AT513404A1 - Solargrill bzw. -kocher - Google Patents

Abstract

Mobiler Solargrill oder Solarkocher mit einemParabolspiegel aus verschwindend elastischerSpiegelfolie, der ihre rotationsparaboloide Formwährend der Fertigung beispielsweise durch plastischeVerformung mitgegeben wird. Im Einsatz wird dieSpiegelfolie entweder durch Überdruck an derVorderseite oder durch Unterdruck an der Rückseite inihrer vorgefertigten Form gehalten. Aufgrund dernichtelastischen Eigenschaften der Spiegelfolie ist dieForm des Parabolspiegels weitgehend unabhängig vomBetrag der Druckdifferenz. Diese kann durch eineLuftkammer, gebildet mit einer transparenten Membran ander Vorderseite der Spiegelfolie in Kombination miteinem Kreisring hergestellt werden, welcher in einemgeschwungenen Gestell aus Zeltstangen ruht, oder durcheinen Hohlraum an der Rückseite, welcher von eineraufblasbaren Halbkugelschale umschlossen wird. Gelagertin einem aufblasbaren Kreisring bildet dieHalbkugelschale ein Kugelgelenk, in dessen Drehpunktder Brennpunkt des Parabolspiegels zu liegen kommt.Eine hier angebrachte Halterung für das Kochgeschirrmuss so auch während der Nachführung des Spiegels nachdem Sonnenstand nicht bewegt werden.

Description

1 ;···.·· : Aktenzeichen • · · ··· ··· ··· · · • · * ····· ·· ····· • · · · · ··· · ·· ·· · ··· ·· ·

Die Erfindung betrifft einen Solargrill bzw.

Solarkocher mit einem aus Folie gefertigten und von Luftdruck in Form gehaltenen Parabolspiegel, eingebaut in ein Trägergestell in Leichtbauweise, oder in ein komplett aufblasbares Gestell. Damit eignet er sich insbesondere für den mobilen Einsatz.

Es gibt bereits eine Vielzahl an Solarkochern, die nach dem Prinzip eines das Sonnenlicht konzentrierenden Parabolspiegels arbeiten. Ihre Spiegel bestehen jedoch aus verhältnismäßig schweren Aluminiumsegmenten oder anderen zusammengebauten oder -gesteckten steifen Spiegelsegmenten. Daraus ergibt sich ein großes Packmaß, Gewicht und lange Aufbauzeit, was sie kaum für den mobilen Einsatz geeignet macht.

Der Erfindung liegt demnach die Idee zugrunde, die starren Spiegel durch eine luftgestützte Folie zu ersetzen, ebenso das starre Gestell durch eine Trägerstruktur in Leichtbauweise (z.B.

Zeltstangensystem) oder durch eine komplett aufblasbare Unterkonstruktion. Damit kann der Solarkocher bzw. Solargrill schnell auf- und abgebaut werden, klein und mit wenig Gewicht verpackt und überallhin mitgenommen werden, z.B. in öffentliche Parks, wo er überdies den Vorteil gegenüber herkömmlichen Holzkohlegrillern besitzt, dass keine Brandgefahr von ihm ausgeht.

Bereits seit längerem werden verschiedene Untersuchungen zu pneumatischen Solarkonzentratoren gemacht. Zu nennen sind hier DE 3030033 C2, US 1 /20 2:*··.·· ; Aktenzeichen • · · · · ♦ ··· ··· · · • · · · ···· · · · ···· • · · · · ··· « 3,326,624 sowie die Mfetä'llifteWbrSihkdnzentratoren von SPB. Nach unserem Kenntnisstand ist aber keine davon, weder was die Ausführung der Spiegelmembran, die Einbettung in die Trägerstruktur, den Anwendungsbereich noch die Art der Nachführung betrifft, direkt vergleichbar mit der hier vorgeschlagenen Erfindung bzw. kann ihre Funktion erfüllen.

Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf zwei Ausführungsbeispiele bzw. Varianten, welche in den beiliegenden Figuren schematisch dargestellt sind, weiter erläutert.

Fig.l zeigt eine Seitenansicht des Parabolspiegels von Variante A im Schnitt,

Fig.2 zeigt den Parabolspiegel von Variante A in der Aufsicht,

Fig.3 zeigt Variante A mit Gestell in einer perspektivischen Darstellung,

Fig.4 zeigt Variante B in der Seitenansicht im Schnitt.

Beiden Varianten gemein ist die Ausbildung des Parabolspiegels unter Verwendung einer vorgeformten Spiegelfolie aus Membranen bzw. verspiegelter Folie, welche durch Luftdruck in Form gehalten wird. Der äußere Rand der Paraboischüssel wird nach außen hin zur Aufnahme von Zugkräften befestigt, um die ungewollte Ausbildung des Pneus zu einer Kugelform zu verhindern. Dies geschieht über Laschen 4 oder über direkte 2/20

Aktenzeichen • · ·· · · · · · ·· · • ·· · · ^ · · · • ·· · · t ··· ··· « · • » · ····· ·· ·«··· • · · · * ··· ·

Befestigung an einem‘bml'aufett&efi* Kfeisring 1, oder an einer Halbkugelschale 15. Während der Fertigung der Spiegelfläche wird bereits die Form der späteren Parabolschüssel festgelegt („preshaped mirror"). Die Spiegelfolie 2 ist nicht elastisch dehnbar und wird während der Fertigung entweder als Ganzes durch ein thermisches oder anderweitiges Verfahren in die gewünschte Form gebracht (konvexe, rotations-parabelförmige Form), oder sie wird aus luftdicht zusammengefügten, ebenen bzw. planen, entsprechend zugeschnittenen Segmenten gebildet. Die Spiegelsegmente können dabei entweder ähnlich spitzwinkeliger gleichschenkeliger Dreiecke (radiale Segmente) in Form durchgehender Stücke vom Mittelpunkt bis zum Außenumfang zugeschnitten sein, oder als tangential umlaufende Streifen, die jeweils die Mantelfläche eines Kegelstumpfes bilden. Beide Möglichkeiten sind in Figur 2 gezeichnet (links bzw. rechts der senkrechten Symmetrieachse). Auch andere Zuschnitte sind möglich. Die Berechnung der Schnittformen geschieht jedenfalls immer so, dass eine möglichst große Annäherung an den idealen Rotationsparaboloiden entsteht.

Es ergeben sich nun zwei Varianten: es ist sowohl möglich, an der Oberseite (d.h. der spiegelnden Seite) der Spiegelfolie 2 eine transparente Membran 3 anzuordnen, am umlaufenden Rand luftdicht zu verbinden, und in den entstehenden Zwischenraum einen Überdruck einzubringen (Variante A), als auch die Spiegelfolie 2 3/20

Aktenzeichen • ·· · φ Ί · · · • · · φ φ φ φφφ ··· · · • φ φ · φφφφ φ φ · ···· φ φ φ φ · φ φ φ · durch Unterdrück in e*inb*r floftlkämmdir 19 an der Rückseite der Spiegelfolie in Form zu halten (Variante B) .

Im Folgenden wird Variante A eingehend beschrieben:

Der nach den obig geschilderten Merkmalen ausgebildete Pneu, bestehend aus der vorgeformten Spiegelmembran 2 und der transparenten Membran 3, ist in einen umlaufenden Kreisring 1 eingespannt bzw. an diesem befestigt. Dieser kann sowohl als Voll- als auch als Hohlstab und entweder in einem Stück oder zwecks verbesserter Mobilität auch aus mehreren steckbaren Einzelteilen gefertigt sein (z.B. Zeltstangensystem). Die Stäbe (bzw. Stabelemente) können bis zu einem gewissen Grad elastisch sein, oder aus starren, vorgeformten Materialien bestehen. Vorangegangenes gilt für alle verwendeten Stäbe der Konstruktion.

Der Pneu wird über ein Ventil 5 befüllt und entleert, um den formstabilisierenden Luftdruck zwischen den Folien 2 und 3 zu erreichen. Die Befestigung des Pneus am Kreisring 1 erfolgt über regelmäßig angeordnete Laschen. Alternativ kann die Verbindung auch über Schnüre, Haken oder direkte Integration des Kreisrings 1 in den Pneu erfolgen.

In Figur 3 ist die gesamte Anordnung der Version A dargestellt. Die Hauptstange 6 hat ein durchgehendes Erscheinungsbild. An den Enden und in der Mitte befinden sich die drei Lagerpunkte bzw.

Berührungspunkte mit dem Untergrund. Durch die 4/20

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Aktenzeichen

Konstruktion mit drei* Lägerp*ühkt*en ‘wird ein Wackeln auf unebenem Untergrund vermieden. Außerdem lässt sich der Solargrill durch Anheben der beiden hinteren Standfüße, z.B. an Querverstrebung 8, sehr leicht um den vorderen Auflagepunkt in der Mitte von HauptStange 6 drehen, um den Solargrill im Azimut der Sonne nachzuführen.

Die beiden Querverstrebungen 7 und 8 sorgen für Stabilität. Sie sind aber genauso wie zusätzliche Verspannungen in Form von Schnüren u.dgl. (nicht eingezeichnet) zur Aussteifung der Konstruktion bei einem entsprechend festen Hauptstab 6 optional.

Die Verbindungsstücke 9 beinhalten sowohl die Befestigungspunkte für die hitzebeständige Mittelstange 11 als auch die Drehgelenke 10. Die Mittelstange 11 besitzt in ihrem Streckenmittelpunkt eine feste (oder um die vertikale Achse drehbare) Verbindung mit der Stützstange 12, welche im Winkel von 90° zur Mittelstange 11 ausgerichtet ist und mit dieser eine waagrechte Ebene aufspannt, um eine sichere Standfläche für das Kochgeschirr zu bilden.

Die Verbindungsstäbe 13 sind mit dem Kreisring 1 unbeweglich verbunden, sodass das gesamte Spiegelelement um die Drehgelenke 10 geschwenkt werden kann. Der Parabolspiegel ist so dimensioniert, dass sein Brennpunkt exakt auf der Drehachse zu liegen kommt, genau mittig über dem Spiegel, wodurch er beim Schwenken des Spiegels ortsfest bleibt. Damit liegt der Brennpunkt wegen der mittig leichten Absenkung des Mittelstabes 11 etwas über der Standfläche des 5/20

Aktenzeichen • »· ··· >9·· ··· ·· • · ♦ ····· I # ····· • · · · · · · Φ ·

Kochgeschirrs und soi?i*it**im*Ifthei?en‘desselben, sodass es von allen konzentrierten Sonnenstrahlen getroffen wird.

Zur Fixierung des Spiegels im Höhenwinkel können z.B. zwei in ihrer Länge verstellbare Seile 14 benutzt werden, die einerseits am Kreisring 1, andererseits an der Hauptstange 6 etwa in Höhe der Querverstrebung 8 angebracht sind. Eine optimale Ausrichtung ist erreicht, wenn die VerbindungsStangen 13 genau auf die Sonne weisen, was sich am Schattenwurf überprüfen lässt.

Im Folgenden wird Version B, wie in Figur 4 dargestellt, eingehend beschrieben:

Die Konzentration des Sonnenlichts erfolgt wie bei Version A durch einen gleichartig gefertigten Parabolspiegel aus nicht elastisch dehnbarer Spiegelfolie 2. Um eine manuelle Nachführung nach dem Stand der Sonne zu ermöglichen, ist der Parabolspiegel 2 in eine Halbkugel 15 eingebettet und mit ihr luftdicht verbunden. Die Halbkugel ist in einem aufblasbaren Kreisring 16 gelagert. Kreisring 16 und Halbkugel 15 bilden ein Kugelgelenk, welches die Ausrichtung des Parabolspiegels 2 in jede Richtung erlaubt.

Die Form der Halbkugel 15 wird durch eine mit komprimierter Luft gefüllte Halbkugelschale 17 gebildet. Zwischen der inneren Membran 18 der Halbkugelschale 17 und dem Parabolspiegel 2 entsteht ein Hohlraum 19, in dem durch Abpumpen von Luft oder 6/20 7;···.·· ; Aktenzeichen # # ♦ · · · ··· ··· 0 0 Φ Φ · ΦΦΦΦ Φ Φ ΦΦΦΦ Φ Φ Φ Φ φ Φ Φ Φ φ durch vermindertes Eihstfröifieftla£*sert während dem Aufpumpen der Halbkugelschale 17 ein Unterdrück entsteht, welcher die Membran des Parabolspiegels 2 straff hält und damit dafür sorgt, dass die Spiegelgeometrie in der durch die Fertigung festgelegten konkaven Form fixiert ist.

Die Halbkugelschale 17 muss durch entsprechende Stege oder andere Verbindungen zwischen äußerer und innerer Membran stabilisiert werden. Zu diesem Zweck wird vorzugsweise Drop Stitch Fabric eingesetzt, d.h. die äußere Membran der Halbkugel 15 ist mit der inneren Membran 18 durch zahlreiche Fäden verbunden, die ein Ausbauchen verhindern. Alternativ kann die Halbkugelschale 17 aus mehreren gestapelten Kreisringen mit zur Basis hin kleiner werdendem Durchmesser realisiert werden, die entsprechend luftdicht miteinander verbunden sind, um ein Eindringen von Luft in den Hohlraum 19 zu verhindern. Eine weitere Möglichkeit ist eine Ausführung in vielen Schläuchen, die nach dem Prinzip der Tragstangen einer geodätischen Kuppel oder in einer andersartigen Struktur miteinander verbunden sind. Die Zwischenräume zwischen den Schläuchen werden mit einer Membran verschlossen, um den Hohlraum 19 abzuschließen. Dies verspricht große Stabilität bei zugleich verringertem Füllvolumen der Halbkugelschale 17, was in einer verkürzten Aufpumpzeit resultiert, eventuell mit hohem Druck.

Die Anordnung wird so dimensioniert, dass der Mittelpunkt 20 der Halbkugel 15 - er ist gleichzeitig 7/20

Aktenzeichen

Drehpunkt des Kugelgelenks * -’fnilf d^m Brennpunkt 22 des Parabolspiegels 2 zusammenfällt. Dadurch bleibt der Brennpunkt 22 stets ortsfest, und das hier positionierte Kochgeschirr (z.B. Pfanne) muss ungeachtet der Nachführung des Spiegels nicht bewegt werden. Somit kann es auf einer einfachen, unbewegten Halterung 21 ruhen. Alternativ kann die Halterung für das Kochgeschirr auch direkt an der nachgeführten Halbkugel befestigt sein, was jedoch Herausforderungen an die Konstruktion bezüglich der horizontalen Ausrichtung des Kochgeschirrs mit sich bringt.

Die Halterung 21 stellt den einzigen starren Teil des Solargrills nach Version B dar. Sie ist entweder direkt im Boden verankert, z.B. in den Boden gesteckt, verfügt über ein eigenes Standbein, oder ist mit dem Kreisring 16 entsprechend verbunden, um ihre Standsicherheit zu gewährleisten.

Um zu verhindern, dass die Halbkugelschale 17 samt Parabolspiegel 2 aus dem Kreisring 16 vom Wind weggeblasen wird, kann es sinnvoll sein, sie während des Einsatzes zu beschweren, z.B. mit integrierten Wassertanks. Auch eine Verankerung des Kreisrings 16 im Boden mittels Heringen sowie eine zur Nachführung leicht lösbare Verbindung zwischen Kreisring 16 und Halbkugel 15 in Form von Klettverschlüssen o.Ä. ist möglich.

Der Übersichtlichkeit wegen folgt eine Legende der in den Figuren verwendeten Bezugszeichen: 8/20

Aktenzeichen • φ ♦# φ Q φφφφ ## φ φφφφφ^φ φ φ • φ φ φ φ φ φφφ φφφ φ φ φ · φ φ φφφφ · φ φ φφφφ φφφφ φ φφφ φ

Kreisring ...........

Spiegelfolie / -membran (Rotationsparaboloid)

Transparente Membran

Befestigungslaschen

Ventil

Hauptstange

Untere Querverstrebung Obere Querverstrebung Verbindungsstücke

Drehgelenke zur Nachführung im Höhenwinkel

Mittelstange Stützstange VerbindungsStäbe Längenverstellbare Seile Halbkugel bzw. äußere Membran Pneumatischer Kreisring Halbkugelschale (Überdruck)

Innere Membran Hohlraum (Unterdrück) 9/20 ·· ·· · 1 Π···· ·· · • · · · · -1“w· · · • · · · · · ··· ··· · · • ·· » ···· · · » ···· • · · · ··· ·

Aktenzeichen 20 Mittelpunkt der ffaU5ku§e*l* 15 21 Halterung für Kochgeschirr 22 Brennpunkt des Parabolspiegels 2 10/20

Claims (8)

11 .*·..··. J.....·%§25/β£012 • · · ο··· · · · ο • · · · · #<;.··· · Patentansprüche**·* *··***·* *··* ; ··· 1. Solargrill bzw. Solarkocher mit pneumatisch gestützter Spiegeloptik, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotationsparaboloid der Spiegelfläche aus einer vorgeformten Spiegelfolie (2) von im entsprechenden Druckbereich vernachlässigbarer Elastizität besteht, welche durch einen davor befindlichen Überdruck oder einen dahinter befindlichen Unterdrück in ihrer vorgegebenen Form gehalten wird.

2. Parabolspiegel aus nichtelastischer Spiegelfolie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Annäherung an die rotationsparaboloide Form durch Zusammenfügen mehrerer Segmente nichtelastischer Spiegelfolie erfolgt, welche beispielsweise entweder ähnlich spitzwinkeliger gleichschenkeliger Dreiecke in Form durchgehender Stücke vom Mittelpunkt bis zum Außenumfang zugeschnitten sind, oder als tangential umlaufende Streifen, die jeweils die Mantelfläche eines Kegelstumpfes bilden, und welche luftdicht miteinander verbunden sind.

3. Parabolspiegel aus nichtelastischer Spiegelfolie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die rotationsparaboloide Form der nichtelastischen Spiegelfolie durch plastische Verformung erzeugt wird, etwa durch ein thermisches Tiefziehverfahren, sodass die gesamte Spiegelfläche aus einem einzigen Folienstück erzeugt werden kann. 11/20 12 12 ·· ·· ···· ·· • · · · · • · · · ··· • · ♦ · · • · · · · · $525/.8012 • · · · t ···· · • · ·

4. Solargrill bzw. Solarkocher mif^DrT^uMhtl'sctt ·** gestützter Spiegeloptik nach Anspruch 1 sowie Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass an der Spiegelseite der Spiegelfolie (2) eine transparente Membran (3) positioniert ist, mit welcher sie am umlaufenden Rand luftdicht verbunden ist, wobei diese Anordnung über Laschen (4), Schnüre oder andere Befestigungssysteme mit einem Kreisring (1) verbunden ist, sodass über ein Ventil (5) ein die Spiegelfolie (2) in ihrer vorgegebenen konkaven Parabelform stabilisierender Überdruck eingebracht werden kann.

5. Solargrill bzw. Solarkocher mit pneumatisch gestützter Spiegeloptik nach Anspruch 1 und 4 sowie Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägergestell im Wesentlichen aus einer einzigen durchgehenden Hauptstange (6), einer das Kochgeschirr mittels einer 90° verdrehten, um die Vertikalachse drehbaren Stützstange (12) tragenden Mittelstange, den optionalen Querverstrebungen (7,8), den der Sonnen-Nachführung dienenden Drehgelenken (9) und den Verbindungsstäben (13) besteht, welche letztere den Parabolspiegel in der passenden Entfernung zur Drehachse halten, sodass der Brennpunkt auf dieser zu liegen kommt, wobei sämtliche Stangen, einschließlich des Kreisrings (1), entweder vorgeformt sind oder elastisch, durch Schnüre oder entsprechende Textilelemente in Form gehalten werden, sowie aus mehreren zusammensteckbaren Teilstücken bestehen können, wie man es von Zeltstangen kennt. 12/20 13 .·*. .*·.:.....·$£>25//£012 • · · ι ·»· ♦ · · · .·.· · · »····* ·

6. Solargrill bzw. Solarkocher mit**prtfeifttiä tisch *** gestützter Spiegeloptik nach Anspruch 1 sowie Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiegelfolie (2) am Rand luftdicht mit einer aufblasbaren Halbkugelschale verbunden ist, sodass ein in den Hohlraum (19) eingebrachter Unterdrück die Spiegelfolie (2) in ihrer vorgegebenen konkaven Parabelform stabilisiert.

7. Solargrill bzw. Solarkocher mit pneumatisch gestützter Spiegeloptik nach Anspruch 1 und 6 sowie Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbkugelschale 17 vorzugsweise aus Drop Stitch Fabrik realisiert ist, bzw. dass die äußere Membran (15) und die innere Membran (18) durch zahlreiche Fäden oder Stege verbunden sind, die ein Ausbauchen der inneren Membran (18) verhindern.

8. Solargrill bzw. Solarkocher mit pneumatisch gestützter Spiegeloptik nach Anspruch 1, 6 und 7 sowie Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Geometrie der Anordnung derart aufeinander abgestimmt ist, dass der Brennpunkt (22) der Spiegelfolie (2) mit dem Dreh- und Mittelpunkt(20) der Halbkugelschale (17) zusammenfällt, sodass bei einer Lagerung der Halbkugel (15) in einem pneumatischen Kreisring (16) ungeachtet der Sonnennachführung eine ortsfeste Halterung für Kochgeschirr (21) verwendet werden kann. 13/20