzunehmen,
bei dem auf der Grundlage des elastokalorischen Effekts das elastokalorische Material Wärmeenergie von einem zweiten Fluid aufnimmt,
eine Halterung mit einem ersten Halterungsabschnitt und einem dem ersten Halterungsabschnitt gegenüberliegenden zweiten Halterungsabschnitt, die jeweilige Enden des elastokalorischen Elements haltern,
wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
- Haltern der jeweilige Enden derart, dass beim Betrieb der elastokalorischen Maschine ein Abstand zwischen den gehalterten Enden des elastokalorischen Elements innerhalb eines Arbeitsbereichs variiert, um das elastokalorische Element von einem Zustand aus dem ersten Zustand und dem zweiten Zustand in den jeweils anderen Zustand überzuführen, wobei der Arbeitsbereich einem Bereich zwischen einem minimalen und maximalen Abstand von einem gehalterten Ende zu dem entsprechend anderen gehalterten Ende des elastokalorischen Elements entspricht, innerhalb von dem das eine gehalterte Ende durch Führung mittels des ersten Halterungsabschnitts bewegt werden kann, Variieren des Arbeitsbereichs und/oder des Abstands des Arbeitsbereichs zu dem anderen gehalterten Ende mittels der Halterung.

Dadurch ergeben sich die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen elastokalorischen Maschine erläuterten Eigenschaften und Vorteile auf gleiche oder ähnliche Weise, weshalb zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen wird.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren beispielhaft erläutert.
Es zeigen:

3a-f schematische Darstellungen eines Teils einer elastokalorischen Maschine gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
4a, b schematische Darstellungen eines Teils einer elastokalorischen Maschine gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
5a, b schematische Darstellungen eines Teils einer elastokalorischen Maschine gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
6a, b schematische Darstellungen eines Teils einer elastokalorischen Maschine gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
7a, b schematische Darstellungen eines Teils einer elastokalorischen Maschine gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung;
8a, b schematische Darstellungen eines Teils einer elastokalorischen Maschine gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
9a, b schematische Darstellungen eines Teils einer elastokalorischen Maschine gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
3a-f) zeigen schematische Darstellungen eines Teils einer elastokalorischen Maschine 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Dabei entspricht die elastokalorische Maschine 1 diesem ersten Ausführungsbeispiel in Teilen der herkömmlichen elastokalorischen Maschine 1', welche vorstehend im Zusammenhang mit 1 erläutert wurde, wobei gleiche oder ähnliche Komponenten mit gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen bezeichnet sind.
Demnach weist die elastokalorische Maschine 1 mehrere elastokalorische Elemente 30 auf, welche aus einem elastokalorischen Material (ELM) gebildet und als ELM-Drähte 30 insbesondere zu ELM-Drahtbündeln zusammengefasst sind. Dabei sind diese eingerichtet, einen ersten Zustand einzunehmen, bei dem auf der Grundlage des elastokalorischen Effekts das elastokalorische Material Wärmeenergie abgegeben wird, und einen zweiten Zustand einzunehmen, bei dem auf der Grundlage des elastokalorischen Effekts das elastokalorische Material Wärmeenergie aufgenommen wird.
Weiterhin weist die elastokalorische Maschine 1 ebenso wie die aus 1 eine Halterung 50, 60 mit einem ersten Halterungsabschnitt 50 und einem dem ersten Halterungsabschnitt 50 gegenüberliegenden zweiten Halterungsabschnitt 60 auf, die jeweilige Enden 34, 36 der elastokalorischen Elemente bzw. ELM-Drähte 30 oder ELM-Drahtbündel 32 mit entsprechenden Halterungselementen derart haltern, dass beim Betrieb der elastokalorischen Maschine 1 ein Abstand zwischen den gehalterten Enden 34, 36 der jeweiligen elastokalorischen Elemente bzw. ELM-Drähte 30 oder ELM-Drahtbündel 32 innerhalb eines Arbeitsbereichs (Hubs) variiert, um die elastokalorischen Elemente von einem Zustand aus dem ersten Zustand und dem zweiten Zustand in den jeweils anderen Zustand überzuführen.
Dabei entspricht der Arbeitsbereich einem Bereich zwischen einem minimalen und maximalen Abstand von einem jeweiligen gehalterten Ende 34 zu dem entsprechend anderen gegenüberliegenden gehalterten Ende 36 des jeweiligen elastokalorischen Elements bzw. ELM-Drahts 30 oder ELM-Drahtbündels 32, innerhalb von dem das eine gehalterte Ende 34 durch Führung mittels des ersten Halterungsabschnitts 50 zu und weg von dem anderen Ende 36 bewegt werden kann, was nachstehend noch näher erläutert wird.
Vorzugsweise kann die Halterung 50, 60 eingerichtet sein, den Arbeitsbereich zu variieren und/oder den Abstand des Arbeitsbereichs zu dem anderen gehalterten Ende 36 zu variieren.
In diesem ersten Ausführungsbeispiel ist die Halterung 50, 60 eingerichtet, nur den Abstand des Arbeitsbereichs zu dem anderen gehalterten Ende 36 zu variieren.
Wie in den 3a-f dargestellt ist, sind der erste Halterungsabschnitt 50 und der in diesem Fall nicht dargestellte zweite Halterungsabschnitt 60 eingerichtet, den Abstand zwischen gehalterten Enden 34, 36 der mehreren elastokalorischen Elemente zu variieren, um die mehreren elastokalorischen Elemente in Form von ELM-Drähten 30 oder ELM-Drahtbündeln 32 von dem ersten Zustand in den zweiten Zustand überzuführen und umgekehrt.
Wie vorstehend im Zusammenhang mit 1 beschrieben ist, wird dies auch in diesem ersten Ausführungsbeispiel dadurch realisiert, dass der erste Halterungsabschnitt 50 einen Nocken 20 mit einer Nockenbahn 22 aufweist, auf der ein das eine Ende 34 halterndes Führungselement 40, nämlich eine Nockenfolgerolle, aufliegt und beim Betrieb der elastokalorischen Maschine 1 die Bewegung des einen Endes 34 innerhalb des Arbeitsbereichs vorgibt.
Insbesondere laufen auf der Nockenbahn 22 entsprechende als Führungseinrichtung 40 fungierende Nockenfolgerollen, welche mit jeweiligen Einspannungen verbunden sind, die wiederum mit den jeweiligen ELM-Drähten 30/ELM-Drahtbündeln 32 umwickelt bzw. mit deren jeweiligen Enden 34 verbunden sind, wodurch ein entsprechender Hub entsprechend dem Verlauf der Nockenbahn 22 realisiert wird, was dem vorgenannten Arbeitsbereich entspricht.
Dementsprechend sind der erste Halterungsabschnitt 50 und der zweite Halterungsabschnitt 60 eingerichtet, bei gleichbleibendem Lagerabstand bzw. Abstand zwischen dem ersten Halterungsabschnitt 50 und dem zweiten Halterungsabschnitt 60 den Abstand der jeweiligen gehalterten Enden 34 zwischen einem minimalen Abstand und einem maximalen Abstand, d.h. entsprechend dem vorgegebenen Hub der Nockenbahn 22, zu variieren. Mit anderen Worten variiert der Abstand der einen Enden 34 in Bezug auf die entsprechend anderen Enden 36 innerhalb des Hubs, wobei der Hub bzw. dessen Position in Bezug auf das andere Ende 36 während des Betriebs konstant gehalten wird.
Im Unterschied zu der in 1 dargestellten elastokalorischen Maschine 1 ` ist die in den 3a-f teilweise dargestellte elastokalorische Maschine 1 so ausgestaltet, dass der erste Halterungsabschnitt 50 weiter eingerichtet ist, dass er zur Festlegung der Position des Hubs bzw. Arbeitsbereichs mittels eines ersten Halterungselements 70 in einem variabel festlegbaren Lagerabstand zu dem zweiten Halterungsabschnitt 60 fixierbar ist.
Dies wird insbesondere dadurch realisiert, dass ein zylindrisches Gehäuse oder ein zylindrischer Gehäuseabschnitt 80 der elastokalorischen Maschine 1 und der den ersten Halterungsabschnitt 50 zumindest teilweise ausbildende Nocken 20 in einer Wirkverbindung stehen, d.h. eine Fixierung des Nockens 20 an dem Gehäuse bzw. Gehäuseabschnitt 80, so dass der Lagerabstand zwischen dem ersten Halterungsabschnitt 50 und dem zweiten Halterungsabschnitt 60 mittels des ersten Halterungselements 70 variabel einstellbar ist.
Insbesondere ist das erste Halterungselement 70 des ersten Halterungsabschnitts 50 über ein Gewinde mit dem Gehäuse bzw. Gehäuseabschnitt 80 derart verbunden, dass der Abstand zwischen dem ersten und zweiten Halterungsabschnitt 50, 60 über eine Relativdrehung zwischen dem ersten Halterungselement 70 des ersten Halterungsabschnitts 50 und dem Gehäuseabschnitt 80 anhand des Gewindes einstellbar ist.
So ist im dargestellten Fall der Nocken 20 mit einem als ersten Halterungselement fungierenden Verstellring 70 mit Außengewinde gekoppelt, wobei das Außengewinde des Verstellrings 70 in ein Innengewinde des Gehäuses bzw. Gehäuseabschnitts 80 eingreift und eine Lagebeziehung zwischen dem Verstellring 70 und dem Gehäuse bzw. Gehäuseabschnitt 80 in Axialrichtung des Gehäuseabschnitts 80 je nach Ausmaß des Gewindeeingriffs, d.h. durch entsprechende Relativdrehung, eingestellt werden kann, wie dies in den 3a-c schematisch dargestellt ist.
Wie in den 3a-c dargestellt ist, kann das Gehäuse bzw. der Gehäuseabschnitt 80 als Außenring mit Innengewinde ausgebildet sein, wobei je nach Gewindeeindrehtiefe des als erstes Halterungselement fungierenden Verstellrings 70 in den Außenring ein entsprechender Lagerabstand zwischen den Halterungsabschnitten 50 und 60 eingestellt werden kann, indem der Nocken 20 über den Verstellring 70 in axialer Richtung bewegt wird. Dabei bleibt der Hub aufgrund des Verlaufs (in Axialrichtung) der Nockenbahn 22 konstant, d.h. der Hub wird in jedem Betriebspunkt vom Nocken 20 vorgegeben und ist somit konstant. In 3b ist beispielsweise eine ausgefahrene Position des Verstellrings 70 dargestellt. Darüber hinaus sind in 3c eine eingefahrene und ausgefahrene Position des Verstellrings 70 im Querschnitt der ELM-Maschine 1 dargestellt. Dabei kann der durch das Gehäuse oder den Gehäuseabschnitt 80 gebildete Außenring mit Innengewinde mit anderen Gehäuseteilen verdrehfest eingepresst, verklebt, verschraubt oder verschweißt sein oder selbst einstückiger Bestandteil des Gehäuses 80 sein. Da der Verstellring 70 und das Gehäuse bzw. der Gehäuseabschnitt 80 im Betrieb der ELM-Maschine 1 nicht zusammen mit den ELM-Drähten 30 bzw. ELM-Drahtbündeln 32 rotieren, ist eine Lagerung 24 zwischen dem Nocken 20 und dem Verstellring 70 vorgesehen. Dadurch ist der Nocken 20 drehbeweglich gegenüber dem Verstellring 70 und kann in eine geeignete Lage in Bezug auf den Verstellring 70 gedreht und anschließend fixiert werden, wie nachstehend erläutert wird.
Zur Einstellung des Lagerabstands anhand des Gewindes kann auch ein Aktuator A mit einem mit diesem gekoppelten Zahnrad Z vorgesehen sein, wobei das Zahnrad Z mit einer Außenverzahnung des Verstellrings 70 in Eingriff stehen kann, um den Verstellring 70 relativ zu dem Außenring zu verdrehen und somit die Gewindeeindrehtiefe und damit den Lagerabstand einzustellen, wie dies exemplarisch in den beiden Abbildungen der 3d dargestellt ist.
Wie in den 3e und 3f gut erkennbar ist, ist der Nocken 20 gegenüber dem Verstellring 70 unter Vermittlung der Lagerung 24 in Form eines Wälzlagers, beispielsweise eines Nockenaxiallagers, verdrehbar gelagert, wobei ferner eine Nut 26 in dem Nocken 20 vorgesehen sein kann, in welcher ein Pin bzw. Stift 28 eingreifen kann, um eine Verdrehsicherung zur vorstehend erwähnten Fixierung des Nockens 20 auszubilden. Die Nut 26 verläuft dabei in Axialrichtung des Nockens 20, so dass eine Abstandseinstellung nicht durch den Nocken 20 - bei entsprechender Verstellung bzw. Verdrehung des Verstellrings 70 blockiert wird.
Der Pin 28 kann wiederum mit einem nicht rotierenden Bauteil wie dem Gehäuse bzw. Gehäuseabschnitt 80 auf beliebige Weise gekoppelt sein.
4a, b zeigen schematische Darstellungen eines Teils einer elastokalorischen Maschine 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei bei der Beschreibung des zweiten Ausführungsbeispiels lediglich auf die Unterschiede zum ersten Ausführungsbeispiel eingegangen wird.
Insbesondere zeigt die 4a eine Explosionsdarstellung eines Teils der elastokalorischen Maschine 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, während 4b eine Ansicht des Teils der elastokalorischen Maschine 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einem Längsschnitt zeigt.
In dem zweiten Ausführungsbeispiel ist die Halterung 50, 60 bzw. sind die Halterungsabschnitte 50 und 60 eingerichtet, den Abstand des Arbeitsbereichs zu dem anderen gehalterten Ende 36 zu variieren, indem eine Position des Nockens 20 in Bezug auf den zweiten Halterungsabschnitt 60 mittels eines mehrteiligen hydraulisch betätigbaren Kolbens 120, 130 festgelegt wird, wie nachstehend näher erläutert wird.
Insbesondere erfolgt in diesem Fall die Einstellung bzw. Verstellung des Lagerabstands über eine hydraulische Einrichtung, die eine erforderliche Kraft zur Dehnung der ELM-Drähte 30 bzw. ELM-Drahtbündel 32 aufbringen kann. Zu diesem Zweck weist die elastokalorische Maschine 1 eine kreisförmige Abdeckung 100 auf, die im Bereich der Lagerung 60 vorgesehen ist und welche mit einem hydraulischen Verbindungsanschluss 90 vorgesehen ist, welcher in einen ringförmigen Kanal 110 in der kreisförmigen Abdeckung 100 mündet.
Weiterhin weist die elastokalorische Maschine 1 einen Druckkolben 120 auf, der mit dessen einem Ende in diesen ringförmigen Kanal 110 eingesetzt ist und im Ansprechen auf einen hydraulischen Druck in axialer Richtung beweglich ist, d.h. bei Beaufschlagung des ringförmigen Kanals 110 mit Druck sich in axialer Richtung weg von der Abdeckung 100 bewegt.
Ferner umfasst die elastokalorische Maschine 1 die Halterung 50, 60, welche ein Innengehäuse 170 in zylindrischer Form aufweist und auf dem zwei Antriebscheiben 140 an dessen stirnseitigen Enden aufgesetzt sind, welche in axialer Richtung voneinander beabstandet und zwischen denen die jeweiligen Enden 34, 36 der ELM-Drähte 30 bzw. ELM-Drahtbündel 32 fixiert sind bzw. an denen die ELM-Drähte 30 bzw. ELM-Drahtbündel 32 angebracht sind, wie beispielhaft in 4a dargestellt ist. Die beiden Antriebsscheiben 140 sind zusammen mit dem Innengehäuse 170 somit Teil der Halterung 50, 60 bzw. der Halterungsabschnitte 50 und 60. Dabei sind die Enden 34 der ELM-Drähte 30 bzw. ELM-Drahtbündel 32 an der im Bereich des Halterungsabschnitts 50 angeordneten Antriebsscheibe 140 in Axialrichtung beweglich gelagert, so dass diese bei Drehung der Antriebscheibe 140 zusammen mit der Antriebscheibe 140 rotieren und zusätzlich in Axialrichtung bewegt werden können.
Ein externes Gehäuse 160 umgibt die Halterung 50, 60 und lagert diese drehbar innerhalb dessen Innenraums. Das externe Gehäuse 160 ist wiederum von einem zylindrischen Gehäuse 80 umgeben bzw. darin aufgenommen. Dabei bildet das zylindrische Gehäuse 80 zusammen mit dem darin aufgenommenen externen Gehäuse 160 in diesem Fall Kolbenaufnahmeräume aus, welche sich in Längsrichtung zwischen dem Gehäuse 80 und dem externen Gehäuse 160 erstrecken.
Der Druckkolben 120 erstreckt somit durch den jeweiligen Kolbenaufnahmeraum weiter in einen daran angrenzenden jeweiligen Kolbendruckraum 82 in zylindrischer Gestalt, wobei in den jeweiligen Kolbendruckräumen ein inkompressibles Fluid aufgenommen ist, über das der Druckkolben 120 eine Kraft auf einen Arbeitskolben 130 ausüben kann, der in dem Bereich des ersten Halterungsabschnitts 50 an der anderen Seite des externen Gehäuses 160 in axialer Richtung angeordnet ist.
Darüber hinaus weist die elastokalorische Maschine 1 eine als Halterungselement des ersten Halterungsabschnitts 50 fungierende Führungsplatte bzw. -scheibe 150 auf, die mit dem Gehäuse bzw. Gehäuseabschnitt 80 verbunden ist und den Arbeitskolben 130 führen kann, so dass der Arbeitskolben 130 im Ansprechen auf einen hydraulischen Druck eine Kraft auf einen Nocken 20 aufbringen kann. Zu diesem Zweck ist auf der anderen Seite der Führungsscheibe 150 in Bezug auf den Arbeitskolben 130 der Nocken 20 vorgesehen und in Axialrichtung in Bezug auf die Führungsscheibe 150 beweglich innerhalb einer kreisförmigen Aussparung der Führungsscheibe 150 gelagert. Der Arbeitskolben 130 ist über Vorsprünge 132, welche Löcher 152 in der Führungsscheibe 150 durchdringen, mit dem Nocken 20 in Anlage, um den Nocken 20 axial geführt durch die Führungsscheibe 150 bewegen zu können.
Wie insbesondere in 4b erkennbar ist, ist der Arbeitskolben 130 damit auf der einen Seite axial durch die Führungsscheibe 150 geführt und befindet sich über die Vorsprünge 132, welche in die Löcher 152 der Führungsscheibe 150 eingreifen, mit dem Nocken 20 auf der anderen Seite in Anlage zur Druckausübung, um die axiale Stellung des Nockens 20 und damit die axiale Position des Nockens 20 festzulegen.
Wie auch bei dem ersten Ausführungsbeispiel lagert die Antriebscheibe 140 die Enden 34 der ELM-Drähte 30 oder ELM-Drahtbündel 32 in axialer Richtung beweglich anhand von jeweiligen Einspannungen, wobei die jeweiligen Einspannungen mit in diesem Fall nicht dargestellten Nockenfolgerollen verbunden sind, welche auf der Nockenbahn 22 des Nockens 20 aufliegen. Dementsprechend lässt sich somit bei Druckbeaufschlagung auf den Druckkolben 120 der Lagerabstand, d.h. in diesem Fall der Abstand der beiden Enden 34, 36 der ELM-Drähte 30 oder ELM-Drahtbündel 32 durch axiale Verschiebung des Nockens 20 anhand des hydraulisch betätigbaren Kolbens 120, 130 einstellen.
Da der Arbeitskolben 130 über dessen Vorsprünge 132 mit dem Nocken 20 in Berührung steht und damit dessen axiale Position vorgibt, wird bei Drehung der Antriebsscheiben 140 zusammen mit den jeweiligen Enden 34, 36 der ELM-Drähte 30 oder ELM-Drahtbündel 32 gegenüber dem Nocken 20 ein entsprechender Hub erzielt, d.h. der Abstand der jeweiligen gehalterten Enden 34 der ELM-Drähte 30 bzw. ELM-Drahtbündel 32 variieren zwischen einem minimalen Abstand und einem maximalen Abstand (Hub), während die axiale Position des Nockens 20 durch den Kolben 120, 130 vorgegeben ist, d.h. der Lagerabstand aufrechterhalten wird.
Im Betrieb wird somit mittels des hydraulischen Verbindungsanschlusses 90 ein Medium wie ein inkompressibles Fluid mit einem entsprechenden Druck p1 in den ringförmigen Kanal 110 des Deckels bzw. der Abdeckung 100 eingeleitet. Dieser Druck liegt dann ebenfalls an einer großen, zylindrischen Fläche A1 des Druckkolbens 120 an und erzeugt dementsprechend eine Kraft F1. Diese Kraft wirkt ebenfalls auf der anderen Seite des Druckkolbens 120, wobei sich durch einen reduzierten Querschnitt A2 im Zylinder bzw. in dem Kolbendruckraum 82 ein höherer Druck p2 einstellt. Durch eine entsprechende Verbindung wirkt dieser Druck p2 ebenfalls an der Stirnfläche A3 des Arbeitskolbens 130, wobei dieser entsprechend definiert ist, um eine möglichst hohe Gesamtkraft zu erzielen und hierdurch eine lineare/axiale Verschiebung des Nockens 20 zu bewirken. Die Vorsprünge 132 des Arbeitskolbens 130 wirken direkt auf den Nocken 20. Aufgrund einer geeigneten Kombination von verschieden Querschnitten kann somit mit einem relativ geringen Systemdruck eine hohe Gesamtkraft dargestellt werden.
5a, b zeigen schematische Darstellungen eines Teils einer elastokalorischen Maschine 1 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Bei der Beschreibung dieses Ausführungsbeispiels wird vorwiegend auf die Unterschiede zum zweiten Ausführungsbeispiel eingegangen, wobei gleiche oder ähnliche Komponenten mit gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen bezeichnet sind.
In diesem dritten Ausführungsbeispiel ist die Halterung 50, 60 eingerichtet, den Arbeitsbereich zu variieren, indem der erste Halterungsabschnitt 50 eine mittelbar an einem Gehäuseabschnitt 80 bzw. unmittelbar an einem Deckel 260 um eine Schwenkachse SA verschwenkbar und arretierbar angebrachte Gleitscheibe 250 und einen Antriebsring 240 aufweist, an dem die einen Enden 34 der elastokalorischen Elemente in Form von ELM-Drähten 30 oder ELM-Drahtbündeln 32 in Axialrichtung beweglich, in Umfangsrichtung aber festgelegt, gehaltert sind. Dabei ist die Gleitscheibe 250 eingerichtet, entsprechend ihrer Verschwenkung um die Schwenkachse SA in einen Schwenkwinkel verschwenkt zu werden, während eine Führung bzw. Führungseinrichtung 252 der Gleitscheibe 250 in Zusammenwirkung mit einer korrespondierenden Führungseinrichtung 242 an jedem jeweiligen Ende der elastokalorischen Elemente 30 eine Rotation des Antriebsrings 240 zur Bewegung der einen Enden 34 der elastokalorischen Elemente in eine axiale Verschiebung der Enden 34 der elastokalorischen Elemente überführt. Dabei steht die Schwenkachse SA senkrecht auf einer Längsachse des zylindrischen Gehäuseabschnitts 80 und verläuft tangential durch einen Randabschnitt des zylindrischen Gehäuseabschnitts 80 oder einen randabschnittnahen Bereich.
Im Speziellen zeigt 5a eine Explosionsdarstellung eines Teils der elastokalorischen Maschine 1 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung, während 5b eine Ansicht des Teils der elastokalorischen Maschine 1 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einem Längsschnitt zeigt.
Bei dem dritten Ausführungsbeispiel übernimmt die Funktion des Nockens 20 die Gleitscheibe 250, die über eine Schwenkachse SA verschwenkbar an dem Deckel 260, die Schwenkachse SA nahe einem Randabschnitt des Gehäuses 80 liegend, angebracht ist, wie dies in 5a zu erkennen ist. Dabei steht die Schwenkachse SA der Gleitscheibe 250 senkrecht auf der Längsachse des Gehäuses 80 und verläuft ungefähr tangential durch den Randabschnitt des Gehäuses 80.
Ferner weist die verschwenkbare Gleitscheibe 250 die Führungseinrichtung 252 in Form einer umlaufenden Nut auf, in welche die korrespondierende Führungseinrichtung 242 in Form von Gleitschuhen, die umlaufend an der Antriebsscheibe 240 der Halterung angeordnet sind und von der Antriebsscheibe 240 in Axialrichtung beweglich gehaltert werden, eingreift.
Bei Drehung der Antriebsscheibe 240 um eine Rotationsachse des Gehäuses relativ zu dem Gehäuse 80 gleiten die in die Nut eingreifenden Gleitschuhe somit in der Nut der Gleitscheibe 250, wodurch, entsprechend der Verschwenkung bzw. Neigung der Gleitscheibe 250 die ELM-Drähte 32 bzw. die ELM-Drahtbündel 32 gedehnt bzw. belastet und entlastet werden, nämlich dadurch, dass die Gleitschuhe, bei Rotation der Antriebscheibe 240, der Nut folgen und dadurch die ELM-Drähte 32 bzw. die ELM-Drahtbündel 32 dehnen und entspannen.
Um die Neigung bzw. die Verschwenkung der Gleitscheibe 250 zu halten bzw. die Gleitscheibe 250 in einer vorbestimmten Neigungsposition zu halten, ist ein Aktuator 270 an einem Randabschnitt des Gehäuses 80 vorgesehen, vorzugsweise gegenüberliegend zu dem Schnittpunkt, an dem die Schwenkachse SA an dem Deckel 260 vorgesehen ist, wobei der Aktuator 270 mit einem kugelkalottenförmigen Abschnitt 272 in eine entsprechend an der Gleitscheibe 250 vorgesehene kugelförmige Aussparung 254 eingreift, um bei Verschwenkung der Gleitscheibe 250 diese weiter in der entsprechenden Neigungsposition arretieren zu können. Der Aktuator 270 kann dabei in Form einer Kraftspannmutter ausgebildet sein.
Der Deckel 260, welcher die Schwenkachse SA zur Verschwenkung der der Gleitscheibe 250 festlegt ist an einem stirnseitigem Ende des Gehäuse 80 angebracht, während eine weitere Abdeckung 200 im Bereich der Halterung 60 an dem anderen stirnseitigen Ende des Gehäuses 80 angebracht ist.
Bei dem dritten Ausführungsbeispiel kann somit der Hub über die Neigung der Gleitscheibe 250 eingestellt werden, wodurch sich die Dehnung der ELM-Drähte 32 bzw. der ELM-Drahtbündel 32 ergibt. Aufgrund der Schiefstellung der Gleitscheibe 250 ergibt sich im Gegensatz zu einem Nocken 20, wie er bei dem ersten Ausführungsbeispiel verwendet wird, eine sinusförmige Dehnung der ELM-Drähte 32 bzw. der ELM-Drahtbündel 32. Anhand von Simulationen wurde eine positive Auswirkung auf den COP festgestellt.
6a, b zeigen schematische Darstellungen eines Teils einer elastokalorischen Maschine 1 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Bei der Beschreibung dieses Ausführungsbeispiels wird vorwiegend auf die Unterschiede zum dritten Ausführungsbeispiel eingegangen, wobei gleiche oder ähnliche Komponenten mit gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen bezeichnet sind. Dabei zeigt 6a eine Querschnittsansicht der Halterung 50, 60, insbesondere des Halterungsabschnitts 50, während 6b eine perspektivische Querschnittsansicht des Halterungsabschnitts 50 zeigt.
In diesem Ausführungsbeispiel ist die Halterung 50, 60 eingerichtet, den Arbeitsbereich zu variieren, indem der erste Halterungsabschnitt 50 einen an einem Gehäuseabschnitt 80 um eine Drehachse DA drehbar und arretierbar angebrachten Kreisring 350 und eine an dem Kreisring 350 anliegende ringförmige Aufnahme bzw. Aufhängung 355 aufweist, an der die einen Enden 34 der elastokalorischen Elemente in Form von ELM-Drähten 30 oder ELM-Drahtbündeln 32 fest angebracht sind. Die Drehachse DA steht dabei senkrecht auf einer Längsachse des zylindrischen Gehäuseabschnitts 80 und verläuft durch die Längsachse des zylindrischen Gehäuseabschnitts 80.
Die Aufnahme 355 liegt über eine Lagerung 340 an dem Kreisring 350 derart an, dass die Aufnahme 355 bei Verdrehung bzw. Verkippung des Kreisrings 350 um die Drehachse DA in einen Kippwinkel mitgedreht wird und an der Lagerung 340 anliegend zur axialen Bewegung der einen Enden 34 der ELM-Drähte 30 oder ELM-Drahtbündel 32 innerhalb des durch den Kippwinkel der Aufnahme 355 eingestellten Arbeitsbereichs rotiert.
Ferner ist eine Aktuatoreinrichtung 370 vorgesehen, die eingerichtet ist, den Kreisring 350 in einen bestimmten Kippwinkel zu verdrehen und zu arretieren. Die Aktuatoreinrichtung 370 umfasst dabei eine Vielzahl von Einzelaktuatoren, die zwischen dem Kreisring 350 und ein in dem Gehäuse 80 ausgebildeten Absatz 390 umlaufend, d.h. an dem Umfangsbereich des Kreisrings 350, angeordnet sind.
Wie in den 6a und 6b erkennbar ist, dient die Aufnahme 355 als eine Ringaufhängung für die ELM-Drähte 30 oder ELM-Drahtbündel 32 und liegt über ein Zylinderrollenlager 340 an dem um die Drehachse DA schwenkbaren bzw. verkippbaren Kreisring 350 an.
Im Betrieb wird eine Antriebswelle AW angetrieben, welche eine an einem Ende der Antriebswelle AW fixierte Antriebsscheibe AS in Rotation um die Drehachse der Antriebswelle AW, welche einer Mittelachse des Gehäuses 80 entspricht, versetzt. Die Antriebsscheibe AS versetzt die Enden 34 der ELM-Drähte 30 oder ELM-Drahtbündel 32 in Drehung, lässt aber einen Freiheitsgrad von gehalterten Abschnitten der Enden 34 in Axialrichtung der Antriebswelle AW zu, so dass eine Verschwenkung bzw. Verkippung des Kreisrings 350 ausgeglichen werden kann. Die Aufnahme 355 dient als feste Ringaufhängung und haltert Abschnitte der jeweiligen Enden 34 der ELM-Drähte 30 oder ELM-Drahtbündel 32 gelenkig (über ein Kugelgelenk) in einer festen Einspannung, wobei die Aufnahme 355 zusammen mit den jeweiligen Enden 34 der ELM-Drähte 30 oder ELM-Drahtbündel 32 um die Drehachse DA durch den Kreisring 350 verkippt wird und zugleich in Rotation in verkippter Stellung über die Antriebswelle AW versetzt wird, wobei über die Einzelaktuatoren der Aktuatoreinrichtung 370 die Verschwenkung bzw. Verkippung des Kreisrings 350 vorgegeben wird, wodurch der Hub eingestellt wird. Der Hub ist somit stufenlos verstellbar. Die Drehbewegung der ELM-Drähte 30 oder ELM-Drahtbündel 32 ist mittels Rollreibung von dem Kreisring 350 bzw. dem Gehäuse 80 durch das Zylinderrollenlager 340 entkoppelt, was sich positiv auf den COP auswirkt.
7a, b zeigen schematische Darstellungen einer elastokalorischen Maschine 1 gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung. Bei der Beschreibung dieses Ausführungsbeispiels wird vorwiegend auf die Unterschiede zum dritten Ausführungsbeispiel eingegangen, wobei gleiche oder ähnliche Komponenten mit gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen bezeichnet sind.
Im dargestellten Fall wurde das dritte Ausführungsbeispiel gemäß 5a und 5b dahingehend abgewandelt, als dieses um den Mechanismus des zweiten Ausführungsbeispiels ergänzt wurde, d.h. der Abstand der Lagerungen 50 und 60 lässt sich über einen hydraulischen Mechanismus entsprechend 4a und 4b einstellen, während der Arbeitsbereich bzw. Hub über den Mechanismus nach 5a und 5b eingestellt wird. Daher wird in diesem Zusammenhang eine nähere Erläuterung der Funktionsweise dieses fünften Ausführungsbeispiels weggelassen und auf die jeweiligen Ausführungsbeispiele der 4a und 4b sowie 5a und 5b verwiesen. Somit können anhand diesem Ausführungsbeispiel eine volle Variabilität des Hubs sowie min./max. absolute Dehnung unabhängig voneinander eingestellt werden.
8a, b zeigen schematische Darstellungen eines Teils einer elastokalorischen Maschine 1 gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Bei der Beschreibung dieses Ausführungsbeispiels wird vorwiegend auf die Unterschiede zum ersten Ausführungsbeispiel eingegangen, wobei gleiche oder ähnliche Komponenten mit gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen bezeichnet sind.
Prinzipiell wird eine Einstellung des Lagerabstands über einen Verstellring 70 vorgenommen analog dem in den 3a-f dargestellten ersten Ausführungsbeispiel, wobei anstelle eines Nockens 20 entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel zur Einstellung des Hubs der Mechanismus gemäß dem in den 6a und 6b dargestellten vierten Ausführungsbeispiel verwendet wird. Daher wird in diesem Zusammenhang eine nähere Erläuterung der Funktionsweise dieses sechsten Ausführungsbeispiels weggelassen und auf die jeweiligen Ausführungsbeispiele der 3a-f sowie 6a und 6b verwiesen.
Dementsprechend wird in diesem Fall eine minimale und maximale Absolutdehnung mechanisch mittels Gewinde eingestellt, während der Hub durch Kippen bzw. Verschwenken des Ringträgers eingestellt wird. Dadurch kann eine volle Variabilität des Hubs sowie min./max. absolute Dehnung unabhängig voneinander eingestellt werden.
9a, b zeigen schematische Darstellungen eines Teils einer elastokalorischen Maschine 1 gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Bei der Beschreibung dieses Ausführungsbeispiels wird vorwiegend auf die Unterschiede zum sechsten Ausführungsbeispiel eingegangen, wobei gleiche oder ähnliche Komponenten mit gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen bezeichnet sind.
In diesem Fall wurde dieses Ausführungsbeispiel im Vergleich zum sechsten Ausführungsbeispiel der 8a, b dahingehend abgewandelt, als die minimale und maximale Absolutdehnung und der Hub nur mittels der elektrohydraulischen Aktuatoreinrichtung 900 vorgegeben wird. Zur rotatorischen Positionierung des Ringträgers sind Verdrehsicherungen angebracht. Insbesondere ist in diesem Ausführungsbeispiel die Aktuatoreinrichtung 900 vorgesehen, die eingerichtet ist, den Kreisring 350 in einen bestimmten Kippwinkel zu verschwenken bzw. verkippen und zu arretieren, wobei die Aktuatoreinrichtung 900 weiterhin eingerichtet ist, den Abstand des Arbeitsbereichs bzw. Hubs zu dem anderen gehalterten Ende 36 zu vergrößern, indem der Kreisring 350 drehbar an eine inneren Gehäuseabschnitt 85 gelagert ist und der innere Gehäuseabschnitt 85 gegenüber dem Gehäuseabschnitt 80 durch die Aktuatoreinrichtung 900 in Position fixiert wird, ähnlich wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel der 3a-f.
Somit wird bei diesem Ausführungsbeispiel eine volle Variabilität bei gleichzeitiger Reduzierung der Bauteile erzielt, wobei eine Komplexität einer Steuerung verringert werden kann.
Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.

Claims

Elastokalorische Maschine (1) zum Austausch von Wärmeenergie, vorzugsweise mit einem Fluid, vorzugsweise für den Betrieb als Wärmepumpe oder Kältemaschine in einem Wärme- oder Kältekreislauf, aufweisend: zumindest ein elastokalorisches Element (30), welches aus einem elastokalorischen Material gebildet und eingerichtet ist, einen ersten Zustand einzunehmen, bei dem auf der Grundlage des elastokalorischen Effekts das elastokalorische Material Wärmeenergie abgibt, und einen zweiten Zustand einzunehmen, bei dem auf der Grundlage des elastokalorischen Effekts das elastokalorische Material Wärmeenergie aufnimmt, eine Halterung (50, 60) mit einem ersten Halterungsabschnitt (50) und einem dem ersten Halterungsabschnitt (50) gegenüberliegenden zweiten Halterungsabschnitt (60), die jeweilige Enden (34, 36) des elastokalorischen Elements (30) derart haltern, dass beim Betrieb der elastokalorischen Maschine (1) ein Abstand zwischen den gehalterten Enden (34, 36) des elastokalorischen Elements (30) innerhalb eines Arbeitsbereichs variiert, um das elastokalorische Element (30) von einem Zustand aus dem ersten Zustand und dem zweiten Zustand in den jeweils anderen Zustand überzuführen, wobei der Arbeitsbereich einem Bereich zwischen einem minimalen und maximalen Abstand von einem gehalterten Ende (34) zu dem entsprechend anderen gehalterten Ende (36) des elastokalorischen Elements (30) entspricht, innerhalb von dem das eine gehalterte Ende (34) durch Führung mittels des ersten Halterungsabschnitts (50) zu und weg von dem anderen Ende (36) bewegt werden kann, und wobei die Halterung eingerichtet ist, den Arbeitsbereich zu variieren und/oder den Abstand des Arbeitsbereichs zu dem anderen gehalterten Ende (36) zu variieren, wobei die Halterung (50, 60) eingerichtet ist, den Abstand des Arbeitsbereichs zu dem anderen gehalterten Ende (36) zu variieren, indem ein Halterungselement (70) des ersten Halterungsabschnitts (50) mit einem den Arbeitsbereich vorgebendenden Element (20) verbunden ist und weiter über ein Gewinde mit einem Gehäuseabschnitt (80) derart verbunden ist, dass bei Relativdrehung zwischen dem Halterungselement (70) und dem Gehäuseabschnitt (80) anhand des Gewindes eine axiale Position des den Arbeitsbereich vorgebendenden Elements (20) eingestellt wird.
Elastokalorische Maschine (1) nach Anspruch 1, wobei die Halterung (50, 60) eingerichtet ist, den Arbeitsbereich zu variieren, indem der erste Halterungsabschnitt (50) eine mittelbar oder unmittelbar an einem Gehäuseabschnitt (80) um eine Schwenkachse (SA) verschwenkbar und arretierbar angebrachte Gleitscheibe (250) aufweist, die eine Führungseinrichtung (252) umfasst, wobei der erste Halterungsabschnitt (50) weiter einen drehbaren Antriebsring (240) aufweist, an dem das eine Ende (34) des elastokalorischen Elements (30) axial beweglich gehaltert ist und durch den das eine Ende (34) des elastokalorischen Elements (30) in Drehung versetzt werden kann, wobei das eine Ende (34) des elastokalorischen Elements (30) über eine korrespondierende Führungseinrichtung (242) mit der Führungseinrichtung (252) der Gleitscheibe (250) derart zusammenwirkt, dass entsprechend der Verschwenkung der Gleitscheibe (250) um die Schwenkachse (SA) in einen Schwenkwinkel eine Rotation des Antriebsrings (240) zur Bewegung des einen Endes (34) des elastokalorischen Elements (30) innerhalb des durch den Schwenkwinkel festgelegten Arbeitsbereichs führt.
Elastokalorische Maschine (1) gemäß Anspruch 2, wobei die Schwenkachse (SA) senkrecht auf einer Längsachse des zylindrischen Gehäuseabschnitts (80) steht und tangential durch einen Randabschnitt des zylindrischen Gehäuseabschnitts (80) oder einen randabschnittnahen Bereich verläuft.
Elastokalorische Maschine (1) nach Anspruch 1, wobei die Halterung (50, 60) eingerichtet ist, den Arbeitsbereich zu variieren, indem der erste Halterungsabschnitt (50) einen an einem Gehäuseabschnitt (80) um eine Drehachse (DA) kippbar und arretierbar angebrachten Kreisring (350) und eine an dem Kreisring (350) anliegende Aufnahme (355) aufweist, an der das eine Ende (34) des elastokalorischen Elements (30) angebracht ist, wobei die Aufnahme (355) über eine Lagerung (340) an dem Kreisring (350) derart anliegt, dass die Aufnahme (355) bei Verkippung des Kreisrings (350) um die Drehachse (DA) in einen Kippwinkel mitgedreht wird und an der Lagerung (340) anliegend zur Bewegung des einen Endes (34) innerhalb des durch den Kippwinkel der Aufnahme (355) eingestellten Arbeitsbereichs rotierbar ist.
Elastokalorische Maschine (1) gemäß Anspruch 4, wobei die Drehachse (DA) senkrecht auf einer Längsachse des zylindrischen Gehäuseabschnitts (80) steht und durch die Längsachse des zylindrischen Gehäuseabschnitts (80) verläuft.
Elastokalorische Maschine (1) gemäß Anspruch 4 oder 5, wobei eine Aktuatoreinrichtung (370) vorhanden ist, die eingerichtet ist, den Kreisring (350) in einen bestimmten Kippwinkel zu kippen und zu arretieren.
Elastokalorische Maschine (1) gemäß Anspruch 4 oder 5, wobei eine Aktuatoreinrichtung (900) vorhanden ist, die eingerichtet ist, den Kreisring (350) in einen bestimmten Kippwinkel zu kippen und zu arretieren, wobei die Aktuatoreinrichtung (900) weiterhin eingerichtet ist, den Abstand des Arbeitsbereichs zu dem anderen gehalterten Ende (36) zu vergrößern, indem der Kreisring (350) drehbar an einen inneren Gehäuseabschnitt (85) gelagert ist und der innere Gehäuseabschnitt (85) gegenüber dem Gehäuseabschnitt (80) durch die Aktuatoreinrichtung (900) in Position fixiert wird.
Elastokalorische Maschine (1) nach Anspruch 1, wobei die Halterung eingerichtet ist, den Arbeitsbereich konstant zu belassen, indem der erste Halterungsabschnitt (50) einen Nocken (20) mit einer Nockenbahn (22) aufweist, auf der ein das eine Ende (34) halterndes Führungselement (40) aufliegt und beim Betrieb der elastokalorischen Maschine (1) die Bewegung des einen Endes (34) innerhalb des Arbeitsbereichs vorgibt.
Verfahren zum Betreiben einer elastokalorische Maschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Austausch von Wärmeenergie mit einem Fluid, vorzugsweise für den Betrieb als Wärmepumpe oder Kältemaschine in einem Wärme- oder Kältekreislauf, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Haltern der jeweilige Enden (34, 36) derart, dass beim Betrieb der elastokalorischen Maschine (1) ein Abstand zwischen den gehalterten Enden (34, 36) des elastokalorischen Elements (30) innerhalb eines Arbeitsbereichs variiert, um das elastokalorische Element (30) von einem Zustand aus dem ersten Zustand und dem zweiten Zustand in den jeweils anderen Zustand überzuführen, wobei der Arbeitsbereich einem Bereich zwischen einem minimalen und maximalen Abstand von einem gehalterten Ende (34) zu dem entsprechend anderen gehalterten Ende (36) des elastokalorischen Elements (30) entspricht, innerhalb von dem das eine gehalterte Ende (34) durch Führung mittels des ersten Halterungsabschnitts (50) bewegt werden kann, und Variieren des Arbeitsbereichs und/oder des Abstands des Arbeitsbereichs zu dem anderen gehalterten Ende (36) mittels der Halterung.