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Die Erfindung betrifft eine Nachführvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 für photovoltaische und solarthermische Wirkelemente oder dergleichen, umfassend Aufstellmittel, welche dazu ausgebildet sind, wenigstens ein derartiges Wirkelement beabstandet von einem Untergrund oder einer Oberfläche anzuordnen; über Gelenkmittel gelenkig mit den Aufstellmitteln verbundene Trägermittel des Wirkelement; und Bewegungsmittel, welche dazu ausgebildet sind, die Trägermittel relativ zu den Aufstellmittel zu bewegen, vorzugsweise zu verschwenken oder zu verkippen, um eine möglichst optimale Ausrichtung der Wirkelemente zu erreichen.
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Außerdem betrifft die Erfindung eine Einrichtung zur solaren Energiegewinnung gemäß Anspruch 14.
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Durch den Verfall der Weltmarktpreise insbesondere für photovoltaische Elemente besteht heute mehr denn je ein Anreiz dahingehend, im Alltag benötigte Energie kostengünstig und umweltfreundlich aus der reichlich auf der Erde eintreffenden Sonnenstrahlung zu gewinnen.
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Dabei spielt es im Rahmen der Erfindung allerdings grundsätzlich keine Rolle, ob als Wirkelement ein photovoltaisches Element zum Umwandeln von Sonnenlichtstrahlung in elektrische Spannung, ein solarthermisches Element zum Erwärmen von Wasser oder dergleichen oder ein Reflektorelement nach Art eines Spiegels zur Anwendung kommt, um einfallendes Sonnenlicht einer weiteren Verwendung zuzuleiten. Alle vorstehend nicht abschließend aufgezählten Elemente zur Nutzung von Sonnenstrahlung werden im Rahmen dieser Beschreibung als „Wirkelemente” oder „solare Wirkelemente” bezeichnet.
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Da der Sonnenstand und damit die Richtung der Sonneneinstrahlung sich an einem gegebenen Ort im Laufe des Tages verändert, ist es zur optimalen Nutzung der Sonnenstrahlung wünschenswert, das betreffende Wirkelement mit einer Nachführvorrichtung auszustatten, welche Nachführvorrichtung für eine zumindest im Wesentlichen optimale Ausrichtung des Wirkelements sorgt – vorzugsweise so, dass eine Einfallsrichtung der Sonnenstrahlung mit einer Flächennormalen des regelmäßig ebenen Wirkelements zusammenfällt.
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Nach Erkenntnissen der Anmelderin lässt sich auf diese Weise der Wirkungsgrad eines solaren Wirkelements im photovoltaischen Bereich leicht um etwa 40% erhöhen.
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Derartige Nachführvorrichtungen für solare Wirkelemente sind grundsätzlich bekannt. Sie umfassen insbesondere die eingangs erwähnten Mittel zuzüglich aufwändiger Nachführmechanik und sind deshalb relativ teuer. In der Regel lassen sich die finanziellen Mehraufwendungen für derartige Nachführvorrichtungen im Betrieb des solaren Wirkelements nur schwer oder gar nicht armortisieren. Insbesondere in ärmeren Gegenden der Erde, welche jedoch oft über enormes solares Energiegewinnungspotential verfügen, scheidet der Einsatz derartiger, vorbekannter Nachführvorrichtungen schon aus Kostengründen in jedem Fall aus.
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Es besteht also Bedarf an einer Nachführvorrichtung der eingangs genannten Art, welche sich gegenüber vorbekannten, gattungsgemäßen Nachführvorrichtungen durch einen besonders einfachen Aufbau auszeichnet und deshalb ohne größeren finanziellen Aufwand zur Verbesserung der solaren Energiegewinnung einsetzbar ist. Insbesondere soll die zu erwartende Kostensteigerung durch Vorsehen einer erfindungsgemäßen Nachführvorrichtung so gering sein, dass eine Armortisierung durch den erreichbaren Mehrertrag möglich ist.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe mittels einer Nachführvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie mittels einer Energiegewinnungseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 14. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand von Unteransprüchen, deren Wortlaut hiermit durch ausdrückliche Bezugnahme in die Beschreibung aufgenommen wird.
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Eine erfindungsgemäße Nachführvorrichtung für photovoltaische und solarthermische Wirkelemente oder dergleichen umfasst: Aufstellmittel, welche dazu ausgebildet sind, wenigstens ein derartiges Wirkelement beabstandet von einem Untergrund oder einer Oberfläche anzuordnen; über Gelenkmittel gelenkig mit den Aufstellmittel verbundene Trägermittel für das Wirkelement; und Bewegungsmittel, welche dazu ausgebildet sind, die Trägermittel relativ zu den Aufstellmittel zu bewegen, vorzugsweise zu verschwenken oder zu verkippen. Diese Nachführvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungsmittel wenigstens ein vorzugsweise biegeschlaffes Verbindungsmittel sowie auf des Verbindungsmittel einwirkende Motormittel umfassen, welches Verbindungsmittel an wenigstens einem Befestigungspunkt auf einer den Aufstellmitteln zugewandten Seite der Trägermittel an den Trägermitteln fixiert ist, wobei die Motormittel zum Verändern eines Abstands zwischen den Aufstellmitteln und dem Befestigungspunkt auf das Verbindungsmittel einwirken.
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Eine erfindungsgemäße solare Energiegewinnungseinrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass sie eine erfindungsgemäße Nachführvorrichtung und ein photovoltaisches oder solarthermisches Wirkelement oder dergleichen umfasst, welches Wirkelement über die Trägermittel mit der restlichen Nachführvorrichtung verbunden ist.
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Die Bewegungsmittel einer erfindungsgemäßen Nachführvorrichtung umfassen somit wenigstens ein vorzugsweise biegeschlaffes Verbindungsmittel, welches vorteilhafterweise als (Stahl- oder Draht-)Seil, als Kette oder in anderer, geeigneter Weise ausgebildet sein kann. Weiterhin umfasst die Nachführvorrichtung auf das Verbindungsmittel einwirkende Motormittel, welche Motormittel reib-, kraft- und/oder formschlüssig mit dem Verbindungsmittel zusammenwirken können, beispielsweise durch Vorsehen geeigneter Reibräder bzw. Zahnräder oder dergleichen. Das Verbindungsmittel ist in dem wenigstens einen Befestigungspunkt auf einer den Aufstellmitteln zugewandten Seite der Trägermittel an den Trägermitteln festgelegt, vorzugsweise gelenkig, beispielsweise mittels einer Ösenverbindung oder dergleichen. Die Motormittel wirken zum Verändern eines Abstandes zwischen den Aufstellmitteln und dem Befestigungspunkt auf das Verbindungsmittel ein. Da der Befestigungspunkt an den Trägermitteln angeordnet ist, welche ihrerseits über die Gelenkmittel gelenkig mit den Aufstellmitteln verbunden sind, kommt es durch die erwähnte Abstandsänderung zwischen Aufstellmitteln und Befestigungspunkt zu einer Kipp- oder Schwenkbewegung der Trägermittel und somit des Wirkelements relativ zu den Aufstellmitteln, welche Bewegung durch die Gelenkmittel unterstützt bzw. überhaupt ermöglicht wird. Die genaue Form der Bewegung ergibt sich unter anderem aus der Art und Anzahl der verwendeten Gelenkmittel, der gewählten Lage des Befestigungspunkts sowie der Länge des Verbindungsmittels bzw. der Lage der Motormittel.
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Wenn es sich bei dem Verbindungsmittel vorteilhafter Weise um ein biegeschlaffes Verbindungsmittel handelt, ist dieses durch die Motormittel zum Bewegen der Trägermittel grundsätzlich auf Zug zu belasten.
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In diesem Zusammenhang kann in Weiterbildung der erfindungsgemäßen Nachführvorrichtung vorgesehen sein, dass die Motormittel zum Auf- und Abrollen eines Endes des Verbindungsmittels oder allgemein zum Verkürzen/Verlängern der Verbindungsmittels ausgebildet sind. Auf diese Weise lassen sich die Trägermittel bewegen, indem das Verbindungsmittel durch Wirkung der Motormittel auf eine Spule oder eine andere geeignete Einrichtung aufgerollt wird, so dass sich der genannte Abstand verringert. Durch anschließendes Abrollen des Verbindungsmittels können die Trägermittel wieder in ihre Ausgangsposition zurückbewegt werden.
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In diesem Zusammenhang hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die Nachführvorrichtung Rückstellmittel für die Trägermittel aufweist, welche Rückstellmittel dafür sorgen, dass sich die Trägermittel mit dem Wirkelement nach Freigabe des Verbindungsmittels im Wesentlichen selbsttätig wieder in eine Ausgangsstellung zurückbewegen. Dies lässt sich in besonders vorteilhafter Weise dadurch erreichen, dass die Gelenkmittel nach Art eines Elastomer- oder Gummigelenks oder in Form eines Federmittels (Stahl- oder Elastomerfeder) oder dergleichen ausgebildet sind, so dass die Gelenkmittel als elastische Gelenkmittel selbst für die genannte Rückstellkraft sorgen, sobald die Trägermittel aus ihrer Ausgangsposition herausbewegt werden. Auf separate Rückstellmittel kann dann verzichtet werden.
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Die Erfindung ist jedoch keinesfalls auf die vorstehend erläuterten Ausgestaltungen insbesondere der Rückstellmittel bzw. der Gelenkmittel beschränkt. Insbesondere ist auch ein aktives Zurückbewegen der Trägermittel in ihre Ausgangsstellung möglich, worauf weiter unten exemplarisch noch genauer eingegangen wird.
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Eine äußerst bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Nachführvorrichtung sieht vor, dass wenigstens zwei Verbindungsmittel vorhanden sind, die sich in ihrer Projektion auf eine Ebene der Trägermittel, welche regelmäßig parallel zu einer Ebene des Wirkelements orientiert ist, unter einem gewissen Winkel zueinander erstrecken. Dieser Winkel kann vorzugsweise im Wesentlichen 90° betragen. In diesem Zusammenhang ist weiterhin vorgesehen, dass die Motormittel entsprechend zum Einwirken auf wenigstens zwei Verbindungsmittel ausgebildet sind, indem beispielsweise eine entsprechende Mehrzahl an Motoreinheiten oder einer geeignete Getriebeanordnung vorgesehen ist. Auf diese Weise kann jeweils eine Motoreinheit auf jeweils ein Verbindungsmittel einwirken. Durch das Vorsehen mehrerer Verbindungsmittel in der genannten Art und Weise lassen sich auch komplexere Bewegungen der Nachführvorrichtung bzw. der Trägermittel ausführen, um den Wirkungsgrad der solaren Energiegewinnung noch stärker zu erhöhen.
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Im Rahmen der vorliegenden Beschreibung bedeutet der Begriff „im Wesentlichen”, dass die entsprechenden Merkmale bis auf übliche fertigungstechnische Abweichungen möglichst exakt realisiert sind.
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Eine andere Weiterbildung der erfindungsgemäßen Nachführvorrichtung sieht vor, dass die Aufstellmittel pfostenartig ausgebildet sind, wobei vorzugsweise die Gelenkmittel an einem oberen Ende des Pfostens angeordnet sind. Auch die bereits mehrfach erwähnten Motormittel können an oder sogar in dem Pfosten angeordnet sein.
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Im Rahmen einer äußerst bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Nachführvorrichtung weisen die Aufstellmittel jeweils eine Führung für das oder die Verbindungsmittel auf, vorzugsweise in Form einer Öffnung oder eines Durchbruchs in den Aufstellmitteln, insbesondere wenn letztere in Form eines Pfostens ausgebildet sind. Vorzugsweise weist ein solcher Pfosten einen rechteckigen oder speziell quadratischen oder auch einen kreisförmigen bzw. ovalen Querschnitt auf, und die Öffnungen bzw. Durchbrüche zum Führen eines jeweiligen Verbindungsmittels erstrecken sich zwischen einander gegenüberliegenden Seitenflächen des Pfostens bzw. der Aufstellmittel. Wenn Öffnungen bzw. Durchbrüche für eine Mehrzahl von Verbindungsmitteln vorgesehen sind, sind diese vorzugsweise in Richtung einer Längserstreckung der Aufstellmittel (des Pfostens) versetzt zueinander angeordnet.
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Um das oder die Verbindungsmittel zu schonen, kann im Zuge einer wieder anderen Weiterbildung der erfindungsgemäßen Nachführvorrichtung außerdem vorgesehen sein, dass die genannten Öffnungen oder Durchbrüche endständige Querschitterweiterungen (Tulpen) aufweisen.
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In diesem Zusammenhang sieht eine andere, äußerst vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Nachführvorrichtung vor, dass das oder die Verbindungsmittel durch die betreffende Führung in den Aufstellmitteln hindurchgeführt und in einem jeweiligen zweiten Befestigungspunkt mit den Trägermitteln verbunden ist bzw. sind. Vorzugsweise sind die beiden Befestigungspunkte für jedes Verbindungsmittel symmetrisch bezüglich der Aufstellmittel bzw. der betreffenden Führung angeordnet.
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In diesem Zusammenhang kann in Weiterbildung der Erfindung der erfindungsgemäßen Nachführvorrichtung weiterhin vorgesehen sein, dass die Motormittel zum Vorbeibewegen des Verbindungsmittels oder der Verbindungsmittel an einem Ort des jeweiligen Motorelements (der jeweiligen Motoreinheit) ausgebildet sind. Dabei sind die Motormittel weiterhin dazu ausgebildet, das oder die Verbindungsmittel gegen ein durch die Trägermittel und/oder die Gelenkmittel ausgeübtes Kippmoment festzulegen bzw. zu arretieren. Dieses Festlegen kann – wie bereits erwähnt – durch Reib-, Kraft- und/oder Formschluss erfolgen.
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Wenn das oder die Verbindungsmittel in zwei Befestigungspunkten an den Trägermitteln festgelegt sind, lässt sich in einfacher Weise eine (aktive) Hin- und Herbewegung der Trägermittel bezüglich der Aufstellmittel erreichen, ohne dass es hierfür grundsätzlich auf die weiter oben beschriebene Rückstellkraft ankäme. Die angesprochene Festlegung gegenüber dem durch die Trägermittel und/oder die Gelenkmittel bzw. die Gewichtskraft des solaren Wirkelements ausgeübte Kippmoment dient insbesondere dazu, das oder die Verbindungsmittel definiert auf Spannung zu halten, um so eine definierte und dauerhafte Ausrichtung der Trägermittel bzw. des Wirkelements zu erreichen.
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Eine wieder andere Weiterbildung der erfindungsgemäßen Nachführvorrichtung sieht vor, dass die Gelenkmittel eine Mehrzahl an Gelenkelementen aufweisen, welche vorzugsweise jeweils als Elastomergelenk, als Gummigelenk, als Federgelenk oder dergleichen ausgebildet sein können. Vorzugsweise sind in diesem Zusammenhang wenigstens eine gleiche Anzahl an Verbindungsmitteln vorgesehen, speziell ein Verbindungsmittel pro Gelenkelement, welche mehrere Verbindungsmittel höchst vorzugsweise parallel zu einander angeordnet sind. Auf diese Weise wird ein definiertes und sicheres Verschwenken der Trägermittel bzw. des solaren Wirkelements um eine Schwenkachse ermöglicht, welche durch die Geometrie der Anordnung der einzelnen Gelenkelemente definiert ist.
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Eine wieder andere Weiterbildung der erfindungsgemäßen Nachführvorrichtung sieht vor, dass die Trägermittel als eine rückseitige Stützstruktur für das Wirkelement ausgebildet sind, vorzugsweise in Form einer Trägerplatte oder eines Tragrahmens. Grundsätzlich liegt es jedoch im Rahmen der Erfindung, dass die Trägermittel als Teil oder sogar als integraler Bestandteil des Wirkelements ausgebildet sind und die restliche Nachführvorrichtung in der beschriebenen Art und Weise ergänzen, indem sie Befestigungspunkte für das oder die Verbindungsmittel ausbilden bzw. vorsehen.
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Es hat sich als äußerst vorteilhaft erwiesen, wenn die Motormittel im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Nachführvorrichtung elektrisch betreibbar, das heißt in Form von Elektromotoren ausgebildet sind. Vorzugsweise sind die Motormittel unabhängig von einem Stromnetzanschluss betreibbar, insbesondere durch Vorsehen entsprechender elektrischer Energiespeicher, wie Akkumulatoren oder dergleichen.
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Im Rahmen einer wieder anderen Weiterbildung kann die erfindungsgemäße Nachführvorrichtung außerdem eine Steuereinheit für die Motormittel aufweisen. Die genannte Steuereinheit ist vorzugsweise als programmtechnisch eingerichtete Steuereinheit (Prozessoreinheit) ausgebildet und dient höchst vorzugsweise dazu, die Trägermittel bzw. die solaren Wirkelemente kalendarisch bestimmt nach dem Sonnenstand auszurichten. Der Begriff „kalendarisch bestimmt” bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Tatsache ausgenutzt wird, wonach an einem gegebenen Ort auf der Erde in Abhängigkeit von einem kalendarisch bestimmten Datum (Tag und Uhrzeit) der Sonnenstand sehr genau bekannt bzw. berechenbar ist. Auf diese Weise kann auf das Vorsehen von aufwändigen Tracking-Einrichtungen oder dergleichen verzichtet werden, welche ansonsten die erfindungsgemäße Nachführvorrichtung entsprechend verteuern würden. Im Rahmen einer kalendarischen Bestimmung wird der Sonnenstand nicht aktiv detektiert, sondern aufgrund von kalendarischen Überlegungen als bekannt vorausgesetzt. Die Nachführung erfolgt dann durch die Steuereinheit gemäß der beschriebenen kalendarischen Bestimmung.
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Eine erste Weiterbildung der erfindungsgemäßen Energiegewinnungseinrichtung sieht vor, dass in Wirkverbindung mit dem solaren Wirkelement ein Energiespeicher vorhanden ist. Hierbei kann es sich – je nach Art des Wirkelements – beispielsweise um einen Akkumulator oder eine andere Einrichtung zum Speichern elektrischer Energie oder um einen thermischen Energiespeicher handeln. Vorzugsweise dient der genannte Energiespeicher dazu, durch die Energiegewinnungseinrichtung bzw. das solare Wirkelement gewonnene Energie zum Betreiben der Nachführvorrichtung bereit zu stellen. Da sowohl die Motormittel als auch die Steuereinheit gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Nachführvorrichtung elektrische Energie zum Betrieb benötigen, hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn der genannte Energiespeicher als Akkumulator ausgebildet ist. Die Energiegewinnungseinrichtung bzw. die Nachführvorrichtung sind auf diese Weise im Betrieb weitgehend autark; insbesondere ist es nicht erforderlich, in aufwändiger Weise einen Stromnetzanschluss zum Betreiben der Nachführvorrichtung bzw. der Energiegewinnungseinrichtung vorzusehen.
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Eine andere Weiterbildung der erfindungsgemäßen Energiegewinnungseinrichtung sieht vor, dass diese weiterhin eine Netzeinspeisung umfasst, welche gegebenenfalls einen Wechselrichter oder dergleichen aufweisen kann, um die gewonnene Energie in ein Energie-Versorgungsnetz einspeisen zu können. Vorzugsweise findet sich bei diesem Energie-Versorgungsnetz um ein Stromnetz, wenn die Energiegewinnungseinrichtung mit einem photovoltaischen Wirkelement oder dergleichen ausgerüstet ist.
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Schließlich sieht eine andere Weiterbildung der erfindungsgemäßen Energiegewinnungseinrichtung vor, dass diese zusätzlich eine Kommunikationsanbindung aufweist, über welche Kommunikationsanbindung steuerrungstechnisch auf die Motormittel und/oder auf die Steuereinheit eingewirkt werden kann. Außerdem eignet sich die Kommunikationsanbindung zum Abfragen von Funktionsparametern des Wirkelements, beispielsweise zur Ermittlung einer gegenwärtig zur Verfügung gestellten Leistung. Die Kommunikationsanbindung kann kabelgebunden oder drahtlos ausgeführt sein, wobei eine drahtlose Ausführung kostenmäßige Vorteile mit sich bringt.
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Durch Verwendung biegeschlaffer Verbindungsmittel in Wirkverbindung mit geeigneten Motor- oder Antriebsmitteln bzw. durch den Einsatz elastischer Gelenkelemente in Verbindung mit motorgetriebenen Verbindungsmitteln lässt sich in der gewünschten Weise eine besonders kostengünstige Ausgestaltung einer Nachführvorrichtung und einer hierauf aufbauenden Energiegewinnungseinrichtung realisieren.
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Weitere Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen.
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1 zeigt schematisch eine erste Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Energiegewinnungseinrichtung;
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2 zeigt ein Detail der Energiegewinnungseinrichtung aus 1;
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3 zeigt die Energiegewinnungseinrichtung aus 1 in einem verschwenkten Betriebszustand;
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4 zeigt eine Unteransicht der Energiegewinnungseinrichtung aus 1;
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5 zeigt schematisch eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Energiegewinnungseinrichtung;
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6 zeigt eine Unteransicht insbesondere der Energiegewinnungseinrichtung aus 5;
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7 zeigt schematisch eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Energiegewinnungseinrichtung; und
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8 zeigt schematisch eine wieder andere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Energiegewinnungseinrichtung bzw. einer entsprechenden Nachführvorrichtung.
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1 zeigt schematisch eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Energiegewinnungseinrichtung, welche in ihrer Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet ist. Die Energiegewinnungseinrichtung 1 umfasst eine erfindungsgemäße Nachführvorrichtung 2, auf deren Aufbau gleich genauer eingegangen werden soll, welche Nachführvorrichtung 2 zum Bewegen eines Photovoltaik-Moduls (photovoltaisches Wirkelement) 3 ausgebildet ist, welches Wirkelement 3 in 1 durch ein schraffiertes, plattenförmiges Element symbolisiert ist. Des Wirkelement 3 steht über eine Leitung 4 in elektrischer Verbindung mit einem Energiespeicher 5, beispielsweise einem Akkumulator. Bei Bezugszeichen 6 ist eine Netzeinspeisung für die gewonnene elektrische Energie angedeutet; gegebenenenfalls noch vorhandene Wechselrichter oder dergleichen sind nicht explizit mit eingezeichnet. Über eine weitere Leitung 7 ist der Energiespeicher 5 mit Bestandteilen der Nachführvorrichtung 2 elektrisch verbunden, um die Nachführvorrichtung 2 mit elektrischer Energie zu versorgen. Hierauf wird ebenfalls weiter unten noch genauer eingegangen.
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Die Nachführvorrichtung 2 umfasst zunächst pfostenartige Aufstellmittel 8 sowie Trägermittel 9, welche Trägermittel 9 auf der Rückseite des Wirkelements 3 angeordnet sind, um dieses zu halten. Die Trägermittel 9 können in Form einer Trägerplatte, eines Tragrahmens oder in sonstiger, geeigneter Weise ausgebildet sein. Zwischen einer Oberseite 8a der Aufstellmittel 8 und den Trägermitteln 9 sind Gelenkmittel 10 angeordnet, welche die Trägermittel 9 und die Aufstellmittel 8 gelenkig miteinander verbinden. Vorzugsweise sind die Gelenkmittel 10 in Form eines Feder- oder Elastomergelenks ausgebildet und sorgen für eine gelenkige Verbindung zwischen Trägermitteln 9 bzw. Wirkelement 3 einerseits und Aufstellmitteln 8 andererseits. Vorteilhafterweise geht die gelenkige Verbindung mit einer in Richtung der in 1 gezeigten Ruhelage der Trägermittel 9 gerichteten Rückstellkraft einher, sobald die Trägermittel 9 aus der in 1 gezeigten Ausgangs- oder Ruhelage heraus relativ zu den Aufstellmitteln 8 bewegt werden (vgl. 3).
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An einer den Aufstellmitteln 8 zugewandten Unterseite 9a der Trägermittel 9 befinden sich zwei Befestigungspunkte P1, P2 für ein biegeschlaffes Verbindungsmittel 11 in Form eines Stahlseils oder dergleichen. Das Verbindungsmittel 11 ist mit seinem einen Ende in Befestigungspunkt P1 und mit seinem anderen Ende in Befestigungspunkt P2 mit den Trägermitteln 9 gelenkig verbunden, beispielsweise mittels einer Schlaufen- oder Ösenverbindung. In diesem Zusammenhang kann die gelenkige Verbindung auch aufgrund der biegeschlaffen Ausgestaltung des Verbindungsmittels 11 selbst ausgebildet sein, während die Anbindung des Verbindungsmittels 11 an den Trägermitteln 9 im Bereich der Befestigungspunkte P1, P2 selbst nicht weiter gelenkig ausgeführt ist.
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Das Verbindungsmittel 11 ist bei Bezugszeichen 12 im Bereich eines entsprechenden Durchbruchs durch die Aufstellmittel 8 hindurchgeführt, welcher Durchbruch 12 sich zwischen zwei einander gegenüberliegenden Seitenflächen 8b, 8c der Aufstellmittel 8 erstreckt, welche Aufstellmittel 8 hier speziell einen quadratischen Querschnitt aufweisen (vgl. 4).
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In den Figuren ist zur Vereinfachung der Darstellung die lichte Weite des Durchbruchs 12 übertrieben dargestellt; auch der Verlauf des Verbindungsmittels 11 im Bereich des Durchbruchs 12 ist in 1, wie insbesondere auch in den 5 und 7, nur symbolisch dargestellt (vgl. 2 für eine realistischere Darstellung). Im Bereich des Durchbruchs 12 wirkt des Verbindungsmittel 11 mit Motormitteln zusammen, welche Motormittel insgesamt mit dem Bezugszeichen 13 versehen sind. Die Motormittel 13 umfassen das eigentliche Motorelement bzw. die eigentliche Motoreinheit 14, welche vorliegend als Elektromotor ausgebildet ist. Die Motoreinheit 14 treibt ein Reibrad 15 an, welches Reibrad 15 Rotationsbewegungen gemäß dem Doppelpfeil P3 ausführt und dabei mit seinem Außenumfang reib- oder kraftschlüssig mit dem Verbindungsmittel 11 zusammenwirkt. Weiterhin umfassen die Motormittel 13 eine Motor-Steuereinheit 16. Die Motormittel 13, d. h. insbesondere die Motoreinheit 14 und die Steuereinheit 16 werden über die Leitung 7 ausgehend von dem Energiespeicher 5 mit elektrischer Energie versorgt.
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Die Motormittel 14 wirken über das Reibrad 15 derart mit dem Verbindungsmittel 11 im Bereich des Durchbruchs bzw. der Führung 12 zusammen, dass das Verbindungsmittel 11 – je nach Drehrichtung P3 des Reibrads 15 – gemäß dem Doppelpfeil P4 hin- und her bewegbar und außerdem in praktisch jeder beliebigen Stellung arretierbar ist. Entsprechend verändert sich ein Abstand der Befestigungspunkte P1, P2 bezüglich der Aufstellmittel 8, was zu einem Verkippen oder Verschwenken der Trägermittel 9 mit dem Wirkelement 3 führt, welches Verkippen bzw. Verschwenken durch die Gelenkmittel 10 ermöglicht wird (vgl. weiter unten 3). Vorzugsweise erzeugen die Gelenkmittel 10 im verkippten Zustand der Trägermittel 9 bzw. des Wirkelements 3 eine Rückstellkraft in Richtung der in 1 gezeigten Ausgangsstellung, welche Rückstellkraft mittels einer durch des Reibrad 15 vermittelten Haltekraft auf das Verbindungsmittel 11 kompensiert wird, um die Trägermittel 9 bzw. das Wirkelement 3 in der verkippten Stellung zu halten. Die Rückbewegung in die Ausgangsstellung gemäß 1 kann auch durch Umkehren der Drehrichtung des Reibrads 15 bzw. der Motoreinheit 14 unterstützt werden. Dies alles geschieht nach Maßgabe durch die Steuereinheit 16, welche zu diesem Zweck vorzugsweise programmtechnisch eingerichtet ist. insbesondere beinhaltet die Steuereinheit 16 Kalenderdaten und Positionsdaten (z. B. über GPS), welche Daten es ermöglichen, eine verkippte Stellung der Trägermittel 9 bzw. des Wirkelements 3 in Abhängigkeit von einem gegenwärtigen Datum und einer gegenwärtigen Uhrzeit einzustellen, um das Wirkelement 3 möglichst günstig im Hinblick auf den Sonnenstand auszurichten (vgl. 3).
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Damit es im Austrittsbereich des Verbindungsmittels 11 aus dem Durchbruch 12 zu keiner Beschädigung des Verbindungsmittels 11 kommt, sieht eine besondere Ausgestaltung gemäß 2 vor, dass die Führung 12 in ihren endständigen Abschnitten 12a eine Tulpe, d. h. eine Querschnitterweiterung 12b aufweist, um das Verbindungsmittel 11 schonend zu führen, was in 2 schematisch dargestellt ist.
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3 zeigt die Energiegewinnungseinrichtung 1 in der bereits beschriebenen ausgelenkten bzw. verkippten Stellung der Trägermittel 9 bzw. des Wirkelements 3. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen hier und in allen anderen Figuren gleiche oder zumindest gleichwirkende Elemente.
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In 3 ist deutlich die Abwinkelung im Bereich der Gelenkmittel 10 zu erkennen, welche in vorteilhafter Weise die bereits angesprochene Rückstellkraft in Richtung der Ausgangsstellung gemäß 1 zur Folge hat. Gut zu erkennen ist in 3 auch, wie sich der Abstand der Befestigungspunkte P1 und P2 bezogen auf die Aufstellmittel 8 verändert hat, weil das Verbindungsmittel 11 durch entsprechende Einwirkung der Motormittel 13 von links nach rechts durch die Führung 12 bewegt wurde. Das Reibrad 15 hält das Verbindungsmittel 11 im Bereich der Führung 12 gegen die Rückstellkraft der elastischen Gelenkmittel 10 in der gezeigten ausgelenkten Stellung.
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Die Anordnung der Punkte P1 und P2 erfolgt möglichst derart, dass speziell bei der in 3 gezeigten Verkippung das Verbindungsmittel (Seil) 11 keine vertikal abwärts gerichtete Verlaufskomponente aufweist.
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Symbolisch sind in 3 weiterhin die Sonne S und die ausgesandte Sonnenstrahlung S' dargestellt, wobei in der gezeigten Stellung gemäß 3 die Sonnenstrahlen S' senkrecht, d. h. in Richtung einer Flächennormalen auf dem Wirkelement 3 auftreffen, was einen maximalen Wirkungsgrad des Wirkelements 3 zur Folge hat.
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Um aus der in 3 gezeigten Stellung in die Ausgangsstellung gemäß 1 zurückzukehren, kann es unter Umständen bereits ausreichen, das Reibrad 15 teilweise freizugeben, woraufhin ein Kippmoment der Anordnung bzw. die Rückstellkraft der Gelenkmittel 10 für eine Rückbewegung der Trägermittel 9 bzw. des Wirkelements 3 in die Ausgangslage gemäß 1 sorgt. Selbstverständlich kann die Rückbewegung durch die Motormittel 13 geeignet unterstützt werden (Umkehrung der Motor-Drehrichtung).
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Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist in den 1 und 3 nur ein Verbindungsmittel 11 dargestellt. Wie die Unteransicht der Trägermittel 9 gemäß 4 zeigt, weist die Nachführvorrichtung 2 im oberen Bereich der Aufstellmittel 8 jedoch vorteilhafterweise zwei Führungen bzw. Durchbrüche 12, 12' für entsprechend zwei Verbindungsmittel 11, 11' auf, wobei die Führungen 12, 12' und die Verbindungsmittel 11, 11' jeweils orthogonal, d. h. unter einem Winkel von 90° bei der gezeigten Projektion auf die Unterseite 9a der Trägermittel 9 zueinander angeordnet sind. Dabei befinden sich die Durchbrüche 12, 12' auf unterschiedlichen Höhen bezüglich der Aufstellmittel 8, so dass die Verbindungsmittel 11, 11' im Betrieb nicht miteinander kollidieren. Die Motormittel sind in 4 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht eingezeichnet; grundsätzlich kann für jedes Verbindungsmittel 11, 11' ein eigenes Motorelement vorhanden sein. Es liegt hier auch im Rahmen der Erfindung, zum Einwirken auf beide Verbindungsmittel 11, 11' nur eine gemeinsame Motoreinheit vorzusehen, welche dann über eine geeignete Getriebeanordnung auf jeweils ein Reibrad für jedes der Verbindungsmittel 11, 11' einwirkt.
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Die Bewegung der Verbindungsmittel 11, 11' erfolgt gemäß 4 entsprechend den Pfeilen P4 bzw. P4', wie weiter oben anhand von 1 und 3 für das Verbindungsmittel 11 beschrieben. Auf diese Weise lassen sich auch komplexere Nachführbewegungen realisieren, weil mehr als eine Kipp- bzw. Schwenkachse zur Verfügung steht.
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Grundsätzlich ist die Erfindung nicht auf eine bestimmte Anzahl von Verbindungsmitteln 11, 11 bzw. auf bestimmte Winkelanordnungen der Verbindungsmittel relativ zueinander beschränkt.
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Vorzugsweise besitzen alle Durchbrüche oder Führungen 12, 12', Insbesondere gemäß 4, an ihren offenen Enden eine tulpenförmige Ausgestaltung gemäß 2, um die eingesetzten Verbindungsmittel 11, 11' zu schonen.
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5 zeigt eine alternative Ausgestaltung der Energiegewinnungseinrichtung bzw. der Nachführvorrichtung, welche in 5 mit den Bezugszeichen 1' bzw. 2' bezeichnet sind. Abweichend von der Ausgestaltung in den 1 und 3 ist anstelle eines Reibrads im Zusammenhang mit den Motormitteln 13 eine Spule 15' vorgesehen, welche gemäß dem Doppelpfeil P3 durch die Motoreinheit 14 nach Maßgabe der Steuereinheit 16 drehbar ist. Die Spule 15' dient zum Aufwickeln desjenigen Endes des Verbindungsmittels 11, welches nicht in Befestigungspunkt P1 in der beschriebenen Art und Weise an den Trägermitteln 9 befestigt ist.
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Auf diese Weise wird durch Auf- bzw. Abwickeln des Verbindungsmittels 11 auf die bzw. von der Spule 15' die Bewegung des Verbindungsmittels 11 gemäß Doppelpfeil P4 bewirkt, was wiederum zu einem Verkippen oder Verschwenken der Trägermittel 9 mit dem Wirkelement 3 führt. Dabei ruft vorzugsweise ein Aufwickeln des Verbindungsmittels 11 auf die Spule 15' neben dem angesprochenen Verkippen des Trägermittel 9 mit dem Wirkelement 3 über die Auslenkung der Gelenkmittel 10 (vgl. 3) eine Rückstellkraft in die Ausgangslage gemäß 5 hervor, so dass anschließend durch Freigeben der Spule 15' sich die Trägermittel 9 mit dem Wirkelement 3 quasi selbsttätig wieder in die Stellung gemäß 5 zurückbewegen.
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Selbstverständlich liegt es im Rahmen der Erfindung, eine weitere Spule analog 15' und ein weiteres Verbindungsmittel (nicht gezeigt) vorzusehen, welches weitere Verbindungsmittel analog zu dem Verbindungsmittel 11 gemäß 1 oder 3 in einem weiteren Befestigungspunkt analog P2 an den Trägermitteln 9 befestigt ist. Auf diese Weise ließe sich durch Auf- bzw. Abwickeln des genannten weiteren Verbindungsmittels die Rückbewegung in die Ausgangsstellung gemäß 5 aktiv bewirken.
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Wie die Unteransicht gemäß 6 zeigt, können in Weiterbildung der Ausgestaltung gemäß 5 drei Führungen 12, 12', 12'' und entsprechende Verbindungsmittel 11, 11', 11'' vorgesehen sein, die unter einem relativen Winkel von 120° angeordnet sind, wobei aus Gründen der Übersichtlichkeit auf die Darstellung der entsprechenden Motormittel bzw. Spulen verzichtet wurde. Durch Auf- bzw. Abwickeln des Verbindungsmittels 11 und/oder des Verbindungsmittels 11' und/oder des Verbindungsmittels 11'' lassen sich somit wiederum komplexere Bewegungsformen der Trägermittel 9 bzw. des darauf befindlichen Wirkelements (in 6 nicht gezeigt) erreichen. Die Aufstellmittel (Pfosten) 8 weisen speziell und ohne Beschränkung einen kreisförmigen Querschnitt auf.
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Wie bereits angedeutet, können auch bei der Ausgestaltung gemäß 6 noch weitere Verbindungsmittel und zugeordnete Motormittel vorhanden sein, wobei sich die genannten weiteren Verbindungsmittel vorzugsweise in Verlängerung der gezeigten Verbindungsmittel 11 bzw. 11' bzw. 11'' erstrecken würden, um die Rückbewegung in die Ausgangsstellung gemäß 5 aktiv bewirken zu können.
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Angemerkt sei noch, dass auch die Ausgestaltung gemäß 4 selbstverständlich nicht auf eine rechtwinklige Relativanordnung der dort gezeigten Verbindungsmittel bzw. auf das Vorsehen von genau zwei solchen Verbindungsmitteln beschränkt ist, vgl. 6.
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7 zeigt eine weitere Ausgestaltung der Energiegewinnungseinrichtung 1 bzw. der Nachführvorrichtung 2, welche größtenteils der Ausgestaltung in 1 bzw. 3 entspricht. Bemerkenswert ist allerdings, dass die Gelenkmittel 10 sich ausgehend von der Oberseite 8a der Aufstellmittel 8 in den Bereich einer Vertiefung 9b an der Unterseite 9a der Trägermittel 9 erstrecken. Dies hat den Vorteil, dass beim Verschwenken bzw. beim Verkippen der Trägermittel 9 mit dem Wirkelement 3 (vgl. 3) ein seitlicher Abstand der Trägermittel 9 von den Aufstellmitteln 8 reduziert werden kann, was sich günstig auf die herrschenden Kräfteverhältnisse auswirkt. Insbesondere kann es auf diese Weise leichter fallen, die Trägermittel 9 bzw. das Wirkelement 3 in die Ausgangsstellung gemäß 7 zurückzubewegen.
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Wie der Fachmann leicht erkennt, kann die Ausgestaltung gemäß 7 sowohl mit der grundsätzlichen Ausgestaltung der Energiegewinnungseinrichtung 1 gemäß 1 und 3 als auch mit der grundsätzlichen Ausgestaltung der Energiegewinnungseinrichtung 1' gemäß 5 zum Einsatz kommen.
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Schließlich zeigt 8 schematisch noch eine weitere Ausgestaltung zumindest der erfindungsgemäßen Nachführvorrichtung, welche hier mit dem Bezugszeichen 2'' bezeichnet ist.
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Hierbei sind zwei pfostenartige Aufstellmittel 8, 8' vorgesehen, die an ihrer jeweiligen Oberseite Gelenkmittel 10, 10' aufweisen. Im Bereich jeweiliger Durchbrüche bzw. Führungen 12, 12' erstrecken sich – zwischen Befestigungspunkten P1, P2 bzw. P1' bzw. P2' – jeweilige Verbindungsmittel 11, 11'. Dabei verlaufen die Verbindungsmittel 11, 11' zueinander parallel, was Schwenk- bzw. Kippbewegungen der Trägermittel 9 zusammen mit Wirkelement 3 um eine Schwenkachse SA (strichpunktiert gezeichnet) ermöglicht. Dies ist in 8 mittels der Doppelpfeile P5 symbolisiert. Speziell bei dieser Ausgestaltung der Erfindung müssen die Verbindungsmittel nicht zwingend als biegeschlaffe Elemente ausgeführt sein. Auch eine starre Ausführung ist möglich und grundsätzlich nicht auf die Ausgestaltung gemäß 8 beschränkt.
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Auf diese Weise existiert zwar nur eine Schwenkachse SA, insbesondere im Gegensatz zu den zwei Schwenkachsen gemäß 4 oder 6, jedoch ist die Stabilität der Anordnung deutlich erhöht.
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Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass selbst eine Binachs-Nachführung hinsichtlich des erreichbaren Wirkungsgrades deutliche Vorteile gegenüber starr montierten Wirkelementen 3 bietet.
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Selbstverständlich ist die grundsätzliche Ausgestaltung gemäß 8 nicht auf das Vorsehen von zwei Aufstellmitteln 8, 8' mit entsprechenden Gelenkmitteln 10, 10' beschränkt, sondern grundsätzlich beliebig erweiterbar, um insbesondere großflächige, schwere Wirkelemente 3 sicher nachzuführen.
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Außerdem unterliegt die Erfindung keinerlei Einschränkungen hinsichtlich der eingesetzten Motor- und Verbindungsmittel. Beispielsweise sieht eine andere, nicht explizit dargestellte Ausgestaltung der Erfindung vor, dass die Motormittel anstelle von Reibrädern oder Spulen geeignete Zahnräder aufweisen, welche zu Bewegungszwecken mit kettenartig ausgebildeten Verbindungsmitteln zusammenwirken, um diese zum Bewegen der Trägermittel geeignet hin und her zu bewegen.
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Gemeinsam ist allen gezeigten und beschriebenen Ausgestaltungen eine besonders einfache Ausgestaltung sowohl der Gelenk- als auch der Bewegungsmittel, um auf diese Weise eine kostengünstige Nachführung mit entsprechend gesteigertem Wirkungsgrad zu ermöglichen. Optimal ist hierbei die Kombination aus elastischen Gelenkmittel, die als Rückstellmittel fungieren zusammen mit biegeschlaffen Verbindungsmitteln.
