Entropierad

Elastomere, d.h. schwach vernetzte Polymere, bilden eine eigene Materialklasse mit interessanten Materialeigenschaften. Der bekannteste Vertreter dieser Materialien ist der Naturkautschuk. Die Elastizität dieser Materialien beruht auf einer Änderung der Entropie des Systems bei Anlegung einer Spannung und nicht auf einer Änderung der inneren Energie wie in einem klassichen Festkörper, z.B. einem Metall. Das Temperaturverhalten eines entropieelastischen Materials bei angelegter Spannung ist umgekehrt im Vergleich zu einem klassischen Festkörper, bei einer Erhöhung der Temperatur erhöht sich die Spannung des Elastomers.

Diese Eigenschaft kann für eine besondere Form der Wärmemaschine ausgenutzt werden, dem Entropierad. Die Speichen dieses Rades bestehen aus Elastomeren, der untere Bereich wird erwärmt, die Spannung erhöht sich, und das Rad beginnt sich zu drehen. So kann Wärme, z.B. in Industrieabwässern, ausgenutzt und in mechanische Arbeit oder in Strom umgewandelt werden.

Ein Forschungsprojekt unserer Gruppe ist Optimierung des Entropierades, sowohl von der Seite der Elastomere her als auch von der Konstruktion und Mechanik des Systems.

Ein einfacher Prototyp des Entropierades (Heizung über 60°C warmes Wasser, Kühlung durch Raumluft) zeigt die prinzielle Funktion des Systems (siehe Flash-video oben). Alternativ können sie einen kleinen Film (*.wmv, 15 sec, 1.2 Mbyte) herunterladen.

Für die Erzielung höher Drehmomente benötigen Sie eine größere Menge an Polymer, was in deutlich höhere Kräfte auf Lager und Achsen resultiert. Daher benötigt man eine stabile mechanische Konstruktion, die entgegen der Skizze oben nicht über eine frei gelagerte Radachse, sondern über über einen festen, einstellbaren Exzenter verfügt. Die folgende Abbildung zeigt den momentaren Entwicklungstand.