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Die Erfindung bezieht sich auf ein Gestell zur Befestigung mindestens eines Solarkollektors, das mit einem Schwimmkörper verbunden ist, eine Anordnung von Gestellen und einen Schwimmkörper für ein Gestell.
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Aus der Praxis sind Solarkollektoren mit ebenen Solarpaneelen bzw. Solarzellenelementen bekannt, die in so genannten Solarparks angeordnet werden. Die Solarpaneele sind der Hauptstrahlrichtung der Sonne entgegen angestellt und haben einen hohen Flächenverbrauch um gegenseitige Abschattungen zu vermeiden. Um den Flächenverbrauch solcher Anlagen zu reduzieren, ist es bekannt, Solaranlagen schwimmend auf dem Wasser zu installieren. Zur Sonnenstandsanpassung umfassen die schwimmenden Solaranlagen auftriebsgesteuerte Nachstellvorrichtungen, mit deren Hilfe die Solarpaneele dem Sonnenstand entsprechend ausrichtbar bzw. anstellbar sind.
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Die Anordnung von Solaranlagen auf einem Gewässer ist insofern vorteilhaft, als der Verbrauch wertvoller nutzbarer landwirtschaftlicher Flächen vermieden ist.
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Die
DE 195 22 215 A1 offenbart ein Solarkraftwerk mit einer Vielzahl schwimmender Solarkollektoren, die einen auf einer Gewässeroberfläche angeordneten Grundkörper sowie ein am Grundkörper schwenkbar gelagertes Rahmenteil umfassen, das den Solarkollektor trägt. An dem verschwenkbaren Rahmenteil ist ein in das Gewässer eintauchender Tauchkörper mit einem Hohlraum vorgesehen, der mit dem Gewässer über eine Öffnung in Strömungsverbindung steht und zur Veränderung des Auftriebs des Tauchkörpers seitens einer externen Druckgasquelle mit einem Druckgas beaufschlagbar ist, um die Neigung des verschwenkbaren Rahmenteils und damit des Solarkollektors zur Anpassung an den Sonnenstand gegenüber dem Grundkörper zu verändern. Der selbstverständlich eine gegenüber dem Wasser reduzierte Dichte aufweisende Grundkörper ist aus Aluminiumhohlprofilen zusammengesetzt und der verschwenkbare Rahmen umfasst einen flächigen Schwimmkörper, auf dem die Solarzelle angeordnet ist. Der Schwimmkörper besteht aus einem geschäumten oder aufblasbaren Kunststoffmaterial. Die Solarkollektoren sind gelenkig miteinander gekoppelt und mit einem Drehkörper verbunden, der über eine Antriebseinrichtung um eine ortsfeste zentrale Basis motorisch rotierbar ist. Die Antriebseinrichtung umfasst einen Zahnkranz und ein in dem Zahnkranz eingreifendes angetriebenes Ritzel, die zum einen der zentralen Basis und zum anderen dem Drehkörper zugeordnet sind.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Gestell, eine Anordnung von Gestellen und einen Schwimmkörper der eingangs genannten Art zu schaffen, das bzw. die bzw. der mit einfachen Mitteln kostengünstig zu fertigen ist.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem Gestell dadurch gelöst, dass das Gestell einen Bügel umfasst, der mit mindestens einem freien Ende formschlüssig in oder an dem Schwimmkörper gehalten ist.
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Das Gestell weist demnach einen sehr einfachen Aufbau auf und ist ohne den Einsatz zusätzlicher Befestigungselemente mit wenigstens einem freien Ende unmittelbar in dem Schwimmkörper befestigt, wodurch eine kostengünstige und robuste Herstellung sichergestellt ist. An dem im Wesentlichen U-förmigen Bügel lässt sich wenigstens ein Solarkollektor befestigen. Alternativ kann der Bügel Halteprofile zur Festlegung mindestens eines Solarkollektors tragen.
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Bei Solarkollektoren im Sinne der Erfindung handelt es sich sowohl um Photovoltaikelemente als auch um thermische Solarkollektoren.
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In Ausgestaltung sind mehrere parallel und zur zwischenangeordneten Befestigung mindestens eines Solarkollektors zueinander ausgerichtete Bügel an dem platten- oder quader- oder zylinderförmigen, insbesondere massiven, Schwimmkörper angeordnet. Wenn der Schwimmkörper massiv ausgebildet ist, weist er eine hohe Stabilität auf und die Gefahr von Beschädigungen, die bei einem Hohlkörper zum Befüllen mit Wasser und einem damit verbundenen Sinken des Schwimmkörpers führen, ist sehr gering. Zur Fertigung des Schwimmkörpers, vorzugsweise durch Gießen, sind beliebige Materialien vorhanden, aus denen der Fachmann geeignete auswählen kann, wobei die Stabilität und die Dichte sehr wichtige Auswahlkriterien darstellen. Im Weiteren ist selbstverständlich auch die Wasseraufnahme während der Benutzungsdauers ausschlaggebend bei der Auswahl eines geeigneten Werkstoffes zur Fertigung des Schwimmkörpers. Bei einer plattenförmigen Gestaltung ist die Anordnung mehrerer Bügel des Gestells nebeneinander einfach zu bewerkstelligen, indem in der Grundfläche der Platte Öffnungen, vorteilhafterweise als Sacköffnungen, zur Aufnahme der freien Enden der Bügel in entsprechenden Abständen vorzusehen sind. Die Anordnung von zwei quaderförmigen Schwimmkörpern, die zueinander beabstandet jeweils ein freies Ende eines Bügels festlegen, hat den Vorteil einer geringeren Überdeckung der Oberfläche des Gewässers gegenüber der Installation eines plattenförmigen Schwimmkörpers, was sich ökologisch vorteilhaft auf das Gewässer, insbesondere einen Baggersee auswirkt. Ist der Schwimmkörper zylinderförmig gestaltet, kann er durch Gießen in eine entsprechende Form gefertigt werden, wobei es möglich ist, dass die Form Bestandteil des Schwimmkörpers ist. Die freien Enden der Bügel werden umfangsseitig in den Schwimmkörper eingesetzt oder an diesem gehalten. Selbstverständlich ist auch die Gestaltung des Schwimmkörpers als Hohlkörper möglich.
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Zweckmäßigerweise ist jeder Bügel aus einem Rohrprofil gefertigt ist und zwei über einen Bügelsteg miteinander verbundene Bügelschenkel umfasst, wobei der Bügelsteg relativ zur Oberfläche des Schwimmkörpers in zumindest einer Richtung geneigt ist, vorzugsweise der Bügelsteg eine V-Form aufweist und an beiden V-Schenkeln mit Solarkollektoren bestückt ist Bei dem Rohrprofil kann es sich um einen zylindrischen Querschnitt handeln, wobei der Bügel selbst aus einem korrosionsbeständigen Material gefertigt oder zumindest entsprechend oberflächenbehandelt ist. Zur Erhöhung des Wirkungsgrades bzw. der Ausbeute von Sonnenstrahlung sind die Solarkollektoren aufgrund der Form des Bügels geneigt zur Oberfläche des Gewässers, auf dem das Gestell schwimmt, ausgerichtet. Hierbei kann die Neigung in einer Richtung verlaufen, wie z. B. bei einem Pultdach, oder der Bügelsteg weist die V-Form auf, wonach zwei sowohl zueinander als auch zur Gewässeroberfläche geneigte Flächen nach der Art eines Satteldaches für die Bestückung mit Solarkollektoren zur Verfügung stehen.
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In Ausgestaltung sind mehrere nebeneinander angeordnete Bügel mit den freien Enden ihrer Bügelschenkel endseitig in einem plattenförmigen Schwimmkörper gehalten. Entsprechend dieser Ausführung ist eine Vielzahl von Bügeln an einem Schwimmkörper befestigt. Diese Lösung ist sehr kostengünstig zu fertigen, da für ein Solarkraftwerk nur eine geringe Anzahl von Schwimmkörpern zu gießen und mit Bügeln zu bestücken ist. Die plattenförmigen Schwimmkörper mit den daran angeordneten Bügeln sind auch einfach handhabbar und auf einer Gewässeroberfläche, insbesondere auf einem See, abzusetzen.
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In alternativer Ausgestaltung sind zwei zueinander beabstandete quaderförmige Schwimmkörper vorgesehen, die mindestens ein freies Ende jeweils eines Bügelschenkels mehrerer nebeneinander angeordneter Bügel derart haltern, dass jedem Bügel zwei Schwimmkörper zugeordnet sind. Demnach ist entweder ein freies Ende eines Bügelschenkels eines Bügels in einem Schwimmkörber formschlüssig befestigt und das andere Ende stützt sich auf dem benachbarten Schwimmkörper ab oder beide freie Enden der Bügelschenkel eines Bügels sind in zwei parallel und beabstandet zueinander angeordneten Schwimmkörpern befestigt, wobei jeweils mehrere Bügel an den Schwimmkörpern gehalten sind, um Solarkollektoren zu haltern.
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Zur Erhöhung der Stabilität des Bügels ist ein Bügelschenkel des Bügels derart abgewinkelt, dass sich sein freies Ende in Richtung des anderen Bügelschenkels erstreckt und dabei im Bereich seiner Abwinklung auf einem Schwimmkörper befestigt ist, insbesondere mittels einer Rohrschelle. Demnach ist der Bügel mit einem freien Ende eines Bügelschenkels formschlüssig in dem einen Schwimmkörper verankert und mit der Abwinklung im Bereich des anderen Bügelschenkels über eine Rohrschelle an dem anderen Schwimmkörper gehalten. Selbstverständlich kann der Schwimmkörper auch plattenförmig und in einer solchen Größe gefertigt sein, dass sich beide Befestigungsstellen an demselben Schwimmkörper befinden. Zur weitergehenden Erhöhung der Stabilität des Bügels ist vorteilhafterweise der abgewinkelte Bügelschenkel auf beiden Schwimmkörpern und/oder an dem benachbarten Bügelschenkel festgelegt. Die Befestigung des abgewinkelten Bügelschenkels auf beiden Schwimmkörpern kann, wie bereits erläutert, mittels Rohrschellen erfolgen.
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Die Aufgabe wird auch durch eine Anordnung von zuvor erläuterten Gestellen, wobei die Solarkollektoren mittels Antrieben der Sonne nachführ bar sind, gelöst, indem mindestens ein Antrieb relativ zu einer Gewässeroberfläche fixiert ist und an den Schwimmkörpern oder an die Schwimmkörper zueinander koppelnden Verbindungselementen angreift, um die Solarkollektoren der Sonne nachzuführen.
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Demnach werden nicht die Solarkollektoren selbst bewegt, sondern die Schwimmkörper auf der Oberfläche des Gewässers verdreht, um einen zur Sonne optimierten Stand einzunehmen. Hierbei kann die Gesamtheit der vorhandenen, ein Solarkraftwerk bildenden Schwimmkörper, die miteinander verbunden sind, durch eine verhältnismäßig geringe Anzahl von Antrieben bewegt werden.
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Nach einer Weiterbildung sind mehrere Antriebe auf im Gewässer verankerten Schwimmflößen zur Verdrehung der Schwimmkörper befestigt. Jeder Antrieb befindet sich auf einem separaten Schwimmfloß und ist aufgrund seiner zugeordneten Verankerung, insbesondere auf dem Grund des Gewässers relativ zu den die Solarkollektoren tragenden Gestellen fixiert. Die Schwimmflöße können untereinander derart verbunden sein, dass die Anordnung von Solarkollektoren auf den Schwimmkörpern, die in ihrer Gesamtheit beispielsweise annähernd eine Kreisform aufweist, insbesondere auf der durch die Verbindungen aufgespannten Fläche drehbar ist.
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Um ein relativ stabiles Gebilde bereitzustellen, stehen bevorzugt mehrere Schwimmkörper mittels starrer und/oder flexibler Verbindungselemente, insbesondere mittels Rohren und/oder Ketten und/oder Seilen, miteinander in Verbindung. Damit die Gefahr einer gegenseitigen Verschattung reduziert ist und ein zwischen den Antrieben verdrehbares Solarkraftwerk mit einer Vielzahl Solarkollektoren bereit steht, sind mehrere Schwimmkörper in einer Reihe und mehrere Reihen unterschiedlicher Länge fest miteinander verbunden, um bevorzugt in ihrer Gesamtheit einen Kreis zu bilden. Zweckmäßigerweise sind zwischen den einzelnen Reihen von Schwimmkörpern im Bereich einer Mittelachse der Anordnung als Verbindungselemente Ketten und beabstandet dazu Rohre zur Aussteifung der Anordnung befestigt. In weiterer Ausgestaltung sind die Schwimmkörper mittels eines peripheren Umfangsverbindungselementes, insbesondere einer Umfangskette oder eines Umfangsseils oder Umfangsrohres, miteinander verbunden, an dem die Antriebe zur Verdrehung der miteinander verbundenen Schwimmkörper mittelbar oder unmittelbar angreifen.
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Drüber hinaus wird die Aufgabe durch einen Schwimmkörper für ein oben beschriebenes Gestell dadurch gelöst, dass er ein dickwandiges Kunststoffrohr umfasst, das stirnseitig mit Deckeln dicht verschlossen ist.
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Als Kunststoffrohr kann beispielsweise ein Rohr verwendet werden, das üblicherweise für die Ableitung von Abwasser benutzt und oberirdisch verlegt wird. Ein solches Kunststoffrohr weist eine Wandstärke von mindestens 8 mm auf und ist verhältnismäßig stabil. Da Abwasserrohre in großer Menge gefertigt werden, sind sie kostengünstig verfügbar. Auch Deckel können standardisiert gefertigt werden und sind entweder abgedichtet in die Stirnseiten des Kunststoffrohrs eingesetzt oder dicht mit diesem, beispielsweise stoffschlüssig, verbunden. In Abhängigkeit von den Anforderungen an den Auftrieb des Schwimmkörpers kann das Kunststoffrohr mit verschiedenen Werkstoffen gefüllt werden. Da das Kunststoffrohr auf dem Gewässer der Sonnenstrahlung ausgesetzt ist, wird zur Herstellung der Stabilität gegen UV-Strahlung ein bekannter Füllstoff, beispielsweise Ruß, eingesetzt.
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In Ausgestaltung bestehen die Deckel aus Kunststoff, vorzugsweise einem Polyethylen, und sind mit dem Kunststoffrohr, das aus dem gleichen Werkstoff besteht, verschweißt.
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Um dem Schwimmkörper Auftrieb zu verleihen, auch wenn er undicht ist und Wasser eindringt, ist das Kunststoffrohr mit einem Blähglasgranulat oder dergleichen gefüllt. Das Blähglasgranulat verleiht dem Schwimmkörper zum einen Auftrieb bei einer vorhandenen Leckage und dient zum anderen zum Beschweren des Schwimmkörpers und damit zur Einstellung seines Tiefganges im Gewässer.
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Im Weiteren wird die Aufgabe durch einen Schwimmkörper für ein oben beschriebenes Gestell dadurch gelöst, dass er aus einem Granulat und Zement besteht.
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Diese Masse kann gießfähig aufbereitet werden und eine wesentlich geringere Dichte als Wasser aufweisen, so dass der Schwimmkörper mehrere Gestelle mit daran befestigten Solarkollektoren auf einer Oberfläche eines Gewässers, insbesondere eines Binnensees, vorzugsweise eines Baggersees, oder dergleichen trägt.
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Bevorzugt wird als Granulat Blähglasgranulat unterschiedlicher Körnung, vorzugsweise zwischen 0 und 100 mm, insbesondere zwischen 0 und 50 mm, bevorzugt zwischen 0 und 4 mm, verwendet. Vorteilhafterweise ist zur Herstellung einer gießfähigen Masse das Granulat, insbesondere das Blähglasgranulat, mit dem Zement, Wasser sowie einem Betonverflüssiger und/oder Schaumbildner mischbar. Jeder Kubikmeter der fertigen Masse kann beispielsweise etwa 0 bis 500 Liter, vorzugsweise ca. 430 bis 460 Liter, Blähglasgranulat mit einer Körnung 0 bis 100 mm, insbesondere in gleichen Anteilen von 0 bis 2 mm und von 2 bis 4 mm aufweisen, wobei das Blähglasgranulat mit etwa 350 bis 400 kg, insbesondere 385 kg, Zement, 200 bis 300 Liter, insbesondere 250 Liter, Wasser und etwa einem Liter Betonverflüssiger gemischt ist. Um die Verdichtung positiv zu beeinflussen, ist die gießfähige Masse unter Vakuum aushärtbar. Mit der Technik des Aufbereitens und Gießens der Masse ist insbesondere ein Fachmann auf dem Gebiet der Zementverarbeitung vertraut. Fertigbetonlieferanten können die Masse in großen Mengen kostengünstig bereitstellen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar sind. Der Rahmen der Erfindung ist nur durch die Ansprüche definiert.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
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1 eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung von erfindungsgemäßen Gestellen mit Solarkollektoren,
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2 eine vereinfachte Draufsicht auf die Darstellung nach 1,
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3 eine perspektivische Darstellung einer Einzelheit III nach 2,
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4 eine perspektivische Teildarstellung der Einzelheit III nach 2,
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5 eine perspektivische Darstellung einer Einzelheit III nach 2 in alternativer Ausgestaltung,
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6 eine perspektivische Teildarstellung der Einzelheit III nach 2 in zweiter alternativer Ausgestaltung
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7 eine perspektivische Darstellung einer Einzelheit III nach 2 in dritter alternativer Ausgestaltung und
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8 eine perspektivische Darstellung einer Einzelheit III nach 2 in vierter alternativer Ausgestaltung.
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Ein Solarkraftwerk umfasst eine Anordnung von Gestellen 1, die über Schwimmkörper 2 auf der Oberfläche eines Gewässers, insbesondere eines stehenden Binnengewässers, angeordnet sind, wobei die Gestelle 1 aus Bügeln 3 zusammengesetzt sind, die gemäß 3 und 4 mit ihren freien Enden 4 formschlüssig in entsprechende Öffnungen der massiven, plattenförmigen Schwimmkörper 2 eingreifen. Jeder Bügel 3 ist aus einem Rohrprofil gefertigt und umfasst zwei über einen Bügelsteg 5 miteinander verbundene Bügelschenkel 6, deren freien Enden 4 in dem Schwimmkörper 2 gehalten sind. Die Bügelschenkel 6 weisen entsprechend den 3 bis 6 unterschiedliche Längen auf, so dass der Bügelsteg 5 relativ zur Oberfläche 7 des Schwimmkörpers 2 geneigt ist. Zwischen zwei benachbarten Bügeln 3 sind Solarkollektoren 8 befestigt und auf dem Schwimmkörper 2 sind sechs Bügel 3 parallel und beabstandet zueinander gehalten.
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Nach den 5 bis 8 sind zwei zueinander beabstandete Schwimmkörper 2 vorgesehen, wobei jeweils einem Bügelschenkel 6 ein Schwimmkörper 2 zugeordnet ist. Zur Befestigung des Bügels 3 sind gemäß 5 und 6 die freien Enden 4 der Bügelschenkel 6 in den Schwimmkörpern 2 gehalten. Neben der einseitigen Neigung des Bügelsteges 5 relativ zur Oberfläche 7 der Schwimmkörper 2 nach der Art eines Pultdaches ist auch eine V-förmige Gestaltung des Bügelsteges 5 bei einer gleichen Länge der Bügelschenkel 6 möglich, so dass der mit Solarkollektoren 8, insbesondere Photovoltaikmodulen, bestückte Bügel 3 im Wesentlichen die Form eines Satteldaches aufweist, wobei die Solarkollektoren 8 an den entsprechenden V-Schenkeln 20 benachbarter Bügel 3 in gegenläufiger Neigung festgelegt sind. Um den Bügel 3 zu versteifen, ist einer der Bügelschenkel 6 des Bügels 3 derart abgewinkelt ist, dass sich sein freies Ende 4 in Richtung des anderen Bügelschenkels 6 erstreckt und dabei im Bereich seiner Abwinklung 18 mit einer Rohrschelle 19 auf dem zugeordneten Schwimmkörper 2 befestigt ist.
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Mehrere der Schwimmkörper 2 sind an ihren Stirnseiten in einer Reihe 9 miteinander gekoppelt und mehrere Reihen 9 der Schwimmköper 2 sind unterschiedliche lang sowie im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet und fest miteinander verbunden, um in ihrer Gesamtheit eine Art Kreisform zu bilden. Die Verbindung der reihenförmig angeordneten Schwimmkörper 2 erfolgt mittels starrer und/oder flexibler Verbindungselemente 10, beispielsweise werden Rohre und/oder Ketten und/oder Seile verwendet. Um die parallel zueinander ausgerichteten Reihen 9 zu fixieren, sind im Bereich einer Mittelachse 11 der kreisförmigen Anordnung als Verbindungselemente 10 Ketten 12 vorgesehen und zur Mittelachse 11 benachbarte Schwimmkörper 2 sind zur Aussteifung der Anordnung durch Rohre 13 miteinander verbunden. Am äußeren Umfang der kreisförmigen Anordnung der Schwimmkörper 2 ist ein peripheres Umfangsverbindungselement 14 in Form einer Umfangskette oder eines Umfangsseils oder eines Umfangsrohres vorgesehen.
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Um die kreisförmige Anordnung der Schwimmkörper 2 verdrehen und damit der Sonne nachführen zu können, greifen an dem peripheren Umfangsverbindungselement 14 Antriebe 15 an, die auf im Gewässer verankerten Schwimmflößen 16 befestigt sind. Die Antriebe 15 umfassen jeweils einen bekannten Motor, der mit einem Getriebe zusammenwirkt, das unmittelbar eine Gliederkette in die eine und/oder andere Richtung transportieren kann, wie es beispielsweise von einem Kettenzug bekannt ist. Die Schwimmflöße 16 sowie die kreisförmige Anordnung der Schwimmkörper 2 sind mittels Anker 17 im Gewässer fixiert.
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Jeder Schwimmkörper 2 gemäß den 1 bis 7 ist aus einer gießfähigen Masse gefertigt, die eine geringe Wasseraufnahme und eine Dichte von ca. 0,7 kg/dm3 aufweist. Die Masse setzt sich aus einem Blähglasgranulat unterschiedlicher Körnung, Zement, Wasser sowie einem Betonverflüssiger zusammen und ist unter Vakuum aushärtbar.
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Der Schwimmkörper 2 nach 8 besteht im Wesentlichen aus einem dickwandigen Kunststoffrohr 21, das mit Deckeln 22 stirnseitig dicht verschlossen und mit Blähglasgranulat gefüllt ist. Die Deckel 22 können beispielsweise mit dem Kunststoffrohr verschweißt werden. Ist das Kunststoffrohr 21 undicht, sorgt das Blähglasgranulat im Inneren des Schwimmkörpers für den nötigen Auftrieb. Die dem Sonnenlicht ausgesetzten Kunststoffteile weisen Füllstoffe zur UV-Stabilisierung auf und bestehen vorzugsweise aus PE (Polyethylen). Zur Befestigung der Gestelle 1 sind die freien Enden 4 der Bügelschenkel 6 in oder an den Schwimmkörpern 2 gehalten. Die freien Enden 4 der Bügelschenkel 6 können beispielsweise abgedichtet in das Kunststoffrohr 21 eingesetzt oder mittels einer Haltevorrichtung an dem Kunststoffrohr 21 festgelegt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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