DE102017113738A1

DE102017113738A1 - Facette für einen Heliostat in Sandwich-Bauweise und Verfahren zum Herstellen einer Facette

Info

Publication number: DE102017113738A1
Application number: DE102017113738.6A
Authority: DE
Inventors: Ole Siegmeier
Original assignee: Sbp Sonne GmbH
Current assignee: Sbp Sonne GmbH
Priority date: 2017-06-21
Filing date: 2017-06-21
Publication date: 2018-12-27
Also published as: WO2018234171A1

Abstract

Es wird eine Facette für einen Heliostat eines Solarturmkraftwerks vorgeschlagen, die als Sandwich-Struktur ausgebildet ist und auf ihrer Rückseite eine Vielzahl von Stegen aufweist, die ebenfalls als Sandwich aufgebaut sind. Dadurch lässt sich eine sehr leichte, biegesteife und geometrisch hochpräzise Facette bereitstellen, die hinsichtlich Herstellungskosten und optischem Wirkungsgrad sehr gut ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Facette für einen Heliostaten, der in Solarturmkraftwerken eingesetzt wird. Bei Solarturmkraftwerken ist eine Vielzahl von Heliostaten um einen Turm, der einen Receiver trägt, herum angeordnet. Die Spiegelflächen dieser Heliostaten sind leicht gekrümmt und haben Brennweiten teilweise von mehreren hundert Metern.
Über verschiedene Nachführmechanismen werden die Spiegelflächen der Heliostaten so gesteuert, dass sie abhängig von Tages- und Jahreszeit die einfallende Solarstrahlung auf den am oberen Ende des Turms angeordneten Receiver umlenken und fokussieren.
Die Heliostaten verursachen etwa 40% der gesamten Investitionskosten des gesamten Solarturmkraftwerks, so dass die Reduktion dieses Kostenblocks ein wirksamer Hebel ist, um die Wirtschaftlichkeit des gesamten Solarturmkraftwerks signifikant zu erhöhen. Dies gilt insbesondere deshalb, weil leistungsfähige Solarturmkraftwerke weit über eintausend Heliostaten benötigen. Daher wirken sich Kosteneinsparungen bei Material und Montage bzw. Bau der Heliostaten vielfach positiv aus.
Gleichzeitig müssen die Spiegelflächen der Heliostaten eine sehr hohe optische Qualität haben, damit ein möglichst großer Anteil der auf die Spiegelflächen der Heliostaten einfallenden Solarstrahlung beim Receiver ankommt und dort in thermische Energie umgewandelt wird.
Das Anforderungsprofil an einen Heliostaten besteht darin, höchste optische Qualität zu möglichst niedrigen Herstellungspreisen zu gewährleisten.
Es wurden in der Vergangenheit viele Versuche unternommen, um diese Anforderungen zu erfüllen. Ein Ansatz, um diese Ziele zu erreichen, ist aus der US 7,077,532 B1 bekannt. Dort wird vorgeschlagen, die Facette des Heliostaten in einer Sandwich-Struktur herzustellen.
Sie besteht aus zwei Deckblechen, zwischen denen ein Kern vorgesehen ist. Diese klassische Sandwich-Struktur sorgt für die die gewünschte Formstabilität der Facette. Auf diese Sandwich-Struktur wird ein verspiegeltes Glas aufgeklebt, um die gewünschten optischen Eigenschaften zu erreichen.
Aus der EP 2 687 791 A2 ist ein Reflektorelement in Sandwich-Bauweise bekannt, bei dem ein Kernmaterial zwischen einer Spiegelfläche und einer Rückseite angeordnet ist. Die Spiegelfläche kann aus Metall oder Glas bestehen, während für die Rückseite Blech vorgeschlagen wird. Um die Steifigkeit dieser Sandwich-Struktur zu verbessern, kann die Rückseite in der Art eines Trapezblechs ausgestaltet sein.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Facette eines Heliostaten in Sandwich-Struktur bereitzustellen, die hinsichtlich optischer Präzision, Materialkosten, Gewicht und Herstellungskosten weiter verbessert ist.
Diese Aufgabe wird bei einer Facette für einen Heliostaten, umfassend eine verspiegelte Glasscheibe, einen homogenen Kern und eine Rückseite aus Stahlblech dadurch gelöst, dass auf der Rückseite Stege ausgebildet sind, und dass die Stege zwei voneinander beabstandete und parallele Deckbleche und einen homogenen Kern umfassen.
Durch die erfindungsgemäße Struktur der Rückseite mit einer Vielzahl von nebeneinander angeordneten Stegen, die ebenfalls in Sandwich-Bauweise ausgeführt sind, ist es möglich, bei geringerem Materialeinsatz und damit auch geringeren Kosten eine steifere Facette herzustellen, die noch dazu fertigungstechnisch sehr einfach zu realisieren ist.
Die Stege sorgen für die globale Festigkeit der Struktur; das Sandwichelement der Vorderseite bestehend aus Spiegeln, Kern und Blech auf der Rückseite verhindert Beulen und andere unerwünschte Verformungen der Spiegelfläche. Durch diese Kombination ist eine wirtschaftliche Herstellung bei gleichzeitig hoher optischer Qualität und Beständigkeit gegen äußere Lasten (Wind, Schnee, Erdbeben) möglich.
Die erfindungsgemäße Sandwich-Struktur kann sowohl bei rotationssymmetrischen Facetten als auch bei Facetten, die eine rechteckige oder polygonale Spiegelfläche aufweisen, eingesetzt werden.
Im erstgenannten Fall sind die Stege auf an der Rückseite der Facette bezogen auf ein Zentrum des Heliostaten radial ausgerichtet. Im anderen Fall sind die Stege parallel zueinander angeordnet.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die Rückseite und die Stege aus mehreren baugleichen oder geometrisch ähnlichen Segmentflächen aus Blech zusammengesetzt, wobei an zwei Kanten jedes Segmentblechs jeweils ein Deckblech eines Stegs ausgebildet ist. Dadurch ist es möglich, aus einem rechteckigen Blechzuschnitt die Segmente durch Umformen, insbesondere durch Abkanten oder Schwenkbiegen, herzustellen. Dadurch fällt nahezu kein Verschnitt an. Das Abkanten ist außerdem sehr kostengünstig.
Um die Segmentbleche bzw. die Deckbleche der Stege weiter zu versteifen, ist vorgesehen, an den Deckblechen der Stege Stehflansche auszubilden. Zusätzlich können die Stehflansche durch eine Rippe weiter ausgesteift werden. Diese beiden Maßnahmen führen zusammen mit den Stegen dazu, dass bei geringstem Materialeinsatz eine sehr steife Struktur entsteht. Es wurde rechnerisch nachgewiesen, dass eine Blechstärke von 0,4 mm ausreicht, um die Segmentbleche für eine Facette mit einer Spiegelfläche von mehr als 10 m² herzustellen.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Facette ist darin zu sehen, dass es wegen der flächigen Verklebung der Glasscheibe mit dem Kern völlig ausreichend ist, eine Spiegelfläche bzw. eine Glasscheibe mit einer Dicke von nur einem Millimeter einzusetzen. Diese Spiegelscheibe besitzt eine höhere Reflektivität als herkömmliche Glasscheiben mit einer Dicke von etwa 4 mm, wie sie bislang eingesetzt werden. Weil die Verspiegelung dieser Glasscheibe immer auf der Rückseite, d. h. der dem Kern zugewandten Seite der Glasscheibe vorgesehen ist, wird durch das dünne Glas (Dicke ca. 1 mm) der Weg des Sonnenlichts durch das Glas von beispielsweise zwei mal vier Millimetern (= 8 mm) auf nur noch zwei mal ein Millimeter (= 2 mm) reduziert wird. Das führt zu einem Anstieg des Wirkungsgrads um ein bis zwei Prozentpunkte, was die Wirtschaftlichkeit eines Solarturmkraftwerks, welches mit erfindungsgemäßen Facetten ausgerüstet ist, weiter verbessert. Darüber hinaus erhöht sich bei gleicher Spiegelfläche die Leistung des Solarkraftwerks.
Außerdem wird dadurch das Gewicht der Facette deutlich reduziert, was weitere Material- und Kosteneinsparungen ermöglicht.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, die Rückseite und die Stege bzw. die Segmentfläche aus verzinktem Stahlblech, bevorzugt mit einer Dicke von weniger als einem Millimeter und besonders bevorzugt mit einer Dicke von 0,5 mm oder weniger, herzustellen.
Als Material für den homogenen Kern hat sich ein handelsüblicher Polyurethan-Schaum als besonders geeignet erwiesen. Polyurethan-Schaum ist ausreichend druckfest und verbindet sich gut mit der Glasscheibe und dem Blech, aus dem die Rückseite und die Stege gemacht sind, so dass auf gesonderte Kleber oder Klebstoffe verzichtet werden kann. Außerdem erleichtern diese Eigenschaften des Polyurethanschaums den Bau von erfindungsgemäßen Facetten in Sandwich-Bauweise deutlich.
Außerdem hat Polyurethan-Schaum ausreichende Druck- und Scherfestigkeiten, so dass die Kräfte zwischen der Glasscheibe und der Rückseite der erfindungsgemäßen Facette durch den Polyurethan-Schaum sicher übertragen werden können.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sind insbesondere darin zu sehen, dass es sehr einfach durchzuführen ist. Es werden nur wenige Hellinge benötigt. Außerdem lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren gut automatisieren.
Im Ergebnis können die erfindungsgemäßen Facetten am Standort des späteren Solarturmkraftwerks hergestellt werden. Dann verringern sich die Transportkosten erheblich, weil letztendlich nur eine Vielzahl von Glasscheiben, Blechteilen und Polyurethan-Schaum zur Baustelle transportiert werden müssen, um dort zu einer erfindungsgemäßen Facette zusammengefügt zu werden.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen entnehmbar. Alle in der Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.
Figurenliste
Es zeigen:

1 eine Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Heliostaten,
2 einen Ausschnitt aus dem Heliostaten gemäß 1,
3 eine Seitenansicht des ersten Ausführungsbeispiels,
4 und 5 Ansichten eines radialsymmetrischen zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Facette,
6 und 7 Ausführungsbeispiele von Segmentflächen der erfindungsgemäßen Facette,
8 bis 12 Beispiele erfindungsgemäßer Konsolen,
13 und 14 die Rückseite einer erfindungsgemäßen Facette in zwei verschiedenen Ansichten,
15.1 bis 15.4 die Herstellung einer Rückseite gemäß der 13 und 14 in verschiedenen Schritten und
16.1 bis 16.4 die Herstellung einer erfindungsgemäßen Facette in vier Schritten.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In allen Figuren werden für gleiche Bauteile gleiche Bezugszeichen verwendet.
In der 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines Heliostaten, der mit einer erfindungsgemäßen Facette versehen ist, perspektivisch dargestellt.
Der Heliostat umfasst einen Pylon 1, der bei diesem Ausführungsbeispiel zwei Facetten 3 trägt. Die Facetten 3 sind auf einer Konsole oder Tragstruktur (nicht sichtbar in 1) aufgenommen. Diese Tragstruktur ist über ein Gelenk mit zwei Freiheitsgraden (nicht dargestellt) mit dem Pylon verbunden, so dass die Facetten 3 entsprechend dem Stand der Sonne so ausgerichtet werden können, dass sie das auftreffende Sonnenlicht auf den Receiver eines Solarturmkraftwerks umlenken.
Dieses Funktionsprinzip eines Solarturmkraftwerks ist dem Fachmann hinlänglich bekannt, so dass auf eine detaillierte Beschreibung verzichtet werden kann.
In der 2 ist eine Facette 3 etwas vergrößert dargestellt. In dieser Darstellung ist gut zu erkennen, dass die Facette 3 eine verspiegelte Glasscheibe 5 sowie eine Rückseite 7 umfasst, die mehrere Stege 9 aufweist. Details zum konstruktiven Aufbau der Facette 3 werden noch im Zusammenhang mit den anderen Figuren erläutert. In der 2 ist auch die Tragstruktur in Form von zwei Querträgern 11, welche die Facette 3 tragen, gut zu erkennen. Die Tragstruktur oder Konsole kann auch H-förmig oder als geschlossener Rahmen aus Stahlrohr gefertigt werden.
In der 3 ist nun vergrößert eine Seitenansicht der Facette 3 gemäß 2 dargestellt.
Aus dieser vergrößerten Ansicht ist der Aufbau der erfindungsgemäßen Facette gut zu erkennen. Zwischen der verspiegelten Glasscheibe 5 und der Rückseite 7 der Facette 3 ist ein homogener Kern 13 vorhanden.
Üblicherweise wird die Biegesteifigkeit einer Sandwich-Struktur im Wesentlichen durch den Abstand zwischen der Glasscheibe 5, die eine erste Deckscheibe im Sinne eines Sandwichs darstellt, und der Rückseite 7 konstruktiv festgelegt. Selbstverständlich sind auch die Zugfestigkeit bzw. die Dicke der Glasscheibe 5 und die Dicke der aus Stahlblech gefertigten Rückseite 7 wichtige Parameter für die Biegesteifigkeit eines Sandwiches.
In der 3 wird deutlich, dass das Sandwich aus der Glasscheibe 5, dem homogenen Kern 13 und der Rückseite 7 relativ dünn ist. Die erforderliche Biegesteifigkeit und damit auch Formgenauigkeit der erfindungsgemäßen Facette 3 wird maßgeblich von den erfindungsgemäßen Stegen 9 mitbestimmt. Die erfindungsgemäßen Stege 9 sind ebenfalls als Sandwich ausgeführt. Dies bedeutet, dass sie zwei Deckbleche 15 und einen dazwischen angeordneten homogenen Kern 13 aufweisen.
In der 3 ist ein Steg 9 im Detail dargestellt. Es ist deutlich zu erkennen, dass der Steg 9 zwei Deckbleche 15 aufweist. Die Deckbleche 15 verlaufen in der dargestellten Schnittebene parallel zueinander. Sie haben auch einen gewissen Abstand zueinander. Der zwischen den Deckblechen 15 vorhandene Raum ist durch einen homogenen Kern 13 ausgefüllt.
An dem im Detail unteren Ende der Deckbleche ist ein Stehflansch 17 ausgebildet. Durch die Stehflansche 17 wird die Gefahr des Ausbeulens der Deckbleche 15 an dem in 3 unteren Rand verringert.
Optional ist es möglich, die Stehflansche 17 nochmals abzukanten. Die dadurch entstehenden Abkantungen sind im Detail mit dem Bezugszeichen 19 versehen.
Alle erfindungsgemäßen Maßnahmen dienen dem Ziel, eine hinsichtlich Gewicht, Steifigkeit und Materialkosten optimierte Facette 3 bereitzustellen.
Es ist unter Zugrundelegung des erfindungsgemäßen Designs möglich, große Facetten mit einer Spiegelfläche von mehr als 10 qm herzustellen und die Rückseiten 7 sowie die Stege 9 aus Stahlblech mit einer Wandstärke von weniger als 0,5 mm herzustellen.
Es ist weiter möglich, die Glasscheibe 5 aus nur 1 mm dicken Flachglas herzustellen und dieses Flachglas auf der Rückseite, d.h. der dem Kern 13 zugewandten Seite, zu verspiegeln.
Üblicherweise werden für herkömmliche Facetten Glasscheiben mit Wandstärken von 3 mm oder 4 mm eingesetzt. Durch die erfindungsgemäße Konstruktion kann der Materialeinsatz bezüglich der Glasscheibe 5 somit auf weniger als ein Drittel reduziert werden. Das hat nicht nur Vorteile auf der Kostenseite, sondern erhöht auch den Wirkungsgrad der erfindungsgemäßen Facette, weil weniger Solarstrahlung in der Glasscheibe 5 absorbiert wird. Außerdem ist natürlich das Gesamtgewicht der Facette geringer und insofern muss auch die Sandwich-Struktur der erfindungsgemäßen Facette nur kleinere Last aufnehmen.
Anhand der 1 bis 3 wurde ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Facette 3 dargestellt, die eine rechteckige oder quadratische Spiegelfläche bzw. Glasscheibe 5 aufweist. Die Erfindung ist bei diesen Facetten sehr gut einsetzbar. Sie ist aber auch, wie nachfolgend anhand der Figuren 4ff illustriert wird, ebenfalls sehr gut bei radialsymmetrischen Facetten 3 einsetzbar. Die 4 bis 14 betreffen eine radialsymmetrische erfindungsgemäße Facetten 3.
In der 4 ist eine Ansicht schräg von oben auf ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Facette dargestellt. Die Glasscheibe 5 ist bei diesem Ausführungsbeispiel als Polygon ausgebildet. Entsprechend ist auch die Rückseite 7 dieses zweiten Ausführungsbeispiels als Polygon ausgeführt. In den 4 und 5 sind die Glasscheibe 5 und die Rückseite 7 gut zu erkennen.
Weiter ist auch gut zu erkennen, dass an der Rückseite 7 der Facette 3 Stege 9 mit Stehflanschen 17 ausgebildet sind. Die Stege 9 laufen radialsymmetrisch. Im Zentrum der Facette 3 ist eine Tragstruktur oder Konsole 21 ausgebildet, die nachfolgend insbesondere im Zusammenhang mit den 8 bis 12 noch näher erläutert wird. Die Konsole 21, teilweise auch als Tragstruktur bezeichnet, dient dazu, die Wind- und Gewichtskräfte, die auf die Facette 3 wirken, über Gelenke (nicht dargestellt) in einen Pylon einzuleiten.
Weil die Konsole 21 im Zentrum der Facette 3 angeordnet ist und sie von ihren Abmessungen her naturgemäß sehr viel kleiner ist als der Außendurchmesser der Facette 3, treten im Bereich der Konsole 21 lokal hohe Kräfte auf, die durch eine geeignete Konstruktion der Konsole 21 von dieser 3 aufgenommen und an die Gelenke bzw. den Pylon 1 übertragen werden müssen. Die Konsole 21 muss unter anderem biegesteif und torsionssteif sein.
In der 6 und der 7 sind zwei Segmentbleche dargestellt. Aus diesen Segmentblechen 21 werden die Rückseite 7 und die Stege 9 der Facette 3 zusammengesetzt. In der 6 ist das Segmentblech 23 an dem inneren Ende, d.h. dort wo es später mit der Konsole 21 später verbunden, dargestellt. Die 7 zeigt eine Ansicht auf das äußere Ende des gleichen Segmentblech 23 in.
Aus den 6 und 7 sind u.a. folgende Sachverhalte gut erkennbar:
Die Segmentbleche 23 sind aus einem Stück Blech, bevorzugt Stahlblech und besonders bevorzugt verzinktes Stahlblech, mit einer Wandstärke von weniger als 0,5 mm, durch mehrfaches Abkanten hergestellt worden. Es ist weiter zu erkennen, dass die Segmentbleche 23 aus einem rechteckigen Blechzuschnitt hergestellt werden können. Dies bedeutet erstens, dass bei geeigneter Dimensionierung und Abstimmung auf die vom Stahlwerk gelieferten Blechformate, kein Verschnitt auftritt. Außerdem ist es möglich, aus einem rechteckigen Blechzuschnitt ein erfindungsgemäßes Segmentblech 23 durch sechsmaliges Abkanten herzustellen. In der Blechbearbeitung werden üblicherweise für eine einfache Abkantung Kosten von 7 Cent bis 8 Cent veranschlagt, so dass das sechsmalige Abkanten Kosten von weniger als 50 Cent verursacht.
Somit ist die Herstellung eines solchen Segmentblechs 23 extrem kostengünstig und benötigt auch sehr wenig Zeit. Es kann mit einer einfachen Abkantbank hergestellt werden. Das Abkanten ist auch vor Ort, d.h. auf der Baustelle eines Solarkraftwerks möglich, so dass die ebenen Blechzuschnitte an die Baustelle geliefert werden können und erst dort zu einem Segmentblech 23 abgekantet werden.
Des Weiteren ist gut zu erkennen, dass eine Höhe H der Deckbleche 15 und damit auch der Stege 9 belastungsabhängig variiert werden kann. So ist die Höhe H der Deckbleche 15 im Zentrum der Facette (siehe 6) sehr viel größer als am äußeren Rand (siehe 7). Dieser Sachverhalt ergibt sich schon visuell Weise durch den Vergleich der 6 und 7. Dort sind auch die Höhen H eingetragen.
Das Verhältnis der Höhen H im Zentrum der Facette und am äußeren Rand kann, wenn man von rechteckigen Blechzuschnitten ausgeht, durch die Zahl der Segmentbleche 23 variiert werden. Die Zahl der Segmentbleche 23 entspricht gleichzeitig der Zahl der Ecken der Facette 3. Wenn also die Zahl der Segmentbleche erhöht wird, dann reduziert sich - bei sonst gleichen Abmessungen - das Verhältnis der Höhe H im Zentrum zur Höhe H am Außendurchmesser. Gleichzeitig nimmt dann natürlich auch die Zahl der Stege 9 zu, was sich positiv auf die Steifigkeit der erfindungsgemäßen Facette auswirkt.
Die Zahl der Ecken der Facette bzw. die Zahl der Segmentbleche und der Stege 9 ist ein weiterer Parameter zur kostenmäßigen und festigkeitsmäßigen Optimierung der erfindungsgemäßen Facette 3.
In den 8 und 9 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Konsole 21 in zwei verschiedenen Darstellungen gezeigt. Die Konsole 21 umfasst zwei Ringflansche 25. Ein Abstand der Ringflansche 25 voneinander entspricht der Höhe H der Stege 9 bzw. der Deckbleche 15 im Zentrum der Facette 3 (siehe 6). Die Konsole 21 weist außerdem eine obere Deckplatte 27 und eine gewölbte untere Deckplatte 29 auf. In dem Zwischenraum zwischen der oberen Deckplatte 27 und der unteren Deckplatte 29 sind radial verlaufende Stege 31 angeordnet.
Dadurch wird die geforderte Biegesteifigkeit der Konsole 21 mit einem geringen Materialeinsatz erreicht. Um die geforderte Torsionssteifigkeit zu erreichen, ist es möglich (nicht dargestellt) tangentiale Schottbleche einzubauen, die ein Verdrehen der Ringflansche 25 bzw. der oberen Deckplatte 27 und der unteren Deckplatte 29 relativ zueinander wirksam verhindern. Es ist selbstverständlich auch möglich, eine Kombination aus den dargestellten radialen Stegen 31 und den nicht dargestellten tangentialen Schottblechen vorzusehen.
In der 9 ist gut zu erkennen, dass die untere Deckplatte 29 gewölbt ist. Außerdem ist gut zu erkennen, dass die Ringflansche 25 die Stege 9 der erfindungsgemäßen Facette aufnehmen. Die Verbindung zwischen den Stegen 9 und dem Ringflansch 25 erfolgt an der Unterseite der Konsole 21 über die Stehflansche 17. Als Fügetechnik haben sich das Clinchen und/oder das Kleben als geeignet erwiesen.
Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind in der 9 nur ein Steg 9 und zwei Stehflansche 17 mit Bezugszeichen versehen.
In der 8 ist die Rückseite 7 dargestellt, die aus einer Vielzahl von Segmentblechen 23 besteht.
In der 10 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Konsole dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel entfällt die untere Deckplatte. Dafür haben die Stege 31 Stehflansche 33. Die geforderte Torsionssteifigkeit kann, wie in der 10 durch zwei Zugstäbe 35 angedeutet, auch durch kreuzförmige Verspannungen in tangentialer Richtung zwischen dem oberen Ringflansch 25 und dem unteren Ringflansch 25 erreicht werden.
In den 11 und 12 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Konsole 21 dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind der obere Ringflansch 25 und die obere Deckplatte 27 ebenso wie der untere Ringflansch 25 und die untere Deckplatte 29 als konkave Blechteile ausgebildet, die im Zentrum eine Öffnung aufweisen und dort miteinander verschweißt oder durch Clinchen verbunden werden.
Der obere Ringflansch und die obere Deckplatte 27 können ebenso wie der untere Ringflansch 25 und die untere Deckplatte 29 durch Tiefziehen, Drücken oder ein anderes Umformverfahren aus einem ebenen Blechzuschnitt hergestellt werden.
In den 12 und 13 ist die Rückseite 7 mit den erfindungsgemäßen Stegen 9 in zwei Ansichten dargestellt. 13 zeigt eine Ansicht von oben, d.h. die dem Kern zugewandte Seite der Rückseite 7, während in der 14 die Unterseite der erfindungsgemäßen Rückseite 7 mit den Stegen 9 dargestellt ist.
Die Rückseite 7 der Facette ist, wie in den 13 und 14 gut zu erkennen ist, aus einer Vielzahl baugleichen Segmentblechen 23 gefertigt. Aus der 14 wird nochmals verdeutlicht, dass die Höhe der Stege 9 bzw. der Deckbleche 15 von innen nach außen abnimmt. Damit ist die Höhe H der Stege der Belastung entsprechend und es ergibt sich eine gute Materialausnutzung und infolgedessen ein minimales Gewicht.
In den 15.1 bis 15.3 wird die Herstellung der Rückseite 7 einer erfindungsgemäßen Facette in vier Schritten dargestellt. Mit dem Bezugszeichen 37 ist ein Montagehelling bezeichnet, in deren Mitte eine obere Deckplatte 27 angeordnet ist (siehe 15.1). Nacheinander werden nun Segmentbleche 23 auf die Helling 37 aufgesetzt und im Zentrum mit der oberen Deckplatte 27 z.B. durch Clinchen oder ein anderes geeignetes Fügeverfahren verbunden.
In den 15.2 und 15.3 ist dieser Prozess in zwei verschiedenen Stadien dargestellt. Wenn nun alle Segmentbleche 23 auf der Helling 37 angeordnet sind, wird der untere Ringflansch 25 (oben in der 15.4) aufgesetzt und mit den Stehflanschen 17 der Segmentbleche 23 ebenfalls durch Clinchen, Kleben oder Schweißen verbunden. Die untere Deckplatte 29 ist in der 15 nicht dargestellt.
Damit ist die Rückseite 7 fertiggestellt. Sie ist zu einem Bauteil geworden, das aus einer Vielzahl von Segmentblechen 23 und den Ringflanschen 25 sowie den Deckplatte 27 und 29 zusammengesetzt ist.
In der 16 wird nun der Bau einer erfindungsgemäßen radialsymmetrischen Facette 3 in verschiedenen Schritten dargestellt. Auch hier kommt wieder eine Helling 39 zum Einsatz. Die Helling 39 und die Helling 37 haben zwar in etwa die gleichen Außen-Abmessungen; allerdings sind sie nicht baugleich, weil die Helling 39 die Geometrie der gewünschten Spiegelfläche der Facette 3 vorgibt. In anderen Worten: An die Genauigkeitsanforderungen der Helling 39 werden höhere Ansprüche gestellt als an die der Helling 37. In vielen Fällen ist die Helling 39 als Rotationsparaboloid ausgeführt.
Wie sich aus der 15.1 erkennen lässt, werden nun suggestive mehrere Glasscheiben 5, die als Kreissegmente ausgeführt sind, auf die Helling 39 gelegt. Weil die Glasscheiben 5 aus sehr dünnwandigem Glas mit einer Wandstärke von beispielsweise 1 mm bestehen, nehmen sie durch ihr Eigengewicht schon die Form der Helling 39 an. In der 15.2 ist die Situation dargestellt, dass alle Glasscheiben 5 auf der Helling angeordnet sind, so dass sich eine kreisringförmige Glasfläche ergibt.
Zwischen den kreissegmentförmigen oder trapezförmigen Glasscheiben 5 ist keine form-, stoff- oder kraftschlüssige Verbindung notwendig.
Die Ränder der Glasscheiben 5 sind über den in tangentialer Richtung verlaufenden Stegen der kreissegmentförmigen oder trapezförmigen Segementbleche 23 positioniert. D. h. es kann sein, dass die Zahl und die Abmessungen der Segmentbleche 23 und der Glasscheiben 5 gleich ist.
Die (Membran-)Tragwirkung des Glases in tangentialer Richtung bildet sich zwischen den Deckblechen 15 eines Segmentblechs 23 aus und erzeugt nur hier den erwünschten Sandwich-Effekt. Die kuchenstückförmige Stückelung der Spiegelebene stellt die kleinste sinnvolle Segmentierung in tangentialer Richtung dar.
Es sind zum Beispiel bei beliebiger Steganzahl auch zwei halbkreisförmige Spiegelsegmente oder eine einzige Glasscheibe 5 denkbar. Das ist überwiegend eine Frage der wirtschaftlichen Optimierung.
Da der erfindungsgemäße Sandwicheffekt zwischen den Deckblechen 15 eines Segmentblechs 23 auftritt, werden keine Membrankräfte (Stahl, Glas) in tangentialer Richtung zwischen den Deckblechen zweier benachbarter Segmentbleche 23 übertragen. Daher muss die Glasfläche nur zwischen den Deckblechen 15 eines Segmentblechs 23 geschlossen sein; nicht jedoch zwischen den Deckblechen 15 zweier benachbarter Segmentbleche 23.
In radialer Richtung kann die Glasscheibe 5 beliebig segmentiert sein (nicht dargestellt), da keine Kräfte durch das Spiegelglas radial übertragen werden müssen.
Die radiale Tragwirkung wird allein durch das Segmentblech 23 realisiert. Da dessen Blechdicke sehr gering und die Steghöhe am Auflager sehr hoch ist, würden die Stegbleche schon unter Eigengewicht beulen und die Tragwirkung verlieren. Nur der Schaum zwischen zwei benachbarten Deckblechen 15 und die daraus resultierende Sandwichtragwirkung verhindern das
Zum Schutz des homogenen Kernmaterials (z. B. PU-Schaum) vor Umwelteinflüssen können elastische Dichtungselemente zwischen den Spiegelsegmenten vorgesehen werden, jedoch sind diese statisch nicht erforderlich. Da der Abstand der Spiegelsegmente nur aus den Toleranzen derselben und denen der Helling resultiert, können sehr geringe Spaltmaße realisiert werden.
Anschließend wird ein Schaum, bevorzugt PU-Schaum, auf die Glasscheibe 5 aufgebracht und in einem weiteren Schritt wird auf diesen Schaum 41 die Rückseite 7 der Facette aufgesetzt und in dem gewünschten Abstand zur Glasscheibe 5 positioniert. Der Schaum 41 bildet später den homogenen Kern 13 sowohl in dem Zwischenraum zwischen der Glasscheibe 5 und der Rückseite 7 als auch zwischen den Deckblechen 15 der Stege 9.
Polyurethan-Schaum hat die Eigenschaft, dass er, nachdem er auf die Glasscheibe 5 aufgebracht wurde, eine erhebliche Volumenzunahme erfährt. Dies bedeutet, dass wenn die Rückseite 7 rechtzeitig in die gewünschte Position gebracht wird, der Schaum 41 durch die Volumenzunahme automatisch die Zwischenräume zwischen den Deckblechen 15 der Stege ausfüllt und somit ein homogener Kern 13 entsteht, sobald der Schaum 41 ausgehärtet ist.
Es ist ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Facette 3, dass durch eine einfache visuelle Kontrolle an den Rändern der Facette 3 festgestellt werden kann, ob der homogene Kern alle Hohlräume ausfüllt. Dann ist auch gewährleistet, dass die erfindungsgemäße Facette 3 die gewünschten Steifigkeitseigenschaften hat.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 7077532 B1 [0006]
EP 2687791 A2 [0008]

Claims

Facette für einen Heliostat umfassend eine verspiegelte Glasscheibe (5), einen homogenen Kern (13) und eine Rückseite (7) aus Blech, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Rückseite (7) Stege (9) ausgebildet sind, und dass die Stege (9) zwei voneinander beabstandete und im Wesentlichen parallele Deckbleche (15) sowie einen homogenen Kern (13) umfassen.
Facette nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege (9) bezogen auf ein Zentrum der Facette (3) radial ausgerichtet sind.
Facette nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege (9) parallel zueinander angeordnet sind.
Facette nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückseite (7) und die Stege (9) aus mehreren baugleichen oder geometrisch ähnlichen Segmentblechen (23) zusammengesetzt sind, und dass an zwei Kanten jedes Segmentblechs (23) jeweils ein Deckblech (15) eines Stegs (9) ausgebildet ist.
Facette nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmentbleche (23) aus rechteckigen Blechzuschnitten durch Umformen, insbesondere Abkanten oder Biegen, hergestellt werden.
Facette nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an den Deckblechen (15) der Stege (9) Stehflansche (17) ausgebildet sind.
Facette nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Stehflansche (17) durch eine zusätzliche Rippe (19) ausgesteift sind.
Facette nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Zentrum der Facette (3) eine Konsole (21) vorgesehen ist.
Facette nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Konsole (21) zwei Ringflansche (25) aufweist, und einer der Ringflansche (25) mit der Rückseite (7) und der andere Ringflansch (25) mit den Stehflanschen (17) der Stege (9) verbunden ist.
Facette nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Glasscheibe (5) 1 mm dick ist.
Facette nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Glasscheibe (5) aus mehreren aus mehreren baugleichen oder geometrisch ähnlichen Segmentblechen (23) zusammengesetzt ist.
Facette nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente als Kreissegment ausgeführt sind.
Facette nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückseite (7) aus verzinktem Stahlblech gefertigt ist.
Facette nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der homogene Kern (13) zwischen Spiegelfläche (5) und Rückseite (7) sowie zwischen den Deckblechen (15) der Stege (9) ein Schaum, bevorzugt ein Polyurethan-Schaum ist.
Verfahren zum Herstellen einer Facette nach einer der vorhergehenden Ansprüche umfassend die folgenden Verfahrensschritte: - Auflegen der Glasscheibe (5) auf eine Helling (39) - Aufbringen eines Schaums (41) auf der Glasscheibe (5,) - Positionieren der Rückseite (7) oberhalb der Glasscheibe (5) so dass sich ein Abstand zwischen Glasscheibe (5) und Rückseite (7) ergibt, der von dem Schaum (41) ausgefüllt wird.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge des auf die Glasscheibe (5) aufgebrachten Schaums (41) so bemessen ist, dass der Schaum (41) die Zwischenräume zwischen den Deckblechen (15) der Stege (9) ausfüllt.
Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückseite (7) aus mehreren baugleichen oder geometrisch ähnlichen Segmentblechen (23) zusammengesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass im Zentrum der Rückseite (7) eine Konsole (21) angeordnet ist, und dass die Konsole (21) formschlüssig, stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig mit dem Segmentblechen (23) verbunden wird.