DE102007031289B4

DE102007031289B4 - Winkel-Ausrichtungsapparat

Info

Publication number: DE102007031289B4
Application number: DE102007031289A
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-07-05
Filing date: 2007-07-05
Publication date: 2013-11-28
Anticipated expiration: 2027-07-06
Also published as: DE102007031289A1

Abstract

Winkel-Ausrichtungsapparat mit zwei Freiheitsgraden zur kontrollierten Reflexion von Strahlung einer beweglichen Strahlungsquelle (1), wobei durch rückgekoppelte Regelung über einen Strahlungsrichtungsdetektor (20) ein durch Antrieb relativ zum Unterbau (2) beweglicher Reflektor (4) automatisch so ausgerichtet wird, dass die reflektierte Strahlung (15) eine Zielfläche (3) trifft, und zur Gewinnung eines Rückkopplungssignales ein Teil der reflektierten Strahlung (15) durch eine ein- oder mehrteilige strahlungsundurchlässige Blende (22) abgeschattet wird, welche zwischen der Zielfläche (3) und dem Reflektor (4) angeordnet ist, und die Blende (22) eine erste Kante hat mit einer ersten Kanten-Tangente (23), die im ausgerichteten Zustand zur Richtung der reflektierten Strahlung (15) einen Winkel von 90 Grad bildet, und die Blende (22) eine zweite Kante hat mit einer zweiten Kanten-Tangente (24), die im ausgerichteten Zustand zur Richtung der reflektierten Strahlung (15) einen Winkel von 90 Grad bildet, und die erste Kanten-Tangente (23) zur zweiten Kanten-Tangente (24) einen Winkel (29) von 90 Grad mit einer maximalen Abweichung von 50 Grad bildet, und die zweite Kanten-Tangente (24) mit einer maximalen Abweichung von 30 Grad zu einer ersten Drehachse (18) des Reflektors (4) parallel verläuft, und die erste Kanten-Tangente (23) mit einer maximalen Abweichung von 30 Grad zu einer zweiten Drehachse (19) des Reflektors (4) parallel verläuft: und sich auf einer vom Reflektor (4) zur Zielfläche (3) verlaufenden ersten Geraden (25), die im ausgerichteten Zustand zur Richtung der reflektierten Strahlung (15) parallel ist, und die die erste Kanten-Tangente (23) an der ersten Kante schneidet, ein erster Strahlungssensor (27) zwischen der Blende (22) und Zielfläche (3) befindet, der ein erstes elektrisches Ein-Bit-Signal liefert, dessen Signalflanke bei Erreichen der Abschattungsgrenze einem elektrischen Steuergerät (21) ermöglicht, den Reflektor-Antrieb so zu steuern, dass die reflektierte Strahlung (15) die Zielfläche (3) trifft. und sich auf einer vom Reflektor (4) zur Zielfläche (3) verlaufenden zweiten Geraden (26), die im ausgerichteten Zustand zur Richtung der reflektierten Strahlung (15) parallel ist, und die die zweite Kanten-Tangente (24) an der zweiten Kante schneidet, ein zweiter Strahlungssensor (28) zwischen der Blende (22) und Zielfläche (3) befindet, der ein zweites elektrisches Ein-Bit-Signal liefert, dessen Signalflanke bei Erreichen der Abschattungsgrenze dem elektrischen Steuergerät (21) ermöglicht, den Reflektor-Antrieb so zu steuern, dass die reflektierte Strahlung (15) die Zielfläche (3) trifft ...

Description

Technisches Gebiet:
Die Erfindung betrifft einen Winkel-Ausrichtungsapparat mit zwei Freiheitsgraden zur kontrollierten Reflexion oder Absorption von Strahlung einer beweglichen Strahlungsquelle. Hauptanwendungsgebiet ist die Sonnenenergienutzung, wobei die Erfindung entweder als Heliostat oder als Absorber-Nachführung verwendet werden kann. Ein Heliostat reflektiert die Strahlung der Sonne auf eine feststehende Zielfläche durch kontrollierte Veränderung der Winkel seines Reflektors in zwei Winkelebenen. Die Zielfläche kann ein Fenster oder Lichtschacht sein, um Innenräume preiswert auszuleuchten. Die Zielfläche kann ein Absorber sein, der vom Heliostaten immer optimal senkrecht bestrahlt wird. Um die Strahlungsdichte auf der Absorptionsfläche zu erhöhen, sind Reflektoren parabolisch gekrümmt oder es werden mehrere plane Reflektoren auf die gleiche Zielfläche ausgerichtet. Bei Phasen-kritischen Anwendungen wie Satellitensignal-Reflektoren darf nicht facettiert werden. Falls der Absorber ein Fotovoltaik-Modul ist, wird elektrischer Strom und Wärme erzeugt. Die Wärme eines thermischen Absorbers kann für Heizzwecke, Nutzwassererwärmung, als Prozesswärme oder nach dem Prinzip der Diffusionsabsorptionskältemaschine zu Kühlzwecken genutzt werden. Eine Stirling- oder Dampfmaschine wandelt Wärme in mechanische Energie um, die einen elektrischen Generator antreiben kann.
Stand der Technik:
Die bisher bekannten Technologien der Sonnennutzung sind genauso wie andere regenerativen Energiequellen kaum konkurrenzfähig gegenüber den fossilen Energieträgern. Sonnenenergie mit ihrer niedrigen Energiedichte und nur etwa 11% zeitlicher Verfügbarkeit in Deutschland muss aufwändig geerntet, konzentriert und umgeformt werden, was mit Heliostaten geschehen kann. Die sogenannten Polar-Heliostaten stellen einen linearen Zusammenhang zwischen Azimut- und Elevationswinkel des Reflektors und dem Drehwinkel des oft Zeit-gesteuerten Antriebes her. Polar-Heliostaten benötigen also keine rückgekoppelte Regelung der Antriebe und keinen Strahlungsrichtungsdetektor. Dafür brauchen sie eine Präzisionsmechanik, die abhängig von der globalen Position und der Zeit exakt ausgerichtet werden muss.
Um bei geringem Materialeinsatz stabile und witterungsbeständige Winkel-Ausrichtungsgestelle mit zwei Freiheitsgraden für den Reflektor eines Heliostaten herzustellen, bieten sich Konstruktionen mit zwei Hub-Zug-Antrieben und fünf Kreuzgelenken an, wobei wegen des nichtlinearen Zusammenhanges zwischen Reflektorwinkel und Antriebswinkel meist eine rückgekoppelte Regelung der Antriebe unter Zuhilfenahme eines Strahlungsrichtungsdetektors zur korrekten Ausrichtung verwendet wird. Die herkömmlichen Strahlungsrichtungsdetektoren bestehen pro Drehachse des Winkel-Ausrichtungsgestells aus mindestens zwei meist photo-elektrischen Strahlungssensoren, die zur Erhöhung der Ausrichtungsgenauigkeit meist durch eine Schlitzblende teilweise abgeschattet werden, wie in DE 2852465 A1 oder EP 1475582 A2 (claims 7,8,9, 10 und 12). Die Schlitzblende wandelt Winkeländerungen des den Strahlungsrichtungsdetektor treffenden Lichtes in Strahlungsleistungsänderungen auf den Sensoren um. Die systematischen Probleme dieser herkömmlichen Strahlungsrichtungsdetektoren sind vielfältig: Um hohe Ausrichtungsgenauigkeit zu erreichen, müssen die beiden Strahlungssensoren die gleiche Breite wie die Schlitzbreite der Blende haben, sehr dicht nebeneinander montiert sein, und die auswertende Elektronik im Steuergerät muss die Signale der Strahlungssensoren analog und mit großer Präzision messen. Bei Analog-Digital-Wandlungen sind Auflösungen von mindestens 16 Bit nötig. Großflächige Sensoren sind teuer und empfindlich für eingestreute Störungen. Genaue und störreduzierende Auswerte-Elektroniken sind teuer und langsam, wodurch die Winkelmessungen bei stillstehendem Antrieb erfolgen müssen, also statisch sind. Toleranzen bei der Schlitzbreite der Blende, beim Abstand zwischen Blende und den beiden Sensoren, beim Abstand der Sensoren und bei der Paarung der Sensoren und aller Komponenten der Auswerte-Elektronik erzeugen Winkel-Messfehler. Dadurch entstehen Unsymetrien der auf die Sensoren wirkenden Strahlungsleistungen, was wiederum Winkelmessfehler durch Temperatur-Drift wegen ungleicher Erwärmung der Sensoren bewirkt. Geringe Alterungseffekte der Sensoren haben ebenfalls große Winkelmessfehler zur Folge.
Aufgabenstellung:
Bei einem Winkel-Ausrichtungsapparat mit zwei Freiheitsgraden zur kontrollierten Reflexion oder Absorption von Strahlung einer beweglichen Strahlungsquelle mit rückgekoppelter Regelung der Antriebe mittels Strahlungssensoren sollen die Probleme herkömmlicher Strahlungsrichtungsdetektoren, die mit zwei Strahlungssensoren pro Drehachse hinter einer Schlitzblende arbeiten, eliminiert werden. Die Probleme der aufwändigen analogen Sensor-Signalverarbeitung bei der Ankopplung an das elektrische Steuergerät des Winkel-Ausrichtungsapparates sollen beseitigt werden. Die Winkel-Ausrichtungsgenauigkeit soll gesteigert werden. Diese Aufgabe wird für Heliostaten mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und für Absorber mit den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs 2 gelöst. Der neuartige dynamisch-digitale Strahlungsrichtungsdetektor für Winkel-Ausrichtungsapparate mit zwei Freiheitsgraden zur kontrollierten Reflexion oder Absorbtion von Strahlung einer beweglichen Strahlungsquelle mit rückgekoppelter Regelung verwendet nur einen Strahlungssensor pro Drehachse in Kombination mit der Kante einer Blende, und die Strahlungssensoren übermitteln nur digitale Ein-Bit-Signale über das Vorzeichen der Winkelabweichung vom Sollwert an das elektrische Steuergerät. Die herkömmliche analoge, statische Differenzbildung wird ersetzt durch eine Dynamisierung d. h. Differenzbildung mittels Bewegung des Reflektors oder des Absorbers oder der Strahlungsquelle.
Vorteile:
Durch konsequente Minimierung des Aufwandes für den Strahlungsrichtungsdetektor und dessen Einbindung in den Regelkreis des Winkelausrichtungsapparates ermöglicht die Erfindung gemäß der Ansprüche insbesondere als Heliostat das Ernten solarer Strahlungsenergie zu Preisen, die mit denen fossiler Energieträger konkurrieren können. Der dynamisch-digitale Strahlungsrichtungsdetektor liefert zu einem Bruchteil der Kosten bisher verwendeter Detektoren eine erheblich höhere Ausrichtungsgenauigkeit und eliminiert vollständig die Probleme mit analogen Komponenten. Die starke Reduzierung der Teile-Anzahl und damit der Ausfall-Wahrscheinlichkeit des Gesamtsystems ermöglicht jahrelangen unbeaufsichtigten bewitterten Dauerbetrieb.
1 zeigt den Winkel-Ausrichtungsapparat im Heliostat-Betrieb mit dem Strahlungsrichtungsdetektor für reflektierte Strahlung.
2 zeigt Anwendungen des Winkel-Ausrichtungsapparates und Ausführungsbeispiele.
3 zeigt den Winkel-Ausrichtungsapparat im Absorber-Betrieb mit dem Strahlungsrichtungsdetektor für direkte Strahlung.
Detailbeschreibung mit Ausführungsbeispielen:
Da der neuartige Strahlungsrichtungsdetektor und seine neuartige dynamnisch-digitale Einbindung in den Regelkreis, der das Gesamtsystem Winkel-Ausrichtungsapparat bildet, zur sinnvollen Funktion ein angetriebenes Schwenkgestell mit Reflektor oder Absorber, ein elektrisches Steuergerät und die bewegliche Strahlungsquelle benötigt, erscheinen diese in der Beschreibung, in den Bildern und in den Ansprüchen, obwohl sie zum Stand der Technik gehören und nicht Gegenstand dieser Patentanmeldung sind. Herkömmliche Heliostate haben auch Reflektoren auf angetriebenen Schwenkgestellen, Schrittmotore, immaterielle Drehachsen, Foto-Sensoren für reflektiertes Licht, Blenden oder rückgekoppelte Regelungen, aber nie in der extrem einfachen und sinnvollen Kombination gemäß dem Hauptanspruch 1 oder dem unabhängigen Nebenanspruch 2, deren kennzeichnende Merkmale alle UND-verknüpft sind. Die Neuartigkeit resultiert aus dem gleichzeitigen Vorhandensein aller Merkmale. Der folgende Text beschreibt den Winkel-Ausrichtungsapparat im Heliostat-Betrieb mit dem Strahlungsrichtungsdetektor für reflektierte Strahlung gemäß 1. Das beispielhafte Schwenkgestell für den Reflektor (4) besteht aus fünf Kreuzgelenken (5, 11, 12, 13, 14) mit zwei Spindel-Hub-Zug-Antrieben (8, 9), deren Antriebsschrittmotore in die Gelenke 13 und 14 integriert sind. Beispielhaft ist hier immer nur ein Antrieb (8 oder 9) aktiv, also nie beide Antriebe gleichzeitig, wodurch die beiden immateriellen Drehachsen 18 und 19 entstehen. Der Reflektor 4 soll die Strahlung 10 der beweglichen Strahlungsquelle 1 so reflektieren, dass die reflektierte Strahlung 15 die Zielfläche 3 trifft. Zum Erreichen dieser gewünschten Ausrichtung des Reflektors 4, also zum Anfahren eines gewünschten Azimut- (6) und Elevationswinkels (7), werden die Antriebe (8, 9) von einem elektrischen Steuergerät (21) angesteuert, das über den Strahlungsrichtungsdetektor (20 = 22 + 27 + 28) ein Rückkopplungssignal über das Vorzeichen der Winkelabweichung erhält. Damit ist der Regelkreis geschlossen über 15, 22, 27 (oder 28), 21, 8 (oder 9), 4. Der Strahlungsrichtungsdetektor 20 besteht aus einer Blende 22 und den beiden Strahlungssensoren (27, 28). Der Begriff Strahlungssensor beschreibt hier ein einzelnes, einfaches, kleinflächiges, strahlungsempfindliches Bauteil wie z. B. eine Leuchtdiode.
In anderen Patentanmeldungen wird der Begriff Strahlungs- oder Foto-Sensor auch für komplexe Kombinationen aus mehreren Bauteilen (z. B. Foto-Brücken) teilweise mit Blenden, optischen Linsen oder integrierter Auswerte-Elektronik verwendet. Dies ist deutlich zu unterscheiden. Da der Heliostat Strahlung auf die Zielfläche 3 reflektieren soll, muss der Strahlungsrichtungsdetektor zwischen Reflektor 4 und Zielfläche 3 montiert sein und dem Steuergerät 21 Signale liefern, ob und wie der Winkel der reflektierten Strahlung 15 vom Soll-Wert abweicht. Bisher wurden für diese Zwecke zwei Strahlungssensoren pro Reflektor-Drehachse mit oder ohne Schlitzblende verwendet. Hier wird nur ein Strahlungssensor pro Reflektor-Drehachse eingesetzt in Zusammenspiel mit der Kante einer Blende 22. Dadurch spart man sich die halbe Anzahl Strahlungssensoren, deren Paarung, die fehlerträchtige Differenzbildung der Sensorsignale, die fehlerträchtige Fertigung und Ausrichtung einer Schlitzblende und die aufwendige Signalverarbeitung der herkömmlichen Sensoranordnung im Steuergerät.
Der neuartige Strahlungsrichtungsdetektor nach Anspruch 1 oder 2 arbeitet im Gegensatz zur bisherigen statischen Technik optisch als auch elektronisch rein dynamisch und im Gegensatz zur bisherigen analogen Technik optisch als auch elektronisch rein digital.
Während die bisherigen statischen Sensoren beste Messergebnisse liefern bei Antriebsstillstand, liefert der dynamische Strahlungsrichtungsdetektor nur Nutzsignale (Flanken), wenn der Antrieb aktiv ist oder sich die Strahlungsquelle bewegt. Da sich die Sonne ständig bewegt, und da ein Heliostat ohnehin seinen Antrieb mit Zeitabständen von wenigen Sekunden aktivieren muss, stellt die Dynamisierung des Strahlungsrichtungsdetektors keinen Nachteil dar. Wenn sich der Reflektor dreht, wandert der Kantenschatten der Blende 22 über den zugehörigen Strahlungssensor, dieser starke und schnelle Helligkeitswechsel (Lichtflanke) wird vom Strahlungssensor (27 oder 28) in ein elektrisches digitales Ein-Bit-Signal über das Vorzeichen der Winkelabweichung vom Sollwert übersetzt (Spannungsflanke), das vom Steuergerät 21 direkt digital weiterverarbeitet wird zur Ansteuerung der Antriebe (Antriebsaktivitäten: Stop, Hub 8, Zug 8, Hub 9 oder Zug 9).
Als Strahlungssensoren 27, 28 eignen sich prinzipiell alle Halbleiterbauteile mit strahlungsdurchlässigem Gehäuse. Bei Glasdioden wirft der Anschlussdraht unerwünschte Schatten, Fotodioden und Fototransistoren sind teuer und zu lichtempfindlich, LDRs sind teuer, zu lichtempfindlich, zu großflächig und zu langsam. Obwohl eine LED (Light Emitting Diode) als Lichtsender produziert wird, sind viele LED-Typen auch geeignet als Lichtsensor. Sie sind sehr preiswert, haben ein optisch geeignetes Gehäuse, sind schnell genug, haben eine geeignete schlechte Lichtempfindlichkeit und liefern bei Bestrahlung aktiv Spannung, wodurch keine Ruhestrom-Versorgung nötig ist, und die LED elektrisch direkt an einen Digitaleingang eines CMOS-Mikrocontrollers angeschlossen werden kann. Es entfällt die Paarung der Signal-verarbeitenden Bauteile, die Ruhestromschaltung und ihr Energieverbrauch, die analoge oder digitale Differenzbildung, der Analog-Digital-Konverter, die Referenzspannungsquellen, Verstärkerschaltungen, die Abgleicharbeit, Probleme mit Temperaturdrift der analogen Bauteile und die Software, um all das zu verwalten. Die Software im Programmspeicher des Mikrocontrollers im Steuergerät 21 kann um so einfacher beschaffen sein, je größer die Eindeutigkeit der Zusammenhänge zwischen Drehbewegung des Reflektors, Umdrehungen der Antriebsmotore und Signale der Strahlungssensoren ist. Nichtlinearität und gegenseitige Beeinflussung fördern die Instabilität des Gesamtsystems, reduzieren die Ausrichtungsgenauigkeit und – geschwindigkeit und erfordern mehr und schnellere Software-Routinen zur Kompensation. Zur Schaffung möglichst großer Eindeutigkeit der Zusammenhänge aus Sicht der Software sollten die Kanten-Tangenten 24, 25 parallel verlaufen zu den Drehachsen 18, 19 des Reflektors, und die Kanten-Tangenten 24, 25 sowie die Drehachsen 18, 19 sollten einen rechten Winkel bilden. Systembedingte und fertigungstechnische und absichtliche Abweichungen können und müssen mittels Software kompensiert werden, was wegen der hohen Rechenleistung moderner Mikrocontroller preiswert möglich ist. Selbst Winkel-Fehler von über 50 Grad können noch kompensiert werde, was sich in der Formulierung der Ansprüche wiederfindet („mit einer Abweichung von maximal 50 Grad”). Optimierungskriterium für den rückgekoppelten Regelkreis ist das direkte und schnelle Anfahren der optimalen Reflektorwinkel (z. B. alle 10 Sekunden) ohne überflüssige Aktivierung der Antriebe durch Einschwingvorgänge oder ungenügende Entkoppelung der Drehachsen-Regelschleifen. Dies schont die Mechanik und spart Antriebsenergie.
Bei gewünschten hohen Ausrichtungsgenauigkeiten von besser als 0, 1 Grad, was einer Abweichung von 0,1 Meter auf eine Zielflächen-Distanz von 60 Meter entspricht, stoßen herkömmliche statische Strahlungsrichtungsdetektoren ohne optische Linsen an ihre Grenzen. Der Prototyp des dynamischen Strahlungsrichtungsdetektors erreicht, obwohl er nur Ein-Bit-digital arbeitet, Ausrichtungsgenauigkeiten von 0,02 Grad ohne optische Linsen. Der Ausrichtungsfehler beträgt also nur 0,02 Meter auf 60 Meter Zielflächen-Distanz, was den Einsatz kleiner Reflektoren und kleiner Absorber ermöglicht. Um für die Ausrichtungsgenauigkeit schädliche Hysterese-Effekte durch Lagerspiel oder nicht-punktförnmige Strahlungsquelle oder Strahlungssensoren zu minimieren, kann das elektrische Steuergerät die Reflektor- oder Absorber-Antriebe so steuern, dass die optimale Ausrichtung immer bei gleicher Signalflanke (steigend oder fallend) des Ein-Bit-Signals erreicht wird, d. h. das Anfahren der Soll-Winkel aus immer der gleichen Richtung verbessert die Ausrichtungsgenauigkeit, erfordert aber mehr Antriebsaktivität. Die Vorgabe der Zielfläche bei Inbetriebnahme des Heliostaten erfolgt durch mechanische Veränderung der Winkel zwischen Zielfläche 3 und Blende 22 oder den Strahlungssensoren 27, 28 bei aktiver Rückkopplung rein visuell, wodurch Justierhilfen oder Zubehörteile unnötig sind. Bei kleinen oder mobilen Heliostaten kann es vorteilhaft sein, den Strahlungsrichtungsdetektor fest mit dem Unterbau zu verbinden und die Winkelstellung des ganzen Unterbaus relativ zur Zielfläche zu verändern. Falls man mehrere Strahlungsrichtungsdetektoren auf verschiedene Zielflächen einjustiert und einem Reflektor zuordnet durch elektrisches Umschalten im Steuergerät, läßt sich die Zielfläche schnell und einfach wechseln.
Absorberbetrieb: Für den Betrieb des Winkel-Ausrichtungsapparates als Absorber gemäß Anspruch 2 wird der Strahlungsrichtungsdetektor (120 = 122 + 127 + 128 in 3) mit der Absorberfläche 104 verbunden und so eingestellt, dass die einfallende Strahlung 10 senkrecht auf den Absorber 104 trifft. Durch diese Nachführung des Absorbers steigt dessen geerntete Strahlungsenergiemenge um etwa 30% gegenüber einem unbeweglichen Absorber. Die neuartigen Lösungen der technischen Probleme wurden bereits in der Beschreibung des Heliostatenbetriebes erörtert und werden deshalb hier nicht wiederholt.
Prototyp: Das Ausführungsbeispiel in 1 zeigt den Prototypen des Winkelausrichtungsapparates als Heliostaten für flächigen Unterbau 2, wobei der Reflektor 4 zur besseren Übersicht verkleinert dargestellt ist. Der Glas-Metall-Reflektor auf Aluminiumrahmen des Prototypen ist 0,6 Meter breit. Die Kreuzgelenke 5, 11, 12, 13, 14 bestehen aus zugeschnittenen und gebohrten Aluminium- und Edelstahl-Halbzeugen. Die Antriebsspindeln der Hub-Zug-Antriebe 8, 9 sind 1 Meter lange M6-Gewindestangen und werden direkt angetrieben von zwei Schrittmotoren, die in die Kreuzgelenke 13, 14 integriert sind. Um Azimut-Winkelveränderungen der Sonne von 180 Grad zu folgen, beträgt der Azimut-Winkel-Schwenkbereich des Reflektors (Änderung des Winkels 6) über 90 Grad. Um Elevationswinkelveränderungen der Sonne von 90 Grad zu folgen, beträgt der Elevationswinkel-Schwenkbereich des Reflektors (Änderung des Winkels 7) über 45 Grad. Im Nachführbetrieb wird ein Watt Antriebsleistung benötigt, und ein kompletter Reflektorschwenk dauert etwa zehn Minuten. Die Strahlungssensoren sind grüne 3 mm LEDs und der Mikrocontroller im Steuergerät 21 ist ein MSP430 von Texas Instruments. Die Vorgabe der Zielfläche erfolgt durch Winkelveränderung des gesamten Unterbaus (Chassisplatte).

Claims

Winkel-Ausrichtungsapparat mit zwei Freiheitsgraden zur kontrollierten Reflexion von Strahlung einer beweglichen Strahlungsquelle (1), wobei durch rückgekoppelte Regelung über einen Strahlungsrichtungsdetektor (20) ein durch Antrieb relativ zum Unterbau (2) beweglicher Reflektor (4) automatisch so ausgerichtet wird, dass die reflektierte Strahlung (15) eine Zielfläche (3) trifft, und zur Gewinnung eines Rückkopplungssignales ein Teil der reflektierten Strahlung (15) durch eine ein- oder mehrteilige strahlungsundurchlässige Blende (22) abgeschattet wird, welche zwischen der Zielfläche (3) und dem Reflektor (4) angeordnet ist, und die Blende (22) eine erste Kante hat mit einer ersten Kanten-Tangente (23), die im ausgerichteten Zustand zur Richtung der reflektierten Strahlung (15) einen Winkel von 90 Grad bildet, und die Blende (22) eine zweite Kante hat mit einer zweiten Kanten-Tangente (24), die im ausgerichteten Zustand zur Richtung der reflektierten Strahlung (15) einen Winkel von 90 Grad bildet, und die erste Kanten-Tangente (23) zur zweiten Kanten-Tangente (24) einen Winkel (29) von 90 Grad mit einer maximalen Abweichung von 50 Grad bildet, und die zweite Kanten-Tangente (24) mit einer maximalen Abweichung von 30 Grad zu einer ersten Drehachse (18) des Reflektors (4) parallel verläuft, und die erste Kanten-Tangente (23) mit einer maximalen Abweichung von 30 Grad zu einer zweiten Drehachse (19) des Reflektors (4) parallel verläuft: und sich auf einer vom Reflektor (4) zur Zielfläche (3) verlaufenden ersten Geraden (25), die im ausgerichteten Zustand zur Richtung der reflektierten Strahlung (15) parallel ist, und die die erste Kanten-Tangente (23) an der ersten Kante schneidet, ein erster Strahlungssensor (27) zwischen der Blende (22) und Zielfläche (3) befindet, der ein erstes elektrisches Ein-Bit-Signal liefert, dessen Signalflanke bei Erreichen der Abschattungsgrenze einem elektrischen Steuergerät (21) ermöglicht, den Reflektor-Antrieb so zu steuern, dass die reflektierte Strahlung (15) die Zielfläche (3) trifft. und sich auf einer vom Reflektor (4) zur Zielfläche (3) verlaufenden zweiten Geraden (26), die im ausgerichteten Zustand zur Richtung der reflektierten Strahlung (15) parallel ist, und die die zweite Kanten-Tangente (24) an der zweiten Kante schneidet, ein zweiter Strahlungssensor (28) zwischen der Blende (22) und Zielfläche (3) befindet, der ein zweites elektrisches Ein-Bit-Signal liefert, dessen Signalflanke bei Erreichen der Abschattungsgrenze dem elektrischen Steuergerät (21) ermöglicht, den Reflektor-Antrieb so zu steuern, dass die reflektierte Strahlung (15) die Zielfläche (3) trifft, und die Blende (22) und erster Strahlungssensor (27) und zweiter Strahlungssensor (28) über den Unterbau (2) so mit der Zielfläche (3) verbunden sind, dass erste Gerade (25) und zweite Gerade (26) relativ zur Zielfläche (3) positionsstabil und winkelstabil sind, und dass erste Blende (22) und erster Strahlungssensor (27) und zweiter Strahlungssensor (28) den Strahlungsrichtungsdetektor (20) bilden, und der erste und der zweite Strahlungssensor durch Bauart oder durch Abschirmung nur Strahlung aus Richtung des Reflektors detektieren kann mit einer maximalen Abweichung von 90 Grad.
Winkel-Ausrichtungsapparat mit zwei Freiheitsgraden zur kontrollierten Absorption von Strahlung einer beweglichen Strahlungsquelle (1), wobei durch rückgekoppelte Regelung über einen Strahlungsrichtungsdetektor (120) ein durch Antrieb relativ zum Unterbau (2) beweglicher Absorber (104) automatisch so ausgerichtet wird, dass die einfallende Strahlung (10) der Strahlungsquelle (1) senkrecht auf den Absorber (104) trifft, und zur Gewinnung eines Rückkopplungssignales ein Teil der einfallenden Strahlung (10) durch eine ein- oder mehrteilige strahlungsundurchlässige Blende (122) abgeschattet wird, wobei die Blende (122) während des Betriebes positionsstabil und winkelstabil mit dem Absorber (104) verbunden ist, und die Blende (122) eine erste Kante hat mit einer ersten Kanten-Tangente (123), die im ausgerichteten Zustand zur Richtung der einfallenden Strahlung (10) einen Winkel von 90 Grad bildet, und die Blende (122) eine zweite Kante hat mit einer zweiten Kanten-Tangente (124), die im ausgerichteten Zustand zur Richtung der einfallenden Strahlung (10) einen Winkel von 90 Grad bildet, und die erste Kanten-Tangente (123) zur zweiten Kanten-Tangente (124) einen Winkel (129) von 90 Grad bildet mit einer maximalen Abweichung von 50 Grad, und die zweite Kanten-Tangente (124) parallel verläuft zu einer ersten Drehachse (118) des Absorbers (104) mit einer maximalen Abweichung von 30 Grad, und die erste Kanten-Tangente (123) parallel verläuft zu einer zweiten Drehachse (119) des Absorbers (104) mit einer maximalen Abweichung von 30 Grad, und sich auf einer von der Strahlungsquelle (1) zum Absorber (104) verlaufenden ersten Geraden (125), die im ausgerichteten Zustand zur Richtung der einfallenden Strahlung (10) parallel ist, und die die erste Kanten-Tangente (123) an der ersten Kante schneidet, ein erster Strahlungssensor (127) zwischen Blende (122) und Absorber (104) befindet, der während des Betriebes kraftschlüssig und drehsteif mit dem Absorber (104) verbunden ist, und der ein erstes elektrisches Ein-Bit-Signal liefert, dessen Signalflanke bei Erreichen der Abschaffungsgrenze einem elektrischen Steuergerät (121) ermöglicht, den Absorber-Antrieb so zu steuern, dass die einfallende Strahlung (10) den Absorber (104) senkrecht trifft, und sich auf einer von der Strahlungsquelle (1) zum Absorber (104) verlaufenden zweiten Geraden (126), die im ausgerichteten Zustand zur Richtung der einfallenden Strahlung (10) parallel ist, und die die zweite Kanten-Tangente (124) an der zweiten Kante schneidet, ein zweiter Strahlungssensor (128) zwischen Blende (122) und Absorber (104) befindet, der während des Betriebes kraftschlüssig und drehsteif mit dem Absorber (104) verbunden ist und der ein zweites elektrisches Ein-Bit-Signal liefert, dessen Signalflanke bei Erreichen der Abschattungsgrenze dem elektrischen Steuergerät (121) ermöglicht, den Absorber-Antrieb so zu steuern, dass die einfallende Strahlung (10) den Absorber (104) senkrecht trifft, und Blende (122) und erster Strahlungssensor (127) und zweiter Strahlungssensor (128) einen Strahlungsrichtungsdetektor (120) bilden, und der erste und der zweite Strahlungssensor durch Bauart oder durch Abschirmung nur Strahlung aus Richtung der Strahlungsquelle detektieren kann mit einer maximalen Abweichung von 90 Grad.