DE19514263A1 - Wärmekraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine neuartige Kraftmaschine, mit der Wärme in eine Drehbewegung überführt wird.

Kraftmaschinen basieren in den meisten Fällen auf der Ausdehnung von Gasen. Die Gase dehnen sich infolge von Energiezufuhr aus, beispielsweise durch chemische Reaktionen, wie Verbrennungen. Die Wärme wird über die Ausdehnung der beteiligten Gase in Kräfte und/oder Drehungen umgesetzt.

Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer Wärmekraftmaschine, bei der Wärme direkt in eine Drehbewegung umgewandelt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Wärmekraftmaschine mit den Merkmalen des Hauptanspruchs.

Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, daß sich die Kraftkonstante eines aus Gummi bestehenden Körpers bei einer Temperaturänderung verändert. Die Umsetzung dieser Änderung der Kraftkonstante in eine Drehbewegung wird folgendermaßen bewirkt:
Die Wärmekraftmaschine umfaßt ein ringförmiges Teil (4) und eine im Mittelpunkt des ringförmigen Teils (4) senkrecht zu dessen Ebene angeordnete Achse (1), die drehbar gelagert ist, etwa in einem stationären Gehäuse. Das ringförmige Teil kann sich also mitsamt der Achse in deren Lagern drehen. Achse (1) und ringförmiges Teil (4) sind über eine Mehrzahl radial verlaufender elastischer Verbindungsstücke (3) verbunden, die vorzugsweise in gleichmäßigen Abständen am ringförmigen Teil (4) und an der Achse (1) angeordnet sind. Das Material der Verbindungsstücke (3) ist so gewählt, daß sie beim Erhitzen ihre Länge bzw. ihre Kraftkonstante ändern. Erfolgt das Erhitzen der Verbindungsstücke nur in einem Kreissegment des ringförmigen Teils, so wird die Achse (1) nicht mehr durch ein Kräftegleichgewicht im Zentrum des kreisförmigen Teils gehalten, sondern aus dem Mittelpunkt des ringförmigen Teils (4) verschoben. Somit ist die Lagerung des kreisförmigen Teils nicht mehr ausgewuchtet, und sofern die Erhitzung nicht in vertikaler Linie mit der Achse erfolgt, führt dies zu einer Drehbewegung des kreisförmigen Teils. Ist die Wärmequelle stationär, so werden nach der Drehung die Verbindungsstücke eines neuen Kreissegments erhitzt, was letztendlich zu einer kontinuierlichen Drehbewegung führt. Die aus dem Bereich der Wärmequelle entfernten Verbindungsstücke kühlen sich ab und erhalten so ihre ursprüngliche Kraftkonstante bzw. Ausdehnung zurück.

Vorzugsweise sind die Verbindungsstücke (3) aus Kautschuk oder Gummi und verringern ihre Länge beim Erhitzen.

Das ringförmige Teil (4) hat vorzugsweise die Form eines steifen Bandes oder einer Felge, kann jedoch auch die Umfangsform eines Polygons aufweisen.

Eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform wird nachstehend in bezug auf die Abbildung beschrieben.

Die Abbildung zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Wärmekraftmaschine mit einer Achse (1), einem Kugellager (2), bandförmigen Gummielementen (3), einer Metallfelge (4) und dem Bereich (5), der durch eine Wärmequelle erhitzt wird.

In dieser Ausführungsform ist die Achse (1), beispielsweise in einem nicht dargestellten Gehäuse, nicht drehbar gelagert. Auf die Achse (1) ist ein Kugellager (2) aufgesteckt, an dessen Außenseite umlaufend Haken vorgesehen sind. Eine runde Felge (4), beispielsweise aus Metall, weist ebenfalls an der Innenseite umlaufend eine gleiche Anzahl Haken auf.

Zwischen den Haken der Felge (4) und denen des Kugellagers (2) sind Verbindungsstücke in Form von Gummielementen (3), beispielweise Gummibändern, gespannt, die unter mechanischer Spannung stehen und die Achse (1) zentrieren, so daß das "Rad" ausgewuchtet ist. Ein Bereich der Gummielemente des umlaufenden "Rades" wird bei (5) von einer stationären, beispielsweise mit dem Gehäuse verbundenen Wärmequelle, etwa einem Infrarotstrahler, erwärmt. Diese lokale Erwärmung der Gummielemente führt zu einer Kontraktion der entsprechenden Gummielemente aufgrund der erhöhten Kraftkonstanten. Dies führt zu einer Unwucht des "Rades", da sich die Achse nicht mehr zentrisch in der Felge befindet. Diese Exzentrizität führt zum Einsetzen der gewünschten Drehbewegung. Die Drehung führt für das spezielle Gummielement zum Verlassen des erwärmten Bereiches und damit zu seiner Abkühlung. Dadurch wird die Längenänderung des Gummielements rückgängig gemacht.

Eine vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Wärmekraftmaschine kann in Bereichen eingesetzt werden, in denen konventionelle Kraftmaschinen und Elektromotoren nicht verwendet werden können. Beispiele solcher Bereiche sind Bereiche mit hohen statischen Magnetfeldern, wie innerhalb eines Kernspintomographen oder eine explosionsgefährdete Umgebung, in der schlecht gegen Funkenbildung zu schützende Elektromotoren und konventionelle Wärmekraftmaschinen ungeeignet sind.

Claims (7)

1. Wärmekraftmaschine, umfassend ein ringförmiges Teil (4) und eine im Mittelpunkt des ringförmigen Teils (4) senkrecht zu dessen Ebene angeordnete Achse (1), die drehbar gelagert ist, wobei Achse (1) und ringförmiges Teil (4) über eine Mehrzahl radial verlaufender elastischer Verbindungsstücke (3) verbunden sind, die beim Erhitzen ihre Länge ändern und die Achse (1) aus dem Mittelpunkt des ringförmigen Teils (4) verschieben.

2. Wärmekraftmaschine nach Anspruch 1, zusätzlich umfassend eine stationäre Wärmequelle, die jeweils einen Teil der Verbindungsstücke (3) erhitzt.

3. Wärmekraftmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Verbindungsstücke (3) aus Kautschuk oder Gummi sind und ihre Länge beim Erhitzen verringern.

4. Wärmekraftmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das ringförmige Teil (4) die Form eines steifen Bandes oder einer Felge hat.

5. Wärmekraftmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Achse (1) nicht drehbar gelagert ist und die Verbindungsstücke mit einem mit der Achse (1) drehbar verbundenen Lager (2) wie einem Kugellager verbunden sind.

6. Verfahren zur Umwandlung von Wärme in Drehbewegung mittels einer Wärmekraftmaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 5, umfassend das Erwärmen eines Raumbereiches, den ein Kreissegment des ringförmigen Teils (4) durchläuft.

7. Verwendung einer Wärmekraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5 als Antriebsquelle in hohen statischen Magnetfeldern oder in explosionsgefährdeter Umgebung.