Doppelschichtbauteils und Wärmemotor mit mehreren

Doppelschichtbauteilen" Die Erfindung betrifft ein Doppelschichtbauteil, ein Verfahren zur Herstellung eines Doppelschichtbauteils und einen Wärmemotor mit den Merkmalen der Oberbegriffe der unabhängigen Patentansprüche.

Das Doppelschichtbauteil weist eine erste und eine zweite Schicht auf, wobei die beiden Schichten miteinander verbunden sind. Die beiden Schichten weisen einen unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf. Der Wärmeausdehnungskoeffizient gibt an, wie sich die Länge eines Stoffes bei einer bestimmten Temperaturänderung näherungsweise linear ändert. Beide Schichten sind aus einem Kunststoff hergestellt. Dadurch, dass die Schichten einen unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen, ist das Doppelschichtbauteil unter Wärmeeinfluss reversibel verformbar, wie es beispielsweise auch von Bimetall-Werkstücken bekannt ist. Die Doppelschichtbauteile zeigen einen Bimetall-Effekt. Im Stand der Technik sind nun unterschiedliche Doppelschichtbauteile bekannt, die zur Verschattung eingesetzt werden.

Aus der gattungsbildenden EP 0 369 080 AI ist ein Doppelschichtbauteil in Form eines Kunststoffblatts aus einem selbsteinrollenden Material bekannt. Das Kunststoffblatt besteht aus zwei Schichten, die unterschiedliche Ausdehnungseigenschaften aufweisen. Im Grundzustand ist das Blatt eingerollt. Das Doppelschichtmaterial besteht dabei aus einem Bogen Polyethylen, der auf Aluminiumfolie laminiert ist, die wiederum auf eine gestreckte Polyethylenfolie aufgebracht worden ist. Eine erste Schicht eines Kunststoffmaterials wird dabei erhitzt und gestreckt, wobei diese vorgestreckte Schicht auf einer nicht gestreckten Schicht aufgebracht wird.

Dieses gattungsbildende Doppelschichtb auteil und das damit beschriebene Herstellungsverfahren, haben den Nachteil, dass der Anwendungsbereich eines - - solchen Doppelschichtbauteils im Wesentlichen auf die Verschattung beschränkt ist. Die Dicke solcher Folien liegt insbesondere im Mikrometerbereich. Das Doppelschichtbauteil erzeugt bei einer Wärmeänderung nur eine geringe Kraft, die zwar zum Einrollen ausreicht, aber keine weitere Nutzung dieses Bimetall- Effektes ermöglicht.

Weitere Doppelschichtbauteile zur Verschattung sind beispielsweise aus der DE 196 29 237 C2 bekannt. Hierbei ist ein Doppelschichtbauteil zur temperaturabhängigen Verschattung von Bauelementen, insbesondere von Solarkollektoren, von Fenstern oder dergleichen bekannt. Hier wird eine einachsig gereckte Kunststofffolie und eine ungereckte Folie und eine Isolierschicht verwendet. Die einachsig gereckte Kunststofffolie weist in Reckrichtung eine Längenausdehnungskoeffizienten auf, der sich vom Längenausdehnungskoeffizienten der anderen Folie in Reckrichtung möglichst stark unterscheidet. Insbesondere wird eine einachsig gereckte Polymerfolie als innere Folie in Kombination mit Aluminiumfolie verwendet.

Aus der US 3,430,441 und der FR854 030 ist jeweils ein Wärmemotor in Form eines Rades bekannt. Das Rad weist mehrere Speichen auf, die durch Doppelschichtbauteile in Form von Bimetallstreifen gebildet werden.

Aus der DE 26 17 577 ist eine Blende in Form einer durchsichtigen Bahn und mehreren auf einer Seite der Bahn angeordneten Lamellen bekannt. Der Winkel zwischen der Fläche und der Bahn und der Lamellenebene lässt sich verändern. Die Lamellen sind biegsam und bestehen aus einem thermoplastischen Material, wobei die Lamellen aus mehreren Schichten zusammengesetzt sind. Die Schichten weisen unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten auf. Bei einer Wärmeeinwirkung durch Sonneneinstrahlung ändern die Lamellen ihre Form. Die Lamellen sind aus Polyvinylchlorid (PVC) gefertigt.

Aus der DE 27 09 207 AI ist eine wärmesensible Jalousette aus einer geschlossenzelligen Weichschaumplatte bekannt, wobei die Platte durch Einschnitte in Lamellen unterteilt ist. Die so gebildeten Lamellen sind auf einigen Oberflächen mit einem biegsamen Flächengebilde aus einem Werkstoff - - mit möglichst niedrigem Wärmeausdehnungskoeffizienten kaschiert. Bei der Weichschaumplatte kann es sich um geschäumtes Polyethylen handeln. Das aufkaschierte Flächengebilde besteht aus Stahlblech. Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, dass gattungsbildende Doppelschichtbauteil zu verbessern.

Diese der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird nun durch ein Doppelschichtbauteil mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.

Das Doppelschichtbauteil ist in einem Wärmemotor einsetzbar, wobei die Dicke des Doppelschichtbauteils mindestens 0,1 mm vorzugsweise 0,5 mm beträgt. Die Dicke liegt vorzugsweise nicht unter 0,5 mm und nicht über 5 cm, insbesondere nicht über 1 cm, vorzugsweise nicht über 5 mm. Je dünner der Streifen ist, desto größer ist die Auslenkung, aber so geringer sind auch die ausgeübten Kräfte. Mit den erfindungsgemäßen Doppelschichtbauteilen lassen sich insbesondere auf sehr kostengünstige Weise Wärmemotoren aufbauen, wobei die Doppelschichtbauteile hinreichend große Kräfte erzeugen können. Die Breite des Doppelschichtbauteils hat keinen Einfluss auf die Größe der Auslenkung, aber auf die Kraft, die das Doppelschichtb auteil aufbringen kann. Je breiter das Doppelschichtbauteil ist, umso größer ist die Kraft. Vorzugsweise liegt die Breite des Doppelschichtbauteils zwischen 1 cm und 50 cm insbesondere zwischen 1 cm und 30 cm. Eine größere Breite kann notwendig sein, falls ein größerer Wärmekraftmotor konstruiert werden soll. In besonders bevorzugter Ausgestaltung ist der Wärmekraftmotor derart dimensioniert, dass die Doppelschichtbauteile eine Breite von 1 bis 2 cm aufweisen.

Die Länge des Doppelschichtbauteils beeinflusst ebenfalls die Auslenkung. Je länger das Doppelschichtbauteil ist, umso größer ist die Auslenkung und umso größer sind die Kräfte, die von dem Doppelschichtbauteil aufgebracht werden können. Die Länge des Doppelschichtbauteils liegt vorzugsweise zwischen 5 cm und 100 cm. In besonders bevorzugter Ausgestaltung kann die Länge zwischen 10 cm und 20 cm liegen. - -

In besonders bevorzugter Ausgestaltung hat das Doppelschichtbauteil die Form eines Streifens. Der Querschnitt des Streifens ist insbesondere rechteckig. Der Streifen ist dabei deutlich länger als breit. Die Breite ist insbesondere größer als die Dicke. Die genauen Verhältnisse von Länge zu Breite zu Dicke sind Auslegungssache des Anwendungsfalls.

Die Verwendung eines Doppelschichtbauteils mit zwei Schichten aus Kunststoff hat den Vorteil, dass der Temperaturbereich, indem das Doppelschichtbauteil arbeiten kann, besonders gut nutzbar ist. Der nutzbare Temperaturbereich kann insbesondere zwischen -20°C und +40°C betragen. Die maximale Temperatur für den Dauereinsatz liegt unterhalb der Schmelztemperatur des entsprechenden Kunststoffs, nämlich ca. 15 Grad unter der Vicat- Erweichungstemperatur.

Das Doppelschichtbauteil ist vorzugsweise als Bipolymerstreifen ausgebildet, welcher wie ein Bimetallstreifen funktioniert.

Beispiele für Materialien, aus denen die Schichten hergestellt werden können, sind beispielsweise Polyethylen, insbesondere HDPE. Polyethylen ist einer der am meisten produzierten Kunststoffe der Welt und daher sind die Anschaffungskosten gering. Eine Tonne HDPE kostet ungefähr 1.600,00 €. Daher sind die Kosten für die Herstellung eines Streifens äußerst gering. Eine Solarzelle mit der Größe von einem Quadratmeter kostet ungefähr 200,00€. Die Solarzelle hat dabei einen Wirkungsgrad von mehr als 10 Prozent. Zwar weist ein entsprechender Wärmemotor mit den Doppelschichtbauteilen einen geringeren Wirkungsgrad als eine Solarzelle auf, dies aber zu einem Bruchteil der Kosten. Die Kosten liegen deutlich unter der einer Solarzelle. HDPE weist eine Schmelztemperatur von 130 Grad auf und eine Vicat- Erweichungstemperatur von 105 Grad. Die eine Schicht kann aus gerecktem und getempertem HDPE und die andere Schicht aus gerecktem HDPE bestehen. Die Wärmeleitfähigkeit von HDPE beträgt 0,4 Watt pro Kelvin mal Meter. Wird beispielsweise ein Bipolymerstreifen mit einer Dicke von 1 mm und einer Breite - - von 1 cm, einer Länge von 10 cm und somit von einer Fläche von 10 cm ² betrachtet, so ergibt sich ein Wärmeleitwert von 0,4 Watt pro Kelvin. Wenn man also eine Arbeitstemperaturdifferenz von annähernd 20 Kelvin annimmt, ergibt sich eine Wärmeleitung pro Streifen von 8 Watt bzw. 8 Joule pro Sekunde. Die Wärmekapazität von HDPE beträgt 1,9 Joule pro Gramm x Kelvin.

Das verwendete Polyethylen weist eine hohe Dichte von mehr als 0,955 g/cm ³ und/oder einen geringen Verzweigungsgrad von weniger als 1,3 Verzweigung pro 1000 C-Atome auf. Dies hat den Vorteil, dass eine besonders starke Abweichung der Wärmeausdehnungskoeffizienten in den Schichten erzielbar ist. Die Dichte von HDPE beträgt insbesondere 0,963 Gramm pro cm ³ oder mehr. Vorzugsweise weist das Polyethylen 1 Verzweigung pro 1000 C-Atome auf. Als HDPE kann beispielsweise vorzugsweise Rigidex HD5502S von Ineos verwendet werden. Dieses HDPE besitzt eine Dichte von 0,955 Gramm pro cm ³ bei einem Verzweigungsgrad von 1,3 Verzweigung pro 1000 C-Atom. Alternativ kann Rigidex HD6007S von Ineos verwendet werden, das eine Dichte von 0,962 g/cm ³ besitzt und einen Verzweigungsgrad von weniger als 0,5 Verzweigungen pro 1000 C-Atome. Es ist wünschenswert, dass die Doppelschichtbauteile eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen, damit der Wärmemotor eine hohe Umdrehungszahl aufweist, da das Abkühlen und Aufwärmen der Streifen direkt mit der Umdrehungszahl zusammenhängt. Bevor nun der Wärmemotor näher beschrieben wird, wird zunächst auf die Herstellung der Doppelschichtbauteile näher eingegangen.

In bevorzugter Ausgestaltung werden die Schichten aus zwei Streifen High Density Polyethylen (HDPE) mit stark unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten hergestellt. Die beiden Streifen werden anschließend miteinander verbunden, um ein entsprechendes Doppelschichtbauteil zu bilden. Die besonderen Eigenschaften von HDPE sind dabei besonders nützlich. HDPE kann dabei sowohl positive als auch negative Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen und ist somit besonders gut geeignet. Um gewünschten Eigenschaften - - zu erhalten, muss das HDPE verstreckt werden. Dazu wird zunächst eine isotrope Probe hergestellt. Dies kann durch extrudieren weit oberhalb der Schmelztemperatur geschehen oder durch das Aufschmelzen von Pellets in einer Form. Der Schmelzpunkt des HDPE liegt ungefähr bei 130 Grad.

Zum Verstrecken kann das Polyethylen extrudiert werden oder in Form von Schulterstäben gepresst werden, die anschließend verstreckt werden. Das Verstrecken kann mit einem Verstreckungsfaktor von 8 erfolgen. Das heißt, die Länge der Schulterstäbe bzw. des extrudierten Strangs nimmt um das Achtfache zu. Beim Verstrecken ist auf Einschlüsse sowie Hälse zu achten. Der Durchmesser nimmt auf etwa 1/3 ab während des Verstreckens. Die Dichte nimmt ebenfalls stark ab auf Werte von beispielsweise 0,8 Gramm pro cm ³ . Um die Dichte zu erhöhen, können die Proben zehn Minuten bei 5600 Bar in einem Hochdruckautoklavem behandelt werden. Der anschließend erzielte Längenausdehnungskoeffizient ist allerdings unabhängig von der Druckbehandlung, der E-Modul würde jedoch zusätzlich gesteigert. Der E- Modul steigt sowohl durch das Verstrecken als auch durch die Druckbehandlung. Ein höherer E-Modul ist für die Anwendung als Bimetall- Ersatzwerkstoff wünschenswert, da die mechanischen Belastungen relativ hoch sein können und ein hoher E-Modul dies ausgleicht. Die so erhaltenen Streifen sollten einen Längenausdehnungskoeffizienten von ca. -24 x 10 ^~6 pro Kelvin haben, also einen negativen Längenausdehnungskoeffizienten und ziehen sich somit zusammen, wenn diese erwärmt werden. Dieser Vorgang ist im Temperaturbereich von -20 Grad bis +40 Grad reversibel. Der Längenausdehnungskoeffizient ist bei verstreckten Proben negativ und wird noch negativer bei steigender Temperatur. Um einen Streifen mit einem besonders hohen Längenausdehnungskoeffizienten zu erhalten, muss der Streifen bis knapp unter die Schmelztemperatur getempert werden. Dadurch kann ein Längenausdehnungskoeffizient von + 160 x 10 ^{_ 6} pro Kelvin erreicht werden. Wenn eine verstreckte HDPE-Schicht bis knapp unter die Schmelztemperatur getempert wird, ergibt sich ein Maximum beim Wärmeausdehnungskoeffizienten. Polyethylen kann also je nach Bearbeitung unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten haben, obwohl es sich chemisch immer noch um denselben Stoff handelt. - -

Als nächstes werden die beiden Streifen zu einem Doppelschichtbauteil miteinander kombiniert. Dazu können die beiden Streifen verklebt werden. Die Streifen können entweder vollflächig über die Kontaktfläche verklebt werden oder nur an den Enden der Kontakte verklebt werden. Das Verkleben kann mit geschmolzenem Kunststoff erfolgen. Alternative Verbindungsmethoden der Streifen sind Vernieten, Verschweißen und Verwalzen. Das Verbinden der beiden HDPE-Streifen ist dadurch vereinfacht, dass beide Teile aus Polyethylen bestehen.

Alternative Kunststoffmaterialien können EVA (Ethylen / Vinylacetat- Copolymer) sein, dass ein linearen Längenausdehnungskoeffizienten von 25 x ICH 1/K bis 200 x 10 ⁶ 1/K aufweist. Alternativ kann lineares Polyurethan mit einem linearen Ausdehnungskoeffizienten von 210 x 10 ⁶ 1/K verwendet werden. Denkbar ist auch Polyamid 6 mit einem linearen Ausdehnungskoeffizienten von 95 x 10 ⁶ 1/K oder Polyethylen hoher Dichte mit einem linearen Ausdehnungskoeffizienten von 260 x 10 ⁶ 1/K einzusetzen. Ferner ist es denkbar, Nylon bzw. Polyamid einzusetzen mit einem linearen Ausdehnungskoeffizienten von 16 x 10 ⁶ 1/K.

In einer Ausgestaltung besteht die eine Schicht aus Kohlenstofffasern und die andere Schicht aus Polyamid bzw. Nylon. Auch hierdurch lässt sich ein starker Bimetall- Effekt zu günstigen Kosten erzeugen. Polyamid und Kohlenstofffasern weisen eine chemische Ähnlichkeit auf und sind daher gut miteinander verbindbar. Die Arbeitstemperatur kann hier deutlich höher liegen. Beispielsweise kann die Arbeitstemperatur maximal 200 °Grad betragen. Die Kohlenstofffasern können insbesondere in Form von Kohlefaserrovings zur Herstellung der Doppelschichtbauteile verwendet werden. Eine bevorzugte Ausgestaltung weist eine Schicht Polyamid 12 auf. Diese Schicht ist mit einer Schicht mit unidirektionalen Kohlenstofffaser-Rovings verbunden. - -

Um die Wärmeleitfähigkeit des Doppelschichtbauteils zu steigern, weist vorzugsweise mindestens eine der Schichten Graphen als Zusatz auf. Die Doppelschichtbauteile ändern schneller bei einer Wärmeeinwirkung die Form. Die Leistung des Wärmemotors ist gesteigert. Der Graphenanteil kann dabei insbesondere zwischen 0,1 Mass-% bis 80 Mass-%, insbesondere 1 Mass.-% und 60 Mass.-%, der Schicht liegen. Es kann insbesondere eine Schicht aus Polyamid, insbesondere Polyamid 12, mit einem zusätzlichen Graphenanteil zusammen mit einer Schicht mit unidirektionalen Kohlenstofffaser-Rovings ein entsprechendes Doppelschichtbauteil bilden.

Ferner ist es denkbar, zwei Schichten aus Polyamid mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten einzusetzen.

In einer Ausgestaltung weist eine Schicht Polybutylenterephthalat auf. Polybutylenterephthalat ist noch besser als Polyamid geeignet, da es noch stabiler und noch temperaturbeständiger ist. Die Lebensdauer der Doppelschichtbauteile ist dadurch erhöht. Bei höheren Temperaturen und durch den höheren E-Modul ist die Leistung mit Polybutylenterephthalat höher in der Wärmekraftmaschine zusätzlich zum gesteigerten Wirkungsgrad durch die höhere Temperaturdifferenz. Die andere Schicht kann durch unidirektionale Kohlenstofffaser-Rovings gebildet sein. Die Schicht mit Polybutylenterephthalat kann ferner zur Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit einen Anteil Graphen aufweisen. Der Graphenanteil liegt dabei zwischen einschließlich 0,1 Mass-% bis 80 Mass-%, insbesondere 1 Mass.-% und 60 Mass.-%.

Der Wärmemotor weist mehrere Doppelschichtbauteile auf. Der Wärmemotor weist ein Rad, eine Nabe und mehrere Speichen auf, wobei die Speichen, das Rad und die Nabe miteinander verbunden sind. Die Speichen sind zumindest teilweise als Doppelschichtbauteile ausgebildet. Die Speichen, d.h. die Doppelschichtbauteilgelenke sind vorzugsweise schwenkbeweglich an der Nabe und/oder am Rad befestigt. Die Speichen sind vorzugsweise gleichförmig umfänglich beabstandet. Die Speichen bzw. die Doppelschichtbauteile brauchen sich dabei nicht gradlinig, bzw. nicht rein in Radialrichtung erstrecken, sondern können jeweils in eine Drehrichtung gekrümmt angeordnet sein. Eine Seite des - -

Rads ist einer kalten Zone und die andere Zone des Rades in einer Wärmezone angeordnet. Dies führt dazu, dass die Doppelschichtbauteile sich unter dem Wärmeeinfluss verformen und somit die Nabe nicht mehr konzentrisch zum Rad angeordnet ist.

Das Rad ist insbesondere mit einem Federmittel in eine Richtung und die Nabe mit einem weiteren Federmittel in die Gegenrichtung vorgespannt. Das Kräfteverhältnis wird durch die Spannkraft der Federmittel beeinflusst. Ferner kann das Kräfteverhältnis durch die Schwerkraft beeinflusst werden, wenn das Rad aufrecht angeordnet ist. In der kalten Zone dehnen sich die Doppelschichtbauteile aus und in der warmen Zone ziehen sich die Doppelschichtbauteile zusammen. Je nach Bauweise bzw. Anordnung der Schichten der Doppelschichtbauteile kann dies auch andersherum sein, wobei sich dann in der kalten Zone die Doppelschichtbauteile zusammenziehen und in der warmen Zone ausdehnen. Dadurch wird das Rad verschoben und der Schwerpunkt liegt dann nicht mehr konzentrisch zur Nabe. Um dies auszugleichen, dreht sich dann das Rad, damit der Schwerpunkt wieder im Kraftgleichgewichtpunkt zwischen den Federmitteln liegt. Dadurch werden die erwärmten Doppelschichtbauteile in die kältere Zone bewegt und dort wieder abgekühlt. Gleiches gilt für die kalten Doppelschichtbauteilen, die in die wärmere Zone bewegt werden. Dadurch wird ein Kreisprozess von Erwärmen und Abkühlen und somit eine Drehbewegung in Gang gesetzt. Diese Drehbewegung kann zum Antrieb eines Generators genutzt werden. Hierdurch ist elektrische Energie erzeugbar. Das Rad dient zur Befestigung und zur Kraftübertragung zwischen den Doppelschichtbauteilen in der Wärmezone und der Doppelschichtbauteile in der kalten Zone.

Der Wärmemotor treibt insbesondere einen Asynchrongenerator an. Um ein entsprechendes Doppelschichtbauteil herzustellen wird mindestens eine der Schichten durch Extrudieren hergestellt, wobei die Schichten in einem weiteren Schritt miteinander verbunden werden. Es ist denkbar, dass beide Schichten durch Extrudieren hergestellt werden. - -

In einer Ausgestaltung wird eine Schicht durch Kohlefaserrovings gebildet. Die andere Schicht kann mittels eines Extruders auf diese Kohlefaserschicht aufgebracht werden. Die aufgebrachte Kunststoffschicht und oder die Kohlefaserschicht werden danach vorzugsweise erhitzt, wobei danach die Kunststoffschicht und die Kohlefaserschicht verdichtet werden. Die Verdichtung und das Erhitzen kann dadurch erfolgen, dass die beiden Schichten zusammen durch eine Verjüngung in einem heizbaren Block gezogen werden. Es kann ein heizbarer Metallblock, bspw. ein Aluminiumblock mit einer Verjüngung verwendet werden. Die Verjüngung kann keilförmig ausgebildet sein.

Die Schichten werden dabei miteinander verklebt und durch den geschmolzenen Kunststoff verbunden.

Danach können in einem weiteren Verfahrensschritt die stirnseitigen Enden mit Kunststoff umschlossen werden, damit auch die stirnseitigen Enden der Kohlefasern mit der Kunststoffschicht gut verbunden sind.

Es gibt eine Vielzahl von Möglichkeiten, die erfindungsgemäßen Doppelschichtbauteile, das Verfahren und den Wärmemotor auszugestalten. Hier darf zunächst auf den unabhängigen Patentansprüchen nach geordneten Patentansprüchen verwiesen werden. Im Folgenden ist jeweils eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung anhand der Zeichnung und der dazugehörigen Beschreibung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt: Fig. 1 in einer schematischen geschnittenen Darstellung ein

D opp elschichtb auteil,

Fig. 2 in einer schematischen, perspektivischen Darstellung einen

Wärmemotor,

Fig. 3 in einer schematischen, perspektivischen Darstellung einen

Extruder zur Herstellung eines Doppelschichtbauteils gemäß Fig. 1, und - -

Fig. 4 in einer schematischen Darstellung eine weitere Anlage zur

Herstellung von Doppelschichtbauteilen gemäß Fig. 1.

In Fig. 1 ist ein Doppelschichtbauteil 1 zu erkennen. Das Doppelschichtbauteil 1 weist zwei Schichten 2, 3 auf. Die Schichten 2, 3 sind hier vollflächig miteinander verbunden. In bevorzugter Ausgestaltung bestehen beide Schichten 2, 3 aus Polyethylen. Die eine Schicht weist vorzugsweise einen positiven Wärmeausdehnungskoeffizienten und die andere Schicht weist insbesondere einen negativen oder geringeren Wärmeausdehnungskoeffizienten auf.

Beide Schichten 2, 3 bestehen somit aus einem Kunststoff. Das Doppelschichtbauteil 1 kann auch als Bipolymerstreifen bezeichnet werden. Die Schicht 2 kann dabei aus gerecktem Polyethylen hergestellt sein und die andere Schicht 3 kann aus gerecktem und getempertem Polyethylen hergestellt sein. Als Polyethylen wird insbesondere HDPE verwendet.

Die gesamte Schichtdicke des Doppelschichtbauteils 1, d.h. die Summe der Dicken der Schichten 2, 3 beträgt insbesondere 0,1 mm oder mehr als 0,1 mm, vorzugsweise 0,5 mm oder mehr als 0,5 mm. Hierdurch lassen sich hinreichend große Kräfte erzeugen, um das entsprechende Doppelschichtbauteil 1 in einem Wärmemotor 4 einzusetzen, der in Fig. 2 dargestellt ist.

Der Wärmemotor 4 weist eine Nabe 5, mehrere Speichen 6 sowie ein Rad 7 auf. Die Nabe 5 ist mit einer Welle 8 verbunden, wobei über die Welle 8 ein Generator (nicht dargestellt) antreibbar ist. Der Generator dient zur Erzeugung von Strom. Der Wärmemotor 4 ragt zum einem in eine warme Zone 9 und zum anderen in eine kalte Zone 10 hinein. Der Ubergangsbereich zwischen der warmen Zone und der kalten Zone ist hier durch eine schematische Trennebene 11 dargestellt. Die warme Zone und die kalte Zone sind vorzugsweise durch eine wärmedämmende Trennwand in der Trennebene voneinander getrennt.

Die Speichen 6 sind nun als Doppelschichtbauteile 1 ausgebildet. Die Doppelschichtbauteile 1, d.h. die Speichen 6 verformen sich unter Wärmeeinwirkung. Die Doppelschichtbauteile 1, d.h. die Speichen 6 krümmen - - sich stärker unter Wärmeeinwirkung, so dass der radiale Abstand zwischen der Nabe 5 und dem Rad 7 in der warmen Zone abnimmt. Die Nabe 5 ist durch ein erstes Federmittel 12 und dass Rad 7 ist durch ein zweites Federmittel 13 in entgegengesetzte Richtung vorgespannt. Die Federmittel 12, 13 können hier als elastische Bänder, insbesondere als Gummibänder ausgebildet sein. In alternativer Ausgestaltung ist es denkbar, Federn, beispielsweise Schraubenfedern, Tellerfedern oder dergleichen zu nutzen, um eine entsprechende Lage der Nabe 5 bzw. eine Lage des Rades 7 in entgegengesetzter Richtung vorzuspannen. Es ist denkbar, dass nur ein Federmittel 12 vorgesehen ist, und das jeweils andere Bauteil, d.h. hier entweder das Rad 7 bzw. die Nabe 5 feststehend ausgebildet ist. Das Federmittel 12 zieht dabei die Nabe 5 in die kältere Zone 10 und das Federmittel 13 zieht das Rad 7 in die wärmere Zone 9. Durch die Verformung der Speichen 6 unter Wärmeeinwirkung verschiebt sich nun das Kräfteverhältnis, so dass eine Ausgleichsbewegung durch das Rad 7 durch Rotation ausgeführt wird, die mittels der Welle 8 in Form von elektrischer Energie nutzbar ist. Dieser Effekt ist zwar allein auch schon dadurch beobachtbar, dass das Rad 7 aufrecht im Schwerefeld der Erde angeordnet ist, wird hier jedoch durch die Federmittel 12, 13 noch zusätzlich unterstützt. Mittels des Wärmemotors 4 ist Abwärme von Kraftwerken oder Abwärme in der Industrie sehr einfach nutzbar. Der Wärmemotor 4 zeichnet sich dadurch aus, dass die Speichen 6 sehr günstig herstellbar sind und zusätzlich in einem Temperaturbereich von -20 Grad Celsius bis 40 Grad Celsius arbeiteten können, wobei ein Wärmeunterschied zwischen der warmen Zone und der kalten Zone von beispielsweise 20 Grad Celsius ausreicht, um den Wärmemotor 4 anzutreiben. Der Wärmemotor treibt insbesondere einen Asynchrongenerator an.

In Fig. 3 ist eine bevorzugte Darstellung eines Verfahrens zur Herstellung der entsprechenden Schichten 2, 3 dargestellt. Es ist ein Kunststoffextruder 14 vorhanden, der einen geschmolzenen Kunststoff durch eine Düse 15 drückt. Die Düse 15 weist einen rechteckigen Ausschnitt zur Produktion der entsprechenden Streifen auf. Der aus der Düse kommende Strang 16 wird nun zunächst an einem Lüfter 17 vorbeigeführt und schließlich auf eine Rolle 18 aufgewickelt. Die Aufwickelgeschwindigkeit der Rolle 18 ist vorzugsweise höher - - als die Vorschubgeschwindigkeit des Strangs 16 durch die Düse 15, so dass der Strang 16 beim Aufwickeln gereckt wird. Der Strang 16 kann dabei um das 8- fache gereckt werden. Das aufgewickelte Strangmaterial dient nun zum Herstellen einer entsprechenden Schicht 2, 3. Ein weiteres ebenfalls auf diese Art und Weise hergestelltes Strangmaterial wird nun zusätzlich getempert, um ein möglichst unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten zu dem Material der anderen Schicht zu erhalten. Diese beiden Strangmaterialen werden nun entsprechend in Materialstücke der Streifenlänge geschnitten und miteinander vollflächig verbunden. Dies kann durch Verkleben mit geschmolzenem Polyethylen geschehen. Insbesondere wird geschmolzener Kunststoff zur Verbindung der Schichten genutzt. Es ist ein schonendes Verkleben anzuwenden, wobei die Temperatur der Schichten nicht derart erhöht wird, dass der Effekt des Tempern beeinflusst wird. Es kann bspw. ein geschmolzener Polyethylendraht verwendet werden.

Auf diese Art und Weise lassen sich besonders kostengünstig entsprechende Doppelschichtbauteile 1 herstellen.

Es ist denkbar, einen Kunststoff zu extrudieren, beim Aufwickeln zu recken und dabei direkt mit einer Lage Kohlenstofffasern zu versehen, die von einer weiteren Rolle zugeführt werden.

In Fig 4 ist eine weitere Anlage zur Herstellung von Doppelschichtbauteilen 25 dargestellt. Eine Kohlefaser schicht 20 wird zunächst von einer Rolle 19 mit Kohlefaserrovings abgewickelt. Mittels eines Kunststoffextruders 21 wird nun eine Kunststoffschicht 23 durch eine Düse 22 auf die Kohlefaserschicht 20 aufgebracht. Hiernach werden die beiden Schichten durch eine Verjüngung zur Erhitzung und Verdichtung der beiden Schichten gezogen. Die Verjüngung ist vorzugsweise in einem heizbaren Metallblock ausgebildet. Es wird beispielsweise ein heizbarer Aluminiumblock mit einer Verjüngung 24 verwendet. Die Kunststoffschicht 23 und die Kohlefaserschicht 20 werden beim Durchlaufen der Verjüngung erhitzt und zusammengepresst und somit verdichtet. Die Kunststoffschicht 23 wird somit auf die Kohlefaserschicht 20 gedruckt. Es entsteht ein Strang 25 eines Doppelschichtbauteils. Der Strang 25 - - kann zunächst auf eine weitere Rolle 26 aufgewickelt werden. Danach kann der Strang 25 wieder abgewickelt und die einzelnen Doppelschichtbauteile können aus dem Strang geschnitten werden (nicht dargestellt). Danach können in einem weiteren Verfahrensschritt die stirnseitigen Enden mit Kunststoff umschlossen werden, damit auch die stirnseitigen Enden der Kohlefasern mit der Kunststoffschicht 23 gut verbunden sind.

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Bezugszeichenliste :

1 Doppelschichtbauteil

2 Schicht

3 Schicht

4 Wärmemotor

5 Nabe

6 Speiche

7 Rad

8 Welle

9 warme Zone

10 kalte Zone

11 Trennebene

12 Federmittel

13 Federmittel

14 Kunststoffextruder

15 Düse

16 Strang

17 Lüfter

18 Rolle

19 Rolle mit Kohlefaserrovings

20 Kohlefaser schicht

21 Kunststoffextruder

22 Düse

23 Aufgedruckte Kunststoffschicht

24 Aluminiumblock mit Verjüngung zur Erhitzung und Verdichtung beider Schichten

25 Strang für Doppelschichtbauteil

26 Rolle zur Aufwicklung