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Title:
THERMAL ENGINE WITH AN ENDLESS BELT, ENDLESS BELT, AND METHOD FOR PRODUCING AN ENDLESS BELT, AND FIBRE FOR PRODUCING AN ENDLESS BELT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/201869
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a thermal engine for generating mechanical energy with an endless belt (1), the length of which can be varied in the case of temperature changes, which endless belt (1) is guided around at least two deflection means (5, 6), wherein a shaft is coupled to one of the deflection means (5, 6) and is connected to a device for energy use, wherein the endless belt (1) has at least one first and one second belt run, wherein at least part of a belt run can be heated directly or by way of corresponding devices and/or part of said belt run or of another belt run can be cooled, wherein the endless belt (1) deforms spatially for the change in length, and has at least two layers (2, 3) of material with a different thermal expansion. The thermal engine (4) is improved by virtue of the fact that the first layer (2) comprises a first plastic, and the second layer (3) comprises a second plastic or carbon fibres, wherein the endless belt (1) is deformable reversibly under the influence of heat.

Inventors:
HUBER, Martin (Brachtstr. 11, Düsseldorf, 40223, DE)
Application Number:
EP2019/059696
Publication Date:
October 24, 2019
Filing Date:
April 15, 2019
Export Citation:
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Assignee:
HUBER, Martin (Brachtstr. 11, Düsseldorf, 40223, DE)
International Classes:
F03G6/00; F03G7/06
Domestic Patent References:
WO2010097022A12010-09-02
Foreign References:
DE102008023200A12009-11-12
US20020019189A12002-02-14
DE102008023200A12009-11-12
EP0369080A11990-05-23
DE19629237C22001-07-19
US20020019189A12002-02-14
JP2001341223A2001-12-11
US3430441A1969-03-04
FR854030A1940-04-03
DE2617577A11976-11-11
DE2709207A11978-09-07
Attorney, Agent or Firm:
HÜBSCH, KIRSCHNER & PARTNER, PATENTANWÄLTE UND RECHTSANWALT MBB (Oststr. 9-11, Köln, 50996, DE)
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Claims:
Patentansprüche :

1. Wärmemotor zur Erzeugung mechanischer Energie mit einem bei

Temperaturänderungen sich in der Länge veränderbaren Endlosband (1), das um mindestens zwei Umlenkmittel (5,6) geführt ist, wobei eine Welle mit einem der Umlenkmittel (5,6) gekoppelt ist und mit einer

Vorrichtung zur Energieabnahme verbunden ist, wobei das Endlosband (1) mindestens ein erstes und ein zweites Bandtrum aufweist, wobei zumindest ein Teil eines Bandtrumes direkt oder durch entsprechende Einrichtungen erwärmbar und/oder ein Teil desselben oder eines anderen Bandtrumes kühlbar ist, wobei das Endlosband (1) zur

Längenänderung sich räumlich verformt und mindestens zwei Schichten (2, 3) Material unterschiedlicher Wärmeausdehnung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht (2) einen ersten Kunststoff aufweist und die zweite Schicht (3) einen zweiten Kunststoff oder

Kohlenstofffasern aufweist, wobei das Endlosband (1) unter

Wärmeeinfluss reversibel verformbar ist.

2. Wärmemotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des Endlosbands (1) mindestens 0,1 mm beträgt, wobei die Dicke des Endlosbands (1) 5 cm oder weniger als 5 cm beträgt.

3. Wärmemotor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch

gekennzeichnet, dass ein Dehnungstrum (8 ) durch einen warmen Bereich, bspw. eine Kammer mit warmem Medium (7 ) oder

Sonnenreflektoren, und ein Zugtrum (9 ) durch einen kühlen Bereich, bspw. eine Kammer mit kühlem Medium (6 ) geführt ist.

4. Wärmemotor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch

gekennzeichnet, dass das Endlosband (1) Wellbereiche aufweist.

5. Wärmemotor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch

gekennzeichnet, dass die nach außen und nach innen weisenden Wellbereiche zumindest teilweise unterschiedlich ausgebildet sind.

6. Wärmemotor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Schichten (2, 3) in den nach außen oder nach innen weisenden Wellbereichen unterbrochen oder geschwächt ist.

7. Wärmemotor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch

gekennzeichnet, dass die Umlenkmittel (5, 6) als Kreuz oder Stern ausgebildet sind.

8. Wärmemotor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Medien zur Kühlung und Erwärmung entgegen der Drehrichtung des Endlosbandes (1), jeweils thermisch isoliert, in je einem Gehäuse geführt sind, in dem die beiden Bandtrume laufen.

9. Wärmemotor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Endlosband (1) oder mehrere parallele Endlosbänder insbesondere mit dem Zugtrum in einem Sonnenkollektor geführt sind.

10. Endlosband (1, 47) mit einer ersten Schicht (2) und einer zweiten Schicht

(3), wobei die Schichten (2, 3) miteinander verbunden sind, wobei die beiden Schichten (2, 3) unterschiedliche

Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen, wobei das Endlosband (1) in einem Wärmemotor nach einem der vorstehenden Ansprüche einsetzbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht (2) einen ersten Kunststoff aufweist und die zweite Schicht (3) einen zweiten Kunststoff oder Kohlenstofffasern aufweist, wobei das Endlosband (1) unter Wärmeeinfluss reversibel verformbar ist.

11. Endlosband nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des Endlosbands (1, 47) mindestens 0,1 mm beträgt, wobei die Dicke des Endlosbands (1, 47) 5 cm oder weniger als 5 cm beträgt.

12. Endlosband nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des Endlosbands (1) mindestens 0,5 mm beträgt.

13. Endlosband nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite des Endlosbands (1) im Bereich zwischen 1 cm und 1000 cm hegt.

14. Endlosband nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des Endlosbands (1) zwischen 20 cm und 1000 cm liegt.

15. Endlosband nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindesten eine der Schichten (2, 3) aus Polyethylen besteht, wobei das Polyethylen eine Dichte von mehr als 0,955 g/cm3 und/oder einen Verzweigungsgrad von weniger als 1,3 Verzweigung pro 1000 C-Atome aufweist.

16. Endlosband nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schicht (2) gerecktes und getempertes HDPE (High Density Polyethylen) und die andere Schicht (3) gerecktes, ungetempertes HDPE aufweist.

17. Endlosband nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schicht Kohlenstofffasern aufweist.

18. Endlosband nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Schichten Polyamid aufweist.

19. Endlosband nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schicht Polybutylenterephthalat (PBT) aufweist, insbesondere aus Polybutylenterephthalat besteht.

20. Endlosband nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Schichten Graphen, insbesondere Graphene Nano Platelets als Zusatz aufweist.

21. Endlosband nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichten (2, 3) in einer Faser ausgebildet sind, wobei die Faser zu einem Endlosband gewebt oder gewirkt ist.

22. Verfahren zur Herstellung eines Endlosbands nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Schichten (2, 3) durch Extrudieren hergestellt wird, wobei die Schichten in einem weiteren Schritt miteinander verbunden werden.

23. Verfahren nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichten (2, 3) miteinander verklebt werden.

24. Verfahren nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichten (2, 3) durch geschmolzenen Kunststoff verbunden werden.

25. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kunststoffschicht (23) mittels eines Extruders (21) auf eine Kohlefaser schicht (20) aufgebracht wird, wobei die aufgebrachte Kunststoffschicht (23) und/oder die Kohlefaserschicht (20) erhitzt wird/werden, wobei die Kunststoffschicht (23) und die Kohlefaserschicht (20) verdichtet werden.

26. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass unter Wärmeeinwirkung die Wellbereiche beim Durchlaufen von zwei ineinandergreifenden Rollen (7,8) gebildet werden.

27. Verfahren nach dem vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichten (2, 3) beim Durchlaufen der Rollen (7,8) erwärmt und unter Druck zusammengefügt werden.

28. Faser (50), insbesondere zur Herstellung eines Endlosbandes (1, 47), gekennzeichnet durch eine erste Schicht und eine zweite Schicht, wobei die beiden Schichten unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen, wobei die erste Schicht einen ersten Kunststoff (23) aufweist und die zweite Schicht einen zweiten Kunststoff oder Kohlenstofffasern (51) aufweist.

Description:
„Wärmemotor mit einem Endlosband, Endlosband und Verfahren zur Herstellung eines Endlosbands sowie Faser zur Herstellung eines

Endlosbandes“

Die Erfindung betrifft ein Endlosband, ein Verfahren zur Herstellung eines Endlosbands und einen Wärmemotor sowie eine Faser mit den Merkmalen der Oberbegriffe der unabhängigen Patentansprüche.

Aus der gattungsbildenden DE 10 2008 023 200 Al ist ein Wärmemotor mit einem gewellten Endlosband bekannt, das um zwei Umlenkrollen geführt ist. Das Endlosband besteht aus einem quer zur Längsrichtung gewelltem Bimetall. Je einem Bandtrum sind Medien zur Kühlung und Erwärmung zugeordnet. Die beiden Wellen der Umlenkrollen sind im Endbereich eines länglichen Gehäuses gelagert. Das Gehäuse besitzt zwei voneinander isolierte Kanäle, in denen das Dehnungstrum und das Zugtrum laufen. Im Umlenkbereich, vor den Umlenkrollen sind die Kanalöffnungen durch elastische Vorhänge weitgehend abgedichtet. Durch den Kanal des Dehnungstrums wird entgegen der Bewegungsrichtung Abdampf, Heißluft oder Warmwasser geführt, durch den Kanal des Zugtrums ein kühlendes Medium, bevorzugt Kaltluft. Die beiden Wellen der Umlenkrollen sind durch ein Getriebe gekoppelt. Damit wird gesichert, dass das Endlosband vom Dehnungstrum immer über die Abtriebsrolle zum Zugtrum gezogen wird. Andere Ausführungsformen mit einem Hilfsantrieb für die zweite Umlenkrolle oder einer Zwangsführung des Dehnungstrums sind auch möglich. Die Welle der Abtriebsrolle ist weiterhin mit einem Übersetzungsgetriebe gekoppelt, über das die Drehbewegung auf z. B. eine Wasserpumpe, Fahrgetriebe oder Lüfter übertragen wird. Eine Kopplung mit einem Generator ist ebenfalls möglich. Die ersten Varianten haben den Vorteil, dass die Wärmeenergie direkt in mechanisch wirksame Energie umgewandelt wird. Die Vorrichtung kann besonders in warmen Ländern auf einer fahrbaren Beregnungsanlage als Fahrantrieb oder als Pumpenantrieb für einen Brunnen unter Nutzung der Sonnenwärme eingesetzt werden. In alternativer Ausgestaltung weist das Endlosband Kammern mit nach innen öffnenden Faltungen des Endlosbandes auf. Die Kammern besitzen eine elastische Wandung und sind mit einem sich bei einer Temperaturerhöhung stark ausdehnenden Gas oder einer Flüssigkeit gefüllt. Die Wandung ist bevorzugt nur an einer Seite, in Längsrichtung des Endlosbandes elastisch ausgebildet, so dass die Dehnung nur in einer Ebene erfolgen kann.

Im Stand der Technik sind ferner unterschiedliche Doppelschichtbauteile bekannt, die zur Verschattung eingesetzt werden.

Diese Doppelschichtbauteile weisen 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.

Aus der EP 0 369 080 Al ist ein Endlosband 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 Doppelschichtbauteile 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 2011/0942174 Al ist ein Verbund aus einer flexiblen Polymermasse und einer Kohlentstoffnanoröhren-Filmstruktur bekannt. Wenn eine Spannung an die Kohlentstoffnanoröhren-Filmstruktur angelegt wird, wird die Polymermasse aufgeheizt, wobei durch die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten das Doppelschichtbauteil unter Wärmeeinfluss reversibel verformbar ist. Die Dicke des Bauteils beträgt dabei 0,7 mm. Dieses Doppelschichtbauteil ist nicht in einem Wärmemotor einsetzbar. Der Wärmemotor funktioniert nicht, wenn die Doppel S chichtbauteile extern durch eine Stromzufuhr geheizt werden müssen.

Aus der US 2002/019189 Al ist ein Kunststoffdoppelschichtbauteil bekannt. Die beiden Schichten sind durch Polyethylen und Polyvinylchlorid gebildet. Die Dicke variiert zwischen 1 und 10 Mils, also zwischen 0,0254 mm und 0,254 mm.

Aus der JP 2001/341223 A ist ein Doppelschichtbauteil mit einer Schicht aus Polypropylen und Titandioxid bekannt. Hierdurch ist eine weiße Schicht gebildet. Diese Schicht ist in Form eines 20 cm großen Quadrats mit einer Dicke von 0,4 mm hergestellt worden. Die andere Schicht weist 99 % Polyproylen und 1 %„Carbonblack“ auf, mit dem die Schicht schwarz eingefärbt worden ist. Die beiden Streifen sind danach zusammengeklebt worden. Ziel bei der Herstellung dieses Bauteils ist, eine möglichst hohe Änderung der Rate des Wärmedehnungskoeffizienten zu erreichen. Die Schichten werden dadurch hergestellt, dass Pellets geschmolzen werden und eine Platte gegossen wird. In Absatz 16 ist offenbart, dass einer der Schichten ein faserartiges Füllmaterial beigemischt werden kann. Hierbei sind jedoch die Fasern nicht unidirektional ausgerichtet, sondern festigen lediglich den Verbund.

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 Al 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 hegt die Aufgabe zu Grunde, dass gattungsbildende Endlosband, das Verfahren und den Wärmemotor zu verbessern und verbesserte Faser zur Herstellung eines Endlosbandes bereitzustellen. Diese der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird nun durch einen Wärmemotor, ein Endlosband und ein Verfahren sowie eine Faser mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst.

Der Wärmemotor ist zur Erzeugung mechanischer Energie ausgebildet und weist ein bei Temperaturänderungen sich in der Länge veränderbares Endlosband auf, das um mindestens zwei Umlenkrollen geführt ist. Eine Welle einer Abtriebsrolle ist mit einer Vorrichtung zur Energieabnahme verbunden , wobei das Endlosband mindestens ein erstes und ein zweites Bandtrum aufweist, wobei das erste Bandtrum direkt oder durch entsprechende Einrichtungen erwärmbar und/oder das zweite Bandtrum kühlbar ist, wobei sich das Endlosband zur Längenänderung räumlich verformt und mindestens zwei Schichten Material unterschiedlicher Wärmeausdehnung aufweist, wobei eine Vielzahl von Wellbereichen zur Längenänderung bei Temperaturänderung am Endlosband ausgebildet sind. Die erste Schicht weist einen ersten Kunststoff auf und die zweite Schicht weist einen zweiten Kunststoff oder Kohlenstofffasern auf. Das Endlosband ist unter Wärmeeinfluss reversibel verformbar.

Der große Vorteil bei dem neuen Wärmemotor ist, dass dieser direkt auf einem Dach angebracht werden kann, ohne dass man wie bei dem bekannten Wärmemotor Wasserleitungen und Pumpen braucht. Der Motor ist kompakter und effizienter und deutlich leichter in großen Mengen produzierbar.

Der Wärmemotor treibt insbesondere einen Asynchrongenerator an. Das Problem der unterschiedlichen Geschwindigkeit bei unterschiedlich starker Sonneneinstrahlung wird vorzugsweise durch ein Getriebe insbesondere eines CVT-Getriebes (Continuous Variable Transmission) gelöst. Das Getriebe ist zwischen der Abtriebsrolle und dem Asynchrongenerator im Kraftfluss angeordnet. Auf einen Wechselrichter wie bei Photovoltaik kann verzichtet werden. Wechselstrom aus einer Drehbewegung zu machen ist deutlich einfacher als aus einer Gleichspannung. Alternativ kann ein Frequenzumrichter zusammen mit einem elektrischen Generator verwendet werden.

Vorzugsweise wird das Zugtrum durch ein warmes Medium und das Dehnungstrum durch ein kühles Medium geführt. Es ist alternativ denkbar, das Zugtrum durch ein kühles Medium und das Dehnungstrum durch ein warmes Medium zuführen. Es können beide Varianten gebaut werden. Das hängt davon ab, zu welcher Seite die Wellbereiche des Endlosbandes beim Abkühlen oder Erwärmen gekrümmt sind.

Ferner kann in einer Ausgestaltung ein Teil eines ersten Bandtrums gekühlt und ein anderer Teil desselben Bandtrums erwärmt werden. Wenn zwei Bandtrume vorhanden sind, können so vier Zonen, nämlich jeweils eine warme und eine kalte Zone an jedem der beiden Bandtrume verwendet werden.

Vorzugsweise wird zumindest ein Trum durch einen Sonnenkollektor geführt. Es kann ein röhrenförmiger Sonnenkollektor verwendet werden. Vorzugsweise ist der Sonnenkollektor durch einen Kasten gebildet, der mit einer insbesondere rechteckigen Scheibe abgedeckt ist. Diese Bauart ist besonders günstig.

Es ist möglich weitere Wärmequellen zum Antrieb des Wärmemotors zu nutzen, bspw. Geothermie oder Abwärme aus der Industrie oder des Restwärme eines Kraftwerks, um Strom zu gewinnen. Hierzu ist es möglich, als Rollen Rohre zu nutzen, oder die Rollen auf Rohren zu lagern, wobei ein warmes Rohr bspw. mittels Geothermie oder Abwärme geheizt wird und damit auch die zugehörige Rolle geheizt wird, wobei das andere Rohr und damit die andere Rolle kalt ist. Auch hierdurch kann das Endlosband in Rotation versetzt werden.

Vorzugsweise sind die beiden Rollen nicht mechanisch außer durch das Endlosband gekoppelt. In bevorzugter Ausgestaltung wirkt mindestens eine Rolle mit einer Ratsche zusammen, damit sich die Rolle nur in eine Richtung drehen kann. Es ist denkbar, dass beide Rollen oder mehrere Rollen in der Drehrichtung durch jeweils zugeordnete Ratschen festgelegt sind. Es ist denkbar, dass die Rollen zusätzlich zum Endlosband durch eine Kopplung, ggf. sogar mit Übersetzung gekoppelt sind.

Das Endlosband weist insbesondere Wellbereiche auf, die sinusförmig oder asymmetrisch geformt sein können. Durch die Erwärmung und das Abkühlen ziehen sich die Wellbereiche zusammen oder werden gedehnt, so dass eine Längenänderung auftritt. Es ist denkbar, dass das Endlosband nicht über die gesamte Länge, sondern nur an ausgewählten Wellbereichen eine Doppelschichtstruktur mit zwei Schichten mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizieneten aufweist, so dass der Bimetall- Effekt nur an diesen Bereichen auftritt. Beispielsweise kann das Endlosband nur an den nach innen weisenden Wellbereichen oder nur an den nach außen weisenden Wellbereichen zwei Schichten mit unterschiedlichen

Wärmeausdehnungskoeffizieneten aufweisen. Ferner ist es denkbar, dass die Gestaltung, bspw. die Krümmung der nach innen weisenden Wellbereiche von der Gestaltung, bspw. der Krümmung der nach außen weisenden Wellbereiche ab weicht.

Das Endlosband ist vorzugsweise sinusförmig ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass zur einfachen Herstellung ein Wellblech nutzbar ist, das ebenfalls sinusförmig ist. Bei der Herstellung hat dies Vorteile, aber eine Anordnung mit nur Wellenbergen ohne Wellentäler ist besser, aber aufwendiger herzustellen. Bzw. beides hat seine Vor und Nachteile. Großer Vorteil ist, dass eine der Schichten nicht unterbrochen werden muss, um zu verhindern, dass sich die Effekte im Endlosband zwischen Wellental und Wellenberg ausgleichen.

Es ist möglich, das Endlosband durch aneinander schweißen von zunächst einzelnen Abschnitten herzustellen. Jeder Abschnitt ist dabei einfach gebogen. Die Abschnitte werden zum Verschweißen zickzackförmig nebeneinander angeordnet, so dass ein Abschnitt ein Wellenberg und der benachbarte Abschnitt ein Wellental bildet. Die Abschnitte sind somit um 180 ° gedreht zum benachbarten Abschnitt angeordnet. Anschließend werden die Abschnitte jeweils am Stoß miteinander verschweißt. Die Dicke der Folie, die zur Herstellung zumindest einer der Schichten genutzt wird, hegt vorzugsweise entweder bei 0,25 mm, 0,5 oder 1 mm damit ist das ganze Doppelschichtbauteil 0,5mm bis 1,5 mm bspw. 1mm bzw. 1,5 mm dick. Die Folie kann als Polyamid-Folie (PA-Folie) oder insbesondere als Polybutylenterephthalat-Fobe(PBT-Fobe) ausgebildet sein. Die Dicke der Kohlenstofffaserschicht kann aber auch variiert werden. Die dickere Folie ist besser, da man so mehr Kraft pro Fläche aufbringen kann und der Biegeeffekt ist trotzdem stark genug.

Das Endlosband ist in einem Wärmemotor einsetzbar, wobei die Dicke des Endlosbands vorzugsweise 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 das Endlosband ist, desto größer ist die Auslenkung, aber so geringer sind auch die ausgeübten Kräfte. Mit dem erfindungsgemäßen Endlosband lassen sich insbesondere auf sehr kostengünstige Weise Wärmemotoren aufbauen, wobei das Endlosband hinreichend große Kräfte erzeugen kann.

Die Breite des Endlosbands hat keinen Einfluss auf die Größe der Auslenkung, aber auf die Kraft, die das Endlosband aufbringen kann. Je breiter das Endlosband ist, umso größer ist die Kraft. Vorzugsweise liegt die Breite des Endlosbands zwischen 1 cm und 1000 cm insbesondere zwischen 50 cm und 200 cm. Eine größere Breite kann notwendig sein, falls ein größerer Wärmekraftmotor konstruiert werden soll. In besonders bevorzugter Ausgestaltung ist der Wärmekraftmotor derart dimensioniert, dass das Endlosband eine Breite von lm aufweist.

Die Länge des Endlosbands beeinflusst ebenfalls die Auslenkung. Je länger das Endlosband ist, umso größer ist die Auslenkung und umso größer sind die Kräfte, die von dem Endlosband aufgebracht werden können. Die Länge des Endlosbands hegt vorzugsweise zwischen 20 cm und 1000 cm. In besonders bevorzugter Ausgestaltung kann die Länge zwischen 100 cm und 200 cm liegen. Das Endlosband weist vorzugsweise eine Breite zwischen 0,1 m und 2m, insbesondere von 1 m und eine Länge von 2 bis 5 m auf. Je länger das Endlosband ist, umso mehr Bipolymere arbeiten zusammen und umso schneller dreht sich der Wärmemotor.

Das Endlosband ist dabei deutlich länger als breit. Die Breite ist deutlich größer als die Dicke. Die genauen Verhältnisse von Länge zu Breite zu Dicke sind Auslegungssache des Anwendungsfalls.

Die Verwendung eines Endlosbands mit zwei Schichten aus Kunststoff hat den Vorteil, dass der Temperaturbereich, indem das Endlosband arbeiten kann, besonders gut nutzbar ist. Der nutzbare Temperaturbereich kann insbesondere zwischen -20°C und +110°C betragen. Die maximale Temperatur für den Dauereinsatz hegt unterhalb der Schmelztemperatur des entsprechenden Kunststoffs, nämlich ca. 15 Grad unter der Vicat-Erweichungstemperatur.

Das Endlosband 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 Endlosbanden einen geringeren Wirkungsgrad als eine Solarzelle auf, dies aber zu einem Bruchteil der Kosten. Die Kosten hegen 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 das Endlosband eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist, damit der Wärmemotor eine hohe Umdrehungszahl aufweist, da das Abkühlen und Aufwärmen des Endlosbandes direkt mit der Umdrehungszahl zusammenhängt.

Bevor nun der Wärmemotor näher beschrieben wird, wird zunächst auf die Herstellung der Endlosbande 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 Endlosband 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 Endlosband 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 IO 4 1/K bis 200 x IO 6 1/K aufweist. Alternativ kann lineares Polyurethan mit einem linearen Ausdehnungskoeffizienten von 210 x IO 6 1/K verwendet werden. Denkbar ist auch Polyamid 6 mit einem linearen Ausdehnungskoeffizienten von 95 x IO 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 IO 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. 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 Endlosbande verwendet werden. Das intensive schwarz der Kohlenstofffasern ist von Vorteil bei direkter Sonneneinstrahlung auf das Endlosband.

Eine bevorzugte Ausgestaltung weist eine Schicht Polyamid 6 oder 12 auf. Diese Schicht ist mit einer Schicht mit unidirektionalen Kohlenstofffaser-Rovings verbunden. Um die Wärmeleitfähigkeit des Endlosbands zu steigern, weist vorzugsweise mindestens eine der Schichten Graphen als Zusatz auf. Die Endlosbänder 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 hegen. Es kann insbesondere eine Schicht aus Polyamid, insbesondere Polyamid 12, mit einem zusätzlichen Graphenanteil zusammen mit einer Schicht mit unidirektionalen Kohlenstofffaser-Rovings ein entsprechendes Endlosband bilden.

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

In einer Ausgestaltung weist eine Schicht Polybutylenterephthalat auf. Vorzugsweise besteht eine Schicht aus Polybutylenterephthalat. Polybutylenterephthalat ist noch besser als Polyamid geeignet, da es noch stabiler und noch temperaturbeständiger ist. Die Lebensdauer der Endlosbänder 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 hegt dabei zwischen einschließlich 0,1 Mass-% bis 80 Mass-%, insbesondere 1 Mass.-% und 60 Mass.-%.

Vorzugsweise wird kein einlagiges Graphen verwendet, sondern Graphene Nano Platelets (GNPs). Diese GNPs haben dann ca. 7-8 Lagen, können aber auch mehr oder weniger haben, solange bis es definitionsgemäß Graphit ist. GNPs sind günstig und haben trotzdem einen sehr starken Effekt auf den Kunststoff ohne große Füllmengen. Die Wärmeleitfähigkeit wird so stark erhöht, dass die verringerte Längenausdehnung kompensiert wird. Um ein entsprechendes Endlosband 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. Es wird zunächst ein strangförmiger Rohling mit zwei Schichten hergestellt, dessen Enden schließlich verbunden werden, um das Endlosband zu bilden. Ferner werden die Enden des strangförmigen Rohlings miteinander verklebt um ein Endlosband zu bilden.

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 können 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.

Alternativ kann das Endlosband in einer Kunststoffpresse hergestellt werden. Dabei kann die nötige Kunststofffolie entweder aus Granulat in der Presse selber hergestellt werden oder es kann fertige Folie verwendet werden. Die Folie sollte in Extrusionsrichtung mit der Richtung der unidirektionalen Kohlenstofffasern verwendet werden. Nach dem Verpressen kann das Endlosband in einem Ofen getempert werden. Dazu wird der Ofen über den Schmelzpunkt aufgeheizt (z.B. 200 °C) und das Endlosband so lange in den Ofen gelegt, bis es sich komplett flach gelegt hat. Der Kunststoff wird dabei sehr weich und die Orientierung wird aufgehoben. Anschließend wird der Kunststoff aus dem Ofen herausgenommen und kühlt bei Raumtemperatur sehr schnell ab, dadurch bekommt der Kunststoff eine Vorzugsrichtung und der Bipolymereffekt wird deutlich vergrößert. Die Biegung ist erhöht und die Kraft ist ebenfalls deutlich erhöht. Die Schichten werden dabei miteinander verklebt und/oder 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.

Die beiden Schichten werden unter Druck und Hitzeeinwirkung zusammengefügt. Es ist bevorzugt, dass in dem gleichen Schritt die Wellbereiche ausgebildet werden. Die Herstellung der Wellbereiche kann jedoch auch in einem nachgeordneten Schritt erfolgen. Der Strang mit den zwei Schichten kann durch zwei ineinandergreifende erhitzte Rollen geführt werden, wobei die Rollen eine Kontur aufweisen, um die Wellbereiche zu erzeugen. Die Rollen können eine sinusförmige Außenkontur aufweisen, die sinusförmige Wellbereiche am Endlosband erzeugen. Die Rollen werden dabei mittels Heizelementen geheizt. Beim Durchlaufen des Zwischenraums zwischen den Rollen werden die Schichten zusammengepresst und zusammengefügt. Es ist denkbar, dass eine Rolle ein Unterbrechungselement zur Unterbrechung der Struktur aufweist. Das Element kann insbesondere im Scheitelbereich der nach innen oder nach außen weisenden Wellbereiche angeordnet sein, wobei das Unterbrechungselement an dieser Stelle jeweils eine der Schichten schwächt oder durchtrennt. Insbesondere kann das Unterbrechungselement die Kunststoffschicht durchtrennen oder schwächen. Hierdurch ist sichergestellt, dass beim Erwärmen oder Abkühlen das Endlosband sich in der Länge ändert und die Effekte der nach außen und nach innen weisenden Wellbereiche sich nicht aufhebt.

Das Band kann auch durch Strom erhitzt werden, da Kohlefaser Strom leitet und zwar in der Art, dass es einen sehr guten Heizdraht abbilden kann. Dies wird z.B. in Autositzen zur Sitzheizung eingesetzt. In gewissen Anwendungen kann es sinnvoll sein, den Bipolymereffekt durch Strom auszulösen. Ebenso kann es sinnvoll sein, dem Kunststoff eine spezielle Form zu geben, sodass ein Schnappeffekt ähnlich einem Formgedächnismaterial entsteht. Der Kunststoff steht unter Spannung bis zu einem bestimmten Punkt während der Erwärmung und der blockierten Ausdehnung, bis sich die Spannung dann entlädt. Derselbe Verlauf tritt dann beim Abkühlen auf. Ein Vergleich wäre hier Bimetallschalter wie z.B. in Wasserkochern, deren Klickgeräusch man sogar hören kann.

Die Aufgabe wird ferner durch eine Faser gemäß dem Anspruch 28 gelöst.

Die Faser ist insbesondere zur Herstellung eines Endlosbandes geeignet. Die Faser weist eine erste Schicht und eine zweite Schicht auf, wobei die beiden Schichten unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen, wobei die erste Schicht einen ersten Kunststoff aufweist und die zweite Schicht einen zweiten Kunststoff oder Kohlenstofffasern aufweist. Die bezüglich des Endlosbandes genannten und in der Beschreibung oder den Patentansprüchen aufgeführten Materialien und Materialkombinationen für die Schichten können für die Faser entsprechend verwendet werden. Diese Faser kann auch als Bipolymergarn bezeichnet werden. Aus der Faser kann ein Gewebe oder Gewirke hergestellt werden. Es gibt neben dem Einsatz in einem Endlosband weitere Anwendungsbeispiele. Die Faser kräuselt sich bei Wärmeeinwirkung und kann reversibel verformt werden.

Die Faser kann zur Herstellung eines Stoffes genutzt werden. In einer vorteilhaften Ausgestaltung werden mit der Faser funktionelle Kleidung (alles was man am Körper trägt) hergestellt. Die Kleidung kann dabei herkömmliche Fasern und erfindungsgemäße Fasern aufweisen. Die Form der Kleidung verändert sich unter Wärme- und Kälteeinfluss. Die Kleidung kann sich an die Außentemperatur anpassen, indem der Stoff dichter wird und damit besser isoliert oder sich weitet, um mehr Wärme vom Körper abzuführen. Die Kleidung könnte auch Funktionen haben beim Anziehen, für den perfekten Halt bzw. Hervorhebung bestimmter Körperregionen.

In der Medizintechnik sind Prothesen mit der Faser oder ein Gips mit der Faser denkbar, die sich durch die Körpertemperatur perfekt anpassen.

Die Faser kann auch bei Klebstoffen eingesetzt werden. Es kann ein Klebestreifen mit der Faser so präpariert werden, dass, wenn der Streifen erhitzt wird, sich die Faser zusammenzieht, dadurch den Klebestreifen verformt und den Klebestreifen dadurch ablöst. In der praktischen Anwendung könnten Klebestreifen mit einem Föhn einfach und rückstandsfrei entfernt werden.

Eine Anwendung ist die Verwendung von Fasern anstatt von Formgedächtnismetallen in der Waferproduktion. Die Wafer (Silizium zur Herstellung von Prozessoren) müssen während der Produktion sehr exakt und sehr stark fixiert werden aber später auch wieder gelöst werden. Dies geschieht im Stand der Technik dadurch, dass die Formgedächtnismetalle erhitzt werden und den Klebstoff dadurch ablösen. In den Klebstoff kann stattdessen eine Faser eingebracht werden. Allgemein kann die zweischichtige Faser als günstiger Ersatz für Formgedächtnismaterialien eingesetzt werden. Unter anderem zur Fixierung oder Ablösung von Klebstoffen oder Klebestreifen durch Wärme und zur Ausübung von Funktionen.

Die Schichten können somit in einer Faser ausgebildet sein. Die Faser kann zu einem Endlosband gewebt oder gewirkt sein. Das Endlosband kann ferner aus gesponnen Fasern gewebt oder gewirkt sein, wobei die Fasern zwei Schichten mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungekoeffizienten aufweist. Die Schichten der Fasern können wie hier bereits beschrieben aus Kunststoff und/oder aus Kohlenstofffasern gebildet sein. Dabei wird vorzugsweise eine ganz dünne Bipolymer-Faser hergestellt, wie ein Faden, der dann sogar noch aufgezwirbelt werden kann, wodurch sich der Faden bei Erwärmung stark zusammenzieht. Die Fäden können zu einem Endlosband gewebt werden und dann in dem Wärmemotor als Endlosband eingesetzt werden.

Es gibt eine Vielzahl von Möglichkeiten, die erfindungsgemäßen Endlosbänder, das Verfahren und den Wärmemotor sowie die Faser 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 einen Teil eines

Endlosbands,

Fig. 2 in einer schematischen, perspektivischen Darstellung einen

Wärmemotor,

Fig. 3 in einer schematischen, perspektivischen Darstellung einen

Extruder zur Herstellung eines Endlosbands gemäß Fig. 1,

Fig. 4 in einer schematischen Darstellung eine weitere Anlage zur

Herstellung von Endlosbändern gemäß Fig. 1, und

Fig. 5 in einer schematischen Darstellung eine Anordnung zur

Herstellung eines Endlosbandes mit Wellbereichen,

Fig. 6 in einer schematischen Darstellung eine weitere Anlage zur

Herstellung eines Endlosbandes mit Wellbereichen,

Fig. 7 in einer schematischen Darstellung eine Maschine zur Erzeugung von Wellbereichen in einem Endlosband,

Fig. 8 in einer schematischen Darstellung ein Endlosband mit einer

Kohlefaserschicht und einer PBT-Folie, und

Fig. 9 in einer schematischen Darstellung eine Anlage zur Herstellung einer zweischichtigen Kunststoff- Faser.

In Fig. 1 ist ein Teil eines Endlosbandes 1 zu erkennen. Das Endlosband 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 Endlosband 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 Endlosbands 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, wobei die Dicke des Endlosbands (1) 5 cm oder weniger als 5 cm beträgt. Hierdurch lassen sich hinreichend große Kräfte erzeugen, um das entsprechende Endlosband 1 in einem Wärmemotor 4 einzusetzen, der in Fig. 2 dargestellt ist.

Der Wärmemotor 4 dient zur Erzeugung mechanischer Energie mit einem bei Temperaturänderungen sich in der Länge veränderbaren Endlosband 1, das um mindestens zwei Umlenkmittel 5, 6 geführt ist. Als Umlenkmittel 5, 6 dienen hier Kreuze oder Sterne. Alternativ kann ein Zahnrad verwendet werden. Die Kreuze greifen hier in nicht benachbarte, nach außen weisende Wellbereiche des Endlosbandes ein.

Es ist möglich Rollen als Umlenkmittel 5, 6 einzusetzen. Die Rollen können aus Formgedächtnisschaumstoff hergestellt werden, der sich perfekt der Form des Bandes anpasst und somit optimalen Halt gewährleistet. Ein weiterer Vorteil des Schaumstoffs ist der hohe Reibungskoeffizient. Die Rollen können dabei unterschiedlich gestaltet sein, da auf einer Rolle die Bipolymere erwärmt sind und damit flach und auf der anderen Rolle kalt und gestaucht. Eine unterschiedliche Größe kann auch dabei helfen eine Vorzugsrichtung vorzugeben als Ersatz/Ergänzung zu den Ratschen.

Eine Welle (nicht näher dargestellt) ist mit einem der Umlenkmittel 5, 6 gekoppelt und mit einer Vorrichtung zur Energieabnahme verbunden. Es können auch mehr als zwei Umlenkmittel 5, 6 vorhanden sein. Das Endlosband 1 weist mindestens ein erstes und ein zweites Bandtrum auf, wobei das erste Bandtrum direkt oder durch entsprechende Einrichtungen erwärmbar und/oder das zweite Bandtrum kühlbar ist.

Das eine Bandtrum ist durch eine warme Zone 9 geführt, wobei die warme Zone durch einen Sonnenkollektor gebildet sein kann. Das andere Bandtrum ist durch eine kalte Zone 10 geführt, wobei die Kühlung durch Umgebungsluft erfolgen kann.

Es sind eine Vielzahl von Wellbereichen zur Längenänderung bei Temperaturänderung am Endlosband ausgebildet. Das Endlosband 1 weist insbesondere Wellbereiche auf, die asymmetrisch durch das Material und oder durch die Gestaltung aufgebaut bzw. geformt sind. Das Endlosband 1 verformt sich durch eine Längenänderung und ist aus mindestens zwei Schichten 2, 3 von Material unterschiedlicher Wärmeausdehnung gefertigt.

Wie beschrieben weist die erste Schicht 2 einen ersten Kunststoff auf und die zweite Schicht 3 weist einen zweiten Kunststoff oder Kohlenstofffasern auf, wobei das Endlosband 1 unter Wärmeeinfluss reversibel verformbar ist.

Der Wärmemotor 4 zeichnet sich dadurch aus, dass das Endlosband 6 sehr günstig herstellbar ist und zusätzlich in einem Temperaturbereich von -20 Grad Celsius bis 110 Grad Celsius arbeiten kann, wobei ein Wärmeunterschied zwischen der warmen Zone 9 und der kalten Zone 10 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 des Endlosbandes 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 Endlosbänder 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 Endlosbändern 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 Endlosbands. Der Strang 25 kann zunächst auf eine weitere Rolle 26 aufgewickelt werden. Danach kann der Strang 25 wieder abgewickelt und die einzelnen Endlosbande 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.

Bei dem Herstellverfahren (vgl. Fig. 5) werden zwei große Rollen 7, 8 benutzt auf denen Wellblech aufgespannt ist, sodass die Wellen wie Zahnräder ineinander greifen. Die Rollen 7, 8 sind an Aufhängungen 27, 28 drehbar angeordnet. Es ist denkbar dass beide oder nur eine Rolle 7, 8 angetrieben wird. Die Rollen 7, 8 werden dann übereinander so angeordnet dass zwischen den Rollen 7, 8 der Rohling 31 in Form eines losen Doppelschichtbauteils( die Schichten 2, 3 sind insbesondere noch nicht verbunden) geformt wird. Eine oder beide Rollen 7, 8 sind mittels Heizelementen 29 geheizt, sodass sich die Kohlenstofffaser mit dem Polyamid unter dem Druck zwischen den Rollen 7, 8 in der Arbeitszone 30 miteinander verbindet. Dabei ist es wichtig, die Polyamidschicht immer nach einer Wellenlänge zu unterbrechen, damit sich die Effekte nicht aufheben, da sich in der Welle die Krümmung der Wellbereiche unter Temperatureinwirkung immer wieder abwechselt und aufhebt. Die Unterbrechung kann entweder in die Wellentäler oder auf die Wellenberge durch Unterbrechungselemente 30 bspw. Eisenstangen an der Rolle 8 bzw. eine Vorrichtung zum Schneiden bspw. ein spitzes Dreieck ausgebildet werden, die dann die Polyamidschicht unterbricht.

Nach Durchlaufen der Arbeitszone 33 entsteht aus dem Rohling 31 ein Strang 32 mit Wellbereichen aus dem das Endlosband 1 gefertigt werden kann. Der Strang 32 wird geschnitten und die Enden werden miteinander verbunden.

Fig. 6 zeigt eine weitere Anlage zur Herstellung eines Endlosbandes. Ein oberer Kunststoff 34 und ein unterer Kunststoff 35 werden vorzugsweise über (nicht näher bezeichnete) Rollen bereitgestellt und mittels einer Presse 36 miteinander verpresst. Die Presse 36 weist einen Pneumatikzylinder 37 auf, wobei der Pneumatikzylinder 37 eine Pressplatte 38 bewegt. Die Presse 36 weist ferner eine weitere Pressplatte 39 als Gegenstück auf. Zwischen die Pressplatten 38,

39 werden der obere und untere Kunststoff 34, 35 eingeführt und mittels der Presse 36 verpresst. Die untere Pressplatte 39 wird hierbei über einen

Heizstrahler 40 beheizt. Mit der Presse können insbesondere Kohlefaser und das PBT oder auch Polyamid unter Hitze und Druck zusammengepresst werden. So entsteht das zweilagige Endlosband 25.

Fig. 7 zeigt eine Maschine, mit der dem Endlosband seine Wellenform aufgeprägt wird, indem eine geheizte Schneide bzw. ein Schwert 41 Knicke 42 in das Endlosband drückt. Das Schwert arbeitet dabei zwischen zwei Rohren 43, 44 oder Zylindern, die die Wellenberge des Endlosbands 25 formen. Das Schwert 41 wird mittels mindestens eines Heizelementes 45 beheizt und mittels eines Pneumatikzylinders 46 quer zur Längserstreckung des Endlosbandes 25 bewegt. Das Schwert 41 ist so geformt, dass es perfekt auf die Rollen des Wärmemotors 1 passt. Der Kunststoff wird so stark erhitzt (über die Schmelztempertaur), dass er aufgeschmolzen wird durch das Schwert 41.

Fig. 8 zeigt eine weitere Ausgestaltung eines Endlosbandes 47, wobei zunächst eine PBT-Folie 48 in einer Abkantbank geknickt worden ist, um die Wellenform zu bekommen. Danach werden Kohlenstofffasern 49, die vorher mit Epoxidharz getränkt worden sind, aufgebracht worden . Die Kohlenstofffasern 49 werden dabei auf weniger als die Breite der Wellenberge zugeschnitten, sodass in den Knicken (Wellentälern) keine Kohlefasern 49 angeordnet sind.

Fig. 9 zeigt eine Anlage bzw. Produktionsmaschine für zweischichtige Kunststoff-Fasern 50 Eine Kohlefaser 51 wird zunächst von einer Rolle 19 abgewickelt. Mittels eines Kunststoffextruders 21 wird nun eine Kunststoffschicht 23 durch eine Düse 22 auf die Kohlefaser 51 aufgebracht. Hiernach werden die Kohlefaser 51 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 Kohlefaser werden beim Durchlaufen der Verjüngung erhitzt und zusammengepresst und somit verdichtet. Die Faser 50 kommt so aus der Düse 22, dass an dem unteren Teil der Faser 50 der Kunststoff 23 an der Düse abgestreift wird. Oben verbleibt der Kunststoff 23 an der Faser 50. Dadurch, dass die Faser 50 selber in sich verzwirbelt ist, ist die fertige Faser 50 spiralförmig mit Kunststoff 23 ummantelt, was den Bipolymereffekt verstärkt.Die Kunststoffschicht 23 wird somit auf die Kohlefaserschicht 20 gedruckt. Es entsteht ein Strang 25 einer Kunststofffaser 50. Der Strang 25 kann zunächst auf eine weitere Rolle 26 aufgewickelt werden. Diese Faser 50 kann auch als Bipolymergarn bezeichnet werden.

Eine Möglichkeit besteht darin, mit der Faser 50 funktionelle Bekleidung (alles was man am Körper trägt) herzustellen. Kleidung könnte sich an die Außentemperatur anpassen, indem der Stoff dichter wird und damit besser isoliert oder sich weitet, um mehr Wärme vom Körper abzuführen. Die Kleidung könnte auch Funktionen haben beim Anziehen, für den perfekten Halt bzw. Hervorhebung bestimmter Körperregionen. In der Medizintechnik wären Prothesen oder ein Gips mit einer solchen Faser 50 denkbar, die sich durch die Körpertemperatur perfekt anpassen. Es sind auch andere Medizingeräte denkbar zur Nutzung von Bipolymermatierialien, wie beispielsweise ein Stent aus Bipolymermaterial oder einem Gewebe aus Fasern mit entsprechenden Schichten. In allen Anwendungen in der Medizin in der

Formgedächtnismaterialien eingesetzt werden, können diese durch Bipolymermaterialien ersetzt werden.

Die Faser 50 kann auch in Klebstoffen eingesetzt werden. Die Faser kann geordnet oder ungeordnet in dem Klebstoff angeordnet sein. Bei Wärmeeinwirkung kräuselt sich die Faser 50 und verformt den Klebstoff, was zur Ablösung des Klebstoffes vom Untergrund führt. Dabei wird ein Klebestreifen so präpariert, dass, wenn der Klebestreifen erhitzt wird, sich die Faser kräuselt bzw. zusammenzieht und den Klebestreifen dadurch ablöst. In der praktischen Anwendung könnten Klebestreifen mit einem Föhn einfach und rückstandsfrei entfernt werden.

Inspiriert ist diese Anwendung durch die Verwendung von

Formgedächtnismetallen in der Waferproduktion. Die Wafer (Silizium zur Herstellung von Prozessoren) müssen während der Produktion sehr exakt und sehr stark fixiert werden aber später auch wieder gelöst werden. Dies geschieht dadurch, dass die Formgedächtnismetalle erhitzt werden und den Kleber dadurch ablösen.

Allgemein kann die Faser 50 als günstiger Ersatz für

Formgedächtnismaterialien eingesetzt werden. Unter anderem zur Fixierung oder Ablösung durch Wärme und zur Ausübung von Funktionen.

Bezugszeichenliste : Endlosband

Schicht

Schicht

Wärmemotor

Kreuz/Umlenkmittel

Kreuz/Umlenkmittel

Rolle

Rolle

warme Zone

kalte Zone

Isolierung / Trennebene

Federmittel

Federmittel

Kunststoffextruder

Düse

Strang

Lüfter

Rolle

Rolle mit Kohlefaserrovings

Kohlefaser schicht

Kunststoffextruder

Düse

Aufgedruckte Kunststoffschicht

Aluminiumblock mit Verjüngung zur Erhitzung und Verdichtung beider Schichten

Strang für Endlosband

Rolle zur Aufwicklung

Aufhängung

Aufhängung

Heizelement Unterbrechungselement

Rohling/loses Doppelschichtbauteil Strangform mit Wellbereichen Arbeitszone

Kunststoff

Kunststoff

Presse

Pneumatikzylinder

Pressplatte

Pressplatte

Heizstrahler

Schwert

Knicke

Rohr

Rohr

Heizelement

Pneumatikzylinder

Endlosband

PBT-Folie

Kohlenstofffaser

zweischichtige Kunststoff-Faser Kohlefaser