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Magnetodynamischer Energiewandler
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Die Erfindung betrifft einen Energiewandler mit Rotor und Stator.
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Es ist bekannt, daß bei Wärmezufuhr - z.B. zu einem Ende einer Eisenplatte
- die magnetischen Spinmouente der Elektronen der Atommagnete der Gitterstruktur
zu Richtungsschwankungen angeregt werden, welche sich bei weiterer Wäroezufuhr gemäß
der Wärmeleitfähigkeit des Stoffes langsam über die gesamte Platte ausbreitet.
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Uberschreitet die erreichte Temperatur den Curiepunkt und damit den
magnetischen Kopplungsfaktor dieses ferromagnetischen Stoffes, schwindet die ferromagnetische
Eigenschaft. Durch Wärmeabstrahlung tritt der umgekehrte Vorgang ein bis der Curiepunkt
unterschritten wird.
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Es ist ebenfalls bekannt, ferromagnetische Legierungen mit verschiedenen
Curiepunkten herzustellen und technisch anzuwenden.
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Typische Anwendungsbereiche sind zu finden z.B. bei Elektrizitätszählern,
Tachoietern, Relais, Schaltern, Drehspulinstrumenten, Motoren usw., wo durch den
magnetischen Nebenschluß entweder der Nutzfluß des Magnetsysteis konstant gehalten
oder eine definierte Zunahme des Nutzschlusses mit der Temperatur erreicht wird,
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Energiewandler zu schaffen, der unter
Ausnutzung von Wärmestrahlung oder anderer energiereicher Strahlung, die in flüssigen,
gasförmigen oder festen Stoffen vorliegt, mechanische und,' oder elektrische Energie
erzeugt.
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Weiterhin ist es die Aufgabe dieser Erfindung, einen Energiewandler
zu schaffen, der in geschlossener oder offener Form z.B.
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als linearer Energiewandler arbeitet.
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Weiterhin soll die Anordnung so getroffen sein, daß verschiedene Arbeitsmedien,
z.B. Wasser, öl, Gas, Quecksilber einerseits und radioaktive Isotope andererseits
Anwendung finden können. Ebenfalls soll Solarenergie genutzt werden können.
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Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein umweltfreundliches
Niedertemperatur-Kraftwerk aufzuzeigen.
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Es ist weiterhin die Aufgabe der Erfindung einen Energiewandler vorzuweisen,
bei dem der Rotor innen und der Stator außen oder der Rotor außen und der Stator
innen angeordnet ist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist der erfindungsgemäße Energiewandler
dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Rotor und Stator ein ferromagnetisches Kammersystem
stationär angeordnet ist und daß durch abwechselnde Änderung der ferromagnetischen
Eigenschaft der Trennplatten des ferromagnetischen Kammersystems die Magnetfelder
des Energiewandlers geschaltet werden.
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Erfindungsgemäß ist der Energiewandler als Generator mit einem aus
mindestens zwei Schenkeln bestehenden Rotor mit die Schenkel umgebenden Induktionsspulen
ausgebildet und einem Stator bestehend aus Dauermagneten, die in gleichmäßiger Entfernung
voneinander mit abwechselnd gepolten Magnetpolen an einem außen liegenden Magnetflußleitstück
angeordnet sind.
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Zwischen Stator und Rotor ist ein ferromagnetisches Kammersystem angeordnet,
das mit dem Stator magnetflußleitend verbunden ist.
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Als Motor gilt die gleiche Anordnung ohne Induktionsspule.
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Erfindungsgemäß ist der Energiewandler als Generator ebenfalls betreibbar,
wenn am Ende der Rotorschenkel entgegengesetzt gepolte Dauermagnete angeordnet und
dem Stator ferromagnetische Polkerne mit sie umgebenden Induktionsspulen zugeordnet
sind, die nach außen über ein Magnetflußleitstück gebrückt sind.
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Zwischen Stator und Rotor ist das ferromagnetische Kammersystem angeordnet,
das mit dem Stator magnetflußleitend verbunden ist.
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Als Motor gilt ebenfalls die gleiche Anordnung ohne Induktionsspulen.
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Beide Anordnungen sind weiterhin dadurch betreibbar, daß das ferromagnetische
Kammersystem mit dem Rotor magnetflußleitend verbunden ist und der Rotor als Stator
dient und der Stator als Rotor.
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Das ferromagnetische Kammersystem ist so angeordnet, daß der Rotor
berührungslos daran vorbeigleitet. Das Kammersystem besteht aus ferromagnetischen
Trennplatten, wobei die restlichen Zwischenwände sowie Zu- und Abflußstutzen aus
einem Magnetismus und Wärme nicht leitenden Material bestehen.
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Über ein Verteilersystem wird z.B. heißes Wasser in die Kammerabschnitte
zwischen den Dauermagneten und den Rotorschenkeln bzw.
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Polkernstücken eingeführt.
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Die ferromagnetischen Trennwände werden weit über ihren Curiepunkt
erhitzt, so daß deren ferromagnetische Eigenschaft schwindet und das zwischen dem
Magnetfeld des jeweiligen Dauermagneten und dem Rotorschenkel ein großer Luftspalt
entsteht. Der Luftspalt zu den daneben liegenden Dauermagneten wird dadurch um einiges
kürzer.
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Um eine bevorzugte Drehrichtung zu erlangen, wird über das Verteilersystem
das heiße Wasser in Drehrichtung in weniger Kammern eingeführt, als in die andere
Richtung, so daß immer nur in einer Richtung ein Daueraagnet#seine magnetische Zugkraft
auf den Rotorschenkel ausüben kann, wodurch eine motorische Drehbewegung erzeugt
wird.
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Befindet sich auf dem Rotorschenkel eine Induktionsspule so wird während
der Rotation je nach Polung des jeweiligen Dauermagneten in der Induktionsspule
ein elektrischer Strom induziert.
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Erfindungsgemäß gilt das gleiche Prinzip für alle hier dargelegten
Anordnungen.
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Um die Strahlen- und, oder Wärmeenergie aus einer vorzugsweise am
Ende eines ferromagnetischen Rotorschenkels angebrachten radioaktiven Platte zu
wandeln, gilt das gleiche Prinzip, nur sind die ferromagnetischen Trennplatten horizontal
angeordnet mit dazwischenliegenden magnetischen Luftspalten.
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Die Energiewandlung von energiereicher ionisierender Strahlung basiert
im wesentlichen auf der Entdeckung, daß unter Einwirkung von energiereicher ionisierender
Strahlung, wie etwa Gammastrahlung, der magnetische Kopplungsfaktor in ferromagnetischen
Stoffen überschritten und somit die Ausrichtung von magnetischen Spinmomenten in
Weißschen Bezirken in eine magnetische Vorzugsrichtung aufgehoben werden kann.
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Bei Anwendung einer Gammaenergie größer als 1 Mcv beruht die Wechselwirkung
auf dem Compton-, Photo- und Paarbildungseffekt, womit auf die Austauschkopplung
zwischen den nicht koipensierten Elektronen-Spins benachbarter Atome in den Kristallgittern
eingewirkt wird.
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Bei Energiezufuhr durch ionisierende Strahlung nehmen die Richtungsschwankungen
der magnetischen Spinmomente der Elektronen der Atommagnete und somit deren Kompensation
beträchtlich zu, so daß die magnetischen Kopplungskräfte infolge der Uberlagerung
der Elektronenbahnen und insbesondere die Austauschwechselwirkung vollständig überwunden
werden können, womit das ferromagnetische Verhalten verschwindet.
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Die Aufhebung der ferromagnetischen Eigenschaft eines Stoffes in einem
Magnetfeld, durch ionisierende Strahlung ist abhängig von der Induktion, der Halbwertsdicke
des bestrahlten Materials, der Strahlendosis und der Temperatur des Stoffes sowie
der durch die Strahlung erzeugten Temperatur. Die Feldstärkenabhängigkeit einer
Legierung mit niedrigem Curiepunkt beträgt bei einer Feldstärke von 100 Ajcm etwa
10 mT, OC.
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Das Verteilersystem für flüssige und gasförmige Arbeitsmedien wird
vollautomatisch über die Rotorachse nachgeführt. Die festen radioaktiven Platten
sind an den Rotorschenkeln angebracht und daher arbeitet auch dieser Energiewandler
vollautomatisch ohne zusätzliche äußere Hilfsmittel.
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Um die Abkühlung der ferromagnetischen Trennplatten zu beschleunigen
und die Rotationsgeschwindigkeit zu erhöhen, wird ein Kühlmittel über ein Verteilersystem
zwischen die Trennplatten eingeführt.
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Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen magnetodynamischen Energiewandlers
werden an Hand der Fig. 1 bis 4 beschrieben.
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Es zeigt: Fig. 1 eine Draufsicht des erfindungsgemäßen Energiewandlers
mit einer Aussparung des ferromagnetischen Kammersystems, und Fig. 2 einen teilweisen
Axialschnitt des erfindungsgemäßen Energiewandlers, und Fig. 3 eine Draufsicht des
erfindungsgemäßen Energiewandlers, und Fig. 4 einen teilweisen Axialschnitt des
erfindungsgemäßen Energiewandlers.
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Ein ferromagnetischer Rotor 3, wie in Fig 1 dargestellt, mit an den
Schenkelenden befestigten Dauermagneten 1 ist an der Mittelachse 7 drehbar gelagert.
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Die Dauermagnete 1 sind vorzugsweise mit Polschuhen 10 versehen.
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Als Stator sind radial in gleichen Abständen Polkerne 9 so angeordnet,
daß sie einerseits gegen ein Magnetflußleitstück 2 fest anliegen, andererseits mit
dem ferromagnetischen Kammersystem magnetflußleitend verbunden sind. Wird der Energiewandler
al Generator verwandt, tragen die Polkerne 9 Induktionsspulen 4, wird dagegen der
Energiewandler als Motor verwandt, tragen die Polkerne 9 keine Induktionsspulen
4.
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Das ferromagnetische Kammersystem besteht aus ferromagnetischen Trennplatten
5 mit einem vorbestimmten Curiepunkt.
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Die Trennplatten 5 sind senkrecht radial angeordnet und bilden mit
ihren seitlichen Wänden 14,die vorzugsweise aus einem Magnetismus und Wärme nicht
leitenden Material bestehen, ein ringförmiges Kammersystem.
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In die Kammern 8 wird über einen Zuflußstutzen 12 (Fig 2) ein Arbeitsmedium,z.B.
heißes Wasser (punktiert dargestellt),eingeführt, das über den Abflußstutzen 13
abgeführt werden kann.
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Ein Kühlmittel, z.B. kühles Wasser (gestrichelt dargestellt), wird
in die gleiche Kammer 8 im Nachhinein eingeführt. Wird Wert auf eine völlige Trennung
der Arbeitsmedien gelegt, so kann jede zweite Kammer für z.B. das heiße und jede
dazwischen liegende Kammer für das kühle Wasser benutzt werden, wie in Fig. 1 dargestellt.
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Die Füll- und Entleerungsphasen werden vollautomatisch von einem in
den Zeichnungen nicht dargestellten Verteilersystem geregelt.
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Das Stator-, Rotor- und Kammersystem wird von einem Gehäuse 11 umschlossen.
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In Fig. 3 beinhaltet der Stator radial in gleichmäßigem Abstand angeordnete
Dauermagnte 1, die einerseits an einem Magnetflußleitstück 2 fest anliegen, andererseits
mit dem ferromagnetischen Kammersystem magnetflußleitend verbunden sind.
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Der ferromagnetische Rotor 3 ist auf seiner Mittelachse 7 gelagert.
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Wird der Energiewandler als Generator verwendet, trägt der Rotor 3
auf seinen Schenkeln Induktionsspulen 4. Als Motor trägt der Rotor 3 keine Induktionsspulen
4.
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Werden radioaktive Platten 6 zum Antrieb verwendet, dann besteht das
ferromagnetische Kammersystem aus horizontal angeordneten ferromagnetischen Trennplatten
5, die kammerartig zwischen dem Stator und dem Rotor angeordnet sind. Die Trennplatten
5 sind mit Luftspaltzwischenräumen versehen.
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Die radioaktiven Platten 6 werden vorzugsweise an den Rotorschenkeln
so angebracht, daß sie in Drehrichtung kürzer ausgebildet sind und daß das Magnetfeld
über die in Drehrichtung kühlen, das heißt, die ferromagnetische Eigenschaft noch
besitzenden Platten schließt.
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Bei hoher Temperatur oder hoher Strahlenenergie tragen die Dauermagnete
vorzugsweise Polschuhe.
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Die radioaktiven Platten 6,ebenfalls kammerartig angebracht, gleiten
berührungslos zwischen den Trennplatten 5 durch. Um die Kühlphase zu erhöhen und
damit die Rotationsgeschwindigkeit, wird vorzugsweise
ein Kühlmittel
zwischen die Trennplatten 5 eingeführt.
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Arbeitet der Energiewandler als Motor, werden keine, als Generator
werden Induktionsspulen 4 um die Rotorschenkel angeordnet.
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Wärmeableitplatten sowie Strahlenschutzvorrichtungen sind nicht berücksichtigt
worden.