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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sonnenuhr gemäß Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Die Sonnenuhr ist ein Messinstrument, mit dem aus dem Sonnenlauf die Tageszeit bestimmt werden kann. Dafür besonders geeignet ist die äquatoriale Sonnenuhr. Sie besitzt eine zur Erdachse parallel ausgerichtete Polachse mit einer Abbildungseinrichtung, beispielsweise einem Schattenstab oder einer Lochblende. Die Sonne wandert durch die Erddrehung scheinbar um die Abbildungseinrichtung und projiziert ein Bild der Abbildungseinrichtung als Licht oder Schatten auf die Anzeigeeinrichtung, die parallel zur Äquatorebene und senkrecht zur Polachse steht. Die Anzeigeeinrichtung besitzt eine Zeitskala mit gleichmäßigen Winkelabständen von 15° pro Stunde, an der die Zeit abgelesen werden kann.
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Eine weitere Variante der äquatorialen Sonnenuhr ist die Verwendung eines Diopters, der aus einer Lochblende und einer gegenüberliegenden Projektionsfläche mit einer Markierung besteht. Der Diopter wird um die Polachse gedreht, bis der durch die Lochblende erzeugte Lichtpunkt auf die Markierung auf der Projektionsfläche fällt. Dann zeigt der Diopter zur Sonne. An einer Zeitskala kann aus der Winkelstellung des Diopters die Zeit angezeigt werden.
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Philipp Matthäus Hahn (1739-1790) hat dieses Prinzip in einer von ihm so genannten „Öhrsonnenuhr“ verwirklicht. Die Lochblende wird von ihm dabei als Öhr bezeichnet. Hahn hat die Drehung des Diopters an eine 12-Stunden-Uhr mit Minuten- und Stundenzeiger gekoppelt, so dass man die Zeit wie auf einer gewöhnlichen Uhr ablesen konnte.
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Nachteilig ist, dass der Diopter immer erst zur Sonne gedreht werden muss, bevor die Zeit abgelesen werden kann.
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Im Gebrauchsmuster
DE 295 08 935 U1 wird die Nutzung von Solarzellen für eine Sonnenuhr in Verbindung mit einem oder zwei Elektromotoren vorgeschlagen. Die Verwendung der Solarzellen in einer äquatorialen Sonnenuhr wird nicht beschrieben. Nachteilig ist, dass damit eine direkte Zeitbestimmung aus der Drehbewegung der Solarzellen ausgeschlossen ist.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Sonnenuhr gemäß Oberbegriff von Patentanspruch 1 zur Verfügung zu stellen, bei der die Sonnenuhr (1) selbsttätig dem Sonnenlauf folgt und aus der Drehbewegung die Tageszeit abgeleitet wird.
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Besonders zweckmäßig ist, dass die Solarzelleneinheiten auch rückseitig Solarzelleneinheiten aufweisen, so dass sichergestellt wird, dass stets eine der beiden Seiten von der Sonne beleuchtet wird.
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Weiterhin wird erfindungsgemäß die Drehung der Solarzelleneinheiten in der Äquatorebene vorausgesetzt, damit diese unabhängig von der jahreszeitlich unterschiedlichen Sonnendeklination stets in gleichmäßigen Zeitabschnitten der Erddrehung folgen und somit die Voraussetzung für eine korrekte Anzeige der Tageszeit erfüllen.
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Besonders vorteilhaft ist, dass vom Elektromotor über ein geeignetes Getriebe eine 12-Stunden-Uhr mit Stunden- und Minutenzeiger angetrieben wird, so dass man die Zeit wie an einer üblichen Zeigeruhr ablesen kann.
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Eine besonders zweckmäßige Ausführungsform sieht vor, dass der Längengrad des Standorts der Sonnenuhr bei der Zeitanzeige berücksichtigt werden kann, so dass auch eine beliebige Zonenzeit angezeigt werden kann.
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Besonders bevorzugt ist die Ausführungsform, dass auch die datumsabhängige Zeitgleichung bei der Zeitmessung berücksichtigt werden kann, so dass eine beliebige Zonenzeit mit noch höherer Genauigkeit angezeigt werden kann.
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Besonders vorteilhaft ist, dass sich die Solarzelleneinheiten um eine erdachsparallel stehende Achse, Polachse genannt, drehen, die für den Breitengrad des Standorts ausrichtbar ist.
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Besonders bevorzugt ist die Ausführungsform, dass die Polachse mit einer auf dem Ständer verschiebbaren Stützvorrichtung erdachsparallel ausrichtbar ist.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform sowie der dazugehörigen Figur deutlich.
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Es zeigen:
- 1 zeigt eine beispielhafte Ausführung der erfindungsgemäßen Sonnenuhr.
- 2a-c zeigen schematisch das Funktionsprinzip der erfindungsgemäßen Sonnenuhr.
- 3 zeigt die Grundstellung der erfindungsgemäßen Sonnenuhr zur Anzeige der wahren Ortszeit.
- 4 zeigt ein Einstellungsbeispiel der erfindungsgemäßen Sonnenuhr zur Anzeige der Zonenzeit.
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1 zeigt eine beispielhafte Ausführung der erfindungsgemäßen Sonnenuhr 1, die für die nördliche Hemisphäre geeignet ist. Der Ständer 2 ist zum nördlichen Himmelspol ausgerichtet und steht parallel zur Erdachse. Durch Verschieben der Stützvorrichtung 3 kann der Ständer 2 im Winkel des Breitengrads des Standorts ausgerichtet werden. Damit ist auch die Achse eines in einer Hülle eingehausten Elektromotors 4 erdachsparallel ausgerichtet und die Solarzelleneinheiten 5a - 5d und die Abdeckvorrichtungen 6a und 6b liegen parallel zur Äquatorebene. Der Elektromotor 4 treibt die Zeitanzeigevorrichtung 7 an. Die Energieversorgung zum Antrieb des Elektromotors 4 erfolgt durch die Solarzelleneinheiten 5a - 5d. Die vordere Solarzelleneinheit 5a ist mit der vorderen Solarzelleneinheit 5b gegenpolig verbunden. Das heißt, dass der Pluspol der einen Solarzelleneinheit jeweils mit dem Minuspol der anderen Solarzelleneinheit verbunden ist. Der Elektromotor 4 ist parallel zu den Solarzelleneinheiten 5a - 5d geschaltet. Bei gleichmäßiger Beleuchtung der beiden Solarzelleneinheiten 5a und 5b heben sich ihre elektrischen Spannungen gegenseitig auf und der Elektromotor 4 steht still. Vor den Solarzelleneinheiten 5a und 5b ist eine Abdeckvorrichtung 6a gespannt. Wenn die Solarzelleneinheiten 5a und 5b und die Abdeckvorrichtung 6a genau in Richtung Sonne gerichtet sind, werfen die Sonnenstrahlen auf die beiden Solarzelleneinheiten 5a und 5b am jeweils inneren Rand einen Schatten S1. Da die Abschattung auf beiden Solarzelleneinheiten 5a und 5b gleich groß ist, heben sich die Spannungen gegenseitig auf. Wandert nun die Sonne durch die Erddrehung weiter Richtung Westen, wird die östliche Solarzelleneinheit 5a immer mehr abgedeckt, während die westliche 5b immer mehr Sonnenlicht erhält. Dadurch erhöht sich die Spannungsdifferenz kontinuierlich. Erreicht die Spannung am Elektromotor 4 eine bestimmte Mindestspannung, fängt er an zu laufen und bewegt die Solarzelleneinheiten 5a und 5b und die Abdeckvorrichtung 6a im Uhrzeigersinn, bis die Abdeckvorrichtung 6a beide Solarzelleneinheiten 5a und 5b wieder gleichmäßig abdeckt und der Elektromotor 4 stehen bleibt. Dann zeigen die Solarzelleneinheiten 5a und 5b wieder genau zur Sonne. Nun beginnt der Zyklus von vorne.
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2a-c zeigen schematisch das Funktionsprinzip der erfindungsgemäßen Sonnenuhr. In 2a beleuchten die Sonnenstrahlen S2 die beiden Solarzelleneinheiten 5a und 5b gleichmäßig. In 2b ist die Sonne in westlicher Richtung weitergewandert, die Beleuchtung der Solarzelleneinheit 5a hat abgenommen und die Beleuchtung der Solarzelleneinheit 5b hat zugenommen. Dadurch ist die Spannung am Elektromotor 4 soweit angewachsen, dass er anläuft und die Solarzelleneinheiten 5a und 5b und die Abdeckvorrichtung 6a sich solange in westlicher Richtung drehen, bis sie wieder zur Sonne zeigen und die Spannung am Elektromotor 4 wieder Null wird und stehen bleibt (2c). Der Elektromotor 4 treibt über ein entsprechendes Getriebe die Uhrzeiger an der Zeitanzeigevorrichtung 7 an. Die Zeit wird dem zurückgelegten Stundenwinkel der Sonne entsprechend vorgestellt.
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3 zeigt die Grundstellung der erfindungsgemäßen Sonnenuhr zur Anzeige der wahren Ortszeit. Die Blickrichtung ist senkrecht zur Äquatorebene. 4 zeigt ein Einstellungsbeispiel der erfindungsgemäßen Sonnenuhr zur Anzeige der Zonenzeit. Der beispielhaft gewählte Standort ist Frankfurt am Main. Der Längengrad des Standorts 8,7° Ost wird durch Drehung des Längengradrings 8 mit Hilfe der inneren Skala an der Markierung M eingestellt. Auf dem Längengradring 8 ist außen die Skala der Zeitdifferenzen der Zeitzonen zur koordinierten Weltzeit (engl. UTC) zu finden. Die mitteleuropäischen Sommerzeit MESZ geht gegenüber der UTC zwei Stunden (+2h) vor. Die entsprechende Markierung am Längengradring 8 dient zur Einstellung der Zeitgleichung. Die Zeitgleichung wird durch Drehung des Zeitgleichungsrings 9 eingestellt. Den Wert der Zeitgleichung entnimmt man der Tabelle T, beispielsweise +3 Minuten für den 1. Mai. Dieser Wert ist in 4 eingestellt.
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Im täglichen Betrieb folgt die Sonnenuhr 1 dem Sonnenlauf von Osten nach Westen. Spätestens nach Sonnenuntergang bleibt die Sonnenuhr 1 stehen. Am nächsten Tag stehen die Solarzelleneinheiten 5a und 5b nicht mehr in Richtung der Sonne. In den Wintermonaten, wenn der Winkel zwischen Sonnenauf- und -untergang relativ klein ist, treffen die Sonnenstrahlen früher oder später auf die Solarzellen. Die östliche Solarzelleneinheit 5a wird dabei mehr beleuchtet als die westliche Solarzelleneinheit 5b. Das hat zur Folge, dass sich die Sonnenuhr gegen den Uhrzeigersinn dreht, bis die Solarzellen wieder ganz zur Sonne zeigen.
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In den Sommermonaten kann es oft vorkommen, dass sich die Sonnenuhr 1 so weit nach Westen gedreht hat, dass die vorderen Solarzelleneinheiten 5a und 5b am nächsten Morgen nicht von den Sonnenstrahlen erreicht werden. In diesem Fall übernehmen die hinteren Solarzelleneinheiten 5c und 5d und das Schild 6b die Steuerung der Sonnenuhr.
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Dieses Prinzip wird durch die beidseitig angebrachten Solarzellenpaare und die 12-Stunden-Anzeige ermöglicht, denn damit kann sich die Sonnenuhr 1 zwei Mal in 24 Stunden um die Polachse P drehen.
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Die Erfindung ist nicht auf eine der vorbeschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern in vielfältiger Weise abwandelbar.
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Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung hervorgehenden Merkmale und Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumlicher Anordnungen und Verfahrensschritten, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Sonnenuhr
- 2
- Ständer
- 3
- Stützvorrichtung
- 4
- Elektromotor
- 5a, 5b,5c,5d
- Solarzelleneinheit
- 6a, 6b
- Abdeckvorrichtung
- 7
- Zeitanzeigevorrichtung
- 8
- Längengradring
- 9
- Zeitgleichungsring
- P
- Polachse
- S1
- Schatten
- S2
- Sonnenstrahlen
- M
- Markierung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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