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Die Erfindung betrifft Solarkocher zur weltweiten Verbreitung zur nachhaltigen Entwicklung, insbesondere zur Verbreitung über das Schulsystem.
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Es werden seit langer Zeit Solarkocher verwendet, die mit einem Gestell, das hauptsächlich aus Bandmaterial besteht, und mit Paraboloid-förmigen Reflektoren ausgestattet sind, die aus einzelnen Reflektorblechen aufgebaut sind. Eine Beschreibung enthält z. B. die Veröffentlichung von D. Seifert: „Neue Konzepte für nachgeführte PV-Generatoren und Solarkocher", Tagungsband 2, S. 1406–1413, 9. Internationales Sonnenforum 1994, DGS-Sonnenenergie Verlags-GmbH, München.
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Jedoch sind für die weltweite Verbreitung, insbesondere über das Schulsystem, besondere Bedingungen zu erfüllen, die bisher nicht ausreichend beachtet wurden. Der Solarkocher soll sich besonders dazu eignen, von Schülern im Unterricht gebaut zu werden. Er soll sich für den Werkunterricht/Erlebnisunterricht eignen, und es soll möglich sein, die dabei auftretenden praktischen Anforderungen an das Alter der Schüler anzupassen. Er soll außerdem für vielfältige Anwendungen geeignet sein, so dass diese im Unterricht vermittelt werden können. Der Solarkocher soll sich sowohl als pädagogisches Instrument eignen, als auch als ein dauerhaft effizient nutzbarer Kocher mit vielfältigen Nutzungsmöglichkeiten, insbesondere in den Familien der Schüler. Für die weltweite Verbreitung zur nachhaltigen Entwicklung ist es wichtig, dass der Solarkocher eine hohe Lebensdauer hat und in kurzer Zeit die für seine Herstellung aufgewendete Energie und die verursachte Treibhausgas-Emission kompensieren kann und dass er leicht instandgehalten und gegebenenfalls möglichst vollständig rezykliert werden kann. Für die Durchführung großer Programme mit Solarkochern soll die Bereitstellung des Materials möglichst ökonomisch sein. Diese Anforderungen werden von den bekannten Bauweisen nicht oder nur teilweise erfüllt.
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Die vorliegende Erfindung berücksichtigt die in der
Deutschen Patentanmeldung 10 2007 056 456.4 „Solarkocher” dargestellte Bauweise für die Tragstruktur des Solarkochers, wobei vor allem die Möglichkeit genutzt wird, kleinere Bauweisen mit leicht zu handhabendem Bandmaterial, insbesondere Aluminium-Bandprofil, von geringem Querschnitt zu verwirklichen, und sie bezieht sich vor allem auf die Bauweise des Reflektors für die Herstellung im Unterricht. Dadurch werden die genannten Bedingungen erfüllt.
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Die Erfindung betrifft Solarkocher mit einem angenähert Paraboloid-förmigen Reflektor, bestehend aus mehreren Reflektorblechen, die im äußeren Bereich des Reflektors an einem Tragring befestigt sind, einem Gestell und einer Topfhalterung, die am Gestell befestigt wird, und an der der Reflektor schwenkbar gelagert ist.
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Für die Verbreitung des solaren Kochens über das Schulsystem ist es von Vorteil, dass die Komponenten des Solarkochers in einem an die Möglichkeiten des Unterrichts angepassten Umfang vorgefertigt bereitgestellt werden.
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Besonders einfach ist die Nutzung des Solarkochers im Unterricht, wenn er dazu als vollständiger Bausatz in angepasster Baugröße für die Fertigmontage und Anwendung im Unterricht geliefert wird, wenn die Montage des Reflektors aus dem Bausatz möglichst einfach ist und in den Unterricht einbezogen werden kann, und wenn die Herstellkosten für die Bausätze möglichst gering sind. Diese Anforderungen lassen sich mit den Merkmalen der vorliegenden Erfindung vorteilhaft erfüllen.
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Durch die in der
Deutschen Patentanmeldung 10 2007 056 456.4 dargestellten Maßnahmen kann der Querschnitt des Bandmaterials für die Tragstruktur des Solarkochers gering gehalten werden. Nachdem es im Schulunterricht vorteilhaft ist, Solarkocher mit einem Reflektordurchmesser von weniger als 1,4 m Durchmesser anzufertigen, ist der erforderliche Querschnitt des Bandmaterials besonders gering. Beispielsweise kann bei Solarkochern mit 80 cm Reflektordurchmesser Aluminium-Bandmaterial von 20 mm Breite und 2 mm Dicke zum Einsatz kommen. Das Gesamtgewicht des Solarkochers kann dadurch bei ungefähr 2,5 kg liegen, so dass geringe Materialkosten entstehen. Die Erfindung ermöglicht es, dass die Herstellkosten bei hoher Stückzahl nur wenig über den Materialkosten liegen, so dass eine Verbreitung in großem Maßstab ermöglicht wird.
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Die Leistung des Solarkochers mit 80 cm Reflektordurchmesser ermöglicht es, bei klarem Himmel mehr als 10 Liter Wasser von Umgebungstemperatur pro Tag zum Kochen zu bringen. Der Solarkocher eignet sich für viele Anwendungen, insbesondere auch zum Backen, Braten, Frittieren und zum Haltbarmachen von Obst und Gemüse.
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Dadurch sind im Schulunterricht vielfältige Möglichkeiten geboten und das Gelernte kann dann zu Hause angewendet werden. Wenn ein Haushalt über eine angepasste Zahl dieser Solarkocher verfügt, können bei ausreichender Sonneneinstrahlung nahezu alle Kochaufgaben mit geringem Aufwand und ohne Kosten und Ressourcenverbrauch erledigt werden und es kann das gesamte Trinkwasser abgekocht werden. Ein Programm für die Verbreitung des solaren Kochens über das Schulsystem kann somit einen großen Beitrag insbesondere zur Verbesserung der Lebensbedingungen in Entwicklungsländern und allgemein zur nachhaltigen Entwicklung leisten.
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Die erfindungsgemäße Bauweise ermöglicht eine Anpassung an die Fähigkeiten der Schüler durch die Wahl des Reflektordurchmessers und durch eine mehr oder weniger vollständige Vorfertigung der Solarkocher-Teile. Beispielsweise kann das Bohren oder Stanzen von Löchern und das Biegen von Bandmaterial und Draht erlernt und geübt werden, wobei mit einfachen Vorrichtungen dafür gesorgt werden kann, dass die zulässigen Maßtoleranzen nicht überschritten werden.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen in vereinfachender Weise dargestellt. Es zeigen:
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1: eine perspektivische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsart des Solarkochers
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2: einen Ausschnitt aus dem Reflektor mit Markierung von Befestigungsstellen
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3: eine Verbindung von zwei Reflektorblechen untereinander in Vorderansicht und Draufsicht
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4: eine Befestigungsart mit Draht für die Reflektorbleche am Tragring in Vorderansicht und Seitenansicht
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5: eine weitere Befestigungsart mit Draht für die Reflektorbleche am Tragring in Vorderansicht und Seitenansicht
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6: eine Befestigungsart für die Reflektorbleche am Tragring mit Blechhalter in perspektivischer Darstellung
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7: eine Befestigungsart für die Reflektorbleche am Tragring mit Schrauben und Kunststoffprofil in Vorderansicht und Seitenansicht
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8: eine Befestigungsart für die Reflektorbleche am Tragring durch Profilabschnitte und Klammern in Vorderansicht und Seitenansicht.
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9: eine Verbindung der Reflektorbleche mit Hilfe eines Blech-Biegeteils in Vorderansicht und Seitenansicht.
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1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform des Solarkochers mit einem angenähert Paraboloid-förmigen Reflektor 1, bestehend aus mehreren Reflektorblechen 2, die im Bereich des äußeren Reflektors an einem Tragring 3 befestigt sind, einem Gestell 4, das aus einem Grundrahmen 5 und zwei Ständern 6 aufgebaut ist, und einer Topfhalterung 8, die mit den beiden Achsen 9 an den Ständern 6 befestigt wird.
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An der Topfhalterung 8 sind Halter 13 für den Rezipienten (Topf, Pfanne; nicht gezeichnet) angebracht. Es ist ein Topfständer aus gebogenem Draht gezeichnet, der an zwei unter dem Rezipienten verlaufenden Streben 14 der Topfhalterung 8 befestigt ist.
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Der Tragring 3 mit dem Reflektor 1 ist über Lagerbleche 10 an den Achsen 9 schwenkbar gelagert. Der Tragring besteht bevorzugt aus zwei zusammengeschraubten Ringhälften.
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Für die Montage der Solarkocher im Unterricht kommen zur Befestigungen der Gestellteile bevorzugt Schrauben und Muttern in Frage.
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Der Solarkocher kann auf einer Platte (z. B. einem Tisch, nicht gezeichnet) aufgestellt werden. Am Ring der Ringschraube 15, die an einer Querstrebe 16 im Grundrahmen 5 befestigt ist, kann der Solarkocher z. B. mit einer Schraube (nicht gezeichnet) an der Platte oder am Boden so befestigt werden, dass der Solarkocher azimutal auf die Sonne ausgerichtet werden kann und gegen Umfallen geschützt ist.
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Für die Herstellung des Solarkochers im Unterricht wird bevorzugt Band-Aluminium als Material für die Tragstruktur verwendet. Die Komponenten des Solarkochers haben dann eine sehr hohe Lebensdauer und sind gut rezyklierbar.
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Eine präzise Paraboloidform ist aus Sicherheitsgründen (Brandgefahr) nicht wünschenswert. Die Reflektorbleche formen nur eine angenäherte Paraboloidform. Die Reflektorbleche 2 haben im ebenen Zustand eine Trapezform. Für die Herstellung der Reflektorbleche wird bevorzugt, dünnes, hochreflektierendes Aluminiumblech, nötigenfalls mit Schutzschicht, verwendet, weil dadurch eine dauerhafte Lösung mit geringem erzielt werden kann. Die Reflektorbleche können mit einer Tafelschere, aber auch durch Ritzen und Brechen aus dem Hochglanzblech hergestellt werden.
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Bei diesen Solarkochern wird die für die Herstellung aufzuwendende Energie und die bei der Herstellung emittierten Treibhausgase in wenigen Wochen „zurückgezahlt”, so dass im Unterricht eine ökologisch vorbildliche Technologie vermittelt wird.
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Die Reflektorbleche 2 sind am Scheitel 11 des Paraboloids durch eine zentrale Schraube fixiert, die wiederum von Streben 12 in ihrer Position zum Tragring 3 gehalten wird. Der Reflektor hat an den Durchtritt-Stellen der Achsen 9 entsprechende Ausnehmungen.
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Bei den bekannten Parabol-Solarkochern ist es üblich, die Reflektorbleche an mehreren Radien untereinander bzw. an Ringen zu befestigen, um die gewünschte Reflektorform zu erzielen. Die Reflektorbleche werden dazu überlappt angebracht und im überlappten Bereich beispielsweise mit Schrauben verbunden. Das ist aufwändig wegen des erforderlichen Materials, als auch wegen der schwierigen Montage. Es werden erfindungsgemäß andere Lösungen vorgestellt, die diese Nachteile nicht haben.
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2 zeigt einen Ausschnitt aus dem Reflektor mit Markierung der bevorzugten Befestigungsstellen. Es ist gezeigt, dass die Reflektorbleche 2 im Bereich des Tragrings 3 nicht überlappt werden, sondern aneinander stoßen oder mit kleinem Abstand angeordnet sind. Erfindungsgemäß wird erreicht, dass der Spalt zwischen den Reflektorblechen im Radius-Bereich zwischen den Löchern 17 und 18 tolerierbar gering ist und im Radius-Bereich der Löcher 18 zumindest näherungsweise verschwindet. (Als ein Radius-Bereich wird hier der Bereich des Reflektors bezeichnet, der auf einem gemeinsamen Radius um den Scheitel 11 des Paraboloid-Reflektors liegt, wobei der Radius r entsprechend der üblichen Paraboloid-Formel y = r2/2p gemessen wird.)
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Die Reflektorbleche sind also in dem Radius-Bereich zwischen den Löchern 17 und 18 nicht überlappt. Im Radius-Bereich zwischen dem Löchern 18 und dem Scheitel 11 des Paraboloids nimmt die Überlappung zu, so dass die Reflektorbleche des Solarkochers am Scheitel miteinander verbunden, beispielsweise mit einer zentralen Schraube zusammen geschraubt werden können. An den Stellen, an denen die Reflektorbleche aneinander anliegen oder mit nur kleiner Spaltweite voneinander entfernt sind, können sie in einfacher Weise untereinander verbunden werden. Der Abstand der Löcher ist in diesen Bereichen eindeutig festgelegt. Dies wird erfindungsgemäß genutzt, um einen leicht herstellbaren Reflektor zu ermöglichen.
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Die Größe des Radius-Bereichs zwischen den Löchern 17 und 18 und die maximale Spaltweite in diesem Bereich kann gezielt beeinflusst werden, vor allem durch die Wahl der Zahl der Reflektorbleche 2 des Reflektors und die Breite dieser Trapez-förmigen Bleche an ihrer schmalster Seite, d. h. im Bereich des Scheitels 11. Dadurch lassen sich in besonders einfacher Weise Reflektoren bauen, die eine schöne Form und einen geringen Materialbedarf haben.
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Beispielsweise kann bei einem tiefgewölbten Reflektor mit einem Außenradius von 40 cm (80 cm Reflektordurchmesser) und einer Brennweite von 16 cm, mit 20 Reflektorblechen pro Reflektor und 17 mm kleinster Trapezbreite der Reflektorbleche, im Radius-Bereich von 272 mm bis 400 mm eine Spaltweite von weniger als 1 mm eingehalten werden. Die Reflektorbleche liegen außen (Radius-Bereich 40 cm) aneinander an. Beim Radius von 272 mm verschwindet die Spaltweite. An dieser Stelle ist eine Verbindung der Reflektorbleche untereinander besonders günstig zu verwirklichen.
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3 zeigt eine Verbindung von zwei Reflektorblechen untereinander in der Vorderansicht und darunter in der Draufsicht. Es wird eine Drahtklammer 19 durch die Löcher 18 in den aneinander liegenden Reflektorblechen geschoben und auf der Rückseite umgebogen. Die Enden der Klammer vor dem Umbiegen sind strichpunktiert gezeichnet. Die Montage ist im Vergleich zu einer Verbindung mit Überlappung einfach, weil der Abstand eindeutig festliegt, beide Löcher 18 direkt sichtbar sind. Anstelle einer Drahtklammer kommt beispielsweise auch eine Blechklammer in Frage, wenn die Löcher 18 entsprechend ausgebildet werden. Die Verbindung kann aber auch durch weichen Bindedraht erfolgen, der (wie in der folgenden 4 gezeigt) gewunden wird. Bei kleinen Reflektoren kann es ausreichen, die Reflektorbleche nur im Bereich des Scheitels und am Tragring zu befestigen.
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4 zeigt in der Vorderansicht und daneben in der Seitenansicht eine Verbindung der Reflektorbleche mit dem Tragring 3, wobei der Bindedraht 20 durch ein Loch 17 und über die Außenkante des Reflektorblechs 2 geführt wird. Dadurch werden die äußeren Ecken des Reflektors geschützt. Die Abstände ergeben sich durch das Aneinanderlegen der Reflektorbleche 2. Zur Befestigung können die Enden des Drahtes in der bei Bindedrähten üblichen Weise gewunden werden. Es kann jedoch auch eine Drahtklammer eingesetzt werden, die zur Befestigung umgebogen wird. Als Bindedraht kann entsprechend biegsamer Aluminiumdraht oder der für Außenanwendung, insbesondere im Gartenbau, übliche weiche Kunststoff-ummantelte Draht verwendet werden.
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5 zeigt in der Vorderansicht und daneben in der Seitenansicht eine weitere Befestigungsart mit Draht für die Reflektorbleche 2 am Tragring 3. Der Tragring ist dabei mit Löchern 21 versehen, durch den der Bindedraht 22 geführt wird. Durch die Löcher wird die Position der Reflektorbleche zusätzlich gesichert. Diese Befestigungsart eignet sich besonders für den Solarkocher-Zusammenbau durch jüngere Schüler, weil die Position der Drähte und der Reflektorbleche durch die Löcher vorgegeben ist.
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In 6 ist in perspektivischer Darstellung eine Befestigungsart für die Reflektorbleche 2 am Tragring 3 gezeigt, bei dem ein Blechhalter 23 zum Einsatz kommt. Diese Blechhalter können als fertig geformte Biegeteile vor dem Zusammenschrauben der Tragring-Teile auf den Tragring aufgefädelt werden, oder sie können am Tragring vor der Montage der Reflektorbleche fertig gebogen werden. Ein Vorteil des Blechhalters ist der Schutz und die Führung der Reflektorbleche 2 im Bereich des Tragrings 3. Die Führung erfolgt entsprechend dem in bekannter Weise zu ermittelnden Winkel, der sich aus der Paraboloid-Form am Reflektor-Rand ergibt.
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Die Befestigung der Reflektorbleche kann mit einer Klammer 24 oder einem Bindedraht erfolgen. Wenn die Klammer oder der Bindedraht entsprechend 4 oder 5 über die Oberkante des Tragrings und in diesem Fall auch des Blechhalters geführt wird, dann kann der Schutz noch verstärkt werden.
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In 7 ist in der Vorderansicht und daneben in der Seitenansicht eine Befestigung der Reflektorbleche 2 am Tragring 3 gezeigt, bei der ein Kunststoffprofil 25 verwendet wird, das am Tragring befestigt ist. Wegen seiner geringen Steifigkeit kann das Kunststoffprofil über angenähert den gesamten inneren Umfang des Tragrings eingelegt beziehungsweise durch Klips-Technik am Tragring angebracht werden. Das Kunststoffprofil weist einen Schraubkanal 26 auf, der eine Befestigung der aneinander liegenden Reflektorbleche 2 mit einer Schraube 27 ermöglicht. Vorteilhaft kann dazu eine Schraube 27 zwischen den beiden Reflektorblech-Ecken angeordnet werden. Die die Ecken der Reflektorbleche haben für die Schraubverbindung entsprechende Aussparungen. Die Position der Schraube ergibt sich beim Aneinanderlegen der Reflektorbleche. Wenn die Bleche demontiert werden, muss die Schraube nicht entfernt werden, sondern sie kann gelöst werden und an der Einschraubstelle bleiben. Dadurch ist die Wieder-Montage vereinfacht, weil dazu die Reflektorbleche nur unter den Schraubenkopf beziehungsweise unter die Unterlegscheibe 28 geschoben werden und die Schraube wieder festgezogen wird. Wie in 7 erfolgt auch hier eine Führung des Reflektorblechs entsprechend dem in bekannter Weise zu ermittelnden Winkel, der sich aus der Paraboloid-Form am Reflektor-Rand ergibt.
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In 8 ist in der Vorderansicht und daneben in der Seitenansicht eine Befestigungsart für die Reflektorbleche 2 am Tragring 3 mit Hilfe eines Profilabschnitts 29 dargestellt, der nur im Bereich der Verbindung der Reflektorbleche vorhanden ist und beispielsweise aus Kunststoff oder Aluminium bestehen kann. Die Profilabschnitte können vor dem Zusammenschrauben der Tragringteile auf den Tragring aufgereiht werden oder durch Klips-Technik am Tragring angebracht werden. Es ist eine Verbindung der Reflektorbleche 2 mit dem Profilabschnitt 29 durch eine Drahtklammer 30 gezeigt, die durch zwei Löcher 31 im Profilabschnitt geführt und deren Enden dann auseinandergebogen werden. In der Seitenansicht sind die Enden der Klammer vor dem Auseinanderbiegen strichpunktiert eingezeichnet. Wenn der Profilabschnitt mit einem Schraubkanal oder einem Loch für eine Schraube ausgestattet ist, kann die Befestigung der Reflektorbleche durch eine Schraubverbindung gemäß 7 erfolgen. Zum Schutz der Reflektorblech-Ecken ist der Profilabschnitt 29 vorteilhaft mit einer Nase 32 versehen. Es kann zum Schutz der Reflektorblech-Ecken an dieser Stelle auch ein Schlitz im Profilabschnitt vorgesehen werden, in den die Reflektorblech-Ecken geschoben wird.
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In 9 ist in der Vorderansicht und daneben in der Seitenansicht eine Befestigungsart für die Reflektorbleche 2 am Tragring 3 mit Hilfe eines Blech-Biegeteils 33 dargestellt, wobei zur Befestigung eine Blechschraube 34 dient, die durch zwei Löcher im Blechbiegeteil geführt wird. Das Blech-Biegeteil 33 kann nach dem Anbringen der beiden Löcher mit einer einfachen Biegevorrichtung von Hand mit der erforderlichen Genauigkeit hergestellt werden. Das Loch 35 hat einen kleineren Durchmesser, so dass das Gewinde der Blechschraube 34 im Blech-Biegeteil Halt findet. Der Kopf der Blech-Schraube 34 drückt beim Anziehen der Blechschraube 34 auf das gelochte Deck-Teil 36 des Blech-Biegeteils und hält dadurch die Reflektorbleche 2 in ihrer Position. Die Blech-Biegeteile 33 werden vor dem Zusammenschrauben des Tragrings 3 auf diesen aufgereiht. Die Blechschrauben 34 können vor der Montage der Reflektorbleche 2 angebracht werden, wenn die Reflektorbleche an der Verbindungsstelle so ausgebildet sind, dass sie zur Befestigung unter das Deck-Teil 36 geschoben werden können. Gezeichnet ist hierzu eine Abschrägung 37 der Ecken der Reflektorbleche 2.
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Bei der Montage des Reflektors können die Reflektorbleche zunächst auf die zentrale Schraube am Scheitel 11 gesteckt und dann am Tragring befestigt werden. Bevorzugt werden erst danach die Verbindungen gemäß 3 ausgeführt. Dabei können entweder, wie in 1 dargestellt, diese Verbindungen nur in einem Radiusbereich vorgenommen werden oder – insbesondere bei größeren Reflektoren – es werden Verbindungen an mehr als einem Radiusbereich vorgenommen. Bei kleinen Reflektoren kann es anderseits ausreichen, die Reflektorbleche nur im Bereich des Scheitels und am Tragring zu befestigen.
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Die Anforderungen für eine weltweite Verbreitung über das Schulsystem werden erfüllt
- a) durch eine Solarkocherbauart, die sich für eine Vielzahl von Aufgaben eignet, insbesondere zum Kochen, Braten, Backen und Einkochen;
- b) durch die Vielfalt der Schulfächer, in denen auf den Solarkocher Bezug genommen werden kann;
- c) durch den Aufbau des Solarkochers aus Komponenten, die gegebenenfalls von den Schülern selbst hergestellt werden können, die aber auch als Bausätze so bereitgestellt werden können, dass die Komponenten entsprechend den Lernzielen und der verfügbaren Zeit vorbereitet sind;
- d) durch die Verwendung von leicht zu handhabendem Bandmaterial von geringem Querschnitt und von leicht zu bearbeitenden Werkstoffen, insbesondere Band-Aluminium;
- e) durch eine Anpassung der Solarkochergröße an das Alter der Schüler;
- f) durch die Anpassung der Befestigungsart der Reflektorbleche an die zu erlernenden Fähigkeiten der Schüler;
- g) durch leichte Transportierbarkeit des Solarkochers.
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Der Solarkocher kann somit nach seiner Herstellung und Erprobung von den Schülern in einfacher Weise zur dauerhaften Nutzung nach Hause genommen werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007056456 [0004, 0008]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- D. Seifert: „Neue Konzepte für nachgeführte PV-Generatoren und Solarkocher”, Tagungsband 2, S. 1406–1413, 9. Internationales Sonnenforum 1994, DGS-Sonnenenergie Verlags-GmbH, München [0002]
