DE2612280A1

DE2612280A1 - Verfahren und vorrichtung zum umsetzen von waermeenergie in mechanische energie

Info

Publication number: DE2612280A1
Application number: DE19762612280
Authority: DE
Inventors: William Barrie Hart
Original assignee: Delta Materials Research Ltd
Current assignee: Delta Materials Research Ltd
Priority date: 1975-03-24
Filing date: 1976-03-23
Publication date: 1976-10-07
Also published as: JPS51136053A; FR2305610A1; GB1549166A; US4087971A; AU502299B2; AU1244676A; SE7603603L; BR7601799A

Description

OR INS DIPL.-INQ. M. SC. DIPL.-WHYS. OR. LlIPt-,->ΉΥΒ. HÖGER - STELLRECHT - GRIESSBACH - HAECKER PATENTANWÄLTE IN STUTTGART

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23. März 1976

Delta Materials Research Limited

Hadleigh Road

Ipswich, Suffolk, IP2 OEG

England

Verfahren und Vorrichtungen zum Umsetzen von Wärmeenergie in mechanische Energie

Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zum Umsetzen von Wärmeenergie in mechanische Energie, insbesondere unter Ausnutzung der Dehnungen / die sich in bestimmten Typen von festen Stoffen ergeben, wenn diese erwärmt oder einer Temperaturdifferenz ausgesetzt werften. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einfache, wirksame und billige Energieumwand-

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lungseinrichtungen zu schaffen, welche im Betrieb wirtschaftlich sind, reversibel arbeiten und in Verbindung mit verschiedenen Energiequellen einschliesslich der Sonnenenergie arbeiten können.

Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung dadurch gelöst, dass

Spannungs-,
man ein ElernentVoehnungs- ^un<^ Temperaturbedingungen aussetzt, die sich zyklisch ändern und dass man die an dem Element durch die Belastungen verursachten Formänderungen in eine physikalische Bewegung desselben umsetzt.

Insbesondere v/ird erfindungsgemäss vorgeschlagen, die Eigenschaft des sogenannten Form-Speicher-Effektes (Shape Memory Effect = SME), die sich bei einigen metallischen Legierungen beobachten lässt, dazu auszunutzen, aufgrund einer kontinuierlichen Wärmezufuhr eine kontinuierliche mechanische Arbeit als Ausgangsgrösse zu erhalten. Eine andere Möglichkeit besteht erfindungsgemäss darin, anstelle der genannten Legierungen, die nachstehend kurz als SME-Legierungen bezeichnet sind, Bimetall-Legierungen oder andere Materialien mit einem hohen Wärmedehnungskoeffizienten für ähnliche Zwecke einzusetzen.

Vorzugsweise wird bei dem Verfahren gemäss der Erfindung zum Umsetzen von Wärmeenergie in mechanische Energie ein Element aus einem Material mit SME-Eigenschaften oder aus einer Bimetall Legierung oder aus einem Material mit einem hohen Wärmedehnungskoeffizienten Spannungen, Dehnungen und Temperaturbedingungen ausgesetzt, die sich in zyklischer Weise ändern, wobei die sich dabei ergebenden Änderungen der Form des Elements, die durch die darin aufgebauten Dehnungen entstehen, in eine

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physikalische Bewegung des Elements umgesetzt werden.

Ferner wird erfindungsgemäss eine Vorrichtung zur Umsetzung von Wärmeenergie in mechanische Energie vorgeschlagen, welche ein erstes Element aufweist, das zumindest Teile besitzt, die aus einem Material mit SME-Eigenschaften oder aus einem Bimetall-Material oder aus einem Material mit einem hohen Wärmedehnungskoeffizienten hergestellt sind, wobei das erste Element derart montiert ist, dass es relativ zu einem zweiten Element beweglich ist, und wobei Einrichtungen vorgesehen sind, um das erste Element zyklischen, thermischen Wirkungen zu unterwerfen, so dass die genannten Teile desselben zyklisch erwärmt und abgekühlt werden, wobei die in den genannten Materialien aufgrund der zyklischen Erwärmung und Abkühlung entstehenden Dehnungsenergien zur Entstehung von Kräften führen, die· bewirken, dass das erste Element relativ zu dem zweiten Element bewegt wird.

Vorrichtungen gemäss der Erfindung können insbesondere als Wärmemaschinen eingesetzt werden, bei denen ein erstes Element aus Teilen zusammengesetzt ist, die aus einem Material mit SME-Eigenschaften oder aus einem Bimetall-Material bestehen und die ferner ein zweites Element aufweisen, welches Einrichtungen zum Verformen des ersten Elements besitzt, so dass dann, wenn das erste Element der zyklischen Wärmebeeinflussung unterworfen wird, um eine Temperaturdifferenz zwischen verschiedenen Teilen des ersten Elements zu erzeugen, die dadurch erzeugten Dehnungen in dem ersten Element in eine physikalische Bewegung des ersten Elements umgesetzt werden, beispielsweise in eine Drehbewegung, in eine Schwing-

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bewegung oder in eine Hin- und Herbewegung. Der Aufbau der Vorrichtung ist so, dass sich die Form der einzelnen Teile des ersten Elementes in Abhängigkeit von ihrer Temperatur ändert und dass diese Formänderungen zu der Entstehung von Kräften führen, die eine Relativbewegung des ersten Elements gegenüber dem zweiten Element zur Folge haben.

Die zyklische, thermische Beeinflussung kann in der Weise erfolgen, dass man während eines Teils jedes Zyklus jedem der Teile des ersten Elements Wärmeenergie zuführt, beispielsweise durch Zufuhr von Sonnenenergie oder durch Erwärmung mittels einer Gas- oder Elektroheizung oder durch Eintauchen in eine heisse Flüssigkeit und dass man während eines anderen Teils des Zyklus jedes Teilstück des ersten Elements abkühlt, beispielsweise indem man es einer kalten Flüssigkeit aussetzt.

Der Form-Speicher-Effekt (SME) ist eine Beziehung zwischen der Dehnung C^ , der Spannung £. und der Temperatur T in dem Material und lässt sich durch folgende allgemeine Gleichung ausdrücken:

d = f₁ U , T) (1)

Diese Beziehung definiert eine dreidimensionale Oberfläche, welche graphisch als ein Spektrum in zwei Dimensionen dargestellt werden kann, wie es in Fig. 1 skizziert ist.

SME-Wärmemaschinen sind Vorrichtungen, welche Wärmeenergie in mechanische Energie umsetzen. Dabei wird das SME-Element

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Dehnungs-, Spannungs- und Temperaturbedingungen ausgesetzt, die sich in zyklischer Weise ändern. Für das Prinzip der SME-Maschine ist es von fundamentaler Bedeutung, dass die Dehnungs- und Spannungsbedingungen in dem Element auf einer geschlossenen Schleife im Dehnungs-, Spannungs- und Temperaturspektrum liegen.

Der Variationsbereich bei der Gestaltung von SME-Maschinen gemäss der Erfindung wird deutlich, wenn man die Zahl der möglichen Verfahren betrachtet, mit deren Hilfe eine geschlossene Schleife im SME-Spannungs-Dehnungs-Temperaturspektrum erhalten werden kann. Eine geschlossene Schleife in dem Spektrum ergibt sich erstens aufgrund einer funktionalen Beziehung zwischen der Spannung C^ und der Temperatur T oder zwischen der Dehnung t und der Temperatur T. Es gibt also zwei mögliche Typen von SME-Maschinen, wobei jeder Typ in vielen praktischen Ausführungsformen verwirklicht werden kann. Die beiden möglichen Typen werden nachstehend als Spannungs-SME-Maschine bzw. Dehnungs-SME-Maschine bezeichnet.

Für die SME-Maschinen, mit denen sich die vorliegende Erfindung befasst, gelten folgende grundlegende Beziehungen

£= f₂ (T) (2)

(d.h. Dehnungs-SME-Maschine)
und

C = f₃ (T) (3)

(d.h. Spannungs-SME-Maschine)

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In der Praxis werden die Bedingungen gemäss Gleichung (2) durch ein SME-Element-Verformungssystem erfüllt, weiches so gestaltet ist, dass die Bewegung der abgehenden Welle gegenüber einem festen Bezugspunkt zu einer Dehnung des SME-Elements führt.

Wie nachstehend beschrieben wird, kann diese Dehnung mit Hilfe eines Mechanismus mit einer Nocke, einem Exzenter oder einer Kurbelwelle und einer Verbindungsstange erreicht werden. Unabhängig von der Wahl der Elemente im einzelnen besteht das grundlegende Ziel darin, eine zyklische Beziehung zwischen der Dehnung £. und der Winkelstellung θ der Ausgangswelle herbeizuführen, nämlich

ε = f-, (Q) (4).

Abschliessend sei bezüglich der Dehnungs-SME-Maschinen darauf hingewiesen, dass es erforderlich ist, das Auslenkungssystern, welches durch Gleichung (4) beschrieben ist, mit einem thermischen System zu kombinieren, welches die Temperatur des SME-Elements mit der Winkelstellung der abgehenden Welle verknüpft, nämlich:

T = f₅ (Θ) (5).

Wie nachstehend näher beschrieöen wird, gibt es viele praktische Möglichkeiten, die mathematische Definition eines thermischen Systems zu verwirklichen.

Durch Kombination der Gleichungen (4) und (5) und durch Eliminieren der Winkelstellung θ wird die grundlegende Forderung

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deutlich, die für eine Dehnungs-SME-Maschine gilt, nämlich dass die Dehnung und die Temperatur direkt miteinander verknüpft sind.

Bei der zweiten Kategorie von SME-Maschinen ist es erforderlich_f dass die Spannung in dem SME-Element mit der Winkelstellung der abgehenden Welle verknüpft ist. Diese Forderung ist natürlich bei den Auslenksystemen des Typs verwirklicht, bei denen eine Verformung aufgrund einer Dehnung erfolgt. Folglich sind diese Systeme eine mögliche Lösung für die Spannungs-SME-Maschinen. Eine weitere wichtige Lösung ergibt sich jedoch dann, wenn man die abgehende Welle mit dem Element mit Hilfe einer Feder, einer hydraulischen Verbindungseinrichtung oder einer anderen Verbindungseinrichtung derart verbindet, dass die Spannung in dem Element direkt mit dem Winkel der abgehenden Welle verknüpft ist, nämlich:

Weiter unten wird gezeigt werden, dass es viele praktische Möglichkeiten gibt, diese mathematische Beziehung für ein Deformationssystem zu verwirklichen.

Bei dem hier betrachteten System ist es ferner erforderlich, ein thermisches System vorzusehen, welches die Temperatur in dem Element mit der Winkelstellung der abgehenden Welle verknüpft, und zwar in ähnlicher Weise wie dies für den zuvor betrachteten Typ definiert wurde, nämlich:

T = f _y (Θ) (7) .

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Durch Kombinieren der Gleichungen (6) und (7) und Eliminieren der Winkelstellung θ erhält man die Grundgleichung für die Spannungs-SME-Maschine, gemäss welcher Spannung und Temperatur direkt miteinander verknüpft sind.

Bei einer Ausfuhrungsform eines Deformationssystems des auf der Dehnung basierenden Typs umfasst das erste Element ein Paar von (Naben-)-Lagerelementen, die auf einer gemeinsamen gebogenen Welle sitzen, wobei Elemente wie Streifen, Blätter oder Folien eines Materials mit SME-Eigenschaften vorgesehen sind, deren Enden derart mit den beiden Lagerelementen verbunden sind, dass sich Materialschleifen ergeben, die zwischen den Lagerelementen verlaufen, so dass die Schleifen bei Drehung des ersten Elements, wenn sie zyklischen, thermischen Wirkungen ausgesetzt werden, die Tendenz haben, ihre Form zu ändern, wodurch auf die gebogene Welle ein Moment ausgeübt wird, welches eine Drehung des ersten Elements zur Folge hat, wobei diese Drehung aufgrund der Tatsache, dass die gebogene Welle eine weitere zyklische Kontraktion und Expansion erzeugt und wobei die mechanischen und thermischen Verformungen des ersten Elements, die auf diese Weise hervorgerufen werden, sich überlagern und eine fortgesetzte Drehung des ersten Elements hervorrufen.

Mindestens ein Ende und vorzugweise beide Enden jedes der Elemente sind mit den Lagerelementen in einer Weise verbunden, dass sich die Verbindungspunkte um zwei zueinander senkrechte Achsen drehen können, so dass durch die Verformung der Elemente ausreichend grosse Kräfte erzeugt werden können, um das erste Element wirksam zu einer Drehbewegung anzutreiben.

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Die Elemente aus dem Material mit den SME-Eigenschaften können durch Elemente, d.h. Streifen, Blätter oder Folien aus Bimetall-Legierungen oder anderen Materialien mit einem hohen Wärmedehnungskoeffizienten ersetzt werden, welche bei Erwärmung und Kühlung an geeigneten Punkten des Zyklus ein Drehmoment zur Herbeiführung einer Drehbewegung des ersten Elements erzeugen.

Erfindungsgemäss ist es auch möglich, eine Vorrichtung mit einem Käfig vorzusehen, der aus mehreren Rohren besteht, die rund um die Achse des Käfigs parallel zueinander und im Abstand von derselben angeordnet sind und die an einem Ende starr an einer Endplatte bzw. einem Endring montiert sind und am anderen Ende mittels Lagern in einer anderen Endplatte bzw. einem Endring drehbar gelagert sind. Der auf diese Weise aufgebaute Käfig wird drehbar auf einem zweiten Element bzw. einer Nocke montiert, deren Achse parallel, jedoch exzentrisch zur Käfigachse verläuft.

Die Rohre sind an ihrem freien Ende mit dem zweiten exzentrisch montierten Element mit Hilfe von Nockenabtastern oder Hebeln verbunden, so dass eine Drehung des Käfigs gegenüber dem zweiten Element in jedem Rohr zu einer Torsionskraft führt, die fortschreitend bis zu einem Maximalwert ansteigt und dann auf ihren Anfangswert absinkt, und zwar im Verlauf jeder vollständigen Umdrehung des Käfigs. Bei dieser Ausgestaltung, bei der die Rohre einer solchen zyklischen Wärmebehandlung unterworfen werden, dass sie während desjenigen Teils einer Käfigumdrehung erwärmt werden, wo die Torsion einen Maximalwert erreicht hat und auf ihren Minimalwert absinkt

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und dass· sie während des restlichen Teils der Käfigdrehung abgekühlt werden, wird der Wärmeenergiefluss in mechanische Energie umgesetzt, wobei die relative Drehbewegung des Käfigs aufrechterhalten wird, so dass der Anordnung mit Hilfe einer geeigneten übertragungseinrichtung mechanische Arbeit entnommen werden kann. .

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Rotor als Käfig ausgebildet, dessen in Längsrichtung verlaufende Elemente nicht aus Torsionsrohren bestehen, wie bei dem zuvor betrachteten Ausführungsbeispiel, sondern aus Streifen aus SME-Material.

Bei anderen Ausführungsformen der Erfindung, bei denen rohrförmige SME-Elemente verwendet werden, werden die Torsionsspannungen in diesen mittels einer Exzenter-Verbindungsglied-Anordnung erzeugt. Die SME-Elemente können auch speichenartig um eine Achse angeordnet sein und mittels geeigneter Einrichtungen, beispielsweise mittels einer Taumelscheibenanordnung, Torsionsbelastungen ausgesetzt werden.

Es besteht die Möglichkeit, feste oder hohle SME-Elemente mit kreisförmigem oder anderem Querschnitt einzusetzen und diese Elemente annähernd gleichen Zug- und Druckbelastungen auszusetzen, wobei die SME-Elemente feststehen oder rotieren können und wobei die verschiedensten thermischen Systeme verwendet werden können.

Nachstehend sollen nunmehr Systeme beschrieben werden, die auf der Spannungsbasis arbeiten. Bei einem dieser Systeme ist jedes

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von mehreren Elementen aus einem Material mit SME-Eigenschaften an einem Ende mit einer Stirnfläche eines Lagerelements verbunden, welches drehbar auf einer Welle sitzt und erstreckt sich ausgehend von der Endfläche parallel zu und im Abstand von den übrigen Elementen in Längsrichtung des Lagerelements. Die einzelnen Elemente sind an ihren freien Enden, welche über die andere Stirnfläche des Lagerelements vorstehen, mit einem Gewichtselement versehen und federnd mit der anderen Stirnfläche verbunden. Bei dieser Ausführungsform werden die Elemente einer solchen zyklischen Wärmebehandlung ausgesetzt, dass sie sich zyklisch dehnen und verkürzen, was dazu führt, dass sich der Schwerpunkt der Anordnung verlagert und dass sich das Lagerelement um die Welle dreht.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel eines Spannungssystems wird eine Schraubenfeder verwendet, um das gebogene SME-Element in seiner maximalen Auslenkstellung zu halten, wenn es sich in seinem kalten Zustand befindet. Wenn die Temperatur des SME-Rohres ansteigt, dann hat das Rohr die Tendenz, eine gerade Form anzunehmen und die Feder zu strecken. Wenn man mit dem Element eine zusätzliche Last koppelt, beispielsweise eine einfach-wirkende Hydraulikpumpe, die nur während der Dehnung bzw. während der SME-Erholungsphase arbeitet, kann dem System somit Arbeit entzogen werden. Bei einer abgewandelten Ausführungsform dieses Systems kann das gebogene Rohr durch ein Torsionsrohr ersetzt werden.

Die Einfachheit der Konstruktion, die geringe Anzahl der arbeitenden Teile und die Flexibilität hinsichtlich der zuzuführenden Wärmeenergie machen Vorrichtungen gemäss der

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Erfindung besonders anpassungsfähig und besonders geeignet für den Einsatz in unterentwickelten Staaten und in anderen Bereichen, wo die zur Verfügung stehenden Energiequellen beschränkt sind und wo eine wirtschaftliche Betriebsweise, eine einfache Bedienung und seltene Service-Arbeiten von besonderer Bedeutung sind. Beispielsweise sind Vorrichtungen gemäss der Erfindung besonders geeignete, mit Sonnenenergie speisbare Antriebsaggregate für die Bewässerung bzw. für den Einsatz als Wasserpumpen in trockenen und unterentwickelten Gebieten der Welt.

Aus den vorangegangenen Erläuterungen wird deutlich, dass mit jedem der betrachteten Dehnungs- oder Spannungs-Deformationssysteme ein thermisches System gekoppelt werden muss, um eine vollständige SME-Wärmemaschine zu erhalten. Die Grundfunktion des thermischen Systems besteht darin, der Winkelstellung der abgehenden Welle der Maschine eine solche Temperatur der SME-Elemente bzw. des SME-Elements zuzuordnen, dass eine zyklische Erwärmung und Abkühlung des Elements bzw. der Elemente mit der richtigen Phasenlage bezüglich des Betriebes des Verformungssystems erfolgt.

Es können beispielsweise folgende besonders geeignete thermische Systeme für den genannten Zweck eingesetzt werden: Man kann das SME-Element bzw. die SME-Elemente abwechselnd durch Tanks laufen lassen, die heisse bzw. kalte Flüssigkeiten enthalten. Man kann das SME-Element bzw. die SME-Elemente alternierend mit heissen und kalten Flüssigkeiten besprühen. Es besteht auch die Möglichkeit, das SME-Element bzw. die SME-Elemente alternierend in eine Flüssigkeit eintauchen zu lassen

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und sie mit einer Flüssigkeit zu besprühen, wobei die -beiden Flüssigkeiten verschiedene Temperaturen haben. Weiterhin kann man mit einer Korabination eines Tanks und eines Wasserrades arbeiten, die geeignet ist, das SME-Element bzw. die SME-Elemente alternierend dem Einfluss heisser und kalter Flüssigkeiten auszusetzen. Ferner ist es möglich, mit Hilfe einer Zentrifuge eine Strömung zu erzeugen und die Flüssigkeiten längs Strömungspfaden, die bezüglich des SME-Elements bzw. der SME-Elemente eine geeignete Lage besitzen, zu erwärmen und abzukühlen. Bei Maschinen mit horizontaler Achse besteht die Möglichkeit, die SME-Elemente durch Tanks mit Heiz- und Kühlflüssigkeit an entgegengesetzten Enden der radial angeordneten SME-Elemente hindurchzuführen, so dass die Drehung der Maschine zu einer alternierenden Erwärmung und Abkühlung unter dem Einfluss der Schwerkraft führt.

Weitere Merkmale der Erfindung werden nachstehend in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert, in denen einige Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind. Es zeigen:

Fig. 1a eine schematische Darstellung eines einfachen Hebelmechanismus;

Fig. 1b-

bis 1d ο Diagramme eines idealisierten mechanischen und. thermischen Zyklus für eine SME-Wärmemaschine gemäss der Erfindung mit einem Verformungssystem, welches teilweise aus einem Material mit SME-Eigenschaften hergestellt ist;

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Fig. 2a"

und 2b Diagramme zur Erläuterung der Erholungscharakteristik von Materialien mit SME-Eigenschaften;

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines einfachen Schaltsystems zur Erzeugung eines thermischen Zyklus unter Verwendung elektrischer Energie, wobei als Ausführungsbeispiel ein SME-Kragarm vorgesehen ist, der jedoch durch einen Bimetallstreifen ersetzt werden könnte;

Fig. 4a

und 4b einen schematischen Querschnitt bzw. eine Draufsicht auf eine erfindungsgemässe Vorrichtung mit gebogener Welle, deren Funktion auf den SME-Eigenschaften gewisser Materialien beruht;

Fig. 5a

und 5b einen Querschnitt bzw. eine Draufsicht einer abgewandelten Ausfuhrungsform einer erfindungsgemässen Vorrichtung mit gebogener Welle;

Fig. 6

und 7 Einzelheiten verschiedener Befestigungsmöglichkeiten für die SME-Streifen der Vorrichtungen gemäss Fig. 4 und 5, wobei die gezeigten Befestigungseinrichtungen die Möglichkeit schaffen, den Elementen eine maximale Menge der Dehnungsenergie zu entnehmen; .

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Fig. 8 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Funktionsprinzips der anhand der Fig. 4 bis 7 erläuterten Vorrichtungen, bei denen die Welle gebogen wird;

Fig. 9 eine schematische Darstellung des Verlaufs der Heiz- und Kühlphasen während eines Arbeitszyklus einer Vorrichtung gemäss der Erfindung;

Fig. 10 eine schematische Darstellung einer mehrstufigen Vorrichtung gemäss der Erfindung mit gebogener Welle;

Fig. 11a

und 11b einen schematischen Querschnitt bzw. eine schema-.tische Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung gemäss der Erfindung mit gebogener Welle, und bei der Rotorelemente aus SME-Material oder aus Bimetallmaterial verwendet werden können;

Fig. 12 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemässen Vorrichtung in Form eines Riemen-Verformungssystems,welches auf der Basis der SME-Eigenschaften gewisser Materialien arbeitet;

Fig. 13

und 15 eine perspektivische Darstellung einer Stirnansicht und einer Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform einer Vorrichtung gemäss der

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Erfindung, bei der das Deformationssystem einen veränderlichen Schwerpunkt besitzt und deren Funktion auf den SME-Eigenschaften gewisser Materialien basiert;

Fig. 16 eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung gemäss der Erfindung mit einem Torsionsrohr-Deformationssystem, dessen Funktion auf den SME-Eigenschaften gewisser Materialien basiert;

Fig. 17 eine Stirnansicht des Deformationssystems gemäss Fig. 16;

Fig. 18 eine Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Torsionsrohr-Deformationssystems gemäss der Erfindung mit Einzelheiten eines thermischen Systems, welches für den Einsatz in Verbindung mit diesem Typ eines Deformationssystems besonders geeignet ist;

Fig. 19 Einzelheiten einer Anordnung für den Motor gemäss Fig. 18 zum übertragen von heissen Wasser zu den Torsionsrohren lediglich während eines Teils des Arbeitszyklus;

Fig. 20 eine Seitenansicht einer weiteren Ausfuhrungsform eines Torsionsrohr-Deformationssystems gemäss der Erfindung mit Einzelheiten eines.abgewandelten .thermischen Systems;

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Fig. 21 Einzelheiten einer Anordnung zur Verwendung in Verbindung mit dem Motor gemäss Fig. 20 zur Übertragung von heissem Wasser zu den Torsionsrohren lediglich während eines Teils eines Arbeitszyklus;

.Fig. 22
und 23 eine perspektivische Darstellung bzw. eine Stirnansicht eines Deformationssystems mit Torsionsstreifen gemäss der Erfindung;

Fig. 24 eine perspektivische Darstellung eines abgewandelten Ausführungsbeispiels eines SME-Torsionsrohr-Deformationssystems;

Fig. 25 eine Seitenansicht eines Motors mit dem System gemäss Fig. 24;

Fig. 26 eine perspektivische Darstellung einer abgewandelten Tankanordnung für einen Motor gemäss Fig. 24 und 25;

Fig. 27 eine schematische Darstellung eines Torsionsrohr-Deformati'onssystems mit parallel zur Achse angeordneten Rohren;

Fig. 28 ein Torsionsrohr-Deformationssystem mit senkrecht zur Achse angeordneten Torsionsrohren;

Fig. 29 eine schematische Darstellung eines Deformationssystems mit einem gebogenen Rohr;

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Fig. 30 eine schematische Darstellung eines Torsionsrohr-Deformationssystems vom Spannungstyp;

Fig. 31 eine schematische Darstellung eines Biegerohr-Deformationssystems vom Spannungstyp;

Fig. 32 eine schematische Darstellung eines thermischen Systems mit einem offenen Tank und Sprüheinrichtungen;

Fig. 33 eine schematische Darstellung eines thermischen Systems mit zwei Sätzen von Sprüheinrichtungen;

Fig. 34 eine schematische Darstellung eines Systems mit zwei horizontalen offenen Tanks bzw.. Tankbereichen;

Fig. 35 eine schematische Darstellung eines sperrenden thermischen Systems mit zwei offenen horizontalen Tanks bzw. Tankbereichen;

Fig. 36 eine schematische Darstellung eines thermischen Systems mit einem horizontalen Tank und einem Wasserrad;

Fig. 37 eine schematische Barstellung eines thermischen Systems mit Schaukelbecken und Wasserantrieb;

Fig. 38 eine schematische Darstellung eines thermischen Systems, das unter Ausnutzung von Zentrifugal-

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kräften arbeitet;

Fig. 39 eine schematische Darstellung eines thermischen Systems mit radialer Tankanordnung;

Fig. 40 eine schematische Darstellung eines weiteren thermischen Systems mit radialer Tankanordnung und

Fig. 41 eine schematische Darstellung eines thermischen Systems mit radialer Tankanordnung und Rückschlagmöglichkeiten.

Bei den erfindungsgemässen Vorrichtungen, welche die SME-Eigenschaften gewisser Materialien ausnutzen, werden die Natur und die Charakteristika der metallurgischen Prozesse, die für die Umwandlung der Wärmeenergie in einen mechanischen Zyklus verantwortlich sind, noch nicht voll verstanden und noch untersucht. Ein Verständnis dieser Vorgänge ■ ist jedoch für das Verständnis der vorliegenden Erfindung nicht wesentlich. Die Wahl der optimalen SME-Eigenschaften ist natürlich wichtig für das wirksame Arbeiten von Einrichtungen, wie Motoren und Pumpen, die auf diesem Prinzip basieren. Die vorliegende Erfindung befasst sich aber in erster Linie mit der mechanischen Ausgestaltung derartiger Anordnungen mit dem Ziel, eine zyklische mechanische Ausgangsleistung zu erhalten.

Das Grundprinzip, nach welchem Einrichtungen gemäss der Erfindung arbeiten, ist insbesondere in Fig. 1a bis 1d dargestellt.

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Die Erfindung ist jedoch nicht auf den einfachen idealisierten Zyklus beschränkt, der anhand der Fig. 1 erläutert wird. Diese Figur dient lediglich der Erläuterung der Natur der thermischen und mechanischen Energiezyklen, welche auftreten.

Gemäss Fig. 1 können vier Phasen eines Zyklus unterschieden werden, nämlich:

1-2 eine zunehmende Spannung an dem SME-Element führt zu einer zunehmenden Dehnung. Die Temperatur wird auf einem vorgegebenen Wert (A..) konstant gehalten.

2-3 Bei Erreichen eines vorgegebenen Dehnungswertes wird Wärme zugeführt, so dass sich die Legierung auf eine Temperatur (A.) erwärmt. Bei dieser Temperatur ist der Zustand der Dehnungsenergie in dem Element hoch, und zwar aufgrund der hohen in dem Element induzierten Spannungen wegen des Form-Speicher-Effektes (SME-Effekt).

3-4 Die Spannung in dem Element wird nunmehr abgebaut, indem man es ermöglicht, dass das Element in seinen ursprünglichen Dehnungszustand zurückkehrt, der durch den Punkt 1 definiert ist. Die Temperatur kann während dieser Phase des Zyklus auf dem hohen Wert (A-) gehalten werden.

4-1 Der Zyklus wird beendet, indem man die Last entfernt und den Kragarm abkühlt bis der Ausgangszustand 1 erreicht ist. An diesem Punkt kann der Zyklus nun wieder beginnen.

Der in Fig. 1 gezeigte Zyklus bestätigt, dass das System auf-

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grund der entgegen dem Uhrzeigersinn durchlaufenen Schleife eine mechanische Ausgangsleistung erzeugt, die gleich dem Gebiet A ist, welches von der Schleife umschlossen wird, wobei die für die Durchführung dieses Zyklus erforderliche Wärmeenergie auf der Eingangsseite von der Temperaturdifferenz A-i-A abhängig ist.

Die Erholungscharakteristik von SME-Materialien ist in den Fig. 2a und 2b dargestellt. Im einzelnen zeigt Fig. 2a die Charakteristik bei konstanter Dehnung, wobei die Dehnung zwischen Punkten 5 und 6 konstant gehalten wird, während die Formerinnerung stattfindet. Dagegen zeigt Fig. 2b die Charakte ristik bei konstanter Spannung, wobei die Spannung konstant gehalten wird, während die Formerinnerung stattfindet.

Die vorstehend beschriebenen Charakteristiken, die in den Fig. 2a und 2b gezeigt sind, können als statische Charakteristiken bezeichnet werden, da sich das Material mit seiner eigenen Geschwindigkeit in Anpassung an die Erwärmungsmethode verformen kann. Die Zeit als Parameter beeinflusst die Charakteristiken gemäss Fig. 2a und 2b nicht. Wenn die SME-Materialien in den verschiedenen Motoranordnungen eingesetzt werden, die in vorliegender Anmeldung beschrieben sind, dann wird das SME-Material aufgrund der vorstehend beschriebenen Mechanismen einem Spannungsprogramm unterworfen, welches eine Funktion der Zeit ist, die wiederum von der Zyklusfrequenz des Mechanismus abhängig ist. Di.e tatsächlichen dynamischen Eigenschaften des Motors sind somit aufgrund der zusätzlichen Abhängigkeit von der Zeit der Wärmeübertragung auf das SME-Material modifiziert. Die Wärmeübertragung erfolgt bei dem

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Motor mittels Heiz- und Kühlmedien. In der Theorie sind die dynamischen Charakteristik^ des SME-Materials beim Einsatz desselben in einem Motor den statischen Charakteristika gemäss Fig. 2a und 2b ähnlich, wobei sich jedoch an der Schleife aufgrund der Verzögerung bei der Wärmeübertragung abgerundete Ecken ergeben. Die Drehmoment- und Leistungs-Eigenschaften des Motors können aufgrund der statischen Eigenschaften unter Berücksichtigung der Wärmeübertragungsgleichungen und der geometrischen Eigenschaften des Mechanismus errechnet werden.

Eine der einfachsten möglichen Maschinen besteht aus einem Kragarm-Deformationssystem vom Spannungstyp, welches mit einem thermischen System zur direkten elektrischen Heizung kombiniert ist. Die Wärmezufuhr mit der richtigen Phasenlage zur Deformation des Elements wird durch eine Schalteinrichtung geregelt, die in Fig. 3 gezeigt ist. Wie aus der Anordnung gemäss Fig. 3 deutlich wird, wird dem Kragarm elektrische Energie zugeführt, wenn die Federkontakte geschlossen sind. Die Last W wird auf einen Wert erhöht, der ausreichend ist, um die Federkontakte zu schliessen und damit einen elektrischen Stromfluss äarch das SME-Material herbeizuführen, wodurch dieses erwärmt wird. Wenn die Temperatur des SME-Materials die Transformationstemperatur des Kragarms erreicht, beginnt dieser die Last W anzuheben und leistet damit eine Arbeit an dieser Last. Während des Hubvorgangs werden die Federkontakte geöffnet und der Kragarm beginnt abzukühlen. Der Erholungsprozess endet, wenn die Temperatur des Kragarms unter die Transformationstemperatur absinkt. Der Kragarm beginnt dann erneut sich zu biegen, wobei er das Gewicht W absenkt und die Federkontakte endlich schliesst. Dieser Arbeits-

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zyklus wiederholt sich, solange elektrische Energie zugeführt wird, um den Kragarm zu erwärmen.

Der vorstehend in Verbindung mit Fig. 3 beschriebene Kragarm-Motor ist für die meisten praktischen Zwecke zu einfach. Die Fig. 4 bis 9 zeigen kompliziertere praktische Ausführungsformen, die die Erzeugung einer kontinuierlichen Drehbewegung ermöglichen, indem die SME-Kragarm-Eigenschaften mit einem

System kombiniert werden, bei dem eine gebogene Welle vorgesehen ist.

Bei dem in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiel besteht das wesentliche Merkmal des Motors darin, dass auf einer gemeinsamen gebogenen Welle 14 zwei Lagerelemente bzw. Naben 10,12 vorgesehen sind. Streifen 16 aus blattförmigem SME-Material sind schleifenförmig angeordnet, um entsprechende Punkte der Naben miteinander zu verbinden. Es werden mindestens drei derartige Streifen 16 benötigt, um einen selbstanlaufenden Motor zu schaffen. In der Praxis erzielt man bessere Ergebnisse, indem man die Anzahl der Streifen erhöht. Durch· die Erhöhung der Menge des "arbeitenden" Materials werden die Leistungsabgabe und die Wirksamkeit des Motors erhöht.

Die Drehung der Naben 10,12 führt zu einer zyklischen Kontraktion und Expansion der SME-Schleifen, da die Welle gebogen ist. Wenn man diesen mechanischen Effekt mit einem zyklischen thermischen Effekt kombiniert, dann ergibt sich ein drehbares Äquivalent des oben beschriebenen Kragarmsystems. Die zyklische thermische Beeinflussung wird erreicht, indem man den aus den Streifen aus SME-Material hergestellten Schleifen während des Teils eines Arbeitszyklus Wärme zuführt, indem die

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Schleifen sich von ihrer maximalen Spannung erholen und indem man die Schleifen in dem Teil des Zyklus kühlt, in dem die Schleifen bis zu ihrer maximalen Spannung gekrümmt werden.

Bei allen vorstehend beschriebenen Systemen kann auch der Effekt der Bimetall-Wärmedehnung ausgenutzt werden, um eine mechanische Ausgangsleistung zu erhalten. Wenn die SME-Streifen der vorstehend betrachteten Ausführungsbeispiele durch Bimetallstreifen ersetzt werden, erzeugen sie ein Drehmoment, wenn sie während geeigneter Phasen des Zyklus erwärmt und abgekühlt werden. Das Betriebsverhalten des Motors unterscheidet sich jedoch von demjenigen eines Motors, bei dem die SME-Eigenschaften gewisser Legierungen ausgenutzt werden, da die Bimetall-Wärmedehnung ein Phänomen ist, welches kontinuierlich mit der Wärmezufuhr erfolgt. Andererseits sind die SME-Eigenschaften eine nicht-kontinuierliche Funktion der Temperatur, weshalb das Temperaturniveau beim Betrieb ein kritischer Wert ist. Bimetall-Materialien sind ferner teuer herzustellen, da spezielle Walzwerke für ihre Herstellung benötigt werden. Dagegen bestehen SME-Materialien aus nur einer Legierung und können wesentlich einfacher verarbeitet werden.

Geeignete Materialien, welche in Vorrichtungen gemäss der Erfindung verwendet werden können, müssen geeignet sein, die Wärme in einem Temperaturbereich zwischen -196°C und +20O⁰C in mechanische Energie umzuwandeln. Materialien, die diese Eigenschaften besitzen, sind SME-Legierungen, Bimetalle und Legierungen mit hoher Wärmedehnung. Typische SME-Legierungen sind Nickel-Titan, Cu-Zn-X-Legierungen, in denen X einer der folgenden Stoffe sein kann: Al, Sn, Si sowie Cu-Al-Y-Legierungen, in denen Y einer der folgenden Stoffe sein kann: Fe, Mn, Ni. Beispiele für die Zusammensetzung von Legierungen, die in

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dem oben angegebenen Temperaturbereich arbeiten, sind in der folgenden Tabelle angegeben:

Zusammensetzung nominelle Übergangstemperatur

63,75% Cu - 14O°C

34.5 % Zn 1,75% Si

55.4 % Ni - 4O°C

44.6 % Ti

69,6 % Cu 2°C

26.2 % Zn 4,2 % Al

70,1 % Cu 42°C

25,9 % Zn 4,0 % Al

84,0 % Cu 82°C

13.3 % Al 2,7 % Ni

84.5 % Cu 160°C 11 ,15% Al 4,25% Mn (siehe Einfügung auf Seite 39)

Für die thermischen Systeme der Maschinen gibt es viele mögliche Quellen thermischer Energie, von denen nachstehend die

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wichtigsten erwähnt werden sollen:

1. Heizung mit Sonnenenergie

Der Motor kann so angeordnet werden, dass etwa die Hälfte der SME-Folien oder -Streifen der Sonnenstrahlung ausgesetzt ist, während die übrigen Folien oder Streifen entweder dadurch gekühlt werden, dass sie im Schatten liegen oder dadurch, dass sie in ein Kühlmittel, wie z.B. Wasser, eintauchen. Man kann mit Erfolg Sonnenlichtverstärker einsetzen, um die Wärmeübertragungsgeschwindigkeit zu erhöhen und damit die Drehzahl des Motors. Die maximale Temperatur, welche von der SME-Legierung erreicht wird, darf jedoch nicht so hoch sein, dass die speziellen metallurgischen Eigenschaften zerstört werden. Die obere Temperaturgrenze schwankt von Legierung zu Legierung, liegt aber typischerweise bei maximal 500 C.

2. Gasheizung

Es kann eine Gasflamme verwendet werden, um die Hälfte der Folien oder Streifen zu erhitzen, während die restlichen Folien oder Streifen durch Eintauchen in ein Kühlmittel gekühlt werden. Die maximale Temperatur, die die SME-Legierung erreicht, darf jedoch nicht so hoch sein, dass die spezifischen metallurgischen Eigenschaften zerstört werden. Diese Temperatur ändert sich von Legierung zu Legierung, liegt aber typischerweise bei einem Maximalwert von 50O⁰C.

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3. Elektrische Heizung

Mit den Naben kann ein Kommutator verbunden werden, so dass die elektrische Energie vorgegebenen Segmenten zugeführt wird, während Luft oder Wasser verwendet werden, um die restlichen Segmente zu kühlen.

4. Heisse und kalte Flüssigkeiten

Der Motor kann auch so angeordnet werden, dass die Hälfte der Folien oder Streifen einer kalten Flüssigkeit ausgesetzt ist, während die restlichen Folien oder Streifen einer heissen Flüssigkeit ausgesetzt sind.

Die Fig. 6 und 7 zeigen die Einzelheiten der Befestigung der bei dem System gemäss Fig. 5 verwendeten SME-Streifen an den Naben. Man erkennt in Fig. 5, dass die Naben längs der Welle nicht gleiten können, sondern sich nur um diese drehen können. Die entgegengesetzten Enden 20,22 jedes Streifens 16 sind mittels Gelenkverbindungen 24,24a mit den Naben 10 bzw. 12 verbunden.

Bei der abgewandelten Befestigung gemäss Fig. 6 und 7 sind die entgegengesetzten Enden 20,22 jedes Streifens 16 mit den Naben 10 bzw. 12 über Gelenkverbindungen 26, 26a verbunden. Die Gelenkverbindungen 26, 26a weisen jeweils einen Zapfen auf, dessen Kopf 30 schwenkbar mit einem Bügel 32 am Ende des Streifens 16 über einen Zapfen verbunden ist. Der Schaft 36 des Zapfens 28 ist drehbar in einer Fassung 38 eines Bügels gehaltert, wie er an den Naben 10 und 12 vorgesehen ist. Bei

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dieser Anordnung sind die Enden der SME-Streifen 16 um zwei Achsen 42 und 44 schwenkbar, wodurch gewährleistet ist, dass die maximale Menge an Biegespannungsenergie in den Streifen 16 gespeichert wird und ein Drehmoment für den umlaufenden Motor liefern kann. In Fig. 8 sind SME-Streifen 16, 16a und 16b in verschiedenen Lagen während eines Arbeitszyklus gezeigt. Der Streifen 16b ist in seiner voll erholten Stellung gezeigt, von der. die Umdrehung ausgeht, um den Streifen bei einer Temperatur unterhalb der Transformationstemperatur erneut zusammenzupressen. Die Kräfte, die an den Schwenkverbindungen 26,26ä wirksam sind, sind in dem Diagramm für jeden Schwenkpunkt eingezeichnet. Der Streifen 16a, welcher in Draufsicht dargestellt ist, befindet sich in der Mittelstellung nach einer teilweisen Erholung, während der Streifen 16 sich in einer Stellung befindet, in der er voll zusammengedrückt ist und ausgehend von der die Erholung beginnt.

Der thermische Zyklus, dem der Rotor unterworfen wird, ist in Fig. 9 schematisch dargestellt, wobei die mit dem Bezugszeichen 1 bis 4 bezeichneten Punkten den identisch bezeichneten Punkten in Fig. 1 entsprechen.

Das mehrstufige Deformationssystem mit gebogener Welle, welches in Fig. 10 gezeigt ist, besteht aus zwei Rotorelementen des im Zusammenhang mit den Fig. 4 bis 8 erläuterten Deformationssystems, die auf einer gemeinsamen Welle 50 montiert sind, wobei Stifte 52, 52a die Naben 54, 54ä an der Welle 50 sichern, während die Naben 56, 56a auf Lagern 58, 58a montiert sind.

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Fig. 12 zeigt schematisch ein Riemen-Deformationssystem, bei dem ein endloser Riemen verwendet wird, der aus einem Material mit SME-Eigenschaften besteht. Der Riemen 60, welcher über zwei Riemenscheiben 62, 62a läuft, kann vollständig aus einer SME-Legierung bestehen oder ein zusammengesetztes Element sein, welches Elemente aus SME-Material aufweist. Der Riemen 60 ist so angeordnet, dass er sich beim Erwärmen eines seiner Teile wirksam zusammenzieht, um eine Spannung in Richtung der Pfeile 66 zu erzeugen. Dabei wird im Riemen in der Nähe der Wärmequelle eine Verformung herbeigeführt, wie sie in strichpunktierten Linien angedeutet ist. Die ganze Anordnung wird zu einer Drehbewegung angetrieben, indem man an einer der Riemenscheiben, und zwar in Fig. 11 an der Riemenscheibe 64, eine Ratsche 68 installiert, die eine Drehbewegung in Richtung des Pfeils 70 ermöglicht.

Fig. 11 zeigt eine Variante des Deformationssystems mit gebogener Welle gemäss Fig. 4a und 4b, bei welcher die durchgehenden Streifen aus SME-Material durch Paare von Streifen aus SME-Material ersetzt sind, die an ihren äusseren Enden mittels Clips 22' verbunden und ausserdem an ihren gegenüberliegenden Enden starr an den Naben 24,26 befestigt sind, die auf einer gemeinsamen gebogenen Welle 28 sitzen. Beide Naben können sich nach Art von Taumelscheiben frei um die Welle drehen.

Die Fig. 13, 14 und 15 zeigen ein Deformationssystem mit veränderlichem "Schwerpunkt, bei dem die Rotoranordnung eine Serie von Elementen in Form von Stangen 70 aufweist, die jeweils an einem Ende an einer Stirnfläche 72 einer zylindrischen

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Nabe 74 befestigt sind, welche ihrerseits drehbar auf einer Welle 76 sitzt. Die Stangen 70 bestehen aus einem Material mit SME-Eigenschaften und erstrecken sich von der Stirnfläche 72 parallel zueinander und im Abstand voneinander in Längsrichtung der Nabe 74, wobei ihre gegenüberliegenden freien Enden 78 über die gegenüberliegende Endfläche 80 der Nabe vorstehen. An ihrem freien Ende 78 trägt jede der Stangen ein Gewichtselement 82. Ausserdem sind die freien Enden jeweils über ein Federelement, wie z.B. die Federn 84, mit der Stirnfläche 80 verbunden. Wie Fig. 15 zeigt, können die geraden Mittelstücke jeder der Stangen 70 von einem Versteifungsrohr 86 aus einem geeigneten Material umgeben sein. Wenn man die Stangenanordnung im Betrieb einer Temperaturdifferenz aussetzt, indem man längs eines Bereichs des Umfangs der Stangenanordnung Wärme zuführt, wie dies durch die Pfeile 88 angedeutet ist, d.h. im Bereich der Stangen 70a, 70b, 70c und 7Od in Fig. 14, dann ändern diese ihre Lage relativ zu der Nabe 74 und damit auch den Schwerpunkt der Rotoranordnung, die sich folglich dreht. Das Kühlen der Rotoranordnung erfolgt in einem anderen Bereich derselben, und zwar über dem beheizten Bereich. Die Federn wirken der Lageänderung der Stangen 70 entgegen und gewährleisten, dass sie während der Kühlphase des Arbeitszyklus in ihre Ruhestellung zurückkehren. Die Federn müssen ausreichend stark sein, um den von dem SME-Material erzeugten Kräften ohne allzu grosse Auslenkung zu widerstehen. Ausserdem müssen die Federn die erhöhten Zentrifugalkräfte aufnehmen, welche auf diejenigen Gewichte wirken, die aus ihrer Ruhestellung ausgelenkt sind.

Bei den Ausführungsbeispielen gemäss Fig. 16 und 17, 18 und und 20 und 21 weisen die Rotoranordnungen jeweils eine Reihe

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von Rohren 90 auf, die -aus Material mit SME-Eigenschaften bestehen. Die Rohre 90 sind parallel zueinander rund um eine Welle.92 angeordnet. Jedes Rohr 90 ist an einem Ende mit einer Stirnplatte 94 verbunden, die mittels Lagern 96 drehbar auf der Welle 92 gelagert ist. Die anderen Enden der Rohre 90 durchgreifen eine zweite Stirnplatte 98, die mittels Lagern 100 drehbar auf der Welle 92 befestigt ist. An diesem Ende sind die Rohre mit Abtastarmen 102 verbunden, welche auf einer Nocke 104 laufen, die sich gemeinsam mit der Welle dreht. Die Anordnung ist so getroffen, dass bei Schaffung einer Temperaturdifferenz zwischen verschiedenen Bereichen der Rotoranordnung diejenigen Rohre, die sich in dem Bereich erhöhter Temperatur befinden, einer erhöhten Torsionsspannung ausgesetzt werden und aufgrund ihres SME-Verhaltens ein Drehmoment auf die Rotoranordnung ausüben, so dass diese zu einer Drehbewegung veranlasst wird. Danach werden die Rohre 90 über die Nocke 104 und die zugeordneten Abtastarme 102 mechanisch eingeleiteten Torsionskräften unterworfen. Die Summe von mechanischen und thermischen Torsionskräften hat eine kontinuierliche Drehbewegung der Rotoranordnung zur Folge.

In ihrem allgemeinen Aufbau entsprechen die Ausführungsbeispiele gemäss Fig. 18 bis 21 dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 16 und 17. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. und 19 sind die SME-Rohre 90 jedoch von einem weiten Rohr 110 umschlossen. Kaltes Wasser wird für Kühlzwecke durch die Rohre 110 an den Rohren 90 vorbeigeleitet. Heisses Wasser wird von Wänden 112, die von den Innenwänden der äusseren Rohre.110 nach unten ragen, aufgeschöpft und veranlasst im Bereich der oberen Hälfte des Zyklus über die Rohre 9o zu

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fliessen.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 20 und 21 ist ein raffinierteres Wasser-Zirkulationssystem vorgesehen, bei dem an der Innenseite der Rohre 110 Schöpfelemente 120 vorgesehen sind, die im unteren Teil der Anordnung eine wirksame Kaltwasserströmung über die Rohre 90 und im oberen Teil der Anordnung eine wirksame Heisswasserstromung über die Rohre 90 herbeiführen. Die Fig. 22 und 23 zeigen eine Rotoranordnung, die derjenigen gemäss Fig. 16 und 17 ähnlich ist, wobei anstelle der Rohre 90 Streifen 122 aus SME-Material verwendet werden.

Anstelle der trommeiförmigen Käfiganordnung mit Torsionsrohren, wie sie vorstehend beschrieben wurde, können auch radial angeordnete Torsionsrohre 140 vorgesehen werden, welche gemäss Fig. 24 bis 26 mit einer gebogenen Welle 142 und einer Taumelscheibe 144 zusammenwirken. Die speziell in den Fig. 24 bis 26 gezeigte Anordnung erleichtert die Verwendung von Heiz- und Kühlflüssigkeiten, die in Tanks 145 und 146 enthalten sind und die in einer horizontalen Ebene Seite an Seite angeordnet und voneinander durch eine Trennwand in Form von Rampen 148, 150 getrennt sind. Im Verlauf ihrer Bewegung werden die SME-Torsionsrohre 140 durch die Heizflüssigkeit und die Kühlflüssigkeit geführt, wobei der übergang von einem Tank in den anderen dadurch ermöglicht wird, dass die Trägeranordnungen 152 für die Torsionsrohre um ein Achsenelement 154 geschwenkt werden.

Mechanisch werden die Torsionskräfte auf die SME-Torsionsrohre

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140 rait Hilfe der Taumelscheibe 144 sowie mittels eines Bowdenzuges 158 und einer Hebelanordnung 160 übertragen. Das Schwenken der Trägeranordnung 152 für die Torsionsrohre kann erfolgen/ ohne dass die Torsionskraft in dem SME-Rohr beeinflusst wird, da der Bowdenzug 158 die Kraft in der SME-Hebelanordnung 160 direkt auf die Taumelscheibe 144 überträgt, wobei sich für die Torsionsrohranordnung 152 eine resultierende Kraf£ von Null ergibt.

Bei der Vorrichtung gemäss Fig. 24 bis 26 wird die Schwenkbewegung der Torsionsrohranordnung durch die Bewegung der Abtastrollen 162 herbeigeführt, die auf den Rampen 148 und 150 rollen, welche die Heizflüssigkeit und die Kühlflüssigkeit voneinander trennen.

Fig. 27 zeigt eine Torsionsrohranordnung, bei welcher die Torsionsspannungen in SME-Rohrelementen 170 erzeugt werden, die parallel zueinander angeordnet und an Armen 172 montiert sind. Die Erzeugung der Torsionskräfte erfolgt mit Hilfe eines Exzenters 176 und einer Verbindungshebelanordnung 178, 180, wobei die Höhe der erzeugten Torsionsspannung eine Funktion der Geometrie des Systems ist. Bei der betrachteten Anordnung können die Rohrelemente 170 fest angeordnet sein, während sich die Welle 174 und der Exzenter 176 relativ zu ihnen drehen. Die Rohrelemente 170 können sich aber auch gegenüber einer feststehenden Anordnung aus Welle 174 und Exzenter 176 drehen. Die Auswahl des thermischen Systems erfolgt entsprechend dem im Einzelfall verwendeten Torsionsrohrmechanismus .

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Bei dem Torsxonsrohrmechanismus gemäss Fig. 28 sind die SME-Rohre 182 wie die Speichen eines Rades angeordnet, d.h. sie verlaufen senkrecht zur Achse. Die Rohre 182 können mittels verschiedener möglicher Systeme, insbesondere auch mit Hilfe einer Taumelscheibenanordnung verdreht v/erden. Bei dem betrachteten Ausführungsbeispiel können die SME-Rohre entweder feststehend oder drehbar angeordnet sein, und zwar in Abhängigkeit von dem zu verwendenden thermischen System. Die betrachtete Vorrichtung kann vorteilhafterweise in Verbindung mit einem thermischen System eingesetzt werden, bei dem eine heisse und eine kalte Zone Seite an Seite angeordnet sind, wie dies nachstehend beschrieben wird. Damit dies möglich ist, ist es jedoch erforderlich, dass die SME-Rohrelemente so angeordnet werden, dass sie über die Wand "hüpfen" können, welche die Tanks trennt, ohne dass die Torsionsspannung in den Rohren irgendwie beeinflusst wird. Bei der in Fig. 28 gezeigten Vorrichtung ist jedes SME-Rohr 182 über Verbindungsstücke 186 und 188 mit einem Tragarm 184 verbunden, wobei das Verbindungsstück 188 eine Rolle 190 trägt, welche am Boden des Behälters abrollt. Dieser Mechanismus, welcher mit Bowdenzügen arbeitet, ermöglicht es dem Rohr 182 die Wand 194 zu überqueren, welche den Tank 192 in getrennte Kammern oder Tanks unterteilt, die heisse bzw. kalte Flüssigkeit enthalten.

Massive oder hohle SME-Elemente mit kreisförmigem oder andersartigem Querschnitt können durch Biegen verformt werden, wie dies bei dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 29 der Fall ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird jedes der SME-Elemente 210, wenn es verformt wird, im wesentlichen gleichen Zug- und Druckkräften unterworfen, welche sich in Längsrichtung des Elements

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ändern können, und zwar in Abhängigkeit von der geometrischen Form. Ausserdem wird das Element 210 Scherkräften ausgesetzt. Die betrachtete Anordnung kann mit feststehenden oder umlaufenden SME-Elementen betrieben werden, und zwar in Verbindung mit einer grossen Vielfalt von möglichen thermischen Systemen. Die betrachtete Anordnung hat den Vorteil, dass sie sehr einfach aufgebaut ist.

Fig. 30 zeigt ein Ausführungsbexspiel mit einem Biegerohr-Deformationssystem. In ihrer einfachsten Form besteht diese Anordnung aus einer Schraubenfeder 220, welche das gebogene SME-Rohr 222, solange dieses kalt ist, im Zustand maximaler Krümmung hält. Wenn die Temperatur des SME-Rohres 222 ansteigt, dann hat dieses die Tendenz, sich gerade zu strecken und dabei die Feder 220 auseinanderzuziehen. Das System kann Arbeit leisten, wenn man mit dem SME-Rohr 222 eine zusätzliche Last verbindet, die nur während der Streckphase bzw. der SME-Erholungsphase wirksam ist. In der Praxis könnte diese Last der Kolben einer einfach wirkenden Pumpe 204 sein, wie dies Fig. 30 zeigt.

Fig. 31 zeigt eine Torsionsrohranordnung, welche im Prinzip der Anordnung gemäss Fig. 30 sehr ähnlich ist. Es sind wieder eine Feder 232 und eine Pumpe 234 vorgesehen; das gebogene Rohr ist jedoch durch ein SME-Torsionsrohr 230 ersetzt, was bei gewissen Anwendungen Vorteile bei der konstruktiven Auslegung mit sich bringt. .

Es sei darauf hingewiesen, dass in den vorstehend beschriebenen Systemen vom Dehnungstyp eine gerade Anzahl von Elementen und/

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oder ein Schwungrad benötigt wird, um ein Stehenbleiben des Motors zu verhindern.Dagegen können bei den Deformationssystemen vom Spannungstyp, wie sie in den Fig. 30 und 31 dargestellt sind, beliebig viele Elemente verwendet werden, da ein Stillstand nicht eintreten kann.

Fig. 32 zeigt schematisch ein thermisches System mit einem offenen Tank und Sprüheinrichtungen. Ein SME-Element 235 wird abwechselnd in die heisse Flüssigkeit in dem Tank 236 eingetaucht und mit einer kalten Flüssigkeit besprüht, die aus einem Tank 238 mittels einer Pumpe 237 gefördert wird.

Fig. 33 zeigt schematisch ein thermisches System, bei welchem sowohl die heisse als auch die kalte Flüssigkeit über Sprüheinrichtungen an das SME-Element herangeführt werden. Bei dieser Anordnung wird die heisse Flüssigkeit aus einem Tank 240 mittels einer Pumpe 242 gefördert und während eines Teils jedes Arbeitszyklus über das SME-Element gesprüht. Die kalte Flüssigkeit wird aus einem Tank 244 mittels einer Pumpe 246 gefördert und während des anderen Teils des Arbeitszyklus über das SME-Element gesprüht.

Fig. 34 zeigt schematisch ein thermisches System mit horizontal angeordneten Tanks, welche die kalte bzw. die heisse Flüssigkeit enthalten. Ferner ist ein SME-Element 258 vorgesehen, welches abwechselnd durch die beiden Tanks geführt wird. Bei der Anordnung gemäss Fig. 34 werden die beiden Tanks durch zwei Abteile 250 und 252 eines einzigen Behälters 254 gebildet, der eine Trennwand 256 besitzt. Das SME-Element wird um die Achse 260 gedreht und passiert dabei die Abteile

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250 und 252, welche die kalte bzw. die heisse Flüssigkeit enthalten. Bei dieser Anordnung ist es erforderlich, dass Einrichtungen vorgesehen sind, die es dem SME-Element bzw. den SME-Elementen ermöglichen, die Trennwand 256 zu überspringen, wenn sie von einer Phase zur anderen wechseln. Zu diesem Zweck können Einrichtungen vorgesehen sein, wie sie vorstehend in Verbindung mit Fig. 28 beschrieben wurden. Das vollständige Eintauchen der SME-Elemente, welches bei einem derartigen System ermöglicht wird, gestattet eine Optimierung der Wärmeübertragungsgeschwindigkeit von und zu den SME-Elementen, obwohl gewisse dynamische Verluste auftreten, die darauf beruhen,.dass die SME-Elemente durch die Flüssigkeit bewegt werden müssen.

Fig. 35 zeigt ein System, das demjenigen gemäss Fig. 34 ähnlich ist. Beim betrachteten Ausführungsbeispiel wird jedoch der übergang von der heissen Phase in die kalte Phase dadurch erreicht, dass das SME-Element um eine horizontale Achse 260 in einer Höhe geschwenkt wird, die oberhalb der Trennwand 262 zwischen den beiden Phasen liegt. Dabei ergibt sich natürlich eine Verweilzeit, während welcher sich die SME-Elemente weder in der einen noch in der anderen Phase befinden.

Fig. 36 zeigt ein horizontales Tank-Wasserrad-System, welches besonders geeignet zur Verwendung in Verbindung mit Maschinen ist, die einen trommeiförmigen Käfig aufweisen, wie dies oben beschrieben wurde. Bei dem System gemäss Fig. 36 wird jederzeit eine vorteilhafte Trennung des heissen und des kalten Mediums erreicht.

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Fig. 37 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines thermischen Systems, welches mit Schaukel-Schöpfgefässen 280 und einer umlaufenden Antriebsanordnung arbeitet. Die Schaukelwirkung kann ausgenutzt werden, um für aufeinanderfolgende Heiz- und Kühlphasen zu sorgen, in welche die SME-Elemente der umlaufenden Anordnung in der in Fig. 37 schematisch angedeuteten Weise eintauchen, wobei die Schöpfgefässe über einen Antrieb von der SME-Maschine betätigt v/erden können. Bei Verwendung in Verbindung mit einer Rotoranordnung mit einem rohrförmigen SME-Eleroent stellt das betrachtete System eine positive Trennung der Heiz- und der Kühlflüssigkeit sicher.

Fig. 38 zeigt eine schematische Darstellung eines Systems, bei dem unter dem Einfluss von Zentrifugalkräften erzeugte Strömungen in radial angeordneten Leitungen 290, 292 vorhanden sind, um Heizflüssigkeit bzw. Kühlflüssigkeit zu den SME-Elementen 294 zu pumpen. Bei diesem System werden die heissen und kalten Strömungen alternierend mit Hilfe von Verteilerventilen 295, 296 gesteuert, die über einen geeigneten Nockenmechanismus 298 betätigt werden. Bei dem in Fig. gezeigten Systcäm können die Heiz- und die Kühlflüssigkeit derart in horizontalen Tanks gespeichert werden, dass das sich bewegende Ansaugrohr sowohl in die heisse als auch in die kalte Flüssigkeit eintaucht, obwohl die Ausgangsrohre nicht eingetaucht werden müssen.

Bei denjenigen Maschinentypen, welche eine horizontale Achse besitzen, ist es häufig möglich, die Tanks mit der Heiz- und

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der Kühlflüssigkeit an entgegengesetzten Enden von radial angeordneten SME-Elementen anzubringen. Das Umlaufen der Maschine führt dann zu einem abwechselnden Aufheizen und Kühlen der SME-Elemente unter dem Einfluss der Schwerkraft. Bei der wohl einfachsten Form dieses Systems, welche in Fig. 39 gezeigt ist, werden die Tanks oder Reservoirs 300 und anfänglich mit festen Mengen der Heiz- bzw. der Kühlflüssigkeit gefüllt. Die Maschine würde in diesem Fall laufen bis die Temperaturschwankungen in dem Element unter einen vorgegebenen kritischen Wert abgesunken wären.

Die Fig. 40 und 41 zeigen Abwandlungen von radial angeordneten Tanksystemen, welche einen kontinuierlichen Kreislauf der Heiz- und der Kühlflüssigkeit ermöglichen.

(Einfügung auf S. 25 im Anschl.an Tabelle) Bei Systemen gemäß der Erfindung können auch die meisten Bimetalle verwendet werden, da ihr ausnützbarer Auslenkbereich in dem angegebenen Temperaturbereich liegt. Ein typisches Bimetall besteht aus einer Legierung mit hohem Wärmedehnungskoeffizienten, welche 25% Ni, 8,5% Cr und den Rest Eisen enthält, und die mit einer Legierung mit niedrigem Wärmedehnungskoeffizienten verbunden ist, welche aus Eisen mit 36% Ni besteht. Viele der Kompenenten mit hohem Wärmedehnungskoeffizienten, die bei Bimetallen verwendet werden, können in Systemen gemäß der Erfindung auch allein eingesetzt werden. Als Beispiel für eine derartige Legierung wird eine Legierung angegeben, welche Mangan, sowie 18% Kupfer und 10% Nickel enthält.

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Claims

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Patentansprüche :

1. Verfahren zum Umsetzen von Wärmeenergie in mechanische Energie, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Element Spannungs-, Dehnungs- und Temperaturbedingungen aussetzt, die sich zyklisch ändern und daß man die durch die Dehnungen in dem Element verursachten Formänderungen in eine physikalische Bewegung desselben umsetzt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das erste Element so montiert, daß es relativ zu einem zweiten Element bewegbar ist und daß durch die Formänderungen des ersten Elementes Kräfte erzeugt werden, um eine Bewegung des ersten Elementes relativ zu dem zweiten Element herbeizuführen.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens Teile des ersten Elementes aus einem Material bestehen, welches Form -Speicher- Effekt-Eigenschaften besitzt.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest Teile des ersten Elements aus einer Bimetalllegierung hergestellt werden.

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5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest Teile des ersten Elements aus einem Material hergestellt werden, welches einen hohen Wärmedehnungskoeffizienten besitzt.

6. Verfahren zum Umsetzen von Wärmeenergie in mechanische Energie, insbesondere nach einem der Ansprüche 1-5,

■ dadurch gekennzeichnet, daß ein Element, welches zumindest teilweise aus einem der folgenden Materialien hergestellt wird: Material mit Form-Speicher-Effekt-Eigenschaften, Bimetallmaterial und Material mit hohem Wärmedehnungskoeffizienten, und welches relativ zu einem zweiten Element drehbar montiert ist, einer zyklischen Wärmebehandlung ausgesetzt wird,in deren Verlauf die aus den genannten Materialien bestehenden Teile des ersten Elementes zyklisch erwärmt und abgekühlt werden, und daß man die aufgrund der zyklischen Erwärmung und Abkühlung und der damit verbundenen Expansion und Kontraktion des ersten Elementes in dem Material desselben entwickelte Dehnungenergie ausnutzt, um Kräfte zu erzeugen, mit deren Hilfe das erste Element gegenüber dem zweiten Element bewegt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zyklische Wärmebehandlung in der Weise durchgeführt wird, daß man das erste Element während eines Teils des Zyklus erwärmt und daß man die zuvor erwärmten Teile des ersten Elements während eines weiteren Teils des Zyklus abkühlt.

8. Vorrichtung zum Umsetzen von Wärmeenergie in mechanische Energie, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes Element (z.B. 16) und ein zweites Element (z.B. 14) vorgesehen sind, daß das erste Element derart montiert ist,

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daß es relativ zu dem zweiten Element beweglich ist und daß-Einrichtungen vorgesehen sind, um das erste Element einer zyklischen Wärmebehandlung zu unterwerfen, so daß Teile desselben zyklisch erwärmt und abgekühlt werden, wobei die in dem ^{s en} ' ^eeS6wickelte Dehnungsenergie zur Erzeugung von Kräften führt, die bewirken, dass das erste Element relativ zu dem zweiten Element bewegt wird.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Element (z.B. 16) aus einem Material mit Form-Speicher-Effekt-Eigenschaften hergestellt ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Element (z.B. 16) aus einem Bimetall-Material hergestellt ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Element (z.B. 16) aus einem Material mit einem hohen Wärmedehnungskoeffizienten hergestellt ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Element (z.B. 16.) aus einem Material hergestellt ist, welches in der Lage ist, in einem Temperaturbereich zwischen -196°C und+200⁰C Wärmeenergie in mechanische Energie umzuwandeln.

13. Vorrichtung nach Anspruch^8, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Element aus einer Legierung hergestellt ist, welche aus 63,75% Kupfer, 34,5% Zink und 1,75% Silizium besteht.

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14. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Element aus einem Material hergestellt ist, welches aus 55,4% Nickel und 44,6% Titan besteht.

15. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Element aus einem Material hergestellt ist, welches aus 69,6% Kupfer, 26,2% Zink und 4,2% Aluminium besteht.

16. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Element aus einem Material hergestellt ist, welches aus 70,1% Kupfer, 25,9% Zink und 4,0% Aluminium besteht.

17. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Element aus einem Material hergestellt ist, welches aus 84,0% Kupfer, 13,3% Aluminium und 2,7% Nickel besteht.

18. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Element aus einem Material hergestellt ist, welches aus 84,5% Kupfer, 11,25% Aluminium und 4,25% Mangan hergestellt ist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß dem ersten Element während eines Teils des Zyklus Wärmeenergie zugeführt wird und daß das erste Element während eines weiteren Teils des Zyklus abgekühlt wird.

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20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeenergie in Form von Sonnenenergie zugeführt wird.

21. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet,

daß die Wärmeenergie durch Beheizung mit Gas zugeführt wird.

22. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeenergie in Form elektrischer Heizenergie zugeführt wird.

23. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Element während des einen Teils des Zyklus einer heißen Flüssigkeit ausgesetzt wird und während eines anderen Teils des Zyklus dadurch abgekühlt wird, daß es einer kalten Flüssigkeit ausgesetzt wird.

24. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungs- und Dehnungsbedingungen denen das erste Element unterworfen wird, über eine geschlossene Schleife des Spannungs-Dehnungs-Temperatur-Diagramms des Materials miteinander verknüpft sind, aus welchem das erste Element - zumindest teilweise - hergestellt ist.

25. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Element und das zweite"Element den Rotor bzw. den Stator eines Motors bzw. einer Pumpe bilden.

26. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Element zwei Naben (10, 12) aufweist, die auf einer gemeinsamen gebogenen Welle (14) montiert sind, daß jede Nabe mit den einen Enden mehrerer Elemente (16) verbunden ist, deren andere Enden mit der jeweils anderen

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Nabe verbunden sind, so daß sich Gruppen von Elementen (16) ergeben, die zwischen den Naben (10, 12) verlaufen, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß eine Drehung des ersten Elementes, wenn es einer zyklischen Wärmebehandlung unterworfen wird, dazupührt, daß sich die Form der Elemente (16) ändert, derart, daß sie ein Drehmoment auf die gebogene Welle (14) ausüben und damit eine Drehung des ersten Elementes um die gebogene Welle (14) bewirken, wodurch eine weitere zyklische Kontraktion und Expansion der Elemente (16) herbeigeführt wird, wobei sich die auf diese Weise erzeugten mechanischen und thermischen Verformungen des ersten Elementes derart summieren, daß eine kontinuierliche Drehung des ersten Elementes um die Welle (14) herbeigeführt wird.

27. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Ende jedes der Elemente (16) mit der betreffenden Nabe (10, 12) über Verbindungseinrichtungen (24, 24a) derart verbunden ist, daß die Verbindungseinrichtungen sich um zwei zueinander senkrechte Achsen drehen können, so daß durch die Verformung der Elemente

(16) ausreichend große Kräfte erzeugbar sind, um eine Drehbewegung des ersten Elementes herbeizuführen.

28. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Element als trommeiförmiger Käfig ausgebildet ist und mehrere Rohre (19) aufweist, die parallel zueinander und im Abstand von der Achse (92) des Käfigs angeordnet sind und daß jedes der Rohre (90) an seinem einen Ende starr mit einer Stirnplatte bzw. einem Stirnring (94) verbunden ist und an seinem anderen Ende in eine zweite Stirnplatte bzw. einem zweiten Stirnring (98) eingreift, die bzw. der mittels Lagern (100) drehbar gelagert ist.

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29. Vorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet,

daß der Käfig relativ zu einem Hebel bzw. einer Nocke (104) drehbar montiert ist, dessen Achse parallel zu jedoch exzentrisch bezüglich der Achse des Käfigs verläuft.

30. Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre an ihren freien Enden mit dem exzentrisch angeordneten Hebel bzw. der exzentrisch angeordneten Nocke (104) über Nockenabtaster (102) verbunden sind, so daß die Drehung des Käfigs in jedem der Rohre (90) zu Torsionskräften führt, die im Verlauf jeder vollständigen Umdrehung des Käfigs zunehmend auf einen Maximalwert ansteigen und dann wieder bis auf ihren Anfangswert absinken.

31. Vorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (90) einer zyklischen Wärmebehandlung ausgesetzt werden, so daß sie während des Teils der Käfigumdrehung, wo die Torsionskraft einen Maximalwert erreicht hat und auf ihren Minimalwert absinkt, erwärmt werden, und so daß sie während des restlichen Teils eines Umlaufs des Käfigs abgekühlt werden, wobei .die Wärmeenergie in mechanische Energie umgewandelt wird, wodurch die Drehbewegung des Käfigs aufrecht erhalten wird, so daß mit Hilfe des Käfigs externe mechanische Arbeit geleistet werden kann.

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32. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Element als ein Käfig ausgebildet ist, dessen in Längsrichtung verlaufende Elemente aus Streifen (122) bestehen, die ihrerseits aus einem Material mit Form-Speicher-Effekt-Eigenschaften hergestellt sind.

33. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Element mehrere Elemente (70) aufweist, die aus einem Material hergestellt sind, welches Form-Speicher- -Effekt-Eigenschaften besitzt, und daß die Elemente (70) an einem Ende mit der Stirnfläche (72) einer Nabe (74) verbunden sind, die drehbar auf einer Welle (76) sitzt, und sich ausgehend von der Stirnfläche (72) im Abstand voneinander und parallel zueinander in Längsrichtung der Nabe (74) erstrecken.

34. Vorrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß die freien Enden (78) der Elemente (70), welche über die andere Stirnfläche (80) der Nabe (74) vorstehen, jeweils mit einem Gewichtselement (82) versehen sind und mit der zweiten Stirnfläche (80) über Federeinrichtungen (84) verbunden sind.

35. Vorrichtung nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (70), wenn sie der zyklischen Wärmebehandlung unterworfen werden, eine zyklische Expansion und Kontraktion erfahren derart, daß sich der Schwerpunkt der Anordnung ändert und folglich eine Drehung der Nabe (74) um die . Welle (76) herbeiführbar ist.

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