Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Nachführen einer Lichtnutzungseinrichtung gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1, eine Lichtnutzungseinrichtung gemäß Oberbegriff des Anspruchs 9 sowie eine Lichtnutzungseinrichtung gemäß Oberbegriff des Anspruchs 10.The invention relates to a device for tracking a light utilization device according to the preamble of claim 1, a light utilization device according to the preamble of claim 9 and a light utilization device according to the preamble of claim 10.
Lichtnutzungseinrichtungen und Vorrichtungen zu deren Nachführung sind bekannt. Lichtnutzungseinrichtungen dienen dazu, von einer Lichtquelle emittiertes Licht zu nutzen, es beispielsweise in eine andere Energieform zu wandeln oder es für Beleuchtungszwecke einzusetzen, weiterzuleiten und/oder zu modifizieren. Sie können als Photovoltaik-Modul, Solarthermie-Modul, Lichtsammeleinrichtung oder auf andere Weise ausgebildet sein. Bewegt sich die Lichtquelle während des Betriebs der Lichtnutzungseinrichtung, was insbesondere der Fall ist, wenn die Sonne als Lichtquelle genutzt wird, muss sie der Lichtquelle nachgeführt werden, wenn ihre Effizienz zumindest annähernd konstant gehalten werden soll. Hierzu sind Vorrichtungen bekannt, welche eine solche Nachführung bewirken. Diese sind jedoch nicht sehr genau und erlauben keine exakte Nachführung. Lichtnutzungseinrichtungen, welche der Wandlung von Lichtenergie in Wärme dienen, weisen den Nachteil auf, dass ihre Ausgangstemperatur mit variierendem Lichteinfall schwankt. Dies trifft umso mehr zu, wenn die Lichtnutzungseinrichtung nicht sauber nachgeführt wird, weil dann die Lichtleistung mit der variablen Präzision der Nachführung schwankt.Light utilization devices and devices for their tracking are known. Light utilization devices serve to use light emitted by a light source, for example to convert it into another form of energy or to use it for illumination purposes, to forward it and / or to modify it. They can be designed as a photovoltaic module, solar thermal module, light-collecting device or in other ways. If the light source moves during the operation of the light utilization device, which is the case in particular when the sun is used as the light source, it must be tracked to the light source if its efficiency is to be kept at least approximately constant. For this purpose, devices are known which cause such tracking. However, these are not very accurate and do not allow exact tracking. Light utilization devices, which serve the conversion of light energy into heat, have the disadvantage that their starting temperature varies with varying incidence of light. This is all the more true if the light utilization device is not tracked cleanly, because then the light output fluctuates with the variable precision of the tracking.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zum Nachführen einer Lichtnutzungseinrichtung zu schaffen, welche die genannten Nachteile vermeidet. Außerdem ist es Aufgabe der Erfindung, eine Lichtnutzungseinrichtung zu schaffen, bei welcher die Ausgangstemperatur mit schwankendem Lichteinfall möglichst wenig variiert.The object of the invention is therefore to provide a device for tracking a light utilization device, which avoids the disadvantages mentioned. In addition, it is an object of the invention to provide a light utilization device in which the starting temperature varies as little as possible with varying incidence of light.
Diese Aufgabe wird gelöst, indem eine Vorrichtung zum Nachführen einer Lichtnutzungseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 geschaffen wird. Diese weist eine Längsachse auf, welche eine optische Achse definiert, beziehungsweise mit einer optischen Achse der Vorrichtung zusammenfällt. Sie weist außerdem eine lichtempfindliche Sensor-Einrichtung auf. Die Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass sie zusammen mit der Lichtnutzungseinrichtung oder als Teil von ihr bewegbar ist. Die Sensor-Einrichtung umfasst mindestens drei – in Umfangsrichtung gesehen – um die optische Achse angeordnete Sensoren. Dabei sind von diesen ausgehende Signale durch eine Auswerteeinrichtung auswertbar. Aufgrund der ausgewerteten Signale ist eine Nachführung der Lichtnutzungseinrichtung bewirkbar, wobei zugleich auch die Vorrichtung zum Nachführen zusammen mit der Lichtnutzungseinrichtung oder als Teil von ihr nachgeführt wird. Die Nachführung wird bevorzugt derart bewirkt, dass ein Lichteinfall auf die mindestens drei Sensoren im Wesentlichen für alle Sensoren gleich gehalten wird. Die – in Umfangsrichtung gesehen – vorzugsweise symmetrisch um die optische Achse angeordneten Sensoren detektieren dann einen gleichen Lichteinfall, wenn die optische Achse genau in Richtung der Lichtquelle zeigt. Ergibt sich aufgrund einer Bewegung der Lichtquelle ein Winkelversatz zwischen der optischen Achse und der Richtung, in welcher die Lichtquelle steht, wird mindestens ein Sensor stärker beleuchtet als mindestens ein anderer Sensor. Aus den sich ergebenden Differenzsignalen der Sensoren kann der Winkelversatz der optischen Achse zur Richtung der Lichtquelle ermittelt werden, und es kann eine entsprechende, vorzugsweise geregelte Nachführung bewirkt werden. Diese Nachführung ist sehr genau. Sie ermöglicht in Echtzeit quasi eine dauerhafte Parallelität zwischen der optischen Achse und der Richtung der Lichtquelle. Auf diese Weise wird während des Betriebs der Lichtnutzungseinrichtung stets eine optimale Effizienz gewährleistet. Zugleich ergeben sich bei einer Lichtnutzungseinrichtung, welche Licht in Wärme umwandelt, ausgangsseitig geringere Temperaturschwankungen, weil die Nachführung dauerhaft sehr präzise ist.This object is achieved by providing a device for tracking a light utilization device having the features of claim 1. This has a longitudinal axis, which defines an optical axis, or coincides with an optical axis of the device. It also has a photosensitive sensor device. The device is characterized in that it is movable together with the light utilization device or as part of it. The sensor device comprises at least three sensors - arranged in the circumferential direction - arranged around the optical axis. In this case, outgoing signals can be evaluated by an evaluation device. Due to the evaluated signals tracking of the light utilization device can be effected, wherein at the same time the device for tracking along with the light utilization device or as part of it is tracked. The tracking is preferably effected such that a light incidence on the at least three sensors is kept substantially the same for all sensors. The - arranged in the circumferential direction - preferably arranged symmetrically about the optical axis sensors then detect a same incidence of light when the optical axis points exactly in the direction of the light source. If, due to a movement of the light source, an angular offset occurs between the optical axis and the direction in which the light source stands, at least one sensor is illuminated more intensely than at least one other sensor. From the resulting differential signals of the sensors, the angular displacement of the optical axis can be determined to the direction of the light source, and it can be a corresponding, preferably controlled tracking are effected. This tracking is very accurate. It allows a real-time parallelism between the optical axis and the direction of the light source in real time. In this way, optimal efficiency is always ensured during operation of the light utilization device. At the same time result in a light utilization device, which converts light into heat, the output side lower temperature fluctuations, because the tracking is permanently very precise.
Bevorzugt wird eine Vorrichtung, welche sich durch einen Schattenwurfkörper auszeichnet, der symmetrisch auf der optischen Achse angeordnet ist und sich – entgegen der Richtung des einfallenden Lichts gesehen – von einer gedachten Ebene weg erstreckt, auf welcher die Sensoren angeordnet sind. Besonders bevorzugt überdeckt der Schattenwurfkörper dabei die Sensoren bereichsweise. Der Schattenwurfkörper bewirkt, dass die bei einer Winkelabweichung auftretenden Differenzsignale deutlicher ausgeprägt sind, weil der mindestens eine Sensor, welcher quasi entgegen der Wanderungsrichtung der Lichtquelle angeordnet ist, zusätzlich zu seiner ungünstigeren Orientierung auch noch von dem Schattenwurfkörper zumindest teilweise abgeschattet wird. Das Signal eines solchen Sensors ist also schwächer, als wenn kein Schattenwurfkörper vorgesehen ist. Damit vergrößert sich die Differenz zu dem Signal eines Sensors, welcher in Wanderungsrichtung der Lichtquelle angeordnet ist, also bei dem angenommenen Winkelversatz voll beleuchtet wird. Insgesamt erhöht der Schattenwurfkörper damit die Präzision der Nachführung.Preferred is a device, which is characterized by a shadow throwing body, which is arranged symmetrically on the optical axis and - seen against the direction of the incident light - extends away from an imaginary plane on which the sensors are arranged. Particularly preferably, the shadow casting body covers the sensors in certain regions. The shadow impact body causes the difference signals occurring at an angular deviation are more pronounced, because the at least one sensor, which is arranged almost opposite to the direction of the light source, in addition to its unfavorable orientation is also at least partially shadowed by the shadow object. The signal of such a sensor is thus weaker than if no shadow casting body is provided. This increases the difference to the signal of a sensor, which is arranged in the direction of migration of the light source, that is fully illuminated at the assumed angular offset. Overall, the shadow cast body thus increases the precision of the tracking.
Bevorzugt wird auch eine Vorrichtung, die sich durch eine gegenüber der optischen Achse geneigte, sich – in Umfangsrichtung gesehen – um die optische Achse zumindest bereichsweise erstreckende Reflexionsfläche auszeichnet. Dabei sind die mindestens drei Sensoren so angeordnet, dass sie Licht sensieren, welches von der Reflexionsfläche reflektiert wird. Aufgrund der räumlich begrenzten Ausdehnung der Reflexionsfläche, welche quasi nur einen kleinen Raumwinkel überdeckt, ist diese Form der Erfassung eines Winkelversatzes präziser, als wenn unmittelbar auf die Sensoren auftreffendes Licht genutzt wird. Insbesondere treten Differenzsignale bei einem Winkelversatz deutlicher hervor, weil bereits bei vergleichsweise kleinen Winkelabweichungen der Lichtquelle abgewandte Bereiche der Reflexionsfläche nicht oder nicht mehr effizient bestrahlt werden, und demzufolge auch kein oder nur noch wenig Licht auf einen in diesem Bereich angeordneten Sensor reflektieren.Also preferred is a device which is characterized by a reflecting surface which is inclined relative to the optical axis and, viewed in the circumferential direction, extends at least in regions around the optical axis. In this case, the at least three sensors are arranged so that they sense light, which of the reflection surface is reflected. Due to the spatially limited extent of the reflection surface, which covers virtually only a small solid angle, this form of detection of an angular offset is more precise than when directly incident on the sensors light is used. In particular, differential signals occur more clearly at an angular offset, because even at comparatively small angular deviations of the light source remote areas of the reflection surface are not or no longer efficiently irradiated, and therefore reflect no or little light on a sensor arranged in this area.
Besonders bevorzugt wird eine Vorrichtung, bei der mindestens drei zusätzliche Sensoren vorgesehen sind, die mit dem Schattenwurfkörper oder der Reflexionsfläche zusammenwirken. Insgesamt sind dann zwei Gruppen von Sensoren vorgesehen, von denen mindestens drei Sensoren mit dem Schattenwurfkörper und mindestens drei weitere Sensoren mit der Reflexionsfläche zusammenwirken. Dabei ist es möglich, dass die mit der Reflexionsfläche zusammenwirkende Gruppe von Sensoren der Feinjustierung dient, während die mit dem Schattenwurfkörper zusammenwirkende Gruppe von Sensoren einer gröberen Nachführung, insbesondere bei großer Winkelabweichung dient.Particularly preferred is a device in which at least three additional sensors are provided, which cooperate with the shadow throwing body or the reflection surface. Overall, then two groups of sensors are provided, of which at least three sensors cooperate with the shadow casting and at least three other sensors with the reflection surface. In this case, it is possible for the group of sensors cooperating with the reflection surface to serve for the fine adjustment, while the group of sensors cooperating with the shadow casting body serves for coarser tracking, in particular for large angular deviations.
Bevorzugt wird auch eine Vorrichtung, welche eine Stellvorrichtung zum Nachführen der Lichtnutzungseinrichtung und der mit dieser gemeinsam oder als Teil von ihr bewegbaren Vorrichtung umfasst. Von der Auswerteeinrichtung sind dann Steuersignale an die Stellvorrichtung abgebbar, sodass die Nachführung automatisiert und vorzugsweise geregelt bewirkt werden kann. Demnach ist kein manueller Eingriff erforderlich, und die Auswerteeinrichtung sowie die Stellvorrichtung können permanent aktiv sein, um eine dauerhafte, hochgenaue, kontinuierliche Nachführung zu bewirken.Also preferred is a device which comprises an adjusting device for tracking the light-utilizing device and the device which can be moved together with it or as part of it. From the evaluation then control signals can be delivered to the adjusting device, so that the tracking can be effected automatically and preferably controlled. Accordingly, no manual intervention is required, and the evaluation device and the adjusting device can be permanently active in order to effect a permanent, highly accurate, continuous tracking.
Schließlich wird noch eine Vorrichtung bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass die Mechanik der Stellvorrichtung vorgespannt ist. Insbesondere werden bevorzugt Zahnflanken von Zahnrädern der Stellvorrichtung gegeneinander vorgespannt, sodass die Stellvorrichtung im Wesentlichen kein Spiel aufweist. Hierdurch kann die Nachführung sehr präzise gestaltet werden. Eine solche Stellvorrichtung ist auch insbesondere geeignet, sehr schwere Lichtnutzungseinrichtungen zu verstellen, weil auch durch Einleitung großer Kräfte keine unerwünschte Abweichung des Stellwegs erfolgt.Finally, a device is preferred, which is characterized in that the mechanics of the adjusting device is biased. In particular, tooth flanks of toothed wheels of the adjusting device are preferably biased against each other, so that the adjusting device has essentially no play. As a result, the tracking can be made very precise. Such a control device is also particularly suitable to adjust very heavy light utilization devices, because even by introducing large forces no unwanted deviation of the travel takes place.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.Further advantageous embodiments will be apparent from the dependent claims.
Die Aufgabe wird auch gelöst, indem eine Lichtnutzungseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 9 geschaffen wird. Diese zeichnet sich durch eine Vorrichtung zum Nachführen nach einem der Ansprüche 1 bis 8 aus. Es ergeben sich dabei die Vorteile, die in Zusammenhang mit der Vorrichtung zum Nachführen beschrieben wurden.The object is also achieved by providing a light utilization device with the features of claim 9. This is characterized by a device for tracking according to one of claims 1 to 8. This results in the advantages that have been described in connection with the device for tracking.
Schließlich wird die Aufgabe auch gelöst durch eine Lichtnutzungseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Diese umfasst einen Energiewandlungsbereich, in dem Licht in Wärme gewandelt wird, ein optisches System zur Lichtbündelung auf den Energiewandlungsbereich, und mindestens einen Sensor zur Erfassung einer Temperatur in dem Energiewandlungsbereich. Die Lichtnutzungseinrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass das optische System einen variablen Fokus aufweist. Es ist eine Auswerteeinrichtung vorgesehen, durch welche die Temperatur in dem Energiewandlungsbereich mit Hilfe des Sensors erfassbar ist. Dabei ist aufgrund der Auswerteeinrichtung eine Verstellung des Fokus des optischen Systems derart bewirkbar, dass die von dem Sensor gemessene Temperatur auch bei schwankendem Lichteinfall im Wesentlichen konstant regelbar ist. Die Auswerteeinrichtung signalisiert also – entweder mit Hilfe einer Anzeige zur manuellen Verstellung oder durch Erzeugung eines Steuersignals – ob und wie sich die von dem Sensor erfasste Temperatur in dem Energiewandlungsbereich ändert. Daraufhin ist es möglich, den Fokus des optischen Systems so zu verstellen, dass die von dem Sensor gemessene Temperatur im Wesentlichen konstant bleibt. Beispielsweise kann bei nachlassendem Lichteinfall eine kleinere Fläche des Energiewandlungsbereichs bestrahlt werden, sodass die pro Flächeneinheit eingeleitete Energie und damit auch die Temperatur im Energiewandlungsbereich im Wesentlichen konstant bleibt. Bei zunehmendem Lichteinfall kann das optische System dagegen defokussiert werden, um die bestrahlte Fläche des Energiewandlungsbereichs zu vergrößern. Auch so kann der Energieeintrag pro Flächeneinheit im Wesentlichen konstant gehalten werden. In Hinblick auf eine Nutzung der im Energiewandlungsbereich gewandelten thermischen Energie ist es vorteilhaft, wenn hier die Temperatur – quasi auf der Ausgangsseite der Lichtnutzungseinrichtung – möglichst konstant bleibt. Nachgelagerte Einrichtungen zur Nutzung der thermischen Energie können damit bei konstantem Temperaturniveau betrieben werden, beispielsweise ein Stirlingmotor.Finally, the object is also achieved by a light utilization device with the features of claim 10. This comprises an energy conversion region in which light is converted into heat, an optical system for light bundling on the energy conversion region, and at least one sensor for detecting a temperature in the energy conversion region. The light utilization device is characterized in that the optical system has a variable focus. An evaluation device is provided by which the temperature in the energy conversion range can be detected with the aid of the sensor. In this case, due to the evaluation device, an adjustment of the focus of the optical system can be effected in such a way that the temperature measured by the sensor can be regulated substantially constantly even when the light incidence fluctuates. The evaluation device thus signals - either with the aid of a display for manual adjustment or by generating a control signal - whether and how the temperature detected by the sensor changes in the energy conversion range. It is then possible to adjust the focus of the optical system so that the temperature measured by the sensor remains substantially constant. For example, as the incidence of light decreases, a smaller area of the energy conversion area can be irradiated, so that the energy introduced per unit area and thus also the temperature in the energy conversion area remains substantially constant. By contrast, as the incidence of light increases, the optical system may be defocused to increase the irradiated area of the energy conversion region. Even so, the energy input per unit area can be kept substantially constant. With regard to a utilization of the converted in the energy conversion range thermal energy, it is advantageous if the temperature remains here - virtually on the output side of the light-utilizing device - as constant as possible. Downstream facilities for the use of thermal energy can thus be operated at a constant temperature level, for example a Stirling engine.
Bevorzugt wird eine Lichtnutzungseinrichtung, die eine Vorrichtung zum Nachführen umfasst, welche vorzugsweise zugleich als Lichtsammeleinrichtung ausgebildet ist. Insbesondere wird bevorzugt, dass die Vorrichtung zum Nachführen zugleich der Lichtsammlung als auch der Weiterleitung des Lichts in den Bereich der Lichtnutzungseinrichtung dient, in welchem die Energiewandlung stattfindet.Preference is given to a light utilization device comprising a device for tracking, which is preferably also designed as a light collection device. In particular, it is preferred that the device for tracking at the same time the light collection and the forwarding of the light in the area of the light utilization device is used, in which the energy conversion takes place.
Bevorzugt wird auch eine Lichtnutzungseinrichtung, die sich durch eine Stellvorrichtung auszeichnet, an welche Steuersignale von der Auswerteeinrichtung abgebbar sind. Durch die Steuersignale ist eine Verstellung des Fokus des optischen Systems durch die Stellvorrichtung bewirkbar, was automatisch und vorzugsweise geregelt erfolgt. Es bedarf also keines manuellen Eingriffs, und die Verstellung kann dauerhaft und kontinuierlich erfolgen. Temperaturschwankungen im Energiewandlungsbereich werden so minimiert. Also preferred is a light utilization device, which is characterized by an adjusting device, to which control signals can be issued by the evaluation device. By the control signals an adjustment of the focus of the optical system by the adjusting device can be effected, which takes place automatically and preferably regulated. So it does not require manual intervention, and the adjustment can be permanent and continuous. Temperature fluctuations in the energy conversion area are thus minimized.
Schließlich wird eine Lichtnutzungseinrichtung bevorzugt, bei der der Energiewandlungsbereich an einem Umwandlungskörper vorgesehen ist. Dieser ist von seiner Umgebung thermisch isoliert, insbesondere in Hinblick auf Wärmestrahlung und/oder Konvektion. Die Isolation ist bevorzugt so ausgebildet, dass keine Wärmestrahlung von dem Umwandlungskörper nach außen abstrahlen kann, und/oder dass keine Wärmeabfuhr aufgrund von Konvektion erfolgt. So können Energieverluste im Bereich des Umwandlungskörpers wirksam vermieden werden.Finally, a light utilization device is preferred in which the energy conversion region is provided on a conversion body. This is thermally insulated from its surroundings, in particular with regard to thermal radiation and / or convection. The insulation is preferably formed so that no heat radiation can radiate outward from the conversion body, and / or that no heat removal occurs due to convection. Thus, energy losses in the region of the conversion body can be effectively avoided.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich den übrigen Unteransprüchen.Further advantageous embodiments will become apparent from the remaining dependent claims.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail below with reference to the drawing. Show it:
1 eine schematische Schnittansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zum Nachführen; 1 a schematic sectional view of a first embodiment of a device for tracking;
2 eine schematische Schnittansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zum Nachführen; 2 a schematic sectional view of a second embodiment of a device for tracking;
3 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zum Nachführen, welche als Lichtsammeleinrichtung einer Lichtnutzungseinrichtung ausgebildet ist; 3 a schematic view of a device for tracking, which is designed as a light collection device of a light utilization device;
4 eine schematische Schnittansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer Lichtnutzungseinrichtung, und 4 a schematic sectional view of a first embodiment of a light utilization device, and
5 eine schematische Schnittansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Lichtnutzungseinrichtung. 5 a schematic sectional view of a second embodiment of a light utilization device.
1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung 1 zum Nachführen einer Lichtnutzungseinrichtung. Diese weist eine Längsachse auf, welche eine optische Achse A definiert beziehungsweise mit der optischen Achse A der Vorrichtung 1 zusammenfällt. Es ist eine lichtempfindliche Sensoreinrichtung 3, 3' vorgesehen. Die Vorrichtung 1 ist zusammen mit der nicht dargestellten Lichtnutzungseinrichtung oder als Teil von dieser bewegbar. Dies dient dazu, die Vorrichtung 1 und die Lichtnutzungseinrichtung einer sich bewegenden Lichtquelle, insbesondere der Sonne, nachzuführen, sodass die optische Achse A bevorzugt stets im Wesentlichen in Richtung der Lichtquelle beziehungsweise parallel zur Einfallsrichtung des Lichts orientiert ist. Bevorzugt ist die Vorrichtung 1 hierfür um eine Achse schwenkbar, welche senkrecht auf der optischen Achse A steht. Je nach Orientierung dieser Schwenkachse relativ zur Bewegungsbahn der Lichtquelle genügt eine entsprechende Schwenkbewegung für eine effiziente Nachführung. Besonders bevorzugt ist die Vorrichtung 1 um zwei Achsen schwenkbar gelagert, wobei ganz besonders bevorzugt beide Achsen auf der optischen Achse A senkrecht stehen. Weiterhin stehen besonders bevorzugt beide Schwenkachsen senkrecht aufeinander. Die Formulierung, dass die Vorrichtung 1 zusammen mit oder als Teil der Lichtnutzungseinrichtung bewegbar ist, schließt ein Ausführungsbeispiel ein, bei dem die Vorrichtung 1 zusammen mit einem Teil der Lichtnutzungseinrichtung, insbesondere einer Lichtsammeleinrichtung, bewegbar ist, während andere Teile der Lichtnutzungseinrichtung nicht gemeinsam mit der Vorrichtung 1 bewegbar sind. Ebenfalls schließt die Formulierung ein Ausführungsbeispiel ein, bei welchem die Vorrichtung 1 selbst Teil der Lichtnutzungseinrichtung ist, indem sie beispielsweise als Lichtsammeleinrichtung ausgebildet ist. In diesem Fall genügt es, wenn die Vorrichtung 1 alleine im Sinne einer effizienten Nachführung bewegbar ist. Andere Teile der Lichtnutzungseinrichtung müssen dann nicht bewegbar sein. Wesentlich ist also, dass die Teile der Lichtnutzungseinrichtung gemeinsam mit der Vorrichtung 1 bewegbar sind, die für eine effiziente Funktion derselben der Lichtquelle nachgeführt werden müssen, oder dass die Vorrichtung 1, insbesondere wenn sie als Lichtsammeleinrichtung ausgebildet ist, selbst als Teil der Lichtnutzungseinrichtung nachführbar ist. 1 shows a schematic sectional view of a first embodiment of a device 1 for tracking a light utilization device. This has a longitudinal axis which defines an optical axis A or with the optical axis A of the device 1 coincides. It is a photosensitive sensor device 3 . 3 ' intended. The device 1 is movable together with the light utilization device, not shown, or as part of this. This serves to the device 1 and to track the light utilization device of a moving light source, in particular the sun, so that the optical axis A is preferably always oriented substantially in the direction of the light source or parallel to the direction of incidence of the light. The device is preferred 1 for this pivotable about an axis which is perpendicular to the optical axis A. Depending on the orientation of this pivot axis relative to the movement path of the light source, a corresponding pivoting movement suffices for efficient tracking. Particularly preferred is the device 1 pivotally mounted about two axes, most preferably, both axes are perpendicular to the optical axis A. Furthermore, particularly preferably, both pivot axes are perpendicular to one another. The wording that the device 1 is movable together with or as part of the light utilization device includes an embodiment in which the device 1 is movable together with a part of the light-using device, in particular a light-collecting device, while other parts of the light-using device not together with the device 1 are movable. Also, the wording includes an embodiment in which the device 1 itself part of the light utilization device is, for example, by being designed as a light collection device. In this case, it is sufficient if the device 1 alone is movable in the sense of an efficient tracking. Other parts of the light utilization device then do not have to be movable. It is essential that the parts of the light utilization device together with the device 1 are movable, which must be tracked for efficient operation of the same of the light source, or that the device 1 , Especially if it is designed as a light-collecting device, even as part of the light utilization device is trackable.
Die Lichtnutzungseinrichtung ist beispielsweise als Photovoltaikmodul, Solarthermie-Modul oder auf andere geeignete Weise ausgebildet. In diesem Fall ist die Vorrichtung 1 so mit der Lichtnutzungseinrichtung verbunden beziehungsweise an dieser befestigt, dass beide gemeinsam nachgeführt werden beziehungsweise der Bewegung der Lichtquelle folgen können.The light utilization device is designed, for example, as a photovoltaic module, solar thermal module or in another suitable manner. In this case, the device is 1 connected to the light utilization device or attached to this, that both are tracked together or can follow the movement of the light source.
Bei anderen Ausführungsbeispielen, wie sei beispielsweise aus den 2 und 3 hervorgehen, ist die Vorrichtung 1 selbst Teil der Lichtnutzungseinrichtung, insbesondere als Lichtsammeleinrichtung ausgebildet. In diesem Fall ist es möglich, dass die Vorrichtung 1 in ihrer Eigenschaft als Teil der Lichtnutzungseinrichtung bewegbar ist, um nachgeführt zu werden, während andere Teile der Lichtnutzungseinrichtung nicht bewegbar sind.In other embodiments, as can be seen for example from the 2 and 3 emerge is the device 1 itself part of the light utilization device, in particular designed as a light collecting device. In this case, it is possible that the device 1 in its capacity as part of the light utilization means is movable to be tracked while other parts of the light utilization means are not movable.
Die Sensor-Einrichtung 3, 3' umfasst mindestens drei Sensoren, von denen in 1 jeweils ein Sensor 5, 5' dargestellt ist. Die mindestens drei Sensoren 5, 5' einer Sensoreinrichtung 3, 3' sind – in Umfangsrichtung gesehen – um die optische Achse A angeordnet, wobei sie vorzugsweise konzentrisch auf der gleichen Umfangslinie angeordnet sind und bevorzugt einen gleichen Winkelabstand zueinander aufweisen. Insbesondere sind sie bevorzugt in einer Ebene angeordnet, auf welcher die optische Achse A senkrecht steht. Das in 1 dargestellte Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 1 umfasst demnach zwei Sensor-Einrichtungen 3, 3', welche jeweils mindestens drei Sensoren 5, 5' umfassen, wobei die Sensoren 5, 5' der jeweiligen Sensoreinrichtung 3, 3' bevorzugt in einer Ebene angeordnet sind, während die beiden Sensoreinrichtungen 3, 3' in verschiedenen Ebenen angeordnet sind. The sensor device 3 . 3 ' includes at least three sensors, of which in 1 one sensor each 5 . 5 ' is shown. The at least three sensors 5 . 5 ' a sensor device 3 . 3 ' are - arranged in the circumferential direction - about the optical axis A, wherein they are preferably arranged concentrically on the same circumferential line and preferably have an equal angular distance from one another. In particular, they are preferably arranged in a plane on which the optical axis A is perpendicular. This in 1 illustrated embodiment of the device 1 thus comprises two sensor devices 3 . 3 ' , which each have at least three sensors 5 . 5 ' include, wherein the sensors 5 . 5 ' the respective sensor device 3 . 3 ' preferably arranged in a plane while the two sensor devices 3 . 3 ' arranged in different levels.
Es ist eine nicht dargestellte Auswerteeinrichtung vorgesehen, durch die von den Sensoren 5, 5' ausgehende Signale auswertbar sind. InIt is an evaluation device, not shown, provided by the sensors 5 . 5 ' outgoing signals are evaluable. In
1 sind Leitungen 7, 7' dargestellt, welche von den Sensoren 5, 5' zu der nicht dargestellten Auswerteeinrichtung führen. 1 are lines 7 . 7 ' shown which of the sensors 5 . 5 ' lead to the evaluation device, not shown.
Die Auswerteeinrichtung wertet die Signale aus, welche von den Sensoren 5, 5' übermittelt werden. Dabei vergleicht sie diese, um festzustellen, ob der Lichteinfall auf die mindestens drei Sensoren 3, 3' der Sensoreinrichtung 3, 3' von einer Verteilung abweicht, welche bei paralleler Orientierung der optischen Achse A zur Lichteinfallsrichtung vorliegt, wobei in diesem Fall die Beleuchtungsintensität vorzugsweise im Wesentlichen für alle Sensoren 5, 5' gleich ist. Der Einfachheit wegen wird im Folgenden nur dieser bevorzugte Fall betrachtet; in anderen Fällen können Offsets für einzelne Sensoren 5, 5' definiert werden, um den bei idealer Orientierung inhomogenen Lichteinfall zu berücksichtigen.The evaluation device evaluates the signals from the sensors 5 . 5 ' be transmitted. In doing so, she compares these to determine if the incidence of light on the at least three sensors 3 . 3 ' the sensor device 3 . 3 ' differs from a distribution which exists in parallel orientation of the optical axis A to the light incident direction, in which case the illumination intensity is preferably substantially for all sensors 5 . 5 ' is equal to. For the sake of simplicity, only this preferred case is considered below; in other cases, offsets may be for individual sensors 5 . 5 ' be defined in order to take into account the inhomogeneous incidence of light at ideal orientation.
Vorzugsweise sind die von den Sensoren 5, 5' übermittelten Signalniveaus gleich hoch, wenn der Lichteinfall auf die Sensoren 5, 5' gleich groß ist. Toleranzbedingt kann es allerdings zu Abweichungen kommen, sodass verschiedene Sensoren 5, 5' verschiedene Signalniveaus übermitteln, wenn der Lichteinfall auf sie identisch ist. Um diesen Effekt zu berücksichtigen, wird die Auswerteeinheit bevorzugt kalibriert.Preferably, those of the sensors 5 . 5 ' transmitted signal levels equally high when the light on the sensors 5 . 5 ' is the same size. Due to tolerances, however, deviations may occur so that different sensors 5 . 5 ' transmit different signal levels if the incidence of light on them is identical. To take this effect into account, the evaluation unit is preferably calibrated.
Besonders bevorzugt umfasst jede Sensoreinrichtung 3, 3' vier Sensoren, die vorzugsweise – in Umfangsrichtung gesehen – um die optische Achse in gleichem Winkelabstand zueinander angeordnet sind. Die Auswertung der Sensorsignale ist dann besonders einfach, weil lediglich ein Vergleich der Signale sich diametral gegenüberliegender Sensoren erfolgen muss, um eine Information über die Abweichung der optischen Achse A von der Richtung des Lichteinfalls in der durch die von den beiden Sensoren definierten Richtung zu erhalten. Die aus jeweils zwei sich diametral gegenüberliegenden Sensoren gebildeten Sensorpaare liefern also Informationen über die Abweichung in zwei Koordinaten, welche ohne Weiteres in entsprechende Korrekturparameter umgesetzt werden können. Eine Auswertung bei nur drei Sensoren pro Sensoreinrichtung 3, 3' ist demgegenüber aufwendiger.Particularly preferably, each sensor device comprises 3 . 3 ' four sensors, which are preferably - viewed in the circumferential direction - arranged around the optical axis at the same angular distance from each other. The evaluation of the sensor signals is particularly simple, because only a comparison of the signals diametrically opposed sensors must be made to obtain information about the deviation of the optical axis A from the direction of light incidence in the direction defined by the two sensors. The pairs of sensors formed from two diametrically opposed sensors thus provide information about the deviation in two coordinates, which can be easily converted into corresponding correction parameters. An evaluation with only three sensors per sensor device 3 . 3 ' is more expensive.
Es ist möglich, dass die Auswerteeinrichtung Korrekturparameter lediglich bestimmt und ausgibt, beispielsweise über eine Schnittstelle, die vorzugsweise mit einem Rechner verbindbar ist, oder über ein der Auswerteeinrichtung selbst zugeordnetes Anzeigegerät. In diesem Fall kann eine manuelle Nachführung erfolgen, oder ein externer Rechner kann die Nachführung übernehmen. Bevorzugt ist jedoch eine hier nicht dargestellte Stellvorrichtung zum Nachführen der Lichtnutzungseinrichtung und der mit dieser gemeinsam oder als Teil von ihre bewegbaren Vorrichtung 1 vorgesehen, die Steuersignale von der Auswerteeinrichtung empfängt. Die Nachführung kann dann automatisiert, vorzugsweise durch die Auswerteeinrichtung geregelt und bevorzugt ohne Zugriff auf externe Ressourcen, wie beispielsweise einen über eine Schnittstelle angeschlossenen Rechner, durchgeführt werden.It is possible that the evaluation device merely determines and outputs correction parameters, for example via an interface, which can preferably be connected to a computer, or via a display device assigned to the evaluation device itself. In this case, a manual tracking can be done, or an external computer can take over the tracking. Preferably, however, is an adjusting device, not shown here for tracking the light-utilizing device and with this together or as part of their movable device 1 provided which receives control signals from the evaluation device. The tracking can then be automated, preferably regulated by the evaluation device and preferably without access to external resources, such as a computer connected via an interface, performed.
Die Auswerteeinrichtung kann als Mikrokontroller ausgebildet sein. Es ist möglich, dass sie eine oder mehrere Schnittstellen umfasst, über die sie beispielsweise ausgelesen oder angesteuert werden kann. Es ist auch möglich, über eine Schnittstelle – beispielsweise zu Wartungszwecken – eine Verstellung von Hand beziehungsweise rechnergesteuert zu bewirken. Außerdem ist es möglich, dass die Auswerteeinrichtung Messdaten oder andere Angaben mitprotokolliert, welche dann über die Schnittstelle ausgelesen werden können.The evaluation device can be designed as a microcontroller. It is possible that it comprises one or more interfaces via which it can be read or controlled, for example. It is also possible, via an interface - for example, for maintenance purposes - to effect an adjustment by hand or computer-controlled. In addition, it is possible that the evaluation device logs measurement data or other information, which can then be read out via the interface.
Die Auswerteeinrichtung kann auch zusätzliche Sensoren einbinden, beispielsweise kann ein Tag-Nacht-Sensor vorgesehen sein, mithilfe dessen die Auswerteeinrichtung ermitteln kann, ob die Lichtquelle leuchtet oder nicht, beispielsweise ob die Sonne auf- oder untergegangen ist. Hat sich die Vorrichtung 1 beispielsweise im Laufe eines Tages der Sonne folgend von Osten nach Westen orientiert, kann sie nachts, wenn der Tag-Nacht-Sensor Dunkelheit meldet, wieder zurück nach Osten verlagert werden, um am nächsten Morgen bereitzustehen, Licht von der aufgehenden Sonne einzufangen. Eine entsprechende hell-dunkel-Sensierung kann selbstverständlich auch von den ohnehin vorhandenen Sensoren 5, 5' der mindestens einen Sensoreinrichtung 3, 3' geleistet werden. Beispielsweise kann hierzu ein integrales Signal der mindestens drei Sensoren 5, 5' der Sensoreinrichtung 3, 3' herangezogen werden.The evaluation device can also incorporate additional sensors, for example, a day-night sensor can be provided, by means of which the evaluation device can determine whether the light source is lit or not, for example, whether the sun has gone up or down. Has the device 1 For example, during the course of a day, following the sun from east to west, it can shift back to the east at night when the day-night sensor reports darkness, to stand by the next morning, to catch light from the rising sun. A corresponding light-dark sensing can of course also of the already existing sensors 5 . 5 ' the at least one sensor device 3 . 3 ' be made. For example, this can be an integral signal of the at least three sensors 5 . 5 ' the sensor device 3 . 3 ' be used.
Ist die Vorrichtung 1 als Lichtsammeleinrichtung ausgebildet, welche Licht in einen Lichtleiter einkoppelt, kann eine Brucherkennung für den Lichtleiter vorgesehen sein. Wird beispielsweise ein Faserbruch – vorzugsweise über zurückgestreutes oder zurückreflektiertes Licht oder über eine verminderte Ausgangslichtleistung – detektiert, ist es möglich, die Lichteinleitung in den Lichtleiter zu stoppen. Hierzu kann beispielsweise eine Einleitungsoptik defokussiert, ein Spiegel weggeklappt, oder ein Shutter in den Strahlengang eingebracht werden. Bevorzugt wird diese Funktionalität, also insbesondere die Auswertung entsprechender Sensoren und gegebenenfalls die Einleitung der erläuterten Maßnahmen durch die Auswerteeinrichtung übernommen. Is the device 1 formed as a light collection device, which couples light into a light guide, a break detection for the light guide may be provided. If, for example, a fiber break is detected, preferably via backscattered or reflected-back light or via a reduced output light power, it is possible to stop the introduction of light into the light guide. For this purpose, for example, an introduction optics defocused, a mirror folded away, or a shutter can be introduced into the beam path. This functionality, that is to say in particular the evaluation of corresponding sensors and optionally the initiation of the explained measures, is preferably taken over by the evaluation device.
Die Sensoren 5, 5' sind bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel als Fotowiderstand (Light Dependent Resistor, LDR) ausgebildet. Bei einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel sind sie als Fotodioden ausgebildet. In diesem Fall werden die Signale der Fotodioden bevorzugt verstärkt, bevor sie miteinander verglichen werden. In wieder einem anderen Ausführungsbeispiel sind die Sensoren 5, 5' als infrarotempfindliche Fotodioden ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass die Vorrichtung 1 auch bei bewölktem Himmel eine Nachführung bewirken kann, weil zwar das diffus gestreute sichtbare Licht keine genaue Orientierung der Vorrichtung 1 zur Sonne hin erlaubt, die von der Sonne emittierte Infrarotstrahlung jedoch noch zur Richtungsbestimmung herangezogen werden kann. Es ist ohne Weiteres möglich, die hier genannten Ausführungsbeispiele miteinander zu kombinieren, sodass verschiedene Sensoren 5, 5' innerhalb eines Ausführungsbeispiel verschieden, also insbesondere als Fotowiderstand, als Fotodiode oder als infrarotempfindliche Fotodiode ausgebildet sind.The sensors 5 . 5 ' are formed in a preferred embodiment as a photoresistor (Light Dependent Resistor, LDR). In another preferred embodiment, they are designed as photodiodes. In this case, the signals of the photodiodes are preferably amplified before being compared with each other. In yet another embodiment, the sensors 5 . 5 ' designed as infrared-sensitive photodiodes. This has the advantage that the device 1 Even when the sky is cloudy can cause a tracking, because although the diffusely scattered visible light is not accurate orientation of the device 1 towards the sun, but the infrared radiation emitted by the sun can still be used to determine the direction. It is readily possible to combine the embodiments mentioned here with each other, so that different sensors 5 . 5 ' are different within an embodiment, ie in particular as a photoresistor, as a photodiode or as an infrared-sensitive photodiode are formed.
Insgesamt wird deutlich, dass aufgrund der Auswerteeinrichtung eine Nachführung der Lichtnutzungseinrichtung und damit zugleich der Vorrichtung 1 beziehungsweise – was von dieser Formulierung umfasst ist – des relevanten Teils der Lichtnutzungseinrichtung möglich ist, sodass insbesondere ein Lichteinfall auf die mindestens drei Sensoren 5, 5' im Wesentlichen für alle Sensoren 5, 5' konstant bleibt. Damit wird eine dauerhafte, kontinuierliche und sehr präzise Nachführung jedenfalls der relevanten Teile der Lichtnutzungseinrichtung bewirkt, sodass das einfallende Licht stets mit größtmöglicher Effizienz genutzt werden kann.Overall, it is clear that due to the evaluation device, a tracking of the light utilization device and thus at the same time the device 1 or - which is encompassed by this formulation - the relevant part of the light utilization device is possible, so that in particular a light incidence on the at least three sensors 5 . 5 ' essentially for all sensors 5 . 5 ' remains constant. This results in a permanent, continuous and very precise tracking of the relevant parts of the light utilization device in each case, so that the incident light can always be used with the greatest possible efficiency.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 zeigt sich, dass die Sensoren 5 der Sensoreinrichtung 3 unmittelbar von dem Licht getroffen werden, welches von der Lichtquelle emittiert wird. Veränderungen in der Orientierung der optischen Achse A relativ zur Einfallsrichtung des Lichts sind daher nur als vergleichsweise kleine Signaldifferenzen detektierbar.In the embodiment according to 1 it turns out that the sensors 5 the sensor device 3 be hit directly by the light emitted from the light source. Changes in the orientation of the optical axis A relative to the direction of incidence of the light are therefore detectable only as comparatively small signal differences.
Die Empfindlichkeit der Sensoreinrichtung 3 wird durch einen Schattenwurfkörper 9 erhöht, welcher symmetrisch auf der optischen Achse A angeordnet ist und sich – entgegen der Richtung des einfallenden Lichts gesehen – von der gedachten Ebene weg erstreckt, auf welcher die Sensoren 5 angeordnet sind. Der Schattenwurfkörper 9 steht also quasi über diese Ebene in Richtung auf die Lichtquelle vor. Bevorzugt überdeckt er die Sensoren dabei bereichsweise. In 1 ist dargestellt, dass sich der Schattenwurfkörper 9 – in radialer Richtung gesehen – bis zu einer Mitte des Sensors 5 erstreckt.The sensitivity of the sensor device 3 gets through a shadow cast body 9 which is arranged symmetrically on the optical axis A and, viewed in the direction of the incident light, extends away from the imaginary plane on which the sensors 5 are arranged. The shadow cast body 9 So it is almost on this level in the direction of the light source. He preferably covers the sensors partially. In 1 is shown that the shadow cast body 9 - Seen in the radial direction - up to a center of the sensor 5 extends.
Bei einer Winkelabweichung der optischen Achse A von der Richtung, in welcher die Lichtquelle steht, erzeugen die Sensoren 5 dann nicht nur aufgrund ihrer verschiedenen relativen Orientierung zur Lichtquelle verschiedene Signale, sondern weiter von der Lichtquelle entfernte Sensoren 5 werden zusätzlich durch den Schatten verdunkelt, welchen der Schattenwurfkörper 9 auf sie wirft. Dadurch erhöht sich das von der Auswerteeinrichtung detektierbare Differenzsignal. Es ist möglich, dass die Vorrichtung 1 lediglich die Sensoreinrichtung 3 – mit oder ohne Schattenwurfkörper 9 – umfasst.At an angular deviation of the optical axis A from the direction in which the light source stands, the sensors generate 5 then not only due to their different relative orientation to the light source different signals, but further from the light source remote sensors 5 are additionally obscured by the shadow, which the shadow throwing body 9 throws at them. As a result, the difference signal detectable by the evaluation device increases. It is possible that the device 1 only the sensor device 3 - with or without shadow cast body 9 - includes.
Bei anderen Ausführungsbeispielen kann jedoch zusätzlich oder alternativ die Sensoreinrichtung 3' vorgesehen sein.In other embodiments, however, additionally or alternatively, the sensor device 3 ' be provided.
Es ist eine gegenüber der optischen A geneigte, sich – in Umfangsrichtung gesehen – um diese zumindest bereichsweise erstreckende Reflexionsfläche 11 vorgesehen, wobei die mindestens drei Sensoren 5' so angeordnet sind, dass sie Licht erfassen, welches von der Reflexionsfläche 11 reflektiert wird. Das einfallende Licht ist in 1 durch Strahlen L symbolisiert. Je nach Orientierung der optischen Achse A relativ zur Richtung, in welcher die Lichtquelle steht, wird mehr oder weniger – gegebenenfalls bei idealer Orientierung auch kein – Licht auf die verschiedenen Sensoren 5' der Sensoreinrichtung 3' reflektiert.It is inclined with respect to the optical A, seen - in the circumferential direction - around this at least partially extending reflection surface 11 provided, wherein the at least three sensors 5 ' are arranged so that they detect light, which from the reflection surface 11 is reflected. The incident light is in 1 symbolized by rays L. Depending on the orientation of the optical axis A relative to the direction in which the light source is located, more or less - optionally also with ideal orientation - no light on the various sensors 5 ' the sensor device 3 ' reflected.
Da die Reflexionsfläche 11 nur einen sehr kleinen Raumwinkelbereich abdeckt, ist deren richtungsabhängige Reflexion sehr empfindlich gegenüber einer Winkelabweichung zwischen der optischen Achse A und der Richtung der Lichtquelle. Daher ist die Sensoreinrichtung 3' mit der Reflexionsfläche 11 bevorzugt zur Fein-Nachführung vorgesehen, während die Sensoreinrichtung 3 – mit oder ohne Schattenwurfkörper 9 – bevorzugt der Grob-Nachführung dient.Because the reflection surface 11 covers only a very small solid angle range, the direction-dependent reflection is very sensitive to an angular deviation between the optical axis A and the direction of the light source. Therefore, the sensor device 3 ' with the reflection surface 11 preferably provided for fine tracking, while the sensor device 3 - with or without shadow cast body 9 - Preferably the coarse tracking is used.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Nachführung stets über die Sensoreinrichtung 3' mit der Reflexionsfläche 11 erfolgt, wenn genügend Licht zumindest auf einen der Sensoren 5' trifft, also die grobe Orientierung der optischen Achse A stimmt. Ist dagegen die Orientierung derselben grob fehlerhaft, sodass nur sehr wenig oder gar kein Licht auf die Sensoren 5' durch die Reflexionsfläche 11 reflektiert wird, wird die Sensoreinrichtung 3 – mit oder ohne Schattenwurfkörper 9 – herangezogen, um solange eine Nachführung zu bewirken, bis wieder hinreichend viel Licht von der Reflexionsfläche 11 auf wenigstens einen der Sensoren 5' reflektiert wird.In particular, it can be provided that the tracking always via the sensor device 3 ' with the reflection surface 11 occurs when there is enough light on at least one of the sensors 5 ' applies, so the coarse orientation of the optical axis A is correct. However, if the orientation of the same is grossly faulty, so that little or no light on the sensors 5 ' through the reflection surface 11 is reflected, the sensor device 3 - with or without shadow cast body 9 - Used to effect as long as tracking, until again enough light from the reflection surface 11 on at least one of the sensors 5 ' is reflected.
Wie bereits angedeutet, sind jedoch auch Ausführungsbeispiele der Vorrichtung 1 möglich, die lediglich die Sensoreinrichtung 3 – mit oder ohne Schattenwurfkörper – oder lediglich die Sensoreinrichtung 3' mit der Reflexionsfläche 11 umfassen.As already indicated, however, are also embodiments of the device 1 possible, the only the sensor device 3 - with or without shadow casting - or just the sensor device 3 ' with the reflection surface 11 include.
Vorzugsweise sind die Sensoren 5 sehr empfindlich. Um sie vor übermäßiger Bestrahlung zu schützen und/oder um den Bauraum der Vorrichtung 1 – insbesondere in radialer Richtung gesehen – zu minimieren, kann eine zweite Reflexion an einer Ebene 13 zur Umlenkung des Lichtweges vorgesehen sein. Es ist möglich, dass die Reflexionsfläche 11 und die Ebene 13 voll verspiegelt sind, sodass fast die gesamte auf sie treffende Intensität auch auf die Sensoren 5' reflektiert wird. Es ist jedoch auch möglich, die Reflexionsfläche 11 und/oder die Ebene 13 teilzuverspiegeln, sodass das einfallende Licht nur abgeschwächt reflektiert wird. Empfindliche Sensoren 5' können so geschont werden. Bevorzugt ist die Reflexionsfläche 11 an einem Dorn 15 vorgesehen, der vorzugsweise symmetrisch auf der optischen Achse A angeordnet ist und sich entlang dieser erstreckt. Er weist vorzugsweise eine Spitze S auf.Preferably, the sensors 5 very sensitive. To protect it from excessive radiation and / or the installation space of the device 1 - Especially in the radial direction - to minimize, can be a second reflection on a plane 13 be provided for deflecting the light path. It is possible that the reflection surface 11 and the plane 13 are fully mirrored, so that almost all the intensity affecting them also on the sensors 5 ' is reflected. However, it is also possible the reflection surface 11 and / or the plane 13 teilververspiegel, so that the incident light is reflected only attenuated. Sensitive sensors 5 ' can be spared so. The reflection surface is preferred 11 on a thorn 15 provided, which is preferably arranged symmetrically on the optical axis A and extends along this. It preferably has a tip S.
Die Vorrichtung 1 umfasst vorzugsweise ein Lichteinleitungselement, durch welches in die Vorrichtung eintretendes Licht im Wesentlichen auf ein Zentrum oder eine Mitte der Reflexionsfläche gelangt, welches bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel durch die Spitze S gebildet wird. Das Lichteinleitungselement ist vorzugsweise als Apertur, beispielsweise als kleine, auf der optischen Achse A zentrierte Öffnung, als Linse, als Linsensystem, als Spiegel, Spiegelsystem oder als Kombination von mindestens einer Linse und mindestens einem Spiegel beziehungsweise allgemein als optisches System ausgebildet. Das Lichteinleitungselement erhöht die Empfindlichkeit der Nachführung, indem es dafür sorgt, dass das Licht im Wesentlichen auf ein Zentrum oder eine Mitte der Reflexionsfläche 11 trifft, sodass selbst kleine Winkelabweichungen zwischen der optischen Achse A und der Richtung der Lichtquelle sicher erfassbar sind.The device 1 preferably comprises a light-introducing element, through which light entering the device passes substantially to a center or a center of the reflection surface, which at the in 1 illustrated embodiment is formed by the tip S. The light introduction element is preferably designed as an aperture, for example as a small aperture centered on the optical axis A, as a lens, as a lens system, as a mirror, mirror system or as a combination of at least one lens and at least one mirror or generally as an optical system. The light introducing element increases the sensitivity of the tracking by causing the light to be substantially incident on a center or a center of the reflecting surface 11 so that even small angular deviations between the optical axis A and the direction of the light source can be reliably detected.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine Linse 17 als Lichteinleitungselement vorgesehen, welche das in die Vorrichtung 1 von der Lichtquelle her einfallende, durch die Strahlen L symbolisierte Bündel auf die Spitze S des Dorns 15 fokussiert. Hierdurch wird eine Nachführung aufgrund des von der Reflexionsfläche 11 reflektierten Lichts ganz besonders empfindlich, weil bereits kleine Winkelabweichungen zu vergleichsweise großen Differenzsignalen führen, wenn sich der Brennpunkt von der Spitze S wegverlagert. Im Idealfall fällt auf die Sensoren 5' kein Licht, wenn die Vorrichtung 1 ideal zur Lichtquelle hin orientiert ist. In diesem Fall trifft nämlich das gesamte einfallende Licht L auf die Spitze S. Bei einer kleinen Winkelabweichung wird im Idealfall ein wohldefinierter Steuerstrahl 18 erzeugt, welcher hier durch parallele Linien dargestellt ist. In dem dargestellten Idealfall wird lediglich der dargestellte Sensor 5' von dem Steuerstrahl 18 getroffen, sodass ein eindeutiges Differenzsignal ermittelbar ist.In the illustrated embodiment, a lens 17 provided as a light introduction element, which in the device 1 incident from the light source, symbolized by the rays L bundle on the tip S of the mandrel 15 focused. As a result, a tracking due to the of the reflection surface 11 Reflected light very sensitive, because even small angle deviations lead to comparatively large difference signals when the focal point of the tip S wegverlagert. Ideally, it falls on the sensors 5 ' no light when the device 1 ideally oriented towards the light source. In this case, the total incident light L strikes the top S. With a small angular deviation, ideally a well-defined control beam will be used 18 generated, which is represented here by parallel lines. In the illustrated ideal case, only the illustrated sensor 5 ' from the control jet 18 taken so that a unique difference signal can be determined.
Die Vorrichtung 1 umfasst bevorzugt ein Gehäuse 19, in welchem die Sensoreinrichtung 3, 3', der Dorn 15 sowie die Linse 17 und gegebenenfalls weitere Elemente, beispielsweise auch die Auswerteeinrichtung, angeordnet sind.The device 1 preferably comprises a housing 19 in which the sensor device 3 . 3 ' , the thorn 15 as well as the lens 17 and optionally further elements, for example also the evaluation device, are arranged.
Die Reflexionsfläche 11 ist bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel als durchgehende Kegelmantelfläche ausgebildet. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist es möglich, dass sie nicht durchgängig ausgebildet ist, sondern beispielsweise Segmente umfasst, wobei vorzugsweise jedem Sensor 5' mindestens ein Segment der Reflexionsfläche 11 zugeordnet ist. Beispielsweise kann sie drei – sich in Umfangsrichtung gesehen vorzugsweise über gleiche Winkelanteile erstreckende – Segmente oder bevorzugt vier Segmente, die nach Art von Quadranten angeordnet sind, umfassen.The reflection surface 11 is at the in 1 illustrated embodiment formed as a continuous cone surface. In another embodiment, it is possible that it is not continuous, but for example includes segments, preferably each sensor 5 ' at least one segment of the reflection surface 11 assigned. For example, it may comprise three segments, preferably extending over equal angular proportions in the circumferential direction, or preferably four segments arranged in the manner of quadrants.
Die Vorrichtung 1 umfasst vorzugsweise in dem Gehäuse 19 eine Kammer 21, die bevorzugt durch das Lichteinleitungselement – hier die Linse 17 – begrenzt wird, und in welcher der Lichtweg von diesem zur Reflexionsfläche 11 und von dieser zu den Sensoren 5' angeordnet ist. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Kammer 21 mit einem Fluid gefüllt, welches durch Streuverluste entstehende Wärme aufnimmt und an die Wandung des Gehäuses 19 weiterleitet, sodass sie nach außen geführt werden kann. Hierdurch wird eine übermäßige Erwärmung der Komponenten der Vorrichtung 1 vermieden. Insgesamt kann durch ein geeignetes Fluid ein Faktor 100 in der Kühlwirkung erzielt werden. Zugleich ist es möglich, dass das Fluid das einfallende Licht teilweise absorbiert, um dessen Intensität abzuschwächen und so die Sensoren 5, 5' vor zu hohem Lichteinfall zu schützen.The device 1 preferably comprises in the housing 19 a chamber 21 , which preferably by the light introduction element - here the lens 17 - Is limited, and in which the light path from this to the reflection surface 11 and from this to the sensors 5 ' is arranged. In one embodiment, the chamber is 21 filled with a fluid which absorbs heat generated by leakage losses and to the wall of the housing 19 forwarded so that it can be led to the outside. This will cause excessive heating of the components of the device 1 avoided. Overall, a factor can be due to a suitable fluid 100 be achieved in the cooling effect. At the same time, it is possible for the fluid to partially absorb the incident light to attenuate its intensity and so the sensors 5 . 5 ' to protect against high incidence of light.
2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung 1. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insoweit auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. Im Folgenden wird lediglich auf die Unterschiede zu dem in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel eingegangen. Der Dorn 15 ist hier – entlang seiner mit der optischen Achse A zusammenfallenden Längsrichtung gesehen – hohl ausgebildet. In ihm ist ein Lichtleiter 23 symmetrisch auf der optischen Achse angeordnet. Das Lichteinleitungselement umfasst hier eine erste Linse 17, welche das Licht L bündelt. Noch vor dem Brennpunkt der Linse 17 ist – in Richtung auf die Linse 17 hin versetzt – zweite Linse 17' vorgesehen, welche aus dem durch die Linse 17 fokussierten Licht wieder ein paralleles Bündel bildet. Das Lichteinleitungselement ist hier also als optisches System aus einer Sammellinse 17 und einer Zerstreuungslinse 17' ausgebildet, welches aus einem in die Vorrichtung 1 einfallenden parallelen Bündel ein schmaleres paralleles Bündel erzeugt, das vorzugsweise im Wesentlichen den Durchmesser des Lichtleiters 23 aufweist. Durch das die beiden Linsen 17, 17' umfassende Lichteinleitungselement wird das in die Vorrichtung 1 einfallende Licht effizient in den Lichtleiter 23 eingekoppelt. 2 shows a schematic sectional view of a second embodiment of a device 1 , Identical and functionally identical elements are provided with the same reference numerals, so that reference is made to the preceding description. In the following, only the differences to those in 1 shown first Exemplary embodiment received. The thorn 15 is here - seen along its coincident with the optical axis A longitudinal direction - hollow. In it is a light guide 23 arranged symmetrically on the optical axis. The light introduction element here comprises a first lens 17 , which bundles the light L. Even before the focal point of the lens 17 is - towards the lens 17 offset - second lens 17 ' provided, which from the through the lens 17 focused light forms a parallel bundle again. The light introduction element is thus here as an optical system of a converging lens 17 and a diverging lens 17 ' formed, which from a into the device 1 incident parallel beam produces a narrower parallel beam, preferably substantially the diameter of the optical fiber 23 having. Through the two lenses 17 . 17 ' Comprehensive light-introducing element that is in the device 1 incident light efficiently in the light guide 23 coupled.
Besonders bevorzugt wird im Wesentlichen das gesamte in die Vorrichtung 1 einfallende Licht in den Lichtleiter 23 eingekoppelt, wenn die optische Achse A parallel zur Richtung der Lichtquelle beziehungsweise in Richtung der Lichtquelle angeordnet ist. Die Vorrichtung 1 ist hier als Lichtsammeleinrichtung ausgebildet.Most preferably, substantially all of the device is incorporated into the device 1 incident light in the light guide 23 coupled, when the optical axis A is arranged parallel to the direction of the light source or in the direction of the light source. The device 1 is designed here as a light-collecting device.
Der Lichtleiter 23 kann vorzugsweise als Einzelfaser, schmales Bündel aus Lichtwellenleitern, insbesondere Fasern, oder als – gegebenenfalls dickeres – Bündel aus vorzugsweise dünnen einzelnen Lichtwellenleitern, insbesondere Fasern, ausgebildet sein.The light guide 23 may preferably be formed as a single fiber, narrow bundle of optical waveguides, in particular fibers, or as - possibly thicker - bundle of preferably thin individual optical waveguides, in particular fibers.
Der Lichtleiter 23 umfasst vorzugsweise Kunststoff, besteht besonders bevorzugt aus solchem. Geeignete Kunststoff-Lichtleiter können ohne weiteres sichtbares Licht und Infrarotstrahlung mit einer Flächenleistung bis zu 25 W/mm2 zerstörungsfrei transmittieren. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist es auch möglich, dass der Lichtleiter 23 Glas umfasst, bevorzugt aus Glas besteht. Schließlich ist auch eine Kombination von Glas und Kunststoff, insbesondere eine Kombination von Glasfasern und Kunststofffasern, gebündelt zu einem Lichtleiter 23, möglich.The light guide 23 preferably comprises plastic, more preferably consists of such. Suitable plastic light guides can easily transmit visible light and infrared radiation with a surface power of up to 25 W / mm 2 non-destructive. In another embodiment, it is also possible that the light guide 23 Glass comprises, preferably made of glass. Finally, a combination of glass and plastic, in particular a combination of glass fibers and plastic fibers, bundled into a light guide 23 , possible.
Mittels des Lichtleiters 23 wird das Licht weiteren Elementen einer Lichtnutzungseinrichtung zugeführt, wo es beispielsweise der Beleuchtung dienen kann oder in thermische Energie umgewandelt wird. Die Vorrichtung 1 ist hier Teil der Lichtnutzungseinrichtung, indem sie zusätzlich zu ihrer Nachführfunktion als Lichtsammeleinrichtung dient.By means of the light guide 23 the light is supplied to further elements of a light utilization device, where it can serve, for example, the illumination or is converted into thermal energy. The device 1 is here part of the light utilization device by serving as light collection device in addition to its tracking function.
Es ist auch möglich, den hohlen Dorn 15 ohne Lichtwellenleiter 23 zu nutzen, um das durch das Lichteinleitungselement in den Dorn 15 eingeleitete Licht unmittelbar zu Beleuchtungszwecken oder Energiewandlungszwecken zu nutzen, ohne dass es über eine weitere Strecke transportiert werden muss oder einen gekrümmten Weg zu den weiteren Teilen der Lichtnutzungseinrichtung zurücklegen muss. In diesem Fall ist es auch möglich, dass die Vorrichtung 1 selbst als Lichtnutzungseinrichtung ausgebildet ist. Selbstverständlich ist es auch möglich, das gesammelte Licht über eine Spiegeloptik weiterzuleiten.It is also possible the hollow thorn 15 without fiber optic cable 23 to use that through the light introducing element into the mandrel 15 to be used directly light for lighting purposes or energy conversion purposes, without having to be transported over a further distance or has to cover a curved path to the other parts of the light utilization device. In this case it is also possible that the device 1 itself is designed as a light utilization device. Of course, it is also possible to forward the collected light through a mirror optics.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist es auch möglich, dass das Lichteinleitungselement Spiegel, insbesondere ein Spiegelsystem umfasst, beispielsweise als Spiegelteleskop ausgebildet ist, um das Licht in den Dorn 15 und gegebenenfalls in den Lichtleiter 23 einzukoppeln.In another embodiment, it is also possible that the light introduction element mirror, in particular a mirror system comprises, for example, is designed as a reflecting telescope to the light in the mandrel 15 and optionally in the light guide 23 couple.
Die Kammer 21 wird hier bevorzugt durch die zweite Linse 17' begrenzt. Wie bereits im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 ausgeführt, dient ein bevorzugt in der Kammer 21 angeordnetes Fluid der Kühlung, insbesondere der Weiterleitung von aufgrund von Streuverlusten auftretender Wärme nach außen. Hierdurch kann insbesondere eine Überhitzung des Lichtleiters 23 vermieden werden. Ist dieser aus Kunststoff hergestellt, würde er beschädigt werden, wenn insbesondere der Einkoppelbereich zu heiß wird. Das Fluid dient also bevorzugt dem Schutz des Lichtleiters 23. Es ist möglich, an einer äußeren Wandung der Vorrichtung 1 Kühlrippen vorzusehen, um die Wärme besonders effizient abzuführen. Außerdem ist es möglich, eine aktive Kühlung, insbesondere einen Kühlmantel an einer äußeren Wandung der Vorrichtung 1 vorzusehen, sodass die Wärme aktiv über einen von Kühlmittel durchströmten Wärmetauscher abgeführt werden kann.The chamber 21 is preferred here by the second lens 17 ' limited. As already in connection with the embodiment according to 1 executed, one preferably in the chamber 21 arranged fluid cooling, in particular the transmission of occurring due to leakage losses heat to the outside. This can in particular overheat the light guide 23 be avoided. If this is made of plastic, it would be damaged if in particular the coupling region is too hot. The fluid thus preferably serves to protect the light guide 23 , It is possible on an outer wall of the device 1 Provide cooling fins to dissipate the heat particularly efficient. In addition, it is possible to have an active cooling, in particular a cooling jacket on an outer wall of the device 1 provide so that the heat can be removed actively via a flowed through by coolant heat exchanger.
Besonders bevorzugt weist ein in der Kammer 21 vorliegendes Fluid einen Brechungsindex auf, der einen möglichst kontinuierlichen optischen Übergang mit möglichst wenig Brechzahlunterschieden von dem Lichteinleitungselement in den Lichtleiter 23 ermöglicht. Insbesondere soll ein möglichst kontinuierlicher optischer Übergang von der zweiten Linse 17 in den Lichtleiter 23 durch das Fluid ermöglicht werden.Particularly preferably, one in the chamber 21 present fluid has a refractive index, the most continuous optical transition with as little refractive index differences from the light introduction element in the light guide 23 allows. In particular, a possible continuous optical transition from the second lens 17 in the light guide 23 be made possible by the fluid.
In dem Bereich zwischen der Linse 17' und dem Lichtleiter 23 weist das Fluid bevorzugt keine absorbierenden Eigenschaften auf, um Verluste bei der Lichteinkopplung zu vermeiden. Es ist möglich, die Kammer 21 in mindestens zwei Teilkammern aufzuteilen, sodass der Bereich zwischen der Linse 17' und dem Lichtleiter 23 kein absorbierendes Fluid umfasst, während der Lichtweg von der Reflexionsfläche 11 zu den Sensoren 5' im Wesentlichen durch ein absorbierendes Fluid verläuft. Es ist so möglich, Verluste bei der Einkopplung zu vermeiden und gleichzeitig die Sensoren 5' vor übermäßigem Lichteinfall zu schützen.In the area between the lens 17 ' and the light guide 23 the fluid preferably has no absorbing properties in order to avoid losses in the light coupling. It is possible the chamber 21 divide into at least two sub-chambers, so that the area between the lens 17 ' and the light guide 23 no absorbing fluid, while the light path from the reflecting surface 11 to the sensors 5 ' essentially passes through an absorbing fluid. It is thus possible to avoid losses during coupling and at the same time the sensors 5 ' to protect against excessive light.
Schließlich ist es auch möglich, in einem Bereich zwischen den Linsen 17, 17' ebenfalls eine Fluid vorzusehen, um den optischen Übergang, insbesondere die dort herrschenden Brechzahlunterschiede in gewünschter Weise zu beeinflussen. Auf diese Weise kann auch die Baulänge – in axialer Richtung gesehen – der Vorrichtung 1 beeinflusst werden, indem die Brennweiten der Linsen 17, 17' und der Brechungsindex des zwischen diesen angeordneten Fluids geeignet aufeinander abgestimmt werden.Finally, it is also possible in an area between the lenses 17 . 17 ' also to provide a fluid in order to influence the optical transition, in particular the prevailing refractive index differences in the desired manner. In this way, the length - seen in the axial direction - the device 1 be influenced by the focal lengths of the lenses 17 . 17 ' and the refractive index of the fluid arranged between them are suitably matched to one another.
In Zusammenhang mit 2 wird deutlich, dass bei einem Winkelversatz zwischen der optischen Achse A und der Richtung der Lichtquelle nicht mehr das gesamte in die Vorrichtung 1 einfallende Licht in den Lichtleiter 23 eingekoppelt wird. Stattdessen trifft ein Teil des Lichts auf die Reflexionsfläche 11 und wird so vorzugsweise als Steuerstrahl 18 auf die Sensoren 5' reflektiert. Die Vorrichtung 1 wird dann in bereits beschriebener Weise nachgeführt.Relating to 2 It becomes clear that with an angular offset between the optical axis A and the direction of the light source, not all of the device enters the device 1 incident light in the light guide 23 is coupled. Instead, part of the light hits the reflective surface 11 and is thus preferably as a control beam 18 on the sensors 5 ' reflected. The device 1 is then tracked in the manner already described.
Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Sensoreinrichtung 3 keinen Schattenwurfkörper 9 auf. Es ist jedoch möglich, ein inneres Gehäuse 25 der Vorrichtung 1 – in 2 nach links gesehen – also in Richtung des einfallenden Lichts zu verlängern, sodass dieses als Schattenwurfkörper wirkt.At the in 2 illustrated embodiment, the sensor device 3 no shadow cast 9 on. It is possible, however, an inner case 25 the device 1 - in 2 seen to the left - so to extend in the direction of the incoming light, so this acts as a shadow body.
Das innere Gehäuse 25, welches den Lichtwellenleiter 23 und bevorzugt das Lichteinleitungselement umfasst, ist vorzugsweise mittels eines Lagers, hier eines Kugellagers 27, um die optische Achse A schwenkbar gelagert. Hierdurch kann eine Torsion des Lichtleiters 23 um seine Längsachse während der Nachführung der Vorrichtung 1 sicher vermieden werden, was andernfalls einen Bruch beziehungsweise jedenfalls eine Beschädigung desselben zur Folge haben könnte.The inner housing 25 which is the optical waveguide 23 and preferably comprises the light introduction element, is preferably by means of a bearing, here a ball bearing 27 , pivoted about the optical axis A. This can cause a torsion of the light guide 23 about its longitudinal axis during the tracking of the device 1 safely avoided, which otherwise could result in breakage or damage to it.
Zugleich ist es auch nötig, einen zu kleinen Biegeradius des Lichtleiters 23 bei der Nachführung zu vermeiden. Zur Lösung dieser Probleme ist der Lichtleiter 23 – hier die komplette Optik aus dem Lichteinleitungselement und dem Lichtleiter 23 beziehungsweise das innere Gehäuse 25 – nicht nur gegenüber dem Gehäuse 19 drehbar gelagert, sondern es ist zugleich eine Spiralfeder vorgesehen, welche die dreh- beziehungsweise schwenkbar gelagerten Teile mit einem relativ zu diesen feststehenden Teil der Vorrichtung 1 verbindet. Hierdurch werden zugleich ein zu kleiner Biegeradius und eine Torsion des Lichtleiters 23 verhindert. Dieser ist also vor einer Beschädigung bei der Nachführung geschützt.At the same time, it is also necessary to have too small a bending radius of the light guide 23 to avoid during tracking. To solve these problems is the light guide 23 - here the complete optics from the light introduction element and the light guide 23 or the inner housing 25 - not just opposite the case 19 rotatably mounted, but it is also provided a coil spring, which rotatably or pivotally mounted parts with a fixed relative to this part of the device 1 combines. As a result, at the same time too small a bending radius and a twist of the light guide 23 prevented. This is therefore protected from damage during tracking.
3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 1, die als Lichtsammeleinrichtung ausgebildet ist, als Teil einer Lichtnutzungseinrichtung. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die vorangegangenen Ausführungen verwiesen wird. Die Lichtsammeleinrichtung umfasst einen ersten Hohlspiegel 29 und einen zweiten Hohlspiegel 31. Diese sind so angeordnet, dass von dem ersten Hohlspiegel 29 gesammeltes Licht L auf den zweiten Hohlspiegel 31 reflektiert und von diesem vorzugsweise durch eine Öffnung 32 in dem ersten Hohlspiegel 29 in das Lichteinleitungselement geleitet beziehungsweise reflektiert wird. Dabei ist vorzugsweise der erste Hohlspiegel 29 so angeordnet, dass das einfallende Licht L von dessen konkaver Fläche reflektiert wird, während der zweite Hohlspiegel 31 so angeordnet ist, dass das Licht L von dessen konvexer Fläche reflektiert wird. Insbesondere sind beide Hohlspiegel 29, 31 symmetrisch auf der optischen Achse A angeordnet, wobei der zweite Hohlspiegel 31 quasi innerhalb des ersten Hohlspiegels 29 angeordnet ist. 3 shows an embodiment of a device 1 , which is designed as a light collecting device, as part of a light utilization device. Identical and functionally identical elements are provided with the same reference numerals, so that reference is made to the preceding statements. The light collecting device comprises a first concave mirror 29 and a second concave mirror 31 , These are arranged so that from the first concave mirror 29 collected light L on the second concave mirror 31 reflected and from this preferably through an opening 32 in the first concave mirror 29 is passed or reflected in the light introduction element. In this case, preferably, the first concave mirror 29 arranged so that the incident light L is reflected by its concave surface, while the second concave mirror 31 is arranged so that the light L is reflected by its convex surface. In particular, both are concave mirrors 29 . 31 arranged symmetrically on the optical axis A, wherein the second concave mirror 31 virtually within the first concave mirror 29 is arranged.
Die Hohlspiegel 29, 31 erzeugen bevorzugt ein paralleles Bündel, welches dann vorzugsweise von den Linsen 17, 17' oder von einem andersgearteten optischen System so aufbereitet wird, dass es möglichst vollständig in den Lichtwellenleiter 23 eingekoppelt wird.The concave mirror 29 . 31 Preferably produce a parallel bundle, which then preferably from the lenses 17 . 17 ' or is processed by a different optical system so that it as completely as possible in the optical waveguide 23 is coupled.
Besonders bevorzugt ist wenigstens einer der Hohlspiegel 29, 31 als Parabolspiegel ausgebildet. Ganz besonders bevorzugt sind beide Hohlspiegel 29, 31 als Parabolspiegel ausgebildet.At least one of the concave mirrors is particularly preferred 29 . 31 designed as a parabolic mirror. Very particular preference is given to both concave mirrors 29 . 31 designed as a parabolic mirror.
In 3 ist eine Auswerteeinrichtung 33 dargestellt, welche die Signale von den Sensoren 5' und – wenn solche vorhanden sind – auch von den Sensoren 5 empfängt, auswertet und Steuersignale an eine Stellvorrichtung 35 abgibt, welche letztlich die Nachführung bewirkt. Die Auswerteeinrichtung 33 ist vorzugsweise so ausgebildet, dass sie eine Steuerung, ganz besonders eine Regelung der Nachführung bewirkt.In 3 is an evaluation device 33 representing the signals from the sensors 5 ' and - if any - also from the sensors 5 receives, evaluates and sends control signals to an actuator 35 gives off, which ultimately causes the tracking. The evaluation device 33 is preferably designed so that it causes a control, especially a control of the tracking.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist es auch möglich, dass die Auswerteeinrichtung 33 lediglich eine Anzeige umfasst oder über eine Schnittstelle Daten an einen externen Rechner übermittelt, sodass entweder eine manuelle Nachführung oder eine durch den externen Rechner gesteuerte oder geregelte Nachführung erfolgen kann.In another embodiment, it is also possible that the evaluation device 33 merely comprises a display or transmitted via an interface data to an external computer, so that either a manual tracking or controlled by the external computer or controlled tracking can be done.
Das in 3 dargestellte Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 1 umfasst lediglich die Sensoreinrichtung 3' mit den Sensoren 5', Die Sensoreinrichtung 3 mit Sensoren 5 und gegebenenfalls dem Schattenwurfkörper 9 ist hier nicht vorgesehen. Gleichwohl ist es bei einem anderen Ausführungsbeispiel möglich, diese zusätzlich oder alternativ vorzusehen.This in 3 illustrated embodiment of the device 1 includes only the sensor device 3 ' with the sensors 5 ' , The sensor device 3 with sensors 5 and possibly the shadow casting body 9 is not planned here. However, it is possible in another embodiment to provide these additionally or alternatively.
Die von den Sensoren 5, 5' kommenden Kabel 7, 7' verlaufen bevorzugt in einem Mast 36, an welchem die Vorrichtung 1 angeordnet, vorzugsweise befestigt ist. The ones from the sensors 5 . 5 ' coming cables 7 . 7 ' preferably run in a mast 36 on which the device 1 arranged, preferably fastened.
Die Stellvorrichtung 35 umfasst eine Stellmechanik, die bevorzugt vorgespannt ist. Insbesondere sind Zahnflanken von Zahnrädern der Stellvorrichtung 35 vorzugsweise gegeneinander vorgespannt, sodass die Stellvorrichtung 35 quasi spielfrei arbeitet. Ganz besonders bevorzugt ist die Stellvorrichtung 35 zum Stellen schwerer Lasten ausgelegt, sodass sie auch bei grollen und/oder schweren Nachführvorrichtungen beziehungsweise Lichtnutzungseinrichtungen eingesetzt werden kann und dabei eine sehr genaue Nachführung bewirkt. Auch dies wird durch eine entsprechende Vorspannung der Stellvorrichtung 35 beziehungsweise ihrer Mechanik ermöglicht.The adjusting device 35 includes an actuating mechanism, which is preferably biased. In particular, tooth flanks of gears of the adjusting device 35 preferably biased against each other, so that the adjusting device 35 almost free of play works. Very particularly preferred is the adjusting device 35 designed for heavy loads, so that they can also be used in rumbling and / or heavy tracking devices or light utilization devices and thereby causes a very accurate tracking. This is also done by a corresponding bias of the actuator 35 or their mechanics.
Der Lichtleiter 23 setzt sich in 3 nach unten fort zu zumindest einem weiteren Teil der Lichtnutzungseinrichtung, wo das durch die Lichtsammeleinrichtung gesammelte Licht dann beispielsweise zu Beleuchtungszwecken oder zur Energiegewinnung, insbesondere zur Umwandlung in Wärme zur Verfügung steht.The light guide 23 sits down in 3 down to at least another part of the light utilization device, where the light collected by the light collection device is then available, for example, for illumination purposes or for energy, in particular for conversion to heat.
Bei dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Vorrichtung 1 zugleich als Lichtsammeleinrichtung ausgebildet. Es ist jedoch auch möglich, bei einer Lichtnutzungseinrichtung eine Lichtsammeleinrichtung und getrennt von beziehungsweise zusätzlich zu dieser die Vorrichtung 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel nach 1 vorzusehen. Die Funktionalitäten des Lichtsammelns und der Nachführung sind dann getrennt. Vorzugsweise ist allerdings die Vorrichtung 1 dann mit der Lichtsammeleinrichtung zusammen bewegbar beziehungsweise nachführbar, besonders bevorzugt ist die Vorrichtung 1 an der Lichtsammeleinrichtung befestigt. So kann eine jederzeit korrekte Nachführung sichergestellt werden.At the in 3 illustrated embodiment, the device 1 at the same time formed as a light-collecting device. However, it is also possible for a light-using device, a light-collecting device and separated from or in addition to this, the device 1 according to the embodiment according to 1 provided. The functions of light collection and tracking are then separated. Preferably, however, is the device 1 then together with the light-collecting device movable or trackable, particularly preferred is the device 1 attached to the light collecting device. This ensures correct tracking at all times.
4 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer Lichtnutzungseinrichtung 37. Nicht dargestellt ist eine vorzugsweise vorgesehene Vorrichtung zum Nachführen der Lichtnutzungseinrichtung 37, die besonders bevorzugt zugleich als Lichtsammeleinrichtung fungiert. Auch eine Trennung der Funktionalitäten von Nachführung und Lichtsammlung ist möglich. Es ist nach allem bevorzugt möglich, dass als Teil der Lichtnutzungseinrichtung 30 insbesondere eine Vorrichtung gemäß einer der 1 bis 3 vorgesehen ist. Insbesondere ist es möglich, dass das in 4 schematisch als Strahlen L dargestellte Licht entweder unmittelbar aus einem hohlen Dorn der Vorrichtung 1 oder aus dem Lichtleiter 23 ausgekoppelt wird. Hierzu kann eine Auskoppeloptik vorgesehen sein, welche ebenfalls nicht dargestellt ist. Die Lichtnutzungseinrichtung 37 kann aber auch unabhängig von der Vorrichtung 1 betrieben werden. 4 shows a schematic sectional view of a first embodiment of a light utilization device 37 , Not shown is a preferably provided device for tracking the light utilization device 37 , which particularly preferably acts as a light-collecting device at the same time. It is also possible to separate the functionalities of tracking and light collection. After all, it is preferably possible that as part of the light utilization device 30 in particular a device according to one of 1 to 3 is provided. In particular, it is possible that in 4 schematically illustrated as rays L light either directly from a hollow mandrel of the device 1 or from the light guide 23 is decoupled. For this purpose, a coupling-out optical system can be provided, which is likewise not shown. The light utilization device 37 but it can also be independent of the device 1 operate.
Dabei zeigt sich insbesondere, dass in dem Fall, in welchem die Lichtnutzungseinrichtung 37 eine Lichtsammeleinrichtung umfasst, vorzugsweise nur diese als Teil der Lichtnutzungseinrichtung 37 nachgeführt wird. Der in 4 dargestellte Teil der Lichtnutzungseinrichtung wird bei einem solchen Ausführungsbeispiel bevorzugt nicht nachgeführt, insbesondere wenn die Lichteinleitung durch einen Lichtleiter erfolgt. Es ist bei einem anderen Ausführungsbeispiel jedoch auch möglich, die Lichtnutzungseinrichtung 37 insgesamt nachzuführen.This shows in particular that in the case in which the light utilization device 37 a light collecting device, preferably only as part of the light utilization device 37 is tracked. The in 4 shown part of the light-utilizing device is preferably not tracked in such an embodiment, especially when the light is introduced through a light guide. However, it is also possible in another embodiment, the light utilization device 37 total track.
Die Lichtnutzungseinrichtung 37 umfasst einen Energiewandlungsbereich 39, in welchem Licht in thermische Energie beziehungsweise Wärme umgewandelt wird. Es ist ein optisches System 41 zur Lichtbündelung auf den Energiewandlungsbereich vorgesehen. Dieses weist einen variablen Fokus auf.The light utilization device 37 includes an energy conversion area 39 in which light is converted into thermal energy or heat. It is an optical system 41 intended for light bundling on the energy conversion area. This has a variable focus.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine auf einem Halteelement 43 verlagerbar gelagerte Hülse 45 so vorgesehen, dass mittels ihrer Verlagerung in Richtung der optischen Achse A eine Verstellung des Fokus erfolgen kann. Hierzu ist wenigstens eine Linse 47 des optischen Systems – welches im Übrigen gegebenenfalls nur die eine Linse 47 umfasst – so mit der Hülse 45 verbunden, dass sie mit dieser verlagerbar ist.In the illustrated embodiment, one is on a holding element 43 displaceably mounted sleeve 45 provided so that by means of their displacement in the direction of the optical axis A, an adjustment of the focus can be made. For this purpose, at least one lens 47 of the optical system - which, incidentally, possibly only the one lens 47 includes - so with the sleeve 45 connected, that she is displaced with this.
Beispielsweise ist es möglich, dass die Hülse 45 auf dem Halterelement 43 verschiebbar gelagert ist. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel weist das Halteelement 43 ein Außengewinde auf, welches mit einem Innengewinde der Hülse 45 kämmt. Eine Verstellung des Fokus erfolgt dann durch eine Relativdrehung zwischen den beiden Gewinden. Bei wieder einem anderen Ausführungsbeispiel ist es möglich, die Hülse 45 innerhalb des Halteelements 43 zu lagern. Sie kann dann verschiebbar gelagert sein, oder es kann ein Innengewinde an dem Halteelement 43 und ein Außengewinde an der Hülse 45 vorgesehen sein. Schließlich ist es auch möglich, zumindest Teile des optischen Systems, beispielsweise die Linse 47 auf einem Gestänge aufzubauen, sodass die entsprechenden Teile in Richtung der optischen Achse A verlagerbar sind. Wesentlich ist, dass entsprechende Teile des optischen Systems, beispielsweise die Linse 47, so verlagerbar sind, dass das optische System insgesamt einen variablen Fokus aufweist.For example, it is possible that the sleeve 45 on the holder element 43 is slidably mounted. In another embodiment, the retaining element 43 an external thread, which with an internal thread of the sleeve 45 combs. An adjustment of the focus then takes place by a relative rotation between the two threads. In yet another embodiment, it is possible to use the sleeve 45 within the retaining element 43 to store. It can then be slidably mounted, or it can be an internal thread on the holding element 43 and an external thread on the sleeve 45 be provided. Finally, it is also possible, at least parts of the optical system, such as the lens 47 to build on a linkage, so that the corresponding parts in the direction of the optical axis A are displaced. It is essential that corresponding parts of the optical system, such as the lens 47 are so displaceable that the optical system has a variable focus as a whole.
Hierdurch kann der Brennpunkt des optischen Systems verschoben werden, wodurch die durch das Licht L bestrahlte Fläche des Energiewandlungsbereichs 39 variiert werden kann. Es ist dann möglich, die Temperatur des Energiewandlungsbereichs konstant zu halten, auch wenn der Lichteinfall schwankt. Beispielsweise wird bei stärker werdendem Lichteinfall der vorzugsweise in 4 rechts von dem Energiewandlungsbereich 39 liegende Fokus des optischen Systems – in 4 – weiter nach rechts verlagert, sodass eine größere Fläche des Energiewandlungsbereichs 39 bestrahlt wird. Damit kann die pro Flächeneinheit gemessene Energiedichte beziehungsweise eine Flächenleistung des einfallenden Lichts konstant gehalten werden, sodass auch die Temperatur in dem Energiewandlungsbereich 39 im Wesentlichen konstant bleibt. Die vermehrte Lichtleistung verteilt sich nämlich auf eine größere Fläche. Sinkt umgekehrt die eingestrahlte Lichtleistung, wird der Fokus des optischen Systems – in 4 – nach links verlagert, sodass eine kleinere Fläche des Energiewandlungsbereichs 39 bestrahlt, die Flächenleistung also erhöht wird. Es ist demnach klar, dass Schwankungen im einfallenden Licht L durch eine Variation des Fokus' des optischen Systems 41 ausgeglichen werden können.As a result, the focal point of the optical system can be shifted, whereby the area of the energy conversion area irradiated by the light L 39 can be varied. It is then possible to keep the temperature of the energy conversion range constant, even if the Light incidence fluctuates. For example, when the incidence of light increases, it is preferable for the 4 to the right of the energy conversion area 39 lying optical system focus - in 4 - further shifted to the right, so that a larger area of the energy conversion area 39 is irradiated. Thus, the energy density measured per unit area or a surface power of the incident light can be kept constant, so that the temperature in the energy conversion area 39 remains essentially constant. The increased light output is distributed over a larger area. Conversely, if the incident light power decreases, the focus of the optical system - in 4 - shifted to the left, leaving a smaller area of the energy conversion area 39 irradiated, so the area performance is increased. It is therefore clear that fluctuations in the incident light L by a variation of the focus' of the optical system 41 can be compensated.
Mithilfe des variablen Fokus des optischen Systems 41 ist es auch möglich, die mittlere Temperatur des Energiewandlungsbereichs 39 festzulegen. Hierdurch kann vorzugsweise gewährleistet werden, dass dauerhaft ein hohes Temperaturniveau in dem Energiewandlungsbereich 39 möglichst konstant gehalten werden kann.Using the variable focus of the optical system 41 it is also possible the mean temperature of the energy conversion area 39 set. As a result, it can preferably be ensured that a permanently high temperature level in the energy conversion area 39 can be kept as constant as possible.
Das optische System 41 der Lichtnutzungseinrichtung 37 ist vorzugsweise in einem Gehäuse 49 angeordnet, welches besonders bevorzugt durch ein Fenster 51 oder ein Element des optischen Systems 41 vorzugsweise gasdicht verschlossen ist. Ein Inneres 53 des Gehäuses 49 ist vorzugsweise gasgefüllt, evakuiert oder teilevakuiert. Ist das Innere 53 gasgefüllt, weist das Gas bevorzugt eine geringe Wärmeleitfähigkeit auf. Besonders bevorzugt ist das Innere 53 jedoch zumindest teilevakuiert, ganz besonders bevorzugt evakuiert. Auf diese Weise können Wärmeverluste aus dem Energieumwandlungsbereich 39 durch Wärmeleitung und/oder Konvektion weitestgehend vermieden werden, sodass möglichst die gesamte in dem Energiewandlungsbereich 39 erzeugte Wärme nutzbar ist.The optical system 41 the light utilization device 37 is preferably in a housing 49 arranged, which particularly preferably through a window 51 or an element of the optical system 41 preferably closed gas-tight. A heart 53 of the housing 49 is preferably gas-filled, evacuated or partially evacuated. Is the interior 53 gas-filled, the gas preferably has a low thermal conductivity. Particularly preferred is the interior 53 However, at least partially evacuated, most preferably evacuated. In this way, heat losses from the energy conversion area 39 be largely avoided by heat conduction and / or convection, so that as possible the whole in the energy conversion area 39 generated heat is available.
Insbesondere in einem dem Energiewandlungsbereich 39 zugewandten Bereich des Gehäuses 49 ist bevorzugt eine Isolierung 55 vorgesehen, die ebenfalls gegen Wärmeverluste nach außen schützt. Sie kann sich auch auf den gesamten Bereich des Gehäuses 49 erstrecken.Especially in an energy conversion area 39 facing area of the housing 49 is preferably an insulation 55 provided, which also protects against heat loss to the outside. It can also affect the entire area of the case 49 extend.
Der Energiewandlungsbereich 39 umfasst bevorzugt eine lichtabsorbierende, vorzugsweise schwarze Fläche 57, die ganz besonders bevorzugt auf einer dem optischen System 41 abgewandten Seite eines Fensters 59 vorgesehen ist. In diesem Fall entsteht die Wärme in einem von dem Inneren 53 des Gehäuses 49 durch das Fenster 59 getrennten Bereich, was ebenfalls Wärmeverluste verhindert. Besonders bevorzugt ist das Fenster 59 so ausgebildet, dass es gegenüber Infrarotstrahlung zumindest von der Seite der Fläche 57 zu dem Inneren 53 hin undurchlässig ist. So können auch Strahlungsverluste aus dem Energiewandlungsbereich 39 vermieden werden.The energy conversion area 39 preferably comprises a light-absorbing, preferably black surface 57 which most particularly prefers on the optical system 41 opposite side of a window 59 is provided. In this case, the heat arises in one of the interior 53 of the housing 49 through the window 59 separate area, which also prevents heat loss. Particularly preferred is the window 59 designed so that it faces infrared radiation at least from the side of the surface 57 to the interior 53 is impermeable. So can also radiation losses from the energy conversion area 39 be avoided.
Es ist möglich, das Fenster 59 zur Konvektionsisolierung mehrschichtig auszubilden. Zusätzlich oder alternativ ist es möglich, es mit speziellen Beschichtungen zu bedampfen, um es undurchlässig gegenüber Wärmestrahlung zumindest in Richtung aus dem Energiewandlungsbereich hinaus zu machen.It is possible the window 59 to form convection isolation multilayered. Additionally or alternatively, it is possible to steam it with special coatings to make it impermeable to heat radiation at least in the direction of the energy conversion area.
Insgesamt verwirklicht die Lichtnutzungseinrichtung 37 eine Art Wärmetauscher, bei welchem die Ausgangsseite mit dem Energiewandlungsbereich 39 heißer ist als die durch das Innere 53 gebildete Eingangsseite.Overall, the light utilization device realizes 37 a kind of heat exchanger, in which the output side with the energy conversion area 39 hotter than the inside 53 formed entrance side.
Die Fläche 57 weist bevorzugt eine hohe Wärmeleitfähigkeit auf, um die aufgenommene Wärme rasch weiterleiten zu können. Sie ist besonders bevorzugt an einem Umwandlungskörper 61 vorgesehen. Insbesondere ist der Energiewandlungsbereich 39 bevorzugt an dem Umwandlungskörper 61 vorgesehen. Dieser ist von seiner Umgebung vorzugsweise gegen Wärmeverlust isoliert. Insbesondere ist er durch das Fenster 59 und das vorzugsweise evakuierte Innere 53 des Gehäuses 49 in Hinblick auf Wärmestrahlung und/oder Konvektion isoliert.The area 57 preferably has a high thermal conductivity in order to be able to forward the absorbed heat quickly. It is particularly preferred on a conversion body 61 intended. In particular, the energy conversion area 39 preferably on the conversion body 61 intended. This is preferably isolated from its environment against heat loss. In particular, he is through the window 59 and the preferably evacuated interior 53 of the housing 49 insulated with respect to heat radiation and / or convection.
Weist der Umwandlungskörper 61 auch eine hohe Wärmekapazität auf, kann er zugleich als Wärmespeicher dienen. Er kann aber auch eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen und die im Energiewandlungsbereich 39 erzeugte Wärme rasch an einen Wärmespeicher 63 einen Wärmetauscher oder ein anderes geeignetes Element zur Nutzung oder Weiterleitung der Wärme abzugeben. Beispielsweise kann auch eine Wärmetransportvorrichtung vorgesehen sein. Der Wärmespeicher 63 oder Wärmetauscher und der Umwandlungskörper 61 sind bevorzugt durch eine Isolierung 65 gegenüber ihrer Umgebung isoliert, sodass hier möglichst geringe Wärmeverluste auftreten.Indicates the transformation body 61 also has a high heat capacity, it can also serve as a heat storage. But it can also have a high thermal conductivity and in the energy conversion area 39 Heat generated quickly to a heat storage 63 to dispense a heat exchanger or other suitable element to use or transfer the heat. For example, a heat transport device may also be provided. The heat storage 63 or heat exchanger and the conversion body 61 are preferred by isolation 65 insulated against their environment, so that the lowest possible heat losses occur.
Weist der Umwandlungskörper 61 eine hohe Wärmeleitfähigkeit bei gleichzeitig geringerer Wärmekapazität auf, hat die Lichtnutzungseinrichtung 37 ein sehr rasches Anlauf- und Regelungsverhalten. Dafür ist keine große Pufferwirkung gegenüber schwankendem Leistungseinfall vorhanden. Weist dagegen der Umwandlungskörper 61 eine hohe Wärmekapazität bei zugleich geringerer Wärmeleitfähigkeit auf, ist eine bessere Pufferwirkung bei zugleich trägerem Anlauf- und Regelungsverhalten gegeben. Letztlich können die Eigenschaften des Umwandlungskörpers 61 auf die jeweils vorliegenden Bedürfnisse für den Einsatz der Lichtnutzungseinrichtung 37 abgestimmt und optimiert werden.Indicates the transformation body 61 a high thermal conductivity with lower heat capacity, has the light utilization device 37 a very fast start-up and regulation behavior. There is no large buffer effect against fluctuating power input. In contrast, rejects the transformation body 61 a high heat capacity at the same time lower thermal conductivity, a better buffer effect is given at the same slower start-up and control behavior. Ultimately, the properties of the conversion body 61 to the particular needs for the use of the light utilization device 37 be tuned and optimized.
Eine Verstellung des Fokus' des optischen Systems 41 kann gegebenenfalls manuell erfolgen, wobei die Temperatur in dem Energiewandlungsbereich 39 anhand der einfallenden Lichtstrahlung abgeschätzt werden kann. Bevorzugt wird jedoch, dass ein Sensor zur Erfassung einer Temperatur in dem Energiewandlungsbereich 39 vorgesehen ist. Die Verstellung des Fokus kann dann immer noch aufgrund einer Anzeige manuell erfolgen.An adjustment of the focus of the optical system 41 may optionally be done manually, the temperature in the energy conversion area 39 can be estimated on the basis of the incident light radiation. However, it is preferred that a sensor for detecting a temperature in the energy conversion area 39 is provided. The adjustment of the focus can then still be done manually due to an indication.
Jedenfalls zeigt sich, dass bei der Lichtbenutzungseinrichtung 37 eine im Wesentlichen konstante Temperatur in dem Energiewandlungsbereich 39 gewährleistet werden kann, was vorteilhaft für den Betrieb von Einrichtungen zur Nutzung der erzeugten Wärmeenergie, beispielsweise eines Stirlingmotors ist.Anyway, it turns out that in the light utilization device 37 a substantially constant temperature in the energy conversion area 39 can be ensured, which is advantageous for the operation of facilities for using the heat energy generated, for example, a Stirling engine.
5 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Lichtnutzungseinrichtung 37. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insoweit auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. Im Folgenden werden lediglich die Unterschiede zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 4 erläutert. Die Lichtnutzungseinrichtung 37 umfasst mindestens einen Sensor zur Erfassung einer Temperatur in dem Energiewandlungsbereich 39. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Kontaktsensor 67 vorgesehen, der so angeordnet ist, dass er mittels Berührung die Temperatur des Umwandlungskörpers 61 erfasst. Es ist auch möglich, den Kontaktsensor 67 so anzuordnen, dass er die Temperatur der Fläche 57 erfasst. 5 shows a second embodiment of the light utilization device 37 , Identical and functionally identical elements are provided with the same reference numerals, so that reference is made to the preceding description. In the following, only the differences from the embodiment according to 4 explained. The light utilization device 37 includes at least one sensor for detecting a temperature in the energy conversion area 39 , In the illustrated embodiment, a contact sensor 67 provided, which is arranged so that it touches the temperature of the conversion body 61 detected. It is also possible to use the contact sensor 67 arrange so that it is the temperature of the area 57 detected.
Es ist ein pyrometrischer Temperatursensor 69 vorgesehen, welcher berührungsfrei die Temperatur des Umwandlungskörpers 61 umfasst. Der pyrometrische Temperatursensor 69 kann auch so angeordnet sein, dass er berührungsfrei die Temperatur der Fläche 57 erfasst.It is a pyrometric temperature sensor 69 provided, which contact the temperature of the conversion body 61 includes. The pyrometric temperature sensor 69 can also be arranged so that it touches the temperature of the surface 57 detected.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist es möglich, dass nur der Kontaktsensor 67 oder nur der pyrometrische Sensor 69 vorgesehen ist. Prinzipiell ist es also ausreichend, einen Sensor vorzusehen. Das dargestellte Ausführungsbeispiel umfasst jedoch sowohl den Kontaktsensor 67 als auch den pyrometrischen Sensor 69.In one embodiment, it is possible that only the contact sensor 67 or only the pyrometric sensor 69 is provided. In principle, it is therefore sufficient to provide a sensor. However, the illustrated embodiment includes both the contact sensor 67 as well as the pyrometric sensor 69 ,
Es ist eine Auswerteeinrichtung 71 vorgesehen, durch welche die Temperatur in dem Energiewandlungsbereich 61 mit Hilfe des mindestens einen Sensors 67, 69 erfassbar ist. Aufgrund der Auswerteeinrichtung 71 ist eine Verstellung des Fokus des optischen Systems 41 derart bewirkbar, dass die von dem mindestens einen Sensor 67, 69 gemessenen Temperatur auch bei schwankendem Lichteinfall im Wesentlichen konstant haltbar ist. Hierzu kann die Auswerteeinrichtung 71 die Temperatur beziehungsweise eine Temperaturänderung entweder über eine Anzeigeeinrichtung ausgeben oder über eine Schnittstelle an einen externen Rechner übermitteln, wobei dann eine manuelle Verstellung des Fokus oder eine Verstellung durch den externen Rechner erfolgen kann.It is an evaluation device 71 provided by which the temperature in the energy conversion area 61 with the help of the at least one sensor 67 . 69 is detectable. Due to the evaluation device 71 is an adjustment of the focus of the optical system 41 be effected so that the of the at least one sensor 67 . 69 measured temperature is stable even with fluctuating light incidence substantially constant. For this purpose, the evaluation 71 either output the temperature or a temperature change via a display device or transmit via an interface to an external computer, in which case a manual adjustment of the focus or an adjustment can be done by the external computer.
Bevorzugt weist die Lichtnutzungseinrichtung 37 jedoch eine Stellvorrichtung 73 auf, welche Steuersignale von der Auswerteeinrichtung 71 empfängt, sodass sie eine Verstellung des Fokus automatisch und vorzugsweise geregelt bewirken kann. Die Auswerteeinrichtung 71 ist demnach bevorzugt so ausgebildet, dass sie eine Steuerung, besonders bevorzugt eine Regelung der Temperatur in dem Energiewandlungsbereich 39 bewirkt.Preferably, the light utilization device 37 however, an adjusting device 73 on which control signals from the evaluation device 71 receives, so that they can effect an adjustment of the focus automatically and preferably regulated. The evaluation device 71 is therefore preferably designed such that it has a control, particularly preferably a regulation of the temperature in the energy conversion region 39 causes.
Die Stellvorrichtung 73 umfasst hier einen Elektromotor 75. Dieser treibt ein Reibrad 77 an, welches mit der Hülse 45 zusammenwirkt, um diese relativ zu dem Halteelement 43 durch Relativdrehung in axialer Richtung zu verlagern. Es ist eine Vorspanneinrichtung 79 vorgesehen, die gewährleistet, dass das Reibrad 77 sicher an eine Umfangsfläche der Hülse 45 angepresst wird. Bei anderen Ausführungsbeispielen ist eine andere Stellvorrichtung 73 möglich, die beispielsweise über einen Gewindetrieb, magnetisch, mittels Zahnräder oder auf andere geeignete Weise wirkt.The adjusting device 73 here includes an electric motor 75 , This drives a friction wheel 77 on which with the sleeve 45 cooperates to this relative to the holding element 43 to shift by relative rotation in the axial direction. It is a pretensioner 79 provided that ensures that the friction wheel 77 securely on a peripheral surface of the sleeve 45 is pressed. In other embodiments, another actuator is 73 possible, which acts for example via a screw, magnetically, by means of gears or in any other suitable manner.
Ist die Stellvorrichtung 73 als Elektromotor 75 mit Reibrad 77 ausgebildet, weist bevorzugt das Halteelement 43 ein Außengewinde auf, welches mit einem Innengewinde der Hülse 45 kämmt. Auf diese Weise kann durch Drehung der Hülse 45 durch das Reibrad 77 dessen Verlagerung und damit eine Verstellung des Fokus bewirkt werden.Is the adjusting device 73 as electric motor 75 with friction wheel 77 formed, preferably has the holding element 43 an external thread, which with an internal thread of the sleeve 45 combs. In this way, by rotation of the sleeve 45 through the friction wheel 77 its displacement and thus an adjustment of focus are effected.
Die Lichtnutzungseinrichtung 37 umfasst außerdem eine Stromspeichervorrichtung 81, beispielsweise einen Akkumulator oder eine Batterie. Diese dient der Stromversorgung beziehungsweise Pufferung für die Auswerteeinrichtung 71 und die Stellvorrichtung 73. Auch der mindestens eine Sensor 67, 69 kann durch die Stromspeichervorrichtung 81 mit Energie versorgt werden, wenn dies nötig ist.The light utilization device 37 also includes a power storage device 81 For example, an accumulator or a battery. This serves for the power supply or buffering for the evaluation device 71 and the actuator 73 , Also the at least one sensor 67 . 69 can through the power storage device 81 be energized when needed.
Bevorzugt ist eine externe Stromversorgung 83 vorgesehen, die besonders bevorzugt als Solarmodul ausgebildet ist. Über diese kann die Stromspeichervorrichtung 81 geladen werden, sodass die Lichtnutzungseinrichtung 37 insgesamt autark arbeiten kann und nicht auf das Stromnetz angewiesen ist. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist es möglich, dass die Lichtnutzungseinrichtung 37 die zu ihrem Betrieb nötige Energie aus dem Stromnetz bezieht; dies kann entweder unmittelbar oder durch regelmäßiges Laden der Stromversorgungseinrichtung 81 erfolgen. Dient die Lichtnutzungseinrichtung 37 letztlich der Stromerzeugung, kann sie auch den selbsterzeugten Strom zur Energieversorgung heranziehen.Preferred is an external power supply 83 provided, which is particularly preferably designed as a solar module. About this, the power storage device 81 be charged, so the light-using device 37 can work independently and is not dependent on the power grid. In another embodiment, it is possible that the light utilization device 37 obtains the energy needed for its operation from the power grid; this can be done either directly or by regularly charging the power supply 81 respectively. Serves the light utilization device 37 ultimately power generation, it can also use the self-generated electricity for energy supply.
Das in die Lichtnutzungseinrichtung 37 einfallende Licht L kann entweder so genutzt werden, wie es von einer Lichtquelle emittiert oder von einer Lichtsammeleinrichtung weitergeleitet wird. Es ist jedoch auch möglich, eine Optik vorzusehen, mit der das Licht aufgeweitet und/oder parallelisiert wird. Vorzugsweise wird das Lichtbündel so aufbereitet, dass die Linse 47 beziehungsweise eine Eintrittspupille des optischen Systems 41 vollständig ausgeleuchtet wird. Dies erhöht die Qualität der Fokussierung.That in the light utilization device 37 incident light L can either be used as emitted by a light source or relayed by a light collection device. However, it is also possible to provide an optical system with which the light is expanded and / or parallelized. Preferably, the light beam is processed so that the lens 47 or an entrance pupil of the optical system 41 is completely lit. This increases the quality of the focus.
Das Innere des Gehäuses 53 kann bei einem Ausführungsbeispiel nur bereichsweise evakuiert sein. Vorzugsweise ist ein Bereich 85 zwischen der Linse 47 und dem Fenster 59 evakuiert, um Konvektionsverluste aus dem Energiewandlungsbereich 39 zu minimieren.The interior of the housing 53 can be evacuated only partially in one embodiment. Preferably, an area 85 between the lens 47 and the window 59 evacuated to convection losses from the energy conversion area 39 to minimize.
Das Fenster 51 und/oder das Fenster 59 kann/können als Filter ausgebildet sein, um die Lichtnutzungseinrichtung 37 beziehungsweise den Umwandlungskörper 61 vor unerwünschten Wellenlängenbereichen abzuschirmen. Beispielsweise kann das Fenster 51 undurchlässig gegenüber Infrarotstrahlung sein, um eine unerwünschte Erwärmung der Elemente der Lichtnutzungseinrichtung 37 zu verhindern, die zwischen den Fenstern 51, 59 angeordnet sind. Hier soll möglichst keine Wärme freiwerden, sondern erst in dem Energiewandlungsbereich 39. Die Fenster 51, 59 können auch so ausgebildet sein, dass sie Licht unerwünschter Wellenlänge in Licht erwünschter Wellenlängen umwandeln. Beispielsweise ist es möglich, dass UV-Strahlung unerwünscht ist, weil diese durch das optische System 41 nicht oder nur zu einem geringen Teil transmittiert wird. Das Fenster 51 kann dann so ausgebildet sein, dass es UV-Strahlung in Licht des sichtbaren Wellenlängenbereichs umwandelt. Dies bewirkt, dass die ursprünglich im UV-Bereich eingestrahlte Leistung nicht verlorengeht, sondern ebenfalls wenigstens teilweise dem Energiewandlungsbereich 39 zugeführt wird. Es ist auch möglich, dass das Fenster 59 als Filter ausgebildet ist, welcher eine Umwandlung von Licht höherer Wellenlänge in Infrarotstrahlung bewirkt. Diese kann dann gegebenenfalls besonders effizient von dem Energiewandlungsbereich 39 beziehungsweise der Fläche 57 absorbiert werden. Zusätzlich oder alternativ zu den als Filter ausgebildeten Fenstern 51, 59 können vor und/oder hinter der Linse 47, generell im optischen System 41 angeordnete Filter 87, 87' vorgesehen sein, um das eingestrahlte Licht in gewünschter Weise zu beeinflussen. Insbesondere können unerwünschte Wellenlängenbereich geblockt oder konvertiert werden.The window 51 and / or the window 59 can be configured as a filter to the light utilization device 37 or the transformation body 61 shield against unwanted wavelength ranges. For example, the window 51 be impermeable to infrared radiation to prevent unwanted heating of the elements of the light utilization device 37 to prevent the between the windows 51 . 59 are arranged. Here as possible, no heat should be released, but only in the energy conversion area 39 , The window 51 . 59 may also be designed to convert light of unwanted wavelength to light of desired wavelengths. For example, it is possible that UV radiation is undesirable because this is due to the optical system 41 is not transmitted or only to a small extent. The window 51 may then be configured to convert UV radiation to light in the visible wavelength range. This causes the originally radiated in the UV range power is not lost, but also at least partially the energy conversion area 39 is supplied. It is also possible that the window 59 is designed as a filter which causes a conversion of light of higher wavelength in infrared radiation. If necessary, this can be particularly efficient from the energy conversion area 39 or the area 57 be absorbed. Additionally or alternatively to the windows designed as filters 51 . 59 can be in front of and / or behind the lens 47 , generally in the optical system 41 arranged filters 87 . 87 ' be provided in order to influence the incident light in the desired manner. In particular, unwanted wavelength ranges can be blocked or converted.
Insgesamt zeigt sich, dass die Lichtnutzungseinrichtung 37 eine im Wesentlichen konstante Ausgangstemperatur selbst bei schwankendem Lichteinfall ermöglicht. Zugleich ermöglicht sie auch eine möglichst verlustfreie Umwandlung von Licht in Wärme, sowie ebenfalls eine möglichst verlustfreie Weiterleitung und/oder Speicherung der Wärme. Die Vorrichtung 1 ermöglicht eine hochgenaue, kontinuierliche Nachführung einer Lichtnutzungseinrichtung beziehungsweise einer Lichtsammeleinrichtung als Teil einer Lichtnutzungseinrichtung und trägt so ebenfalls zu einer hohen Effizienz der Lichtnutzung sowie insbesondere bei Verwendung in Zusammenhang mit einer Lichtnutzungseinrichtung 37 dazu bei, dass die Ausgangstemperatur im Wesentlichen konstant bleibt, weil Schwankungen infolge einer unpräzisen Nachführung minimiert, vorzugsweise vermieden werden.Overall, it turns out that the light utilization device 37 allows a substantially constant output temperature even with fluctuating light. At the same time it also allows a lossless conversion of light into heat, as well as a possible loss-free forwarding and / or storage of heat. The device 1 enables a highly accurate, continuous tracking of a light utilization device or a light collection device as part of a light utilization device and thus also contributes to a high efficiency of light utilization and in particular when used in conjunction with a light utilization device 37 This helps to ensure that the initial temperature remains substantially constant, because fluctuations due to imprecise tracking are minimized, preferably avoided.
