DE102008046049A1

DE102008046049A1 - Tragevorrichtung für einen Parabolspiegel

Info

Publication number: DE102008046049A1
Application number: DE102008046049A
Authority: DE
Inventors: Hermann Ross; Johannes Rozie
Original assignee: HERO GLAS VEREDELUNGS GmbH; HERO-GLAS VEREDELUNGS GmbH
Current assignee: Hero-Glas Veredelungs De GmbH
Priority date: 2008-09-08
Filing date: 2008-09-08
Publication date: 2010-03-11

Abstract

Die Aufgabe, eine leichte, montagefreundliche Parabolspiegelhalterung vorzusehen, wird mit einer Tragevorrichtung (1) für einen Parabolspiegel (2) gelöst, die wenigstens einen Tragekörper (3) aufweist, wobei der Tragekörper (3) eine gebogene Fläche (4) zur Aufnahme des Parabolspiegels (2) und eine Befestigungseinrichtung (5) zum Befestigen des wenigstens einen Tragekörpers (3) an einer Halteeinrichtung aufweist, wobei der wenigstens eine Tragekörper (3) aus einem Epoxidschaum besteht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Tragevorrichtung für einen Parabolspiegel und ein Verfahren zum Herstellen einer Tragevorrichtung für einen Parabolspiegel.
Parabolspiegel werden beispielsweise in solarthermischen Kraftwerken eingesetzt. Dabei dient der Parabolspiegel als Reflektor, der das einfallende Sonnenlicht auf einen Absorber reflektiert. Als Parabolspiegel sind beispielsweise rotationssymmetrische Parabolspiegel oder auch parabolrinnenförmige Spiegel bekannt. Bei einem Parabolrinnen-Kraftwerk bündeln solche rinnenförmigen Spiegel die einfallenden Sonnenstrahlen auf ein Rohr, das sich in der Brennlinie der Parabolrinne befindet. Durch die Absorption des Sonnenlichts wird im Rohr eine Wärmeträgerflüssigkeit erhitzt, mit der über einen Wärmetauscher Dampf erzeugt wird. Dieser Dampf kann dann mit einer Turbine zur Stromgewinnung genutzt werden.
Das Kollektorfeld eines Parabolrinnen-Kraftwerks besteht z. B. aus rund 6 Meter hohen und mehreren hundert Meter langen Parabolrinnen-Reihen. Diese Parabolrinnen sind präzise optische Geräte, die weniger als einen Millimeter genau ausgerichtet werden müssen, damit das einfallende Sonnenlicht möglichst gut in dem Absorber gebündelt werden kann. Die Parabolrinnen verlaufen in Nord-Süd-Richtung und werden entspre chend dem Tagesverlauf der Sonne von Ost nach West nachgeführt. Die Parabolrinnen werden durch parabelförmig gebogene Spiegel gebildet. Die genau parabelförmige Formgebung der Spiegel stellt eine technische Herausforderung dar.
Im Allgemeinen werden parabelförmige Einzelspiegel zu einem größeren parabelförmigen Spiegel zusammengesetzt. Dabei werden die einzelnen gebogenen Spiegelelemente an einer Stahlträgerkonstruktion befestigt. Um die Parabolrinne der Sonnenbewegung nachzuführen, wird die vergleichsweise schwere Strahlträgerkonstruktion um eine Achse in Ost-West-Richtung geschwenkt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Tragevorrichtung für einen Parabolspiegel vorzusehen, die leicht zu transportieren und zu montieren ist. Eine weitere oder alternative Aufgabe besteht darin, möglichst wenig Energie für den Transport, die Herstellung und die Montage einer Tragevorrichtung für einen Parabolspiegel zu verwenden. Eine weitere oder alternative Aufgabe besteht darin, eine Tragevorrichtung für einen Parabolspiegel vorzusehen, der zu möglichst guten optischen Eigenschaften des Parabolspiegels führt.
Diese Aufgabe wird durch eine Tragevorrichtung für einen Parabolspiegel gemäß Anspruch 1 und durch ein Verfahren zum Herstellen einer Tragevorrichtung gemäß Anspruch 9 gelöst.
Somit wird eine Tragevorrichtung für einen Parabolspiegel mit wenigstens einem Tragekörper vorgesehen. Der Tragekörper weist eine gebogene Fläche zur Aufnahme des Parabolspiegels und eine Befestigungseinrichtung zum Befestigen des wenigstens einen Tragekörpers an einer Halteeinrichtung auf. Dabei besteht der wenigstens eine Tragekörper aus einem Epoxidschaum. Der Epoxidschaum ist bevorzugt so zu wählen, dass er einen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, der dem Ausdehnungskoeffizienten von Glas entspricht. Die Tragevorrichtung zeichnet sich durch eine geringe Vibrationsanfälligkeit aus. Vibrationen können beispielsweise durch Windböen verursacht werden.
Epoxidschäume werden beispielsweise auch in Flugzeugen, Autos, Kühlschränken, im Schiffbau und bei Isolierungen eingesetzt. Zum Beispiel kann Ureol als Epoxidschaum verwendet werden.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die Tragevorrichtung den Parabolspiegel auf, der an der gebogenen Fläche befestigt ist. Dabei hat der Spiegel bevorzugt eine Stärker von ca. 2 mm oder weniger. Wenn das Spiegelglas und der Epoxidschaum sich entsprechende Ausdehnungskoeffizienten aufweisen, entstehen bei Temperaturverformungen nur geringe Spannungen an dem Übergang zwischen der gebogenen Fläche und dem Parabolspiegel. Die geringe Stärke von 2 mm oder weniger weist den Vorteil auf, dass der Parabolspiegel nicht vorgebogen werden muss. Ein dünner planarer Spiegel ist leicht biegbar und passt sich von sich aus an die Form der gebogenen Fläche an, wenn er auf die gebogene Form gelegt wird. Dabei entstehen nur geringe Materialspannungen. Der dünne Spiegel entspannt sich auf der gebogenen Fläche. Diesen Vorgang kann man auch als Kaltbiegen bezeichnen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der Epoxidschaum ein UV-geschützter Schaum. Durch die Verwendung eines UV-Schutzes können Materialeigenschaften länger erhalten bleiben und die Lebensdauer des Epoxidschaumes kann verlängert werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der Epoxidschaum selbstklebend. Somit ist kein weiterer Kleber nötig, um den Spiegel an der gebogenen Fläche zu befestigen. Ebenso werden für die Befestigung keine Schrauben oder andere mechanische Verbindungselemente benötigt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die Tragevorrichtung eine Halteeinrichtung auf, an der der wenigstens eine Tragekörper befestigbar ist. Dabei ist der Tragekörper um die Halteeinrichtung schwenkbar. Durch die Schwenkbarkeit ist gewährleistet, dass der Parabolspiegel bewegt werden kann. Insbesondere kann der Parabolspiegel der Sonnenbewegung nachgeführt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst der wenigstens eine Tragekörper einen ersten und einen zweiten Tragekörper. Der erste Tragekörper und der zweite Tragekörper sind derart mit der Trageeinrichtung verbindbar, dass der erste Tragekörper und der zweite Tragekörper zusammen ein Paraboloid bilden. Dabei ist der erste Tragekörper symmetrisch zu dem zweiten Tragekörper ausgebildet. Die Teilung eines großen Tragekörpers in mehrere kleine erleichtert den Transport der Tragekörper und ggf. auch deren Montage und die Herstellung. Die symmetrische Ausbildung der Tragekörper gewährleistet darüberhinaus eine effiziente Herstellung für größere Stück zahlen. Insbesondere bei Spiegeln von mehreren Metern Länge wird durch eine entsprechende Teilung des Tragekörpers der Transport erheblich vereinfacht.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Befestigungseinrichtung zum Befestigen des wenigstens einen Tragekörpers an der Halteeinrichtung durch wenigstens ein Loch in dem Epoxidschaum ausgebildet. Somit kann eine Verbindung zwischen dem wenigstens einen Tragekörper und der Halteeinrichtung als Steckverbindung ausgeführt sein, womit eine leichte Montage unterstützt wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann der Höhenunterschied zwischen einer oberen Kante und einer unteren Kante des Parabolspiegels zwischen 5 m und 10 m, insbesondere zwischen 6 m und 8 m, betragen. Die genannte Abmessung beschreibt Dimensionen bei Parabolspiegeln, die sich insbesondere für die Anwendung in Parabolrinnen-Kraftwerken eignen.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen einer Tragevorrichtung für einen Parabolspiegel, wobei die Tragevorrichtung wenigstens einen Tragekörper aufweist, der eine gebogene Fläche zur Aufnahme des Parabolspiegels und eine Befestigungseinrichtung zum Befestigen des Tragekörpers an einer Halteeinrichtung aufweist. Das Verfahren umfasst die Schritte: Bereitstellen einer Gegenform für den wenigstens einen Tragekörper; Beschichten der Gegenform, so dass der Epoxidschaum bei Entnahme des Tragekörpers aus der Gegenform nicht an der Gegenform haften bleibt; und Einbringen von Epoxidschaum in die Gegenform. Durch das Einbringen des Epoxidschaumes, der insbesondere auch selbstklebend und/oder UV-geschützt sein kann, in die Gegenform wird dem wenigstens einen Tragekörper die entsprechende Form gegeben. D. h. der Tragekörper erhält so die gebogen Fläche zur Aufnahme des Parabolspiegels sowie eine Befestigungseinrichtung zum Befestigen des Tragekörpers an einer Halteeinrichtung, wobei die Befestigungseinrichtung beispielsweise durch wenigstens ein Loch ausgebildet wird.
Gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen einer Tragevorrichtung umfasst das Verfahren auch den Schritt: Einlegen eines planaren Spiegels in die Gegenform, wobei sich der Spiegel an eine gebogene Form der Gegenform anlegt. Insbesondere dünne Spiegel, d. h. Spiegel mit einer Stärke von weniger oder gleich 2 mm, passen sich von sich aus an eine gebogene Form an. Durch einen Kontakt der Spiegelrückseite mit dem Epoxidschaum, der sich in der Gegenform befindet, wird durch eine selbstklebende Eigenschaft des Epoxidschaumes ein Verkleben des Spiegels mit dem Tragekörper erreicht.
Die Ausführungsbeispiele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert.
1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Tragevorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
2 zeigt eine Draufsicht von oben einer Tragevorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
3 zeigt eine Draufsicht von oben einer Tragevorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel,
4 zeigt eine Rückansicht einer Tragevorrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel, und
5 zeigt eine Seitenansicht der Tragevorrichtung gemäß 4.
1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Tragevorrichtung 1 für einen Parabolspiegel 2 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Die Tragevorrichtung 1 weist einen Tragekörper 3 auf. Der Tragekörper 3 hat eine gebogene Fläche 4, an der der Parabolspiegel 2 befestigt ist. Weiterhin weist der Tragekörper 3 zwei Löcher 5 auf. Die Löcher 5 dienen zum Befestigen des Tragekörpers an einer Halteeinrichtung. Das Befestigen kann durch ein Aufstecken des Tragekörpers 3 an eine Halteeinrichtung erfolgen.
Der Tragekörper 3 besteht aus einem Epoxidschaum, der einen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, der dem Ausdehnungskoeffizienten des Parabolspiegels entspricht. Da der Parabolspiegel und der Epoxidschaum bei sich verändernder Temperatur einer vergleichbaren Temperaturverformung unterliegen, entstehen keine oder nur geringe Spannungen an der Grenzfläche zwischen dem Parabolspiegel 2 und der gebogenen Fläche 4 des Tragekörpers 3. Die optischen Eigenschaften, beispielsweise die Parabelförmigkeit, bleiben so auch bei größeren Temperaturschwankungen gut erhalten. Ebenso wird Materialverschleiß und Materialspannungen, die aus Temperaturverformungen resultieren, weitgehend vermieden.
Der Parabolspiegel 2 ist ein dünner Spiegel, d. h. er hat eine Stärke von weniger als 2 mm. Dadurch ist der zunächst planare Spiegel leicht biegbar und er verformt sich von sich aus beim Einlegen des planaren Spiegels auf die gebogene Fläche 4 zu dem Parabolspiegel 2. Dabei passt sich der zunächst planare Spiegel entspannt an die parabelförmig gebogene Fläche 4 des Tragekörpers 3 an.
Durch den dünnen Parabolspiegel, der eine Stärke von weniger oder gleich 2 mm aufweist, und die Verwendung des Epoxidschaumes für den Tragekörper weist die Tragevorrichtung 1 ein sehr geringes Gewicht auf. Für den Transport und die Montage der Tragevorrichtung 1 wird somit eine hohe Energieeffizienz erreicht.
Die Tragevorrichtung 1 für den Parabolspiegel 2 kommt beispielsweise bei einem Parabolrinnen-Kraftwerk zum Einsatz. Dabei kann der Tragekörper 3 einer hohen UV-Strahlung ausgesetzt sein. Der Einsatz von UV-Licht geschütztem Epoxidschaum vergrößert die Lebensdauer des Tragekörpers 3, und mit dem UV-Schutz sind die Materialeigenschaften des Tragekörpers beständiger. Der Epoxidschaum kann selbstklebend ausgeführt sein, so dass für die Befestigung des Parabolspiegels 2 an der gebogenen Fläche 4 kein weiterer Kleber aufgetragen werden muss.
2 zeigt eine Draufsicht von oben auf eine Tragevorrichtung 10 für einen Parabolspiegel 9 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Die Tragevorrichtung 10 weist einen ersten Tragekörper 6 und einen zweiten Tragekörper 7 auf. Der erste Tragekörper 6 ist symmetrisch zu dem zweiten Tragekörper 7 ausgebildet. Der erste Tragekörper 6 und der zweite Tragekörper 7 entsprechen beispielsweise dem Tragekörper 3 der 1.
Der erste Tragekörper 6 und der zweite Tragekörper 7 sind dabei derart mit einer Haltevorrichtung 8 verbunden, dass sie einen Parabolspiegel 9 bilden, der sich aus dem Parabolspiegel des ersten Tragekörpers 6 und dem Parabolspiegel des zweiten Tragekörpers 7 zusammensetzt. Der Parabolspiegel 9 reflektiert einfallendes Licht zu dem Absorberrohr 11, das sich in der Brennlinie des Parabolspiegels 9 befindet.
Der Parabolspiegel 9 ist um die Halteeinrichtung 8 schwenkbar. Dadurch kann der Parabolspiegel 9 beispielsweise einer Sonnenbewegung nachgeführt werden.
Der Höhenunterschied zwischen der unteren Kante 12 und der oberen Kante 13 liegt beispielsweis im Bereich zwischen 6 m und 8 m, wenn die untere Kante 12 an ihren tiefsten Punkt und die obere Kante 13 an ihren höchsten Punkt geschwenkt ist.
Die Zerteilung des Parabolspiegels 9 in zwei Teilparabolspiegel, die sich auf dem ersten Tragekörper 6 bzw. dem zweiten Tragekörper 7 befinden, verringert die Abmessungen, die ein einzelner Tragekörper für einen Parabolspiegel der gleichen Größe hätte. Damit wird eine leichte Montage und ein leichter Transport der Tragevorrichtung 10 bzw. des ersten Tragekörpers 6 und des zweiten Tragekörpers 7 erreicht.
Durch die geringe Stärke des Parabolspiegels 9, die 2 mm oder weniger beträgt, und durch die Verwendung von Epoxidschaum für den ersten Tragekörper 6 und den zweiten Tragekörper 7 ist eine leichte Tragevorrichtung 10 für den Parabolspiegel 9 realisiert worden. Ein Schwenken des Parabolspiegels 9 um die Halteeinrichtung 8 erfordert demnach nur einen geringen Energieaufwand.
Der Parabolspiegel 9 kann verschiedenen Windeinflüssen wie beispielsweise Windböen ausgesetzt sein. Die Tragevorrichtung 10 zeichnet sich dabei durch eine geringe Vibrationsanfälligkeit aus.
3 zeigt eine Draufsicht von oben von einer Tragevorrichtung 20 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel. Die Tragevorrichtung 20 weist eine Halteeinrichtung 21, einen ersten Tragekörper 26, einen zweiten Tragekörper 27 und einen Parabolspiegel 29 auf.
4 zeigt eine Rückansicht einer Tragevorrichtung 30 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel. Ein Tragekörper 33 zeigt eine leiterförmige Formgebung 34, die zu einer hohen Stabilität bei gleichzeitig geringem Materialaufwand führt. Die Löcher 35 dienen zum Befestigen bzw. Aufstecken des Tragekörpers 33 auf eine Halteeinrichtung.
5 zeigt eine Seitenansicht der Tragevorrichtung 30 gemäß 4. Ein Parabolspiegel 39 ist an der parabelförmig gebogenen Vorderseite des Tragekörpers 33 befestigt. Der Tragekörper ist an seiner Rückseite mit einer leiterförmigen Formgebung 34 versehen. Die im Tragekörper 33 befindlichen Löcher 35 sind gestrichelt eingezeichnet.

Claims

Tragevorrichtung (1) für einen Parabolspiegel (2), mit wenigstens einem Tragekörper (3), der eine gebogene Fläche (4) zur Aufnahme des Parabolspiegels (2) und eine Befestigungseinrichtung (5) zum Befestigen des wenigstens einen Tragekörpers (3) an einer Halteeinrichtung (8) aufweist, wobei der wenigstens eine Tragekörper (3) aus einem Epoxidschaum besteht.
Tragevorrichtung (1) nach Anspruch 1, mit dem Parabolspiegel (2), der an der gebogenen Fläche (4) befestigt ist, wobei der Parabolspiegel (2) eine Stärke von 2 mm oder weniger aufweist.
Tragevorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Epoxidschaum ein UV-geschützter Schaum ist.
Tragevorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Epoxidschaum selbstklebend ist.
Tragevorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, mit der Halteeinrichtung (8), an der der wenigstens eine Tragekörper (3) befestigbar ist, wobei der wenigstens eine Tragekörper (3) um die Halteeinrichtung (8) schwenkbar ist.
Tragevorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der wenigstens eine Tragekörper einen ersten Tragekörper (6) und einen zweiten Tragekörper (7) umfasst, wobei der erste Tragekörper (6) und der zweite Tragekörper (7) derart mit der Halteeinrichtung (8) verbindbar sind, dass der erste Tragekörper (6) und der zweite Tragekörper (7) zusammen ein Paraboloid bilden, wobei der erste Tragekörper (6) symmetrisch zu dem zweiten Tragekörper (7) ausgebildet ist.
Tragevorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Befestigungseinrichtung zum Befestigen des wenigstens einen Tragekörpers an der Halteeinrichtung (8) durch wenigstens ein Loch (5) in dem Epoxidschaum ausgebildet ist.
Tragevorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Höhenunterschied zwischen einer oberen Kante (13) und einer unteren Kante (12) des Parabolspiegels zwischen 5 und 10 Metern betragen kann.
Verfahren zum Herstellen einer Tragevorrichtung (1), insbesondere nach einem der vorherigen Ansprüche, für einen Parabolspiegel (2), wobei die Tragevorrichtung (1) einen Tragekörper (3) aufweist, der eine gebogene Fläche (4) zur Aufnahme des Parabolspiegels (2) und eine Befestigungseinrichtung (5) zum Befestigen des Tragekörpers (3) an einer Halteeinrichtung (8) aufweist, mit den Schritten: Bereitstellen einer Gegenform für den Tragekörper; Beschichten der Gegenform, so dass der Epoxidschaum bei Entnahme des Tragekörpers (3) aus der Gegenform nicht an der Gegenform haften bleibt; und Einbringen von Epoxidschaum in die Gegenform.
Verfahren nach Anspruch 9, mit dem Schritt: Einlegen eines planaren Spiegels in die Gegenform, wobei sich der Spiegel an eine gebogene Form der Gegenform anlegt.