DE2723332A1

DE2723332A1 - Thermal energy converting assembly - has rotary hub with temp. sensitive metal alloy strips strained by twising or bending

Info

Publication number: DE2723332A1
Application number: DE19772723332
Authority: DE
Inventors: Peter A Hochstein
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-05-24
Filing date: 1977-05-24
Publication date: 1978-11-30
Also published as: DE2723332C3; DE2723332B2

Abstract

A housing rotatably supports a central hub with temperature sensitive metal alloy strips extending radially from the hub for coacting with a cam which sinusoidally strains the strips during one phase and allows the unstraining of the strips during a second phase. The strips are made of a material which undergoes a thermoelastic, martensitic phase transformation whereby in a relatively cold condition it takes less energy to strain the strips than in produced from the strips as they become unstrained when subsequently subjected to a hotter condition. In one embodiment the strips are strained by twisting as a result of a lever arm attached to the ends of the strips and reacting with the cam. In a second embodiment, the strips are strained by bending as push rods are associated with the distale ends of the strips and have rollers coacting with the cam.

Description

Wärmeenergie-Umwandlungsvorrichtung Thermal energy conversion device

Die Erfindung betrifft eine Wärmeenergie-Umwandlungsvorrichtung in einer Ausführung zum Umwandeln von wärmeenergie in mechanische Energie und insbesondere eine Vorrichtung, in der eine Anzahl von temperaturempfindlichen Elementen aus einem Material benutzt werden, das einer thermo elastischen, martensitischen Phasentransformation unterliegt, wodurch weniger Energie benötigt wird, um die Elemente im kalten Zustand unter Spannung zu setzen, als Energie erhatlen wird, wenn die Elemente auf eine höhere Temperatur erwärmt werden.The invention relates to a thermal energy conversion device in an embodiment for converting thermal energy into mechanical energy and in particular a device in which a number of temperature sensitive elements from one Material used is that of a thermo-elastic, martensitic phase transformation subject, which means that less energy is required to keep the elements cold To put under tension, as energy is obtained when the elements on a higher temperature.

In den letzten jahren sind verschiedene Werkstoffe, bestehend aus Metall-Legierungen, entwickelt worden, die ein ausgeprägtes Gedächtnis haben, basierend auf thermoelastischen, martensitischen Phasentransformationen, die spannungs- oder belastungsabhängig sind. Im Prinzip zeigen solche Legierungen eine stabile Form in einer Phase über einer bestimmten Temperatur und erfahren eine Transformation in eine martensitische Phase bei einer niedrigeren Temperatur. Die Legierungen haben einen viel kleineren Modul in der martensitischen Phase, so daß eine relativ geringe 'nergiemenge zur belastung der Legierung benötigt wird, wenn sie sich auf der niedrigeren Temperatur befindet, während die Legierung viel mehr energie liefert, während sie in die ursprüngliche stabile Form zuriickkehrt, wenn sie eine höhere Temperatur erreicht. Beispiele für Legierungen, die diese Formgedächtnischarakteristik haben, sind Titannickel, Kupfer-Aluminiu -nickel, Kupferzink, Eisenplatin und Goldkadmium. Fine rrörterung der Formgedächtnischarakteristiken bei einer Reihe von Legierungen ist in dem Journal of Material Science, 1974, Band 9, Seite 15-21 durch die Verfasser L. Delaey, R.V. Krishan und H. Tas vorgenommen worden.In the last few years there have been various materials consisting of Metal based alloys, which have a great memory, have been developed on thermoelastic, martensitic phase transformations, the stress or are load-dependent. In principle, such alloys show a stable shape in one phase above a certain temperature and experience one Transformation into a martensitic phase at a lower temperature. the Alloys have a much smaller modulus in the martensitic phase, so that a relatively small amount of energy is required to load the alloy when it is at the lower temperature, while the alloy is much more supplies energy while returning to its original stable form when it reaches a higher temperature. Examples of alloys that have this shape memory characteristic are titanium nickel, copper aluminum nickel, copper zinc, iron platinum and gold cadmium. Fine discussion of shape memory characteristics for a number of alloys is in the Journal of Material Science, 1974, Volume 9, pages 15-21 by the authors L. Delaey, R.V. Krishan and H. Tas.

Weitere Diskussionen sind in Metallurgical Transactions, 1975, Band 6A, Seite 29, Verfasser H. C. Tong und C. M. Wayman,enthalten.Further discussions are in Metallurgical Transactions, 1975, vol 6A, page 29, authors H. C. Tong and C. M. Wayman.

Es sind Bestrebungen in Gang gekommen, diese Materialien, die Formgedächtnischarakteristika haben, in Wärmeenergie-Umwandlungsvorrichtungen zu benutzen; allerdings haben solche Vorrichtungen lediglich bewiesen, daß solche Werkstoffe benutzt werden können, es gibt aber keine praktische Vorrichtung, die nutzbare Kraft produziert und die in verschiedenen Größen für verschiedene Anwendungsfälle hergestellt werden kann. Mine sehr grundlegende Vorrichtung ist aus der US-PS 3 403 238 bekannt, dort ist aber lediglich das einfache Konzept offenbart, ein Formgedächtnismaterial aus Nickel titan unter Belastung oder Spannung durch Hebelverbiegung oder Verdrallung bei der relativ niedrigen Temperatur zu setzen und die höhere Energie abzuleiten, die von der Rückkehr des Materials in seine ursprüngliche ungebogene oder unverdrallte Form herrührt. Es sind auch Versuche durchgeführt worden mit einer Vorrichtung, bei der Stäbe aus einem Material mit Formgedächtnis benutzt wurden, und diese Stäbe wurden bei niedrigerer Temperatur unter Zug gesetzt, und sie ziehen sich in ihre ursprüngliche Länge zusammen, wenn sie auf eine höhere Temperatur erwärmt werden. Solche Versucht sind von dem Lawrence Berkley Laboratory der University of California durchgeführt worden, und darüber ist in den Report MSF/Bann/SP/AG-550/FR 75/2 berichtet worden, und zwar unter dem Titel NITINOL ENGIN PROJECT T3T BED, datiert von 31. Juli 1975. Das in diesem Projekt benutzte Formgedächtnismaterial war 55-NITINOL der Timet Division der Dirme Titanium Corporationof America, Toronto, Ohio mit einer chemischen Zusammensetzung aus 55,38 Wickel, 0,05'- rissen, Q004% Stickstoff und Rest Titan. Dieser Werkstoff könnte auch im Rahmen dieser Erfindung benutzt werden.Efforts have started, these materials, the shape memory characteristics have to use in thermal energy conversion devices; however have such Devices merely proved that such materials can be used there but there is no practical device that produces usable power and which in different sizes can be made for different applications. mine very basic device is known from US Pat. No. 3,403,238, but there is only reveals the simple concept, a shape memory material made of nickel titan under load or tension due to lever bending or twisting in the relative to set a low temperature and to dissipate the higher energy, that of the return of the material to its original unbent or untwisted Form. Tests have also been carried out with a device in which rods made of a shape memory material were used, and these rods were put under tension at a lower temperature, and they pull themselves into hers original length together when heated to a higher temperature. Such attempts have been made by the Lawrence Berkley Laboratory at the University of California and this is reported in the report MSF / Bann / SP / AG-550 / FR 75/2 under the title NITINOL ENGIN PROJECT T3T BED, dated 31. July 1975. The shape memory material used in this project was 55-NITINOL of the Timet Division of Dirme Titanium Corporation of America, Toronto, Ohio with a chemical composition of 55.38 wraps, 0.05 'tears, Q004% nitrogen and Rest of titanium. This material could also be used in the context of this invention.

Die Erfindung liefert eine verbesserte lrårmeenergie-Umwandlungsvorrichtung, in der solche Formgedächtniswerkstoffe in einer praktischen Kombination benutzt werden, um in effcktivster Weise die,Formgedächtnischarakteristiken der Werkstoffe auszunutzen.The invention provides an improved noise energy conversion device, in which such shape memory materials are used in a practical combination are, in the most effective way, the shape memory characteristics of the materials to take advantage of.

Die Erfindung ist nachstehend an Hand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen sind: Fig. 1 eine Drauf sicht auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung, Fig. 2 eine Einzelheit im Sohnitt im wesentlichen längs der Linie 2-2 der Fig. 1, Fig. 3 eine schematische Darstellung, die die ltbeltsweise des suführungsbeispiels nach Fig. 1 und 2 darstellt, Fig. 4 eine Vergleichsdarstellung des Spannungsprofils und der L Btverteilung in Formgedächtniselementen mit anderen Querschnitts formen und Fig. 5 eine teilweise geschnittene Einzelheit einer Alternativausführung der vorliegenden Erfindung.The invention is explained in more detail below with reference to the drawings. In the drawings: Fig. 1 is a plan view of a preferred embodiment the invention, Fig. 2 shows a detail in detail essentially along the line 2-2 of FIG. 1, FIG. 3 is a schematic illustration showing the of the suführungsbeispiels according to Fig. 1 and 2, Fig. 4 shows a comparison of the stress profile and the distribution in shape memory elements with others Shapes cross-section and Fig. 5 is a partially sectioned detail of an alternative embodiment of the present invention.

Das erste Ausführungsbeispiel einer Wårmeenergie-Umwandlungsvorrichtung, die erfindungsgemäß gebaut ist, ist allgemein mit 10 in Fig. 1 und 2 bezeichnet, und ein zweites Ausführungsbeispiel ist in Fig. 5 mit 110 bezeichnet.The first embodiment of a thermal energy conversion device, which is built according to the invention is generally designated 10 in Figs. 1 and 2, and a second exemplary embodiment is designated by 110 in FIG. 5.

Beide Ausführungsbeispiele 10 und 110 weisen eine Anzahl von temperaturempfindlichen elementen 12 und 112 auf. Die temperaturempfindliche Elemente 12 und 112 sind aus einem Werkstoff gefertigt, der vorzugsweise aus einer Metall-Legierung besteht, welche thermoelastischen, martensitischen Phasentransformationen unterliegt, wie sie vorstehend erläutert worden sind, wodurch weniger Energie benötigt wird, um die Elemente bei einer relativ kalten Temperatur zu belasten, als aus den Elementen abgenommen werden kann, während sie bei einer höhereren Temperatur in die ursprüngliche unbelastente Form zurückkhren. Jedes der Elemente 12 und 112 besteht aus einem flachen Streifen mit einem rechteckigen Querschnitt.Both embodiments 10 and 110 have a number of temperature-sensitive elements 12 and 112. The temperature sensitive elements 12 and 112 are off made of a material that preferably consists of a metal alloy, which is subject to thermoelastic, martensitic phase transformations, how they have been explained above, whereby less energy is needed to to load the elements at a relatively cold temperature than from the elements can be removed while at a higher temperature in the original return unencumbered form. Each of the elements 12 and 112 consists of a flat one Strips with a rectangular cross section.

Ferner ist eine Reaktionseinrichtung vorgesehen, bestehend aus den Waben 14 und 114 zum Abstützen der Streifen 12 und 112. Die inneren Enden der Streifen 12 sind in Schlitzen in der Nabe 14 durch Kleber oder dergleichen befestigt und sind gegen eine Bewegung der Nabe 14 gegenüber fixiert. Die Streifen 112 sind durch gelenkige Verbindungen 115 mit der Nabe 114 verbunden.Furthermore, a reaction device is provided, consisting of the Honeycombs 14 and 114 for supporting strips 12 and 112. The inner ends of the strips 12 are secured in slots in the hub 14 by glue or the like and are fixed against a movement of the hub 14 opposite. The strips 112 are through hinged connections 115 connected to the hub 114.

werner ist eine Abstützeinrichtung bzw. ein Gehäuse vorgesehen, die bzw. das allgemein bei 16 in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 und 2 und allgemein bei 116 in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 gezeigt ist.werner a support device or a housing is provided which or generally at 16 in the embodiment of FIGS. 1 and 2 and generally is shown at 116 in the embodiment of FIG.

Weiter ist eine Auflaufeinrichtung vorgesehen, die gegen die Streifen 12 und 112 wirkt, um diese während einer ersten Phase zu spannen und ein Entspannen der Streifen 12 und 112 während einer zweiten Phase zu ermöglichen. Die Auflaufeinrichtung ist allgemein bei 18 in Fig 2 und bei 118 in Fig. 5 gezeigt.Furthermore, a run-up device is provided which against the strips 12 and 112 acts to tighten and relax them during a first phase of strips 12 and 112 during a second phase. The overrun device is shown generally at 18 in FIG. 2 and at 118 in FIG.

Die Abstützeinrichtung 16 und 116 stützt die Naben 14 und 114 ab, ebenso die Auflaufeinrichtung 18 und 118, damit diese eine Bewegung relativ zueinander ausführen können, wodurch Energie während der Entspannung der Streifen 112 abgenommen werden kann. Die Auflaufeinrichtung 18 ist ein Bauteil, der vom Gehäuse 16 getrennt ist, und die Auflaufeinriohtung 118 kann ein Bauteil sein, der in ähnlicher Weise vom Gehäuse 116 getrennt ist, oder es kann sich dabei um einen einstückigen Bestandteil davon handeln. Mit anderen Worten, das Gehäuse, das die Abstützeinrichtung 116 in dem Au8führungsbeispiel nach Fig. 5 bildet, kann der Abstützeinrichtung 16 des ersten Auefihrungsbeispiels entsprechen, auch wenn das nicht im einzelnen gezeigt ist. Spezieller stützt die Abstützeinrichtung die Naben 14 und 114 zur Drehbewegung den ortsfesten Gehäusen 16 und 116 gegenüber ab.The support device 16 and 116 supports the hubs 14 and 114, likewise the overrun device 18 and 118 so that they can move relative to one another can perform, whereby energy is decreased during the relaxation of the strips 112 can be. The overrun device 18 is a component that is separated from the housing 16 is, and the ramp assembly 118 may be a component that is similar is separate from the housing 116, or it can be an integral part be about it. In other words, the housing that the support device 116 in FIG the example according to Fig. 5, the support device 16 of the first embodiment, even if not in detail is shown. More specifically, the support device supports the hubs 14 and 114 for rotational movement the stationary housings 16 and 116 opposite.

Die Streifen 12 und 112 erstrecken sich allgemein radial von den Maben 14 und 114 weg und sitzen nebeneinander ringförmig um die Drehachse der Waben 14 und 114, so daß sich die Naben 14 und 114 mit den Elementen 12 und 112 um ihre jeweilige Drehachsen drehen.The strips 12 and 112 extend generally radially from the hollows 14 and 114 and sit next to one another in a ring around the axis of rotation of the honeycombs 14 and 114 so that the hubs 14 and 114 with the members 12 and 112 about their respective Rotate axes of rotation.

Das Gehäuse 16 weist zwei Kreuzarmglieder 20 auf, die radiale Speichen 22 aufweisen, welche ihrerseits einstückig mit Lagerstützpartien 24 verbunden sind. in Auflauf stützglied 24 ist zwischen Flansche 26 der Glieder 20 eingelegt, und entsprechende Befestigungselemente wie Schrauben oder dergleichen erstrecken sich durch Löcher 28 zum Zusammenhalten der Teile. Die Lagerstützpartien 24 sind an den Außenlaufringen von Lagern 30 befestigt, um die Lager 30 abzustützen, und die Innenlaufringe der Lager 30 sind wiederum an einer Welle 32 befeetigt und stützen diese ab. Die Welle 32 ist starr mit der Nabe 14 verbunden, so daß sich die Nabe 14 mit der Welle 32 dreht.The housing 16 has two cross arm members 20 that have radial spokes 22, which in turn are integrally connected to bearing support parts 24. in run-up support member 24 is inserted between flanges 26 of the links 20, and corresponding fastening elements such as screws or the like extend through holes 28 to hold the parts together. The bearing support parts 24 are at the Outer races of bearings 30 attached to support the bearings 30 and the inner races the bearings 30 are in turn fastened to a shaft 32 and support it. the Shaft 32 is rigidly connected to the hub 14, so that the hub 14 with the shaft 32 turns.

Die Welle 32 kann sich nach unten durch einen zweiten Satz Lager 30' erstrecken, die ihrerseits von den Lagerstützpartien 24' einer zweiten Vorrichtung abgestützt sind, eo daß eine Anzahl solcher Vorrichtungen vertikal gestapelt werden kann. Eine einzige Welle 32 kann sich vertikal durch alle Vorrichtungen erstrecken, oder jede Vorriohtung kann eine getrennte Welle drehen, die wiederum mit einer Hauptantriebswelle gekoppelt ist, weil die einzelnen Vorrichtungen mit unterschiedlichen Drehzahlen rotieren können. Es kann also eine zweite te Anzahl von temperaturabhängigen Streifen vorgesehen sein, die sich radial von der Drehachse der Welle 32 erstrecken und im axialen Abstand zur ersten Anzahl von Streifen 12 angeordnet sind. Ps ist natürloch eine Streifenspanneinrichtung wie die Auflaufeinrichtung 18 vorhanden, um die Streifen jeder Anzahl zu spannen und auf das Entspannen der Streifen anzusprechen, damit sich die erste und zweite Anzahl von Streifen um die Achse der Welle 32 drehen.The shaft 32 can extend downwards through a second set of bearings 30 ' extend, which in turn of the bearing support parts 24 'of a second device are supported, eo that a number of such devices are vertically stacked can. A single shaft 32 can extend vertically through all of the devices, or each device can rotate a separate shaft, which in turn is connected to a main drive shaft is coupled because the individual devices with different Speeds can rotate. So there can be a second number of temperature-dependent Strips may be provided which extend radially from the axis of rotation of the shaft 32 and spaced axially from the first number of strips 12. Ps is natural hole a strip tensioning device like the run-on device 18 is available, to tension the strips of any number and to respond to the relaxation of the strips, to cause the first and second numbers of strips to rotate about the axis of shaft 32.

Die Auflaufeinrichtung 18 sitzt ringförmig in einem Kreis um die Drehachse der Vorrichtung und befindet sich im radialen Abstand außerhalb der Nabe 14. In gleicher Weise sitzt die Auflaufeinrichtung 118 ringförmig um die Drehachse herum und befindet sich im radialen Kbstand außerhalb der Nabe 114. Die Abstützeinrichtung 16 und auch die Abstützeinrichtung tal6, was nicht dargestellt ist, bildet wegen ihrer Kreuzarmausbildung Kanäle zwischen den Speichen 22, der Lagerabstützpartie 24 und deren Außenumfang, um das freie Strömen eines Medium über die Streifen 12 und 112 in einer Richtung axial zur Yorrichtung zu ermöglichen, d.h. parallel zur Drehachse. Ps versteht sich, daß bei axialer Stapelung von mehreren Vorrichtungen 10 übereinander ein Medium, beispielsweise eine Flüssigkeit, vertikal nach unten über die erste Anzahl von Streifen 12 und dann nach unten über die zweite, im axialen Abstand angeordnete Anzahl von Streifen in der nächstfolgenden Vorrichtung strömen kann. Wie nachstehend noch im einzelnen zu erläutern sein wird, ist jede der Vorrichtungen in eine Beiß- und in eine Kaltzone unterteilt, wobei jede Zone eine Partie oder einen Bogen des Umfangs der Vorrichtung aufweist. Wenn die Vorrichtungen axial gestapelt sind, kann ein Heizmedium nach unten durch sukzessive Vorrichtungen 10 strömen, und mit dessen Kontakt mit den Streifen in den sukzessiven Vorrichtungen verliert es energie durch Temperaturverringerung. Indem die Streifen 12 in sukzessiven Vorrichtungen so ausgelegt werden, daß sie auf verschiedene Temperaturen in jeder sukzessiven Vorrichtung 10 ansprechen, arbeitet jede sukzessive Vorrichtung mit dem höchsten Wirkungsgrad.The overrun device 18 sits in a ring in a circle around the axis of rotation of the device and is located at a radial distance outside the hub 14. In In the same way, the overrun device 118 sits in a ring around the axis of rotation and is located at a radial distance outside of the hub 114. The support device 16 and also the support device tal6, which is not shown, forms because of their cross arm training channels between the spokes 22, the bearing support part 24 and its outer circumference to allow a medium to flow freely over the strips 12 and 112 in a direction axial to the device, i.e. parallel to the Axis of rotation. Ps it goes without saying that when several devices are stacked axially 10 one above the other, a medium, for example a liquid, vertically downwards over the first number of strips 12 and then down over the second, in the axial direction The spaced-apart number of strips flow in the next following device can. As will be explained in detail below, each of the devices is divided into a bite zone and a cold zone, each zone having a lot or has an arc of the periphery of the device. When the devices axial are stacked, a heating medium can be passed down through successive devices 10 flow, and with its contact with the strips in the successive devices it loses energy through a drop in temperature. By the strips 12 in successive Devices are designed to operate at different temperatures in each Responding successive device 10, each successive device cooperates the highest efficiency.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 und 2 weist die Auflaufeinrichtung 18 einen kreisrunden 'exzenter 34 auf, der fest an einer Ringscheibe 36 angebracht ist, und die Platte bzw. Scheibe 36 ist abnehmbar mit dem Auflaufstützglied 24 durch Befestigungselemente 38 verbunden. Der rxzenter 34 hat also eine axial gerichtete Fxsenterfläche 40 zum Spannen der Streifen 12 durch Verdrallen der Streifen 12 um ihre Längsachsen. Die Auflaufeinrichtung 18 ist ein Teil einer Dralleinrichtung, die funktionell mit den radial außenliegenden entfernten oder zweiten rinden der Streifen 12 verbunden ist, um die Strejfen 12 während einer ersten Phase um ihre Längsachsen zu verdrallen, während ein r-ntdrallen oder entspannen der Streifen 12 während einer zweiten Phase ermöglicht wird. Die Streifen 12 bewegen sich also um die Drehachse der Vorrichtung, d.h. um die Achse der Welle 32, während sie sich abwechselnd verdrallen und entdrallen, und, was nachstehend noch ersichtlich wird, die Dralleinrichtung bewirkt das Verdrallen und ermöglicht das r.ntdrallen Jedes der Streifen 12 mehrere Male während jeder Umdrehung des Streifens 12 um die Achse, um die die Drehung erfolgt. Mit anderen Worten, der JOczenter 34 verdrallt die Streifen 12 sinusförmig und ermöglicht deren ?ntdrallung, während sie sich um die Drehachse bewegen. Die Dralleinrichtnng weist einen Hebelarm 42 auf, der fest mit dem radial außenliegenden rnde jedes der Streifen verbunden ist, um mit der Fläche 40 des exzenters 34 zusammenzuwirken. Spezieller ist ein Käfig 44 vorgesehen, der drehbar im Gehäuse durch ein Lager 46 und das Auflaufstützglied 24 gelagert ist. Der Käfig 44 hat eine Anzahl von Bohrungen 46, die sich radial durch ihn erstrecken, und in diesen befinden sich eine Anzahl von Buchsen 48. eine Welle 50 ist in jeder Buchse 48 drehbar gelagert, um damit vom Käfig 44 drehbar gelagert zu sein. rin Glied 5?, das vorzugsweise aus einem thermisch nicht leitenden Material hergestellt ist, verbindet fest das außenliegende entfernte rinde jedes Streifens 12 mit einer benachborten Welle 50, so daß sich jede !!zelle 50 entsprechend der Drallbewegung des Streifens 12 drehen muß, mit dem sie verbunden ist. Jeder Hebelarm 42 ist fest am außenliegenden Ende einer Welle 50 durch eine Schraube 54 angebracht, so daß jede Welle 50 durch den Käfig 44 drehbar gelagert ist und fest oder drehfest das radial außenliegende Ende eines benachbarten Streifens 12 mit einem zugehörigen Hebelarm 42 verbindet. Eine Rolle 56 ist am entfernten Ende Jedes Hebelarms drehbar gelagert, um an der Exzenterfläche 40 anzugreifen.In the embodiment according to FIGS. 1 and 2, the overrun device 18 has a circular eccentric 34 which is fixedly attached to an annular disk 36 is, and the plate or disc 36 is removable with the ramp support member 24 through Fasteners 38 connected. The eccentric 34 thus has an axially directed one Fxsenterfläche 40 for tensioning the strips 12 by twisting the strips 12 their longitudinal axes. The overrun device 18 is part of a swirl device, the functional with the radially outer distant or second cortex of the Strip 12 is connected to the Strejfen 12 during a first phase around their Twist longitudinal axes while twisting or relaxing the strip 12 is made possible during a second phase. The strips 12 therefore move about the axis of rotation of the device, i.e. about the axis of shaft 32 while it is rotating alternately twist and untwist, and, as will be seen below, the twisting device causes twisting and enables each twist to be untwisted the strip 12 several times during each revolution of the strip 12 about the axis, around which the rotation takes place. In other words, the JOczenter 34 twists the Strip 12 is sinusoidal and allows their twisting while they are around the Move the axis of rotation. The swirl device has a lever arm 42, which is fixed with the radially outer edge of each of the strips is connected to the surface 40 of the eccentric 34 to cooperate. More specifically, a cage 44 is provided which is rotatably supported in the housing by a bearing 46 and the ramp support member 24. The cage 44 has a number of bores 46 extending radially through it, and in these are a number of sockets 48. a shaft 50 is in each Bushing 48 rotatably mounted so that it can be rotatably mounted by the cage 44. rin Member 5? Which is preferably made of a thermally non-conductive material is, firmly connects the outer distant bark of each strip 12 with one adjacent shaft 50, so that each cell 50 moves according to the twisting motion of the strip 12 to which it is connected. Each lever arm 42 is fixed attached to the outer end of a shaft 50 by a screw 54 so that each shaft 50 is rotatably supported by the cage 44 and fixed or rotatably the radially outer end of an adjacent strip 12 with an associated one Lever arm 42 connects. A roller 56 is rotatable at the distal end of each lever arm stored in order to attack the eccentric surface 40.

In Fig. 3 ist schematisch das Funktionsprinzip des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1 und 2 gezeigt. An der äußersten linken Partie ist der erste Hebelarm 42 in seiner Ausgangsposition gezeigt, während er in eine Kaltzone einläuft, um die elemente 12 in einer ersten Phase zu spannen. Wie zu sehen ist, ist der vertikale Abstand oder der axiale Abstand zwischen der Exzenterfläche 40 des xzenters 'i, und den Streifen 12 derart, daß verhindert wird, daj? die hebelarme 42 eine vertikale Position parallel zur Drehachs erreichen. Das sorgt für ein leichtes Vorspannen oder Belasten jedes zements 12, as b;-wirkt, da," die Abgreifrolle 56 des exzenters an der xzenterfläche 40 anliegt und daß sichergestellt wird, da3 die Vorrichtung immer in dieselbe Richtung rotiert.In Fig. 3, the functional principle of the embodiment is schematically according to Figs. 1 and 2 shown. The first lever arm is on the far left 42 is shown in its starting position while entering a cold zone the elements 12 in a first phase to tension. How to see is the vertical distance or the axial distance between the eccentric surface 40 of the xzenters' i, and the strip 12 in such a way that it is prevented that daj? the lever arms 42 reach a vertical position parallel to the axis of rotation. That makes for an easy one Tensioning or loading each cement 12, as b; - acts, there, "the pick-up roller 56 of the eccentric rests against the eccentric surface 40 and that it is ensured that the Device always rotates in the same direction.

Mit dem Laufen der Streifen 12 durch die Kaltzone von links nach rechts gemäß der Darstellung in Fig. 3 wandern die Hebelarme 42 weiter zu einer waagrechten Position hin, indem sie mit der @xzenterfläche 40 zusammenwirken, um damit die Streifen 12 zu spannen, indem sie verdrallt werden, während sie sich in einem relativ kalten Bereich befinden. Mit dem Wandern der Streifen 12 durch die Kaltzone befinden sie sich in einer ersten Phase und auf einer niedrigeren Temperatur, was weniger energie zum Spannen der Streifen erfordert, als von den Streifen verbraucht würde, während sie durch die Heißzone laufen. Mit dem einlaufen der Streifen 12 in die Heißzone durchlaufen sie die zweite Phase, in der sie ihre Formgedächtnischarakteristik erfahren, um in ihre normale oder ursprüngliche Form zurückzukehren, während sie sich auf der höheren Temperatur befinden, um damit die Hebelarme 42 im Richtung nach rechts zu drehen, wodurch die Rollen 56 gegen die rxzenterfläche gedrückt werden, die von den Achsen der Streifen 12 zurückweicht, und das wiederum bewirkt einen Kraftvektor, der bestreibt ist, die Streifen 12 nach rechts zu 5 ewegen, wie dargestellt, was bei der in Fig. 1 gezeigten orrichtung eine Drehung nach links ist. Die Kaltzone, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist, kann einen Quadranten oder ein Viertel des Umfangs der Vorrichtung 10 einnehmen, und jede Ueißzone nimmt einen Quadranten ein, so daß während einer vollen Umdrehung jeder Streifen 12 zweimal verdrallt und entdrallt wird. Es erfolgen also mehrere Verdrallungen und ntdrallungen während jeder Umdrehung eines Streifens 12 um die Drehachse der Vorrichtung.As the strips 12 run through the cold zone from left to right According to the illustration in FIG. 3, the lever arms 42 migrate further to a horizontal one Position by interacting with the @ xzenterfläche 40, so that the strips 12 to be tightened by twisting them while in a relatively cold Area. As the strips 12 migrate through the cold zone, they are located itself in a first phase and at a lower temperature, which means less energy required for tensioning the strips than would be consumed by the strips while they run through the hot zone. With the entry of the strips 12 into the hot zone go through the second phase, in which you experience your shape memory characteristics, to return to their normal or original shape while they are on the higher temperature are in order to allow the lever arms 42 in the direction to the right to rotate, whereby the rollers 56 are pressed against the eccentric surface, which is of the axes of the strips 12 recede, and this in turn causes a force vector, it is best to move the strips 12 to the right, as shown in the device shown in FIG a turn to the left is. The cold zone, as shown in FIG. 3, can have a quadrant or occupy a quarter of the circumference of the device 10, and each Ueißzone takes one Quadrant one so that during one full revolution each strip 12 twice is twisted and untwisted. So there are several twists and turns during each revolution of a strip 12 about the axis of rotation of the device.

Es versteht sich, daß die Kalt- und Heißzonen durch verschiedene Medien gebildet sein können, beispielsweise Biliquide, Flüssigkeiten oder Gase oder irgendwelche Kombinationen davon. Es ist außerdem wichtig, daß in der Vorrichtung zwischen den Kalt- und Heißzonen keine Wärmeverluste auftreten. Alle möglichen Bauteile der Vorrichtung 10 sind deshalb aus Werkstoffen mit niedriger spezifischer Wärme, mit geringer Masse und mit geringer Wärmeleitfähigkeit hergestellt, beispielsweise glasfaserverstärktem Kunststoff und dergleichen.It goes without saying that the cold and hot zones are caused by different media may be formed, for example biliquids, liquids or gases or any Combinations of these. It is also important that in the device between the No heat losses occur in cold and hot zones. All possible components of the device 10 are therefore made of materials with low specific heat, with low mass and manufactured with low thermal conductivity, for example glass fiber reinforced Plastic and the like.

Die von der Vorrichtung 10 erzeugte Kraft ist eine Funktion (1) der Temperaturdifferenz, die zwischen den Heiß- und Kaltzonen herrscht, (2) der Wärmecharakteristiken der thermoelastischen Streifen 12, (3) der Wärmeaustauschrate zwischen dem Wärmemedium und den Streifen 12 und (4) der parasitären Warmeverluste der Vorrichtung, die von der Übertragung von Wärme von der Heißzone zur Kaltzone ohne einen Nettoarbei tsnusgang herrühren.The force generated by the device 10 is a function (1) of the Temperature difference that prevails between the hot and cold zones, (2) the heat characteristics of the thermoelastic strips 12, (3) the rate of heat exchange between the heat medium and strips 12 and (4) of the parasitic heat loss of the device caused by the transfer of heat from the hot zone to the cold zone without any net work originate.

Bei dem in Fig. 5 gezeigten Ausführungsbeispiel hat die Auflaufeinrichtung 118 eine radial gerichtete Auflaufflähee 140 zum Spannen der Streifen 112 durch ein Hebelbiegen, um die Streifen 112 gemäß der Darstellung in Bogenform zu bringen. Die Vorrichtung 110 weist einen Käfig 144 auf, der zur Drehung mit der Nabe 114 in einer Weise ähnlich der Nabe 44 des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1 und 2 gelagert ist. Der Käfig 144 weist eine Anzahl sich radial erstreckender Bohrungen auf, in denen eine Anzahl von sich radial erstreckenden Schubstäben 150 sitzen, die gleitend in jenen Bohrungen gelagert sind.In the embodiment shown in FIG. 5, the overrun device 118 a radially directed run-on surface 140 for tensioning the strips 112 through a Lever bending to arcuate strips 112 as shown. The device 110 includes a cage 144 that rotates with the hub 114 mounted in a manner similar to the hub 44 of the embodiment of FIGS is. The cage 144 has a number of radially extending bores in which sit a number of radially extending push rods 150 that slide are stored in those holes.

Jeder Streifen 112 ist mit seinem radial außenliegenden Ende mit einem der Schubstäbe durch eine gelenkige Verbindung 152 verbunden.Each strip 112 is with its radially outer end with a of the push rods are connected by an articulated connection 152.

Rollen 156 sind drehbar mit den außenliegenden Enden der Schubstäbe 150 zum Abrollen an der Auflauffläche 140 gelagert, wodurch die Schubstangen mit der Auflauffläche 140 radial außerhalb des Käfigs 144 zusammenwirken.Rollers 156 are rotatable with the outboard ends of the push rods 150 mounted for rolling on the ramp 140, whereby the push rods with the ramp surface 140 cooperate radially outside of the cage 144.

Wie in Fig. 5 dargestellt ist, erfolgt die Drehung der Nabe 114 in Richtung nach links, wodurch die Schubstäbe 150, die mit der Auflauffläche 140 zusammenwirken, die Streifen 112 durch Biegen spannen, um deren Bogen von einem Ende zum anderen zu vergrößern, während die Auflauffläche 140 sich radial der Drehachse nähert, und zwar bis zu einem Punkt, wo diese radiale Entfernung an der Trennung zwischen den Kalt- und Heißzonen minimal ist. Tateächlich liegt die Auflauffläche 140 der Drehachse der Nabe 114 einige Grad vor der Trennung zwischen den Kalt- und Heißsektoren am nächeten, um sicherzustellen, daß die Vorrichtung sich immer in Richtung nach links dreht. Nachdem also Jeder Streifen 112 um das maximale Maß gespannt worden ist, wandert er in die Heißzone und wird einer höheren Temperatur ausgesetzt. Mit dem Durchlaufen der Streifen 112 durch die Heißzone bewegen sie sich in eine weite Phase, in der sie ihre Formgedächtnischarakteristika erfahren, um in die weniger gebogene Form zurückzukehren und damit die Schubstäbe 150 radial nach außen gegen die Auflauffläche 140 zu drücken, die sich von der Drehachse weg bewegt, um damit eine Reaktionskraft entetehen zu lassen, die bestrebt ist, die Nabe 114 zu drehen.As shown in FIG. 5, the rotation of the hub 114 occurs in FIG Direction to the left, whereby the push rods 150, which cooperate with the ramp 140, Tension the strips 112 by bending them around the arc from one end to the other to enlarge while the ramp surface 140 approaches the axis of rotation radially, and although to a point where this radial distance is at the separation between the Cold and hot zones are minimal. In fact, the run-up surface 140 lies on the axis of rotation the hub 114 a few degrees prior to the separation between the cold and hot sectors at next to make sure that the device is always pointing towards the left turns. So after each strip 112 has been stretched to the maximum extent, wanders it enters the hot zone and is exposed to a higher temperature. With going through of the stripes 112 through the hot zone they move into a wide phase in which they learn their shape memory characteristics in order to be in the less curved shape return and thus the push rods 150 radially outwards against the ramp surface 140 to push, which moves away from the axis of rotation, in order to create a reaction force to let arise, which tends to rotate the hub 114.

Wie im Falle des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1 und 2 kann das Ausführungebeispiel nach Fig. 5 auch eine Anzahl von Kaltzonen sowie eine Anzahl von Heißzonen auf dem Umfang der Vorrichtung aufweisen, und die Auflauffläche 140 hat eine Form, die der Anzahl der Heiß- und Kaltzonen entspricht.As in the case of the exemplary embodiment according to FIGS. 1 and 2, the exemplary embodiment 5 also shows a number of cold zones as well as a number of hot zones on the Have circumference of the device, and the ramp 140 has a shape that of the Corresponds to the number of hot and cold zones.

Der rechts liegende Teil in Fig. 4 zeigt einen Normal träger und dessen Spannungsprofil und Spannunseverteilung, die klar ersichtlich über die länge den Trägers hinweg ungleichmäßig ist. Das bedeutet, daß der Normal träger ungleichmäßig über seine Länge hinweg belastet ist und ein erheblicher Teil der länge des Elemente unbelastet ist und lediglich parasitär Wärme in der Vorriohtung überträgt. Mit anderen Worten, die Arbeitslänge des Normalträgers nach Fig. 4 wäre, wenn er aus eine thermoelastischen, martensitischen Material hergestellt wäre, am wirkungsvollsten nur über einen Teil seiner länge.The part on the right in Fig. 4 shows a normal carrier and its Tension profile and tension distribution, which can be clearly seen over the length of the Is uneven across the carrier. That means that the normal is sluggish unevenly is loaded along its length and a substantial part of the length of the element is unloaded and only transfers parasitic heat in the device. With others Words, the working length of the normal beam according to Fig. 4 would be if it were made of a thermoelastic, martensitic material would be most effective only over a part its length.

Andererseits zeigt der links liegende Teil in Fig. 4 einen Träger, der als ein Streifen 112 benutzt werden kann, und dier hat einen sich ändernden Querschnitt in seiner Längsrichtung, um damit einen im wesentlichen gleichmäßigen Spannungsverlauf über seine Länge hinweg während der Spannung beizubehalten. Spezieller verjüngt sich der verjüngte Träger nach außen, um in der Querschnittsfläche von seinen inden zur Mitte hin größer zu werden, so daß die Spannungsverteilung im wesentlichen zwischen den T'nden des Trägers gleichförmiger ist, um damit die gesamte Länge des Trägers auszunutzen, um eine Spannung zu erfahren und um danach rnergie oder Arbeit zu produzieren, während eine Bewegung in die zweite Phase in einer Heißzone erfolgt, wo er entspannt und in seine erinnerte Form zurückkehrt.On the other hand, the part on the left in Fig. 4 shows a carrier, that can be used as a strip 112, and that has one themselves changing cross-section in its longitudinal direction so as to be substantially uniform Maintain tension throughout its length during tension. More special the tapered beam tapers outward by in the cross-sectional area of its inden to become larger towards the middle, so that the stress distribution is essentially between the ends of the beam is more uniform so as to cover the entire length of the Exploiting the wearer to experience tension and then energy or work to produce while moving to the second phase in a hot zone, where it relaxes and returns to its remembered form.

Die Benutzung von flachen Streifen 12 und 112 mit einem im wesentlichen rechteckigen Querschnitt liefert ein- optimalesPlächen-zu-Volumen-Verhältnis, um die Geschwindigkeit des Wdrmeaustausches zu maximalisieren. Die Änderung des Querschnitts längs des Trägers, wie das in Fig. 4 dargestellt ist, bewirkt, daß die Spannungsverteilung längs der Träger im wesentlichemn konstant gemacht wird, so daß eine effizientere volumetrische Ausnutzung des Materials erfolgt.The use of flat strips 12 and 112 with a substantially rectangular cross-section provides an optimal area-to-volume ratio to to maximize the speed of the heat exchange. The change in cross section along the beam, as shown in Fig. 4, causes the stress distribution along the carrier is made substantially constant, so that a more efficient volumetric utilization of the material takes place.

Claims

Claims 1. Thermal energy conversion device, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h a plurality of elements that respond to the temperature (12, 112) made of a material that undergoes thermoelastic, martensitic phase transformations subject to a reaction device (14, 114) for supporting the elements (12, 112) and a run-up device (18, 118), which with the elements (12, 112) for Tensioning the same during a first phase and to enable an after-tensioning of the elements (12, 112) cooperate during a second phase.

2. Apparatus according to claim 1, g e k e n n z e i c h n e t d u r A support device (16, 116) for supporting the reaction device (14, 114) and the overrun device (18, 118) for movement relative to one another, such that that during the relaxation of the elements (12, 112) energy can be dissipated.

3. Apparatus according to claim 1, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h a support device (16, 116) for supporting the reaction device (14, 114) and the overrun device (18, 113) for rotary movement relative to one another around an axis of rotation.

4. Apparatus according to claim 3, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t that the elements (12, 112) are annular to one another around the axis of rotation are arranged.

5. Apparatus according to claim 4, d a d u r c h g e k e n n -z e i c n e t that the di eaktionstinrichtung (1, 114) and the elements (12, 112) around turn the axis of rotation around.

6. Vorrlchtung according to claim 5, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t that the overrun device (18, 118) a tensioning of each three elements (12, 112) several times during each revolution of the element (12, 112) about the axis.

7. Apparatus according to claim 5, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t that the support device (16, 116) channels for a flow of medium axially through the device.

8. Apparatus according to claim 5, d a dur c h g e k e n n -z e i c h n e t that the reaction device (14, 114) is one of the support device (16, 116) has a hub mounted for rotation about the axis and the elements (12, 112) extend generally radially away from the hub.

9. Apparatus according to claim 8, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t that the run-up device (18, 118) is arranged in a ring around the axis htiu: n and is located radially outside the hub.

10. Device according to claim 9, d u r c h g e n n n -z e i c h n e t that the support device (16, 116) radially between the hub and the Overrun device (18, 118) channels for allowing medium to flow over forms the elements (12, 112) axially opposite the device.

ii. Apparatus according to claim 10, d u r c h g e k e n n n -z e i c h n e t, aa! 3 each of the elements (12, 112) is a flat strip.

12. The apparatus of claim 11, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t that the run-up device (18) has an axially directed run-up surface (40) for tensioning the strips (12) by twisting them about their longitudinal axes forms.

13. The apparatus of claim 11, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t that the run-up device (118) has a radially directed run-up surface (140) for tensioning the strips (112) by bending around laying the strips (112) in forms an arch.

4. Apparatus according to claim 13, d a d u r c h g e k e n n - 5 5 does not note that each of the strips (112) has a changing Qiiorsohnitt in ULongitudinal direction sum maintenance of uniform stress values in the weeklong in the strip (112) during the tension thereof.

15. The apparatus of claim 13, g e k e n n s e i c h n e t d u r c h a cage (144) for rotating with the hub (114), a plurality of radially extending push rods (150) which are slidably supported by the cage (144), each of the strips (112) having a. the push rod (150) is connected and the push rods (150) with the ramp surface (140) radially outside the cage (144) cooperate.

16. The apparatus of claim 15, g e k e n n n z e i c h n e t d u r c h rollers (156) rotatably connected to the push rods (150) and rolling rest against the ramp surface (140).

17. Thermal energy conversion device, g e k e n n n z e i c h -n e t includes a plurality of temperature responsive flat strips (12) made of a material that undergoes thermoelastic, martensitic phase transformations is subject to a reaction device (14) for fixedly supporting a first end Each of the strips (12), one functional with a second end of each of the strips (12) connected twisting device (18) for twisting the strips (12) longitudinally their longitudinal axes during a first phase and to enable untwisting the strip (12) during a second phase, a support device (16) for the rotatable lasgern of the reaction device (14) for rotation about the axis of rotation such that the strips (12) during the twisting and rhtdrallens around them Move the axis.

18. The apparatus of claim 17, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t that the support device (16) channels for the flow of medium axially forms through the device.

19. The apparatus of claim 17, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t that the reaction device (14) is one of the support device (16) having rotatably mounted hub and each of the strips (12) radially from the Hub extends away.

20. The device according to claim 19, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t that the twisting device (18) is annular around the hub (14) in the radial distance is arranged therefrom.

21. Device according to claim 20, d a d u r c h g e k e n n -z e i without the fact that the support device (16) channels radially between the honeycomb (14) and the twisting means (18) for allowing medium to flow over forming the strips (12) axially opposite the device.

22. The device according to claim 20, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t that the twisting device (18) - a twisting Each the strip (12) and untwisting it several times during each revolution of the strip (12) around the axis of rotation.

23. The device according to claim 20, since dur c h gek e n n -z e i c h n e t that the twisting device (18) is an overrun device for sinusoidal Has twisting and untwisting of the strip (12).

24. The device according to claim 23, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t that the twisting device (18) is fixed to the radially outer one rende of each of the strips (12) has connected lever arm with the run-up device cooperates.

25. The device according to claim 24, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t that the run-up device (18) has an axially directed run-up surface (40) forms, which is circularly placed around the axis of rotation, and that the Extend lever arms transversely to the strips (12).

26. The device according to claim 25, g e k e n n n z e i c h n e t d u r c h a roller attached to the far end of each of the lever arms for engaging the Run-up surface (40) is rotatably mounted.

27. The device according to claim 26, since dur c h gek e n n -z e i c h n e t that the axial distance between the ramp surface (40) and the strip (12) is such that the lever arms to de reaching a vertical Position parallel to the axis are prevented.

28. The device according to claim 27, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t that the overrun device (18) can be removed from the support device (16) is supported.

29. The device according to claim 28, g e k e n n n z e i c h n e t d u r c h a cage (44) rotatably mounted by the support device (16), one A plurality of shafts (50) rotatably supported by the cage (44) such that the radially outer wounds of the strips (12) are firmly connected to the lever arms will.

30. Thermal energy conversion device, g e k e n n n z e i c h -n e t d u r c h a first plurality of temperature responsive elements (12, 112) extending radially from the axis of rotation, a second plurality of temperature sensitive cements (12, 112) extending radially from the axis of rotation extend and are arranged at an axial distance from the first plurality of elements, and tensioning means for tensioning the elements (12, 112) and responding to them relaxing the elements to cause rotation of the first and second Multiple elements around the axis.

71. Apparatus according to claim 30, g e k e n n n z e i c h n e t d u r c h a support device (16, 116) for supporting the elements (12, 112) and the clamping device, the support device (16, 116) channels for a medium flow axially through the first and the second plurality of elements (12, 112) forms.