DE4309312A1

DE4309312A1 - Method for converting thermal energy into mechanical energy, comprising at least one bimetallic strip

Info

Publication number: DE4309312A1
Application number: DE4309312A
Authority: DE
Inventors: Georg Badum
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-03-23
Filing date: 1993-03-23
Publication date: 1994-09-29

Abstract

In a device for converting thermal energy into mechanical energy and comprising at least one bimetallic strip, it is provided that the bimetallic strip (2) comprises a section (3) which is mounted in a firmly clamped fashion and a movable section (6) and is exposed to the heat to be converted. The free section (6) is excited to oscillate. <IMAGE>

Description

Zur Umwandlung von Wärmeenergie in mechanische Energie sind verschie dene Anordnungen bekannt. Bei Maschinen, wie z. B. Dampfmaschinen, wird die Wärmeenergie dazu benutzt, um Wasser zu verdampfen und hierdurch eine Turbine anzutreiben.There are various ways of converting thermal energy into mechanical energy known arrangements. In machines such as B. steam engines uses the thermal energy to evaporate water and thereby to drive a turbine.

Andere Anordnungen arbeiten nach dem Stirling-Prinzip, wobei ein Ar beitsmedium aufgrund der Wärme einen zyklischen thermodynamischen Kreislauf durchläuft, wodurch mechanische Energie gewonnen werden kann, deren Auskopplung allerdings mit Problemen verbunden ist und den Wir kungsgrad herabsetzt.Other arrangements work according to the Stirling principle, an Ar working medium due to the heat a cyclic thermodynamic Cycle through which mechanical energy can be obtained whose decoupling is connected with problems and the we degree of efficiency.

Es ist auch schon bekannt, daß eine Kombination aus zwei unterschiedli chen Metallen mit unterschiedlichem Wärmeausdehnungskoeffizienten, also ein Bimetall, bei Erwärmung sich verformt und damit eine Umsetzung von Wärmeenergie in mechanische Energie stattfindet. Derartige Bimetall-An ordnungen werden als Abschalter nach Erzielung einer bestimmten vorge gebenen Temperatur, als Regler und auch als Strombegrenzungsschalter verwendet, wobei im letztgenannten Fall der Strom das Bimetall selbst durchfließt und aufgrund des ohm′schen Widerstands zu dessen Erwärmung führt.It is also known that a combination of two different Chen metals with different coefficients of thermal expansion, so a bimetal, deforms when heated and thus an implementation of Thermal energy takes place in mechanical energy. Such bimetallic regulations are pre-set as switch-off after achieving a certain given temperature, as a controller and also as a current limit switch used, in the latter case the current the bimetal itself flows through and due to the ohmic resistance to its heating leads.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vor richtung der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß sie als eine Art Motor für spezielle Anwendungszwecke permanent arbeitend verwendet werden kann. Insbesondere sind Anwendungsfälle denkbar, wo große Wär memengen verfügbar sind, die mit einer weitgehend wartungsarmen Vor richtung in mechanische Energie umgesetzt werden sollen, wie z. B. zum Pumpen von Wasser in Wüstengebieten unter Ausnutzung der Sonnenenergie.Proceeding from this, the invention is based on the object direction of the type mentioned so that it as a Art motor permanently used for special applications can be. In particular, applications are conceivable where great heat memengen are available with a largely low maintenance pre direction to be converted into mechanical energy, such as. B. to Pumping water in desert areas using solar energy.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß der wenigstens eine Bimetall-Streifen einen fest eingespannt gelagerten und einen beweglichen Abschnitt umfaßt und der umzuwandelnden Wärme aus gesetzt wird, wobei der freie Abschnitt zur Oszillationen angeregt wird. Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, daß die Anregung durch Wärmezufuhr und/oder die Einspannung des wenigstens einen Bimetall-Streifens so ein gestellt wird, daß dieser mit seiner Eigenfrequenz bzw. mit der Eigenfre quenz des ihn einschließenden Systems schwingt.A device according to the invention is characterized in that the at least one bimetallic strip mounted and clamped firmly comprises a movable section and the heat to be converted is set, whereby the free section is excited to oscillate. It is preferably provided that the excitation by supplying heat and / or the clamping of the at least one bimetal strip is made that this with its natural frequency or with the eigenfre of the system that encloses it.

Im Gegensatz zu bekannten Einsatzmöglichkeiten für Bimetall-Streifen wird erfindungsgemäß angestrebt, daß der Bimetall-Streifen sich nicht zwischen zwei an sich stabilen Endlagen in größeren Zeitintervallen hin und her bewegt, sondern daß er zu einer echten Schwingung angeregt wird.In contrast to known uses for bimetal strips strived according to the invention that the bimetal strip is not between two inherently stable end positions back and forth in larger time intervals moved, but that it is excited to a real vibration.

Um eine für praktische Anwendungszwecke geeignete Eigenfrequenz einzu stellen, kann vorgesehen sein, daß an dem freien Ende des Bimetall- Streifens eine Kraft angreift. Diese kann durch ein Gewicht gebildet sein oder aber auch durch eine Feder, wobei im letzteren Fall ein gekoppeltes Schwingungssystem entsteht.To use a natural frequency that is suitable for practical applications can be provided that at the free end of the bimetal Streak attacks a force. This can be formed by a weight or also by a spring, in the latter case a coupled one Vibration system is created.

Eine spezielle Ausgestaltung sieht vor, daß eine Mehrzahl von Bimetall- Streifen kreisförmig, sich jeweils radial erstreckend angeordnet sind. Dementsprechend treffen die freien Enden in einem Mittelbereich zusammen, wobei sich in diesem Mittelbereich dann die Schwingungsenergie der freien Enden gebündelt ausnutzen läßt.A special embodiment provides that a plurality of bimetallic Stripes circular, each arranged radially extending. Accordingly, the free ends meet in a central area, the vibration energy of the free Use ends bundled.

Es kann vorgesehen sein, daß die kreisförmige Anordnung von Bimetall- Streifen gegen eine einfallende Wärmestrahlung mit Ausnahme einer einen Teilbereich freigebenden Ausnehmung abgedeckt sind. Hierdurch wird eine Asymmetrie geschaffen, die bei dem Vorhandensein einer Wärmeeinstrah lung auf die Abdeckung dazu führt, daß das System von außen selbsttätig zum Schwingen angeregt werden kann.It can be provided that the circular arrangement of bimetallic Strips against incident heat radiation with the exception of one Partial-releasing recess are covered. This will create a Asymmetry created in the presence of heat radiation on the cover causes the system to operate automatically from the outside can be made to vibrate.

Die Schwingbewegung der freien Enden bei einer derartigen kreisförmigen Anordnung kann dadurch in eine mechanische Drehbewegung umgesetzt werden, daß die äußeren Enden der Bimetall-Streifen mit einem drehbar gelagerten Ring bzw. einer Scheibe fest verbunden sind und die freien inneren Enden auf einer nach Art einer Taumelscheibe gelagerten Scheibe zur Erzeugung einer Drehbewegung aufliegen. Die freien Enden der Bime talle drücken aufeinanderfolgend reihum auf die Taumelscheibe und er zeugen hierdurch die Drehbewegung.The swinging motion of the free ends in such a circular The arrangement can thereby be converted into a mechanical rotary movement be that the outer ends of the bimetal strips can be rotated with a mounted ring or a disc are firmly connected and the free inner ends on a swashplate type to generate a rotary motion. The free ends of the bime talle successively press the swashplate in turn and he thereby testify to the rotary movement.

Im Sinne einer Anordnung, die von außen nicht mit der Eigenfrequenz an gedreht werden muß, kann vorgesehen sein, daß die Abdeckung mit der Ausnehmung mit der Welle der Taumelscheibe drehfest verbunden ist, so daß die Abdeckung bzw. die darin befindliche Ausnehmung durch die Bi metall-Streifen in eine Drehbewegung versetzt werden und die Ausnehmung in Umfangsrichtung aufeinanderfolgende Bimetall-Streifen der Wärmestrah lung aussetzt.In the sense of an arrangement that does not come from the outside at the natural frequency must be rotated, it can be provided that the cover with the Recess is rotatably connected to the shaft of the swash plate, so that the cover or the recess therein by the Bi metal strips are rotated and the recess successive bimetal strips of the heat beam in the circumferential direction lung suspends.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbei spiels in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:In the following the invention is illustrated by a preferred embodiment game explained in connection with the drawing. Show:

Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrich tung und Fig. 1 shows a schematic section through a device according to the invention Vorrich and

Fig. 2 eine schematische Aufsicht auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung. Fig. 2 is a schematic plan view of a device according to the invention.

Die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung 1 umfaßt eine Mehrzahl von Bimetall-Streifen 2, die an einem äußeren Ringteil 3 des Gehäuses 4 im Bereich eines ersten Abschnitts 5 fest eingespannt sind, wohingegen ein äußerer Abschnitt 6 in Richtung des Pfeils 7 beweglich ist. An dem Ge häuse 4, welches auf einem Fuß 8 ruht, sind zwei Lagerscheiben 9 bzw. 10 vorgesehen, in deren Mitte je ein Kugellager 11 bzw. 12 angeordnet ist, wobei auf dem jeweiligen Innenring jedes Kugellagers 11 bzw. 12 eine Welle 13 gelagert ist, welche dementsprechend um eine Drehachse 14 dreh bar ist. An dem oberen Ende der Welle 13 ist eine Taumelscheibe 15 ge lagert. Oberhalb der Taumelscheibe 15 ist eine Abdeckung 16 mit einer Ausnehmung 17 angeordnet.The device 1 shown in the drawing comprises a plurality of bimetallic strips 2 which are firmly clamped on an outer ring part 3 of the housing 4 in the region of a first section 5 , whereas an outer section 6 is movable in the direction of the arrow 7 . On the Ge housing 4 , which rests on a foot 8 , two bearing disks 9 and 10 are provided, in the middle of which a ball bearing 11 or 12 is arranged, with a shaft 13 mounted on the respective inner ring of each ball bearing 11 or 12 is, which is accordingly a bar about a rotation axis 14 . At the upper end of the shaft 13 , a swash plate 15 is supported GE. A cover 16 with a recess 17 is arranged above the swash plate 15 .

Die freien Enden 6 der Bimetall-Streifen 2 können entweder auf der Ober seite der Taumelscheibe 15 aufliegen oder beweglich in eine umlaufende Nut der Taumelscheibe eingreifen, die bei einer Bewegung der Bimetall- Enden in Richtung des Pfeils 7 diese Bewegung als solche ermöglicht, je doch dafür sorgt, daß die Taumelscheibe 15 nach unten gedrückt oder nach oben gezogen wird.The free ends 6 of the bimetallic strip 2 can either rest on the upper side of the swash plate 15 or engage movably in a circumferential groove of the swash plate, which allows this movement as such when the bimetallic ends move in the direction of the arrow 7 , however ensures that the swash plate 15 is pressed down or pulled up.

Die als schematisches Ausführungsbeispiel dargestellte Vorrichtung arbeitet so, daß durch die Ausnehmung 17 Wärmestrahlung, z. B. Sonnenlicht, einfällt, so daß die Bimetall-Streifen 2, welche sich unter der Ausneh mung 17 befinden, ausgelenkt werden, auf die Taumelscheibe 15 drücken und so eine Drehbewegung der Welle 13 und damit auch der verbundenen Abdeckung 16 und der Ausnehmung 17 verursachen. Hierdurch gelangen die in Drehrichtung nachfolgenden Bimetall-Streifen 2 unter die Ausneh mung 17, werden ausgelenkt und die Drehbewegung setzt sich fort, wohinge gen die in den Schatten gelangenden Bimetall-Streifen wieder in ihre Aus gangsposition zurückkehren und dabei die Taumelscheibe entweder nur freigeben oder auch eine Rückstellkraft auf sie ausüben.The device shown as a schematic embodiment operates so that, by the recess 17 of heat radiation, for. B. sunlight, so that the bimetallic strip 2 , which are located under the Ausneh tion 17, are deflected, press on the swash plate 15 and thus cause a rotational movement of the shaft 13 and thus the connected cover 16 and the recess 17 . As a result, the bimetallic strips 2 following in the direction of rotation pass under the recess 17 , are deflected and the rotary movement continues, whereas the bimetallic strips which come into the shade return to their starting position and either only release the swashplate or also exert a restoring force on them.

Der optimale Wirkungsgrad des Systems wird dann erreicht, wenn die durch Wärmeeinstrahlung und Drehbewegung erzielte Frequenz im Bereich der Eigenfrequenz ihres Bimetall-Streifens 2 liegt, so daß jeder Bi metall-Streifen 2 mit seiner Eigenfrequenz schwingt und lediglich durch den Widerstand der Taumelscheibe 15 und den eigenen Biegewiderstand ge dämpft ist.The optimal efficiency of the system is achieved when the frequency achieved by heat radiation and rotary motion is in the range of the natural frequency of their bimetal strip 2 , so that each bi-metal strip 2 vibrates at its natural frequency and only by the resistance of the swash plate 15 and own bending resistance is damped.

Claims

1. A device for converting thermal energy into mechanical energy comprising at least one bimetallic strip, characterized in that the bimetallic strip ( 2 ) comprises a firmly mounted and a movable section ( 3 and 6 ) and exposed to the heat to be converted is, the free section ( 6 ) is excited to oscillate.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the stimulation by supplying heat and / or the clamping of the at least one bimetal strip ( 2 ) are set so that this oscillates with its natural frequency or with the natural frequency of the system enclosing it .

3. Apparatus according to claim 2, characterized in that at the free end of the at least one bimetal strip ( 2 ) acts on a force for setting the natural frequency.

4. The device according to claim 3, characterized in that the angrei force is formed by a weight.

5. The device according to claim 3, characterized in that the angrei force is formed by a spring.

6. The device according to claim 1, characterized in that a plurality of bimetallic strips ( 2 ) are arranged in a circle, each extending radially.

7. The device according to claim 6, characterized in that the circular arrangement of bimetallic strips ( 2 ) against an incident heat radiation are covered with the exception of a portion releasing recess ( 17 ).

8. The device according to claim 6, characterized in that the inner portions ( 6 ) of the circular radially extending bimetal strips ( 2 ) free and the outer portions with a housing ( 4 ) are fixedly connected and the free inner portions ( 6 ) rest on a disc mounted in the manner of a swash plate ( 15 ) to produce a rotary movement.

9. Device according to claims 7 and 8, characterized in that the cover ( 16 ) with the recess ( 17 ) with the shaft ( 13 ) of the swash plate ( 15 ) is rotatably connected so that the cover ( 17 ) and the therein recess ( 17 ) by the bimetallic strips ( 2 ) are rotated and the recess ( 17 ) in the circumferential direction of successive bimetallic strips ( 2 ) is exposed to heat radiation.