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Die
Erfindung betrifft eine Schwenkmechanik zur zweiachsigen Nachführung von
Objekten bei paralleler Orientierung der nachzuführenden Objekte. Insbesondere
können
solartechnische Empfänger eingesetzt
werden.
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Zum
typischen Stand der Technik gehören astronomische
und solartechnische Einheiten. Dies sind unter anderem Solareinrichtungen,
die der Einstrahlungsrichtung entsprechend ausgerichtet werden sollen,
wie zum Beispiel Parabolspiegel, Heliostaten und photovoltaische
Einheiten. Die Schwenkmechanik kann auch zum Nachführen von
astronomischen Geräten
(Teleskopen, Antennen), zum Ausgleich der Erddrehung, benutzt werden.
Auch im Maschinen- und Gerätebau
sind Anwendungsmöglichkeiten
gegeben, wenn mehrere Gegenstände
einem Objekt, das sich auf einer Bahn bewegt, nachzuführen sind
oder synchron zueinander bewegt werden sollen. Beispiele hierfür sind Bearbeitungs-,
Montage-, Transport-, Kennzeichnungs- oder Messgeräte, die
auf Objekte wirken, die sich auf einer Bahn bewegen. Es können zum
Beispiel Werkzeuge, Werkstücke,
Greifer, Stellvorrichtungen oder andere Geräte sich bewegenden Objekten
(z. B. Werkstücke,
Werkzeuge, Behälter)
nachgeführt
oder für
verfahrenstechnische Anwendungen ausgerichtet werden.
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Wegen
des Aufwandes für
die Nachführung werden
Solareinrichtungen häufig,
unter Verzicht eines erheblichen Mehrertrags, fest montiert. Die
bekannten Nachführeinrichtungen
werden vor allem eingesetzt, um strahlungskonzentrierende Systeme der
Einstrahlungsrichtung entsprechend auszurichten. Auch herkömmlich Photovoltaikanlagen
werden durch aufwendige und kostspielige Unterbaukonstruktionen
dem Sonnenverlauf nachgeführt,
um ihren Ertrag zu optimieren. Die durch äußere Einwirkungen endstehenden
Belastungen, insbesondere durch Wind, sind der Grund dafür, dass
die bei Nachführungen
verwendeten Schenkmechaniken äußerst stabil
und somit sehr kostspielig konstruiert sind. Aufwändige Verankerungen
sind notwendig, um ein Umkippen großer zweiachsiger Nachführsysteme
für Solarempfänger durch
Wind zu verhindern. Wenn ein Strahlungsempfänger um eine Achse drehbar
ist, die parallel zur Erdachse liegt (parallaktische Montierung),
dann kann der Strahlungsempfänger
durch eine einfache Drehung mit der Winkelgeschwindigkeit von 15
Grad pro Stunde dem Sonnenstand nachgeführt werden. Diese Montierung
ist auch bei Teleskopen gebräuchlich.
Entsprechend der jahreszeitlich unterschiedlichen Bahn der Sonne
wird die Neigung des Strahlungsempfängers zur Achse in größeren Zeitabständen korrigiert.
Diese Nachführung
ist einfach in seiner Wirkungsweise, sie verlangt jedoch eine aufwendige
Konstruktion, weil die Drehachse entsprechend dem Breitengrad des
Aufstellungsortes schräg
montiert ist. Bei Solaranlagen mit einachsiger Nachführung wurde
deshalb oft auf eine senkrechte oder waagrechte Lagerung ausgewichen,
unter Verzicht auf einen Teil der nutzbaren Energie. Auch die Verwendung
von zwei Achsen, einer vertikalen Achse und eine horizontalen Achse,
mit Einzelsteuerung der Bewegungen um die Achsen, ist bekannt. Diese
Nachführung
verlangt jedoch aufwendige technische Maßnahmen zur Kippung um die
horizontale Achse. Bei sehr schweren Teleskopen wurde die parallaktische
Montierung ebenfalls verlassen und eine Lagerung mit vertikaler
und horizontaler Achse verwendet.
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Für Nachführungen
oder Ausrichtungen im Maschinen- und Gerätebau, beispielsweise bei Robotern
mit Einzelsteuerung der Bewegungen um mehrere Achsen, ergeben sich
Probleme bei schweren nachzuführenden
Geräten
mit hohen Genauigkeitsanforderungen, weil die Auslegung für große Tragfähigkeit
und hohe Steifigkeit zu aufwendigen Konstruktionen führt.
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An
bekannte, zweiachsige Schwenkmechaniken werden meistens Anforderungen
gestellt, die mit den herkömmlichen
Mitteln unvollständig
oder nur mit großem
Aufwand erfüllt
werden können
und somit oft unwirtschaftlich sind.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine zuverlässige, mit
möglichst
geringem Aufwand herstell-, installier- und betreibbare zweiachsige Schwenkmechanik
anzugeben, die in einfacher Weise den jeweiligen Gegebenheiten angepasst
werden kann.
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Gelöst wird
die Aufgabe mit einer Anordnung durch die Merkmale des Anspruchs
1 oder des Anspruchs 2. Weiterführungen
und Ausbildungen sind in den Unteransprüchen formuliert.
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Der
Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Schwenkmechanik geeignet
ist, die Objekte auf beliebigen Bahnen zu bewegen und nicht nur
auf einer bogenförmigen
Bahn, wie es häufig
für astronomische
oder solare Anwendungen vorgeschlagen wird. Durch die Anordnung
mehrerer kleiner Objekte, die im Verband, synchron, durch nur zwei
verhältnismäßig kleine
Stellmotoren zweiachsig nachgeführt werden,
ergeben sich gegenüber
den standardisierten Nachführungen
einzelner großer
Objekt mit im Verhältnis
gleichgroßer
nachzuführender
Fläche zahlreiche
Vorteile:
Die Anwendung auf schrägem – (auf Hausdächern) und
senkrechtem – (an
Fassaden) Untergrund ist möglich.
Geringer Windwiderstand macht aufwändige und kostspielige Verankerungen
am Untergrund überflüssig. Die
erfindungsgemäße Nachführungsmechanik
benötigt,
aufgrund ihrer flachen und somit wenig Momente erzeugende Bauweise,
nur verhältnismäßig schwache
Stellmotoren, die, im Verhältnis zu
den bei herkömmlichen
Nachführungen
eingesetzten Stellmotoren, viel weniger Strom benötigen. Durch
eine belüftete
Abdeckung ist die erfindungsgemäße Nachführmechanik
vor äußerlicher
Einwirkung geschützt
und daher auch in schwieriger Umgebung (z. B. in staubiger Umgebung)
nahezu wartungsfrei einsetzbar.
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Zur
Vereinfachung der Darstellung werden im Folgenden als nachzuführende Objekte
Solarzellen genannt. Die Schwenkmechanik ist jedoch prinzipiell
für alle
Einrichtungen anwendbar, bei denen Objekte parallel und simultan
auf einer gemeinsamen Bahn um eine erste Achse drehbar und um eine
zweite Achse schwenkbar auszurichten und nachzuführen sind.
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Besondere
Merkmale der Schwenkmechanik können
einzeln oder gemeinsam verwirklicht sein. Diese Merkmale sollen
kurz aufgezählt
werden.
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Der
erste Objektträger
(82) ist drehbar oder nicht drehbar und nicht linear verschiebbar.
Der zweite Objektträger
(84) ist drehbar und linear verschiebbar. Er ist von einem
Linearantrieb (11, 26) und von einem Drehantrieb
(51) beaufschlagbar gelagert. Diese Konstruktion kann auch
im umgedrehten Verhältnis
zueinander ausgebildet sei, wobei der erste Objektträger (82)
drehbar oder nicht drehbar und linear verschiebbar ist und der zweite
Objektträger drehbar
und nicht linear verschiebbar ist.
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Die
Lagerverbindungen zwischen Tragarm (92) und erstem oder
zweitem Objektträger
(82, 84) können
in zwei Varianten ausgebildet sein, wobei eine gelenkige Linearführung (z.
B. 83 in 1) des Tragarms (92)
jeweils immer an einem der beiden Objektträger auszubilden ist und eine „einfache” gelenkige
Lagerverbindung (z. B. 88 in Fig.) an einer anderen.
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Die
erste Gelenkverbindung (83) am ersten Objektträger (82)
kann als Drehgelenk und die zweite Gelenkverbindung (88)
am zweiten Objektträger
(84) als drehgelenkige Linearführung ausgebildet sein. Oder
die erste Gelenkverbindung (83) kann am ersten Objektträger (82)
als gelenkige Linearführung und
die zweite Gelenkverbindung (88) am zweiten Objektträger (84)
als Drehgelenk ausgebildet sein.
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Die
gelenkige Linearführung
kann beispielsweise als Langloch (93) im Tragarm (92)
ausgebildet sein, in dem ein, an einem der Objektträger (82 oder 84)
befestigter, als Stift ausgebildeter Mitnehmer (88) verschiebbar
läuft.
(näher
dargestellt in 3a) Der erste Objektträger (82)
kann als Rohr ausgebildet sein und koaxial in einem ebenfalls als
Rohr ausgebildeten zweiten Objektträger (84) liegen (näher dargestellt
in 3a).
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Die
einfachste Ausführung
der Erfindung besteht darin, dass nur eine Schwenkmechanik vorhanden
ist, so dass nur eine einzige Reihe von Objekten von der Schwenkmechanik
beaufschlagt wird. Die erweiterte Ausführung der Erfindung besteht
darin, dass parallel zu einer einzigen Schwenkmechanik mindestens
eine weitere Schwenkmechanik vorhanden ist, die gleichartig zur
ersten Anordnung ausgebildet ist. Hierzu reicht es aus, die für das Ausrichten der
ersten Schenkmechanik vorhandenen motorischen Antriebe für das Drehen
und das Schwenken, über
eine Transmission des Drehantriebs und über eine Transmission des Linearantriebs,
ebenfalls zum Schwenken und Drehen der parallelen Schwenkmechanik
einzusetzen (zu erkennen in 4 und 5).
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Es
reichen dann zwei Antriebe für
die zweiachsige Nachführung
eines mehrreihigen Objektverbandes aus.
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Die
Tragarme (92) stehen untereinander in einer festen Lagebeziehung.
Sie kann so sein, dass sie parallel zueinander stehen oder die Lagebeziehung
kann derart sein, dass die Oberfläche der Objekte (96)
parallel zueinander liegen.
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Die
Schwenkmechanik sollte automatisch gesteuert sein, wobei sich zwei
Alternativen anbieten, eine erste automatische Steuerung, die über eine
Messeinrichtung, die den Einstrahlungswinkel der Sonne bestimmt,
verfügt,
und eine andere automatische Steuerung, die über eine uhr- und kalendergesteuerte
Regeleinheit nach Tages- und Jahreszeit verfügt.
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Die
Schwenkmechanik kann mit einer transparenten Abdeckung (70)
versehen sein, so dass die Anordnung mindestens windgeschützt aufgestellt
ist. Bei einer vollständigen
Abdeckung der gesamten Anordnung kann eine Lüftung (Luftstromeinlass 73, Luftstromauslass 74)
erforderlich sein. (10)
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Schematische
Darstellungen und bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
sind in den Figuren im Einzelnen dargestellt. Wobei die Figuren zeigen:
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1 schematische
Darstellung der Schwenkmechanik,
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2 eine
Draufsicht auf den äußeren Rand einer
Schwenkmechanik und den Linear antrieb,
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3a und 3b zwei
Schnittdarstellungen zu 2,
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4 eine
erste Ansicht des Schwenkantriebs in paralleler Anordnung,
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5 eine
zweite Ansicht des Schwenkantriebs in paralleler Anordnung,
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6 eine
Draufsicht der Schwenkmechanik und des Linearantriebs in paralleler
Anordnung,
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7 Schnittdarstellung
einer alternativen Lagerung im Getriebeschlitten,
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8 Schnittdarstellung
bei einer weiteren alternativer Ausführung (Linearbewegung des Außenrohrs)
und
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9 Gesamtansicht
einer transparent abgedeckten Anordnung.
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Der
Kern der Erfindung ist in der 1 schematisch
dargestellt, mit der die Schwenkmechanik erläutert wird. Die Prinzipskizze
(1) zeigt den Aufbau einer Schwenkanordnung für zwei,
in einer linearen Reihe angeordnete, Objekte (96). Die
Anordnung ist auf einer Unterlage oder auf einem Fundament (70)
befestigt. Die Unterlage (70) kann horizontal oder geneigt
gegen die Erdoberfläche
angeordnet sein (z. B. bei der Montage auf Schrägdächern) oder auch senkrecht
zur Erdoberfläche
stehen (z. B. bei der Montage an Fassaden). Der Kern der Anordnung besteht
aus zwei parallel angeordneten, langgestreckten Objektträgern (82, 84),
wobei der erste Objektträger
(82) in einer von den Lagern (52, 53)
des zweiten Objektträgers
(84) definierten Drehachse (86) liegt (koaxial).
Die Objektträger
können
stangenförmig
oder als Rohre (wie in 2 bis 10)
ausgebildet sein. Für
die prinzipielle Betrachtung spielt der Querschnitt der langgestreckten
Objektträger
keine Rolle.
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Jeder
Tragarm (92) ist an beiden Objektträgern (82, 84)
befestigt, wobei ein erster Befestigungspunkt (83) am ersten
Ende (87) des Tragarms (92) liegt und dort drehbar
und linear verschiebbar gelagert ist und ein zweiter Befestigungspunkt
(88) zwischen dem ersten Ende (87) und dem Befestigungspunkt
(95) des Tragarms (92) liegt und dort drehbar
gelagert ist.
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In
einer der beiden gelenkigen Verbindungen (83, 88)
des Tragarms (92) muss, zusätzlich zu der Drehlagerung,
eine Längsverschiebung
des Tragarms möglich
sein (in 3a durch ein Langloch 93) mit
Stift (88) realisiert). In welchem der beiden Lagerverbindungen
(83, 88) eine zusätzlich Längsverschiebung des Tragarms
(92) möglich
ist, kann variieren. Beide Alternativen führen zum erfindungsgemäßen Ergebnis.
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Der
erste Befestigungspunkt (83) befindet sich in der Achse
(86). Dies ist jedoch nicht zwingend erforderlich. Die
Längserstreckung
des ersten Objektträgers
(82) ist in 3b als Kurbelwelle ausgebildet,
so dass diese Konstruktion zu einem anderen ersten Befestigungspunkt
(83), unterhalb oder oberhalb, parallel zur Drehachse (86, 86a)
führt.
Bei diesem ersten Objektträger
(82) in „Kurbelform” würde der
Abstand zwischen den beiden Lagerstellen (83, 88)
möglichst
groß gestaltet
sein und somit die Übersetzung der
Hebelwirkung im Tragarm (92) positiv beeinflusst werden.
Der erste Objektträger
muss jedoch für
den Linearantrieb im Lager 12 (2 und 3a),
koaxial zu der Lagerung (52, 53) des zweiten Objektträgers (84),
in einer gemeinsamen Drehachse (86) gelagert sein. Bei
der Drehbewegung (51) behält das Lager (12)
seine Position stets bei, da Linearbewegung und Drehbewegung an
der Stelle Lager (12) voneinander abgekoppelt sind.
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Durch
gezielte Drehbewegung (51) des zweiten Objektträgers (84)
werden die Tragarme (92) und mit ihnen die Objekte (96)
um die Drehachse (86) bewegt und lassen sich somit um die
erste Achse (86) der Nachführung ausrichten. Durch gezielte
Linearbewegung (11) des ersten Objektträgers (82) gegen den
zweiten Objektträger
(84) werden die Tragarme (92) und mit ihnen die
Objekte (96) geschwenkt und somit um die zweite Achse (y-y
in 3a) der Nachführung
ausgerichtet.
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Es
ist anzumerken, dass es von der Ausbildung der gelenkigen Verbindung
(83) am ersten Objektträger
(82) abhängt,
ob der erste Objektträger (82)
bei der Drehbewegung (51) des zweiten Objektträgers (84)
mitgedreht wird oder nicht. Das Gelenk (83) kann als doppelgelenkige
Verbindung (83')
(auf dem ersten Objektträger
verdrehbares Gelenk) ausgeführt
sein (in 7 dargestellt), so dass sich
der erste Objektträger
(82) bei der Drehbewegung (51) nicht mitbewegt
und somit das Lager (12) für den Linearantrieb durch eine
feste Einspannung (12')
am Getriebeschlitten (14) ersetzt werden kann.
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Es
ist anzumerken, dass die Linearbewegung (11) für die Schwenkung
des Tragarms um die Achse (y-y) nicht zwingend gemäß 1 über den ersten
Objektträger
(82) erfolgen muss, sondern sie auch über den zweiten Objektträger (84)
eingeleitet werden kann (dargestellt in 8), so dass
nicht der erste Objektträger
(82) gegen den zweiten Objektträger (84) verschoben
wird, sondern der zweite Objektträger (84) gegen den
ersten Objektträger
(82) (dargestellt in 8). Die
Erfindung soll somit nicht auf die Linearführung allein am ersten Objektträger (82) eingeschränkt sein.
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Die
Lagerung der Schwenkanordnung (82, 84) erfolgt
in mindestens zwei oder, wie in 3a dargestellt,
drei Lagern (12, 90, 91) für die Linearbewegung
und in zwei Lagern (52, 53) für die Drehbewegung (51).
Die Lager (90, 91), die den ersten Objektträger (82) bei
der Linearbewegung in seiner Bewegung führen (in 3a als
Gleitlagerhülse
(90) dargestellt), können
koaxial in die Lager (52, 53) für die Drehbewegung
integriert werden (3a Gleitlagerhülse (90)).
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Die
einfachste Ausführung
der Erfindung besteht darin, dass nur eine Schwenkmechanik vorhanden
ist, so dass nur eine einzige Reihe von Objekten von der Schwenkmechanik
beaufschlagt wird. Die erweiterte Ausführung der Erfindung besteht
darin, dass parallel zu einer einzigen Schwenkmechanik mindestens
eine weitere Schwenkmechanik vorhanden ist, die gleichartig zur
ersten Anordnung ausgebildet ist (erkennbar in den 4, 5, 6 und 9).
Hierzu reicht es aus, die erwähnten
motorischen Antriebe ebenfalls für
das Schwenken und Drehen der parallelen Schwenkmechaniken einzusetzen,
so dass zwei Antriebe für
die zweiachsige Auslenkung eines mehrreihigen Objektverbandes ausreichen.
Der Linearanrieb wird über
die gemeinesame Achse (24) an die parallelen Schwenkmechaniken
vermittelt. Die Drehmechanik wird über die Transmission – Hebelarm
(62), Schubstangenverbindung (64) vermittelt.
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Eine
Ausführungsform
der Erfindung wird in der Draufsicht der 2 und der
Schnittdarstellungen 3a und 3b deutlich,
mit denen die Schwenkmechanik im konstruktiven Zusammenhang erläutert wird.
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Gegenüber der
schematischen Darstellung der 1 werden
in den Darstellungen der weiteren Figuren nunmehr konkrete Konstruktionen
mit Objektträgern
aus zwei koaxial angeordneten Rohren (Hohlzylinder (82)
und (84)) angesprochen. Innenrohr (82) und Außenrohr
(84) sind gegeneinander über zugehörige, motorische Antriebe (10, 50)
linear verschiebbar gelagert. Als Objekte werden nunmehr Solarzellen
oder auch Parabolspiegel oder Fresnel-Linsen betrachtet.
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Die
Objekte (Solarzellen) liegen in einem Rahmen (94) und sind
dort befestigt (Befestigung 95). Die Größe der Solarzellen (96)
kann die übliche Herstellgröße von ca.
10 × 10
cm oder 12 × 12
cm sein. Der Rahmen ist, in 1 und 3, senkrecht (δ = 90°) zum Tragarm angebracht. Es
kann jedoch konstruktiv sinnvoll sein, den Rahmen (94)
der Solarzelle mit einem dem Neigungswinkel der Unterlage (70) gegen
die Erdoberfläche (zum
Beispiel bei der Montage auf Schrägdächern) angepassten Befestigungswinkel
(δ) am Tragarm
(92) anzuordnen.
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Es
kann sinnvoll sein, den Befestigungswinkel (δ) von der geografischen Breite
des Standorts abhängig
einzustellen, wobei als Ausgangsstellung gewählt werden kann, dass die Objekte
(Solarzellen) bei einem bestimmten Tag des Jahres (mittags) senkrecht
zur Sonne ausgerichtet sind. Die Wahl der Grund- oder Mittelstellung
der Schwenkmechanik und die des Befestigungswinkels (δ) kann der
Fachmann aus Solarstrahlungsdaten des Aufstellungsortes ermitteln
und einrichten.
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Des
Weiteren kann es sinnvoll sein, den Befestigungswinkel (δ) so zu wählen, dass
der notwendige Bewegungsradius des Tragarms reduziert wird. Der
Tragarm (92) kann in diesem Fall kürzer sein, was eine insgesamt
flachere Konstruktion möglich macht.
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Bei
der Wahl des Befestigungswinkels (δ) ist darauf zu achten, dass
die Abstände
der Objekte im Objektverband untereinander so zu wählen sind, dass
die durch einen Winkel δ < 90° gesteigerte Schattenbildung
berücksichtigt
ist.
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Zu
erwähnen
ist noch, dass es sinnvoll sein kann, die Achse(en) (86)
der Schwenkanordnung(en) in Nord-Süd-Richtung zu positionieren,
um die Bewegungsabläufe
der zweiachsigen Nachführung
zu optimieren (siehe auch 9).
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Als
Grundstellung der Objekte (Solarzellen) kann eine Stellung definiert
werden, in der der Tragarm (92) senkrecht zur Achsmitte
(86) der Schwenkanordnung steht. Der Schwenkbereich überstreicht dann
ausgehend von dieser Grundstellung in beiden Schwenkrichtungen (Winkel
h) einen Bereich von ca. 60°,
welcher dadurch begrenzt sein kann, dass die Zellenrahmen (94),
in denen die Objekte (96) gefasst sind, in Berührung mit
der Schwenkmechanik kommen. Der mögliche Schwenkbereich wird
somit von der Geometrie der Objekte, dem Befestigungswinkels δ und der
Länge des
Tragarms (92), sowie der Dimensionierung der Konstruktion
begrenzt. Der Bereich der Drehbewegung ist ähnlich wie der der Schwenkbewegung
von der Geometrie der Anordnung abhängig. In 1 ist
die Drehbewegung durch den Winkel γ angedeutet.
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Es
ist möglich
und sinnvoll, die Lagerung (83) (siehe Länge des
Langlochs 93 beispielsweise in 3a) so
zu dimensionieren, dass der Schwenkbereich eingrenzt ist und es
somit zu keiner Kollision der Träger
(94) mit der Anordnung kommt. Es kann außerdem auch
im Lager (12) (siehe Getriebeschlitten 14 in 3a)
ein Stopperelement die Bewegung des Innenrohrs (82) (des
ersten Objektträgers 82)
einschränken
und somit eine Kollision mit der Unterlage (70) vermeiden.
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Die
motorischen Antriebe (10, 50) (beispielsweise
ein Motor mit Drehmomentgetriebe) sitzen ebenfalls auf der Unterlage
(70), auf der die gesamte erfindungsgemäße Schwenkmechanik aufgebaut
ist. Der elektrische Antrieb der Elektromotoren kann aus einer unabhängigen Energiequelle
bezogen werden oder auch selbst aus der Leistung der Solarzellen
gespeist sein. Die elektrische Verkabelung (30) (6) der
Motoren erfolgt über
elektrische Leitungen.
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Der
motorische Antrieb (10) bewegt linear den ersten Objektträger (Innenrohr 82)
gegen den linear nicht verschiebbaren zweiten Objektträger (Außenrohr 84).
Der erste Objektträger
(Innenrohr 82) ist in einem Gleitlager (90) koaxial,
linear verschiebbar zum zweiten Objektträger (84) gelagert,
wobei über Zahnrad
(22) und Zahnstangengetriebe (20) ein Getriebeschlitten
(14) angetrieben wird. Der Getriebeschlitten (14)
wird durch zwei Führungsschienen
(16) auf der Unterlage (70) seitlich geführt, wodurch
die beiden Lager (12) den ersten Objektträger (82)
in der Linearbewegung (11) mitnehmen. Der erste Objektträger (82)
ist in den Lagern (12) des Getriebeschlittens (14)
drehbar beweglich.
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Die
Linearverschiebung des ersten Objektträgers (Innenrohr 82)
durch den Linearantrieb (10) bewirkt eine Hebelbewegung
am Tragarm (92), an dem das Objekt (96) angebracht
ist. Dadurch verkürzt
oder verlängert
sich der Abstand zwischen dem einachsigen Lager (83) (erster
Befestigungspunkt) und dem einachsigen Geschiebelager (Langloch 93 Steuerstift 88),
je nach Bewegungsrichtung und Ausgangsstellung. Die Hebelwirkung
erzeugt am anderen Ende des Tragarms (92), an dem der Rahmen (94)
für das
Objekt (96) fixiert ist, die gewünschte Schwenkbewegung (Winkel
h) um eine erste Achse (y-y). Die Drehung um die zweite Achse (86)
der Schwenkmechanik wird durch Drehbewegung (51) des Außenrohrs
(84) von einem zweiten motorischen Antrieb (50)
erzeugt, wodurch sich der Tragarm (92) und mit ihm auch
das an ihm fixierte Objekt (96) um die zweite Achse (86)
dreht.
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Der
Tragarm (92) wird (in 3a) an
seinem unteren Ende von einem Mitnehmerstift (83) gehalten,
wobei der Mitnehmerstift (83) sich am Ort der gemeinsamen
Drehachse (86) der beiden Rohre befindet. Mit der Linearbewegung
(11) des Innenrohrs (82) bleibt der Mitnehmerstift
(83) in jeder Position der Schwenkmechanik in der Achsmitte
(86) (3a) (oder wie in 3b dargestellt
auf einer Parallelen 86a zu der Achsmitte 86).
Die zweite Lagerstelle des Tragarms wird durch einen Steuerstift
(88) gebildet, der etwa am Außendurchmesser (Peripherie 84a) des
Außenrohrs
(84) angebracht ist und den Tragarm in einem Langloch (93)
durchdringt.
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Erkennbar
in 4 und 5 ist, dass mit Drehung (Pfeil 51)
des Außenrohrs
(84) über
den motorischen Antrieb (50) alle Solarzellen simultan
durch eine Hebelarm (62)-Schubstangenverbindung (64) mitbewegt
werden.
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Die 4, 5 und 6 zeigen
je eine Ansicht auf eine Ecke der erfindungsgemäßen Anordnung, mit unterschiedlichen
Stellungen der Solarzellen, in geschwenkter und gedrehter Position.
Mehrere Schwenkanordnungen sind parallel angeordnet. Alle tragen
ebenfalls eine Reihe von Solarzellen. Die 6 zeigt,
dass der Linearantrieb (10) von einem Elektromotor (mit
einem Drehmomentgetriebe 26) realisiert wird.
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An
einem der freien Enden (Endabschnitt 60) jeden Außenrohrs
(84) ist je ein Hebelarm (62) befestigt, der in 4 nach
unten (zur Unterlage 70 hin) zeigt. Zwischen den Hebelarmen
(62) ist je eine Schubstange (64) angeordnet,
so dass die Drehbewegung (51) des motorisch angetriebenen
Außenrohrs
auf alle weiteren parallel liegenden Außenrohre übermittelt wird.
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In
den 7 und 8 sind weitere Ausführungen
der Erfindung aufgeführt.
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In
der 7 ist der Getriebeschlitten (14) für den Linearantrieb
(anders als in 3a oder 3b) fest
mit dem Innenrohr verbunden (12'). Das Innenrohr (82)
ist nicht drehbar. Das untere und innere Ende des Tragarms (92)
ist über
ein Gelenk mit einer Hülse (83'), die das Innenrohr 82 lose
umfasst, verbunden. Die Hülse
(83') lässt nur
Rotations- aber keine Linearbewegungen auf dem Innenrohr (82)
zu. Das Innenrohr (82) wird bei Rotationsbewegung des Außenrohrs
(84) somit nicht mitbewegt. Die lineare Verschiebung des
Innenrohrs wird über
die Hülse (83') und die gelenkige
Verbindung auf den Tragarm (92) übertragen und erzeugt die Hebelwirkung
für die Auslenkung
des Tragarms. Bei der Rotation des Außenrohrs (84) wird
somit das Innenohr (82) nicht mitbewegt. Somit werden die
Bewegungsabläufe
der beiden Nachführachsen
(86 und y-y) nicht, wie in der zuvor beschriebenen Ausführungsform
in den Lagern (12), wie in 1 bis 4,
getrennt, sondern in der gelenkigen Hülse (83'). Ein Unterschied dieser Ausführung liegt
darin, dass die Hülse
(83') den
notwendigen Abstand zwischen dem Innen- und dem Außenrohr
vergrößert, was
eine dickere Rohrkonstruktion zur Folge hat. Außerdem ist für jede Tragarm-Innenrohr-Verbindung
jeweils eine eigene Hülse
nötig, so
dass in der Summe mehrere gelenkige Hülsenverbindungen eingesetzt
werden müssen.
Dies Ausführungsbeispiel
soll zeigen, dass anstelle der Gelenke (83, 88)
oder Hülsen
(83') auch
beliebig anders geartete gelenkige Verbindungen ausgeführt sein
können.
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In
der 8 ist der Getriebeschlitten (14), für den Linearantrieb, über zwei
Kugellager (12.1) mit dem Außenrohr (84) verbunden.
Das Innenrohr (82) ist an seinen äußeren Enden drehbar gelagert
(12''). In dieser
Ausführung
ist das Außenrohr
mit dem Linearantrieb beaufschlagt. Die Bewegungsabläufe der beiden
Nachführachsen
(86 und y-y) werden in dieser Ausführung (8) in dem
Lager (12.1) des Getriebeschlittens und in dem Lager (12'') des Innenrohrs (erste Objektträger 82)
von einander getrennt.
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In 9 ist
eine Gesamtansicht einer Anordnung mit einer transparenten Abdeckung
(75) gezeichnet. Auf dem Fundament (70) sind fünf Reihen einer
Schwenkmechanik angeordnet, die jeweils 6 Solarzellen (Objekte 96)
tragen. Die Schwenkmechaniken werden jeweils durch fünf Rohranordnungen (82, 84)
gebildet und von zwei elektrischen Antrieben (10, 50),
für das
Schwenken und für
das Drehen, in Bewegung gesetzt. Es ist angedeutet, dass die Achsen
der Schwenkmechaniken in Südrichtung
(S) liegen und dass somit die tägliche
Bewegung der Solarzellen um einen Winkel α (in der horizontalen Ebene) östlich und
westlich der Südrichtung
vollzogen werden kann.
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Bezugszeichen,
soweit auch im Text nicht aufgeführt:
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- 10
- Linearantrieb
(Schwenken), elektromotorischer Antrieb in einem Getriebegehäuse
- 11
- Linearbewegungsrichtung
(Schwenken)
- 12
- Lager
erster Objektträger
für Linearantrieb
- 12.1
- Lager
für den
ersten Objektträger
- 12'
- feste
Einspannung erster Objektträger mit
Getriebeschlitten
- 12''
- Lager
erster Objektträger
- 14
- Getriebeschlitten
- 16
- (innere, äußere) Führungsschienen
- 20
- Zahnstangengetriebe
- 21
- Zahnstange
- 22
- Zahnrad
- 24
- Welle
- 26
- Linearantrieb
erster elektromotorischer Antrieb
- 28
- Motorhalterung
auf Fundament
- 30
- Kabel
für den
Motor
- 50
- Drehantrieb,
zweiter elektromotorischer Antrieb
- 500
- Transmission
der Drehbewegung per Zahnriemenverbindung
- 51
- Drehrichtung
(Drehen)
- 52,
53
- Rillenkugellager,
Lagerung Drehbewegung
- 54
- Motorhalterung
- 56
- Zahnriemen,
Kette, Riementrieb
- 57', 57''
- Treibrad,
Aufnahmerad
- 58
- Lagergehäuse (Lagerung
Drehbewegung)
- 60
- Endabschnitte
Außenrohr
- 62
- Hebelarm
- 64
- Schubstange
- 70
- Unterlage
(Fundament, geneigte Fläche)
- 73
- Belüftung Einlass
- 74
- Belüftung Auslass
- 75
- transparente
Abdeckung
- 82
- erster
Objektträger,
Innenrohr
- 82a
- Oberkante
Innenrohr (erste längliche Öffnung für Tragarm 92)
- 82b
- Kurbelwelle
- 83,
83',
- zweites
Tragarmlager; Anlenkpunkt, Mitnehmerstift, Hülse, Doppelgelenkige Lagerverbindung)
- 84
- zweiter
Objektträger;
Außenrohr
- 84a
- Peripherie
Außenrohr
(zweite längliche Öffnung für Tragarm 92)
- 86
- Drehachse,
Mittelachse (erste Nachführachse – Schwenken)
- 86a
- Parallele
Gerade zur Mittelachse (86)
- 87
- Tragarmende
- 88
- Angriffspunkt
erstes Tragarmlager, Steuerstift, gelenkige Verbindung (mit oder ohne
Längsverschiebung)
- 90
91
- Lager
zweiter Objektträger
(Gleitlager; bzw. Festlager)
- 92
- Tragarm
- 93
- Langloch
- 94
- Rahmen,
Träger,
- 95
- Tragarmbefestigung
am Rahmen
- 96
- Objekte,
Solarzelle, Fresnel-Linse
- 98
- elektrische
Leitung Solarzelle
- y-y
- zweite
Nachführachse – Drehen
- α
- Winkelabweichung
aus Südrichtung
- h
- Schwenkwinkel
- γ
- Drehwinkel
- δ
- Winkel
am Tragarm