DE3731418A1 - Automatisch nachfuehrbare solaranlage im handkofferformat - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine nachführbare Solaranlage im Handkofferformat nach Hauptpatent P 37 27 892.4, welche be­ zogen auf den Gegenstand der Hauptanmeldung das Merkmal der selbständigen bzw. automatischen Nachführbarkeit, der in aktiven Lege sich befindlichen Solarzellenebene aufweist.

Des Hauptpatent bzw. die Hauptpatentanmeldung P 37 27 892.4, betrifft eine Solaranlage, welche auf sich folgende erfin­ dungsspezifische Merkmale vereinbart:

• a) Die Solaranlage als vollwertige dezentrale Energie­ versorgungseinheit aufgebaut, enthält die Solarzellen, den Laderegler und den/die Solarakkumulatoren und be­ sitzt bezogen auf seinen Einsatzzweck eine geschlossene passive und eine geöffnete aktive Lage.
• b) In der geöffneten aktiven Lage verfügt die Solaran­ lage dank speziell gearteten aus zwei versenkbaren Fächern ausziehbaren Solarmodulen, über eine erheblich größere effektiv nutzbare Solarzellenfläche als eines üblichen, mittels eines Scharniergelenkes aufklapp­ baren Solarkoffers.
• c) In der geöffneten entfalteten aktiven Lage verfügen die Solarzellen des Solarkoffers dank einer speziell gearteten Aufstellmechanik über die Möglichkeit nach der Photonenquelle (im Regelfall nach der Sonne) aus­ gerichtet bzw. nachgeführt zu werden und somit bei direkter Sonneneinstrahlung den Neigungswinkel optimal an den jeweiligen Einstrahlungsverhältnissen anzupassen.

Aufgabe der Erfindung, in Form einer Zusatzanmeldung zur Hauptpatentanmeldung Nr. P 37 27 892.4 ist es, eine gattungs­ gemäße, tragbare, im Kofferformat ausklappbar ausgelegte Solaranlage, gebrauchsvorteilhaft dermaßen auszugestalten, daß die einheitlich, in einer Ebene aufgebaute Solarzellen­ fläche, bei Bedarf bzw. bei entsprechenden solaren Ein­ strahlungsverhältnissen, auf die Sonnenscheibe automatisch ausgerichtet werden kann, bzw. der Bewegung der Sonnenschei­ be zwischen ihren zwei extremen Azimutpositionen automatisch nachgeführt werden kann.

Die im Hauptpatent behandelte Ausgestaltungsform ist bereits als nachführbare Ausgestaltung dargestellt. Allerdings ist jene im Hauptpatent beschriebene Ausgestaltung als manuell nachführbare Ausgestaltung dargestellt bzw. aufgeführt.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, insbesondere d.h. zusätz­ lich, den sich aus der Beschreibung und den Ansprüchen sich ergebenden Aufgabenstellungen, den Betätigungskomfort der Solaranlage zu steigern und den Wirkungsgrad der Solaranlage je nach solaren Einstrahlungsverhältnissen maximal zu halten bzw. die Leistungsfähigkeit der Solaranlage unter jeden Um­ ständen maximal zu nutzen.

Die erfindungsgemäße Solaranlage mit automatischer Nach­ führbarkeit ist nach den selben funktionellen Prinzipien bzw. Vorrichtungen wie jene, welche Gegenstand der Hauptan­ meldung sind, ausgelegt bzw. ausgestaltet.

Zur Anwendung kommt einerseits dasselbe Stell/Auszugssystem basierend auf der Scherenmechanik und andererseits dasselbe Ein/Ausrastungssystem basierend auf das Zusammenwirken von Führungsteleskopen 76, Führungstrennwänden 71 und Ein/Aus­ rastvorrichtung für die im passiven Zustand verdeckt ange­ ordneten Solarmodulen 31 und 32.

Der erfindungsgemäße Unterschied zum Gegenstand der Haupt­ anmeldung besteht darin, daß die im aktiven Zuatand einheit­ lich in einer durchgehenden Ebene aufgebauten Solarmodule, mittels eines automatischen Nachführungssystems der Sonnen­ scheibe nachgeführt bzw. auf diese ausgerichtet werden können. Die automatische Nachführung wird mittels folgenden innerhalb der automatisch nachführbaren Solaranlage ange­ ordneten Bauteilen, durchgeführt bzw. durch folgende Bauteile erleichtert:

1. FLÜSSIGKEITSGEDÄMPFTER KOMPASS 95, mit vibrationsfreiem Einschwingungsverhalten der Kompaßnadel zur schnellen und präzisen Ausrichtung der Kofferschalen auf die Ost- West-Richtung,

2. FUNKTIONSWAHLSCHALTER 96, zur Funktionswahl: horizontal stabil einerseits oder automatische Nachführung anderer­ seits,

3. SOLARSENSORLEISTE 97, jeweils in jeden einzelnen Solar­ ausklappmodul 32 integriert und mit Sensor und Energie­ lieferungsfunktion ausgestattet,

4. NEIGUNGSSENSOR ALS QUECKSILBERSCHALTER 118, gibt die Horizontalfunktion und die Neigungsrichtung an die Steuer­ einheit weiter und ist in der Solarzellenfachverbindungs­ wand 119 vollkommen waagerecht eingelassen,

5. STEUEREINHEIT 114, bzw. die IC-Einheit zur automatischen Steuerung, mit den zwei Zeitrelais 113 verbunden, dient der automatischen Nachführung bei entsprechender Position des Funktionswahlschalters,

6. UMKEHRBARER GLEICHSTROMGETRIEBEMOTOR 111, oder entsprechen­ der Gleichstrommikromotor mit aufsteckbarem Mikrostirn­ radgetriebe, jeweils ein Motor für die Ansteuerung des Gelenkes der Solarzellenträgereinheit 40,

7. BIEGSAME WELLE MIT INNENLAUFENDER ANTRIEBSWELLE 105, dauergeschmiert oder kugelgelagert, jeweils eine von jeden Gleichstromgetriebemotor 111 ausgehend,

8. UMLENKROLLEN 107, zur Führung der biegsamen Welle mit innenlaufender Antriebswelle 105, jeweils eine zur Füh­ rung einer biegsamen Welle, bzw. jeweils eine pro An­ triebsstrang,

9. DOPPELGELENKACHSENKUPPLUNG 103 bzw. 104, mit einem bis zu 90 Grad ausgestalteten Winkelversatz zwischen den zwei Antriebswellen, selbstschmierend gelagert,

10. SCHNECKE 98 und SCHNECKENRAD 99, zum einheitlichen ge­ kapselten Getriebe bzw. Schneckengetriebe mit Dauer­ schmierung, eines jeweils an jeden Gelenk der Solar­ zellenträgereinheit 40 angeflanscht,

11. SOLARZELLENFACHVERBINDUNGSWAND 119, ist in ihrer Längs­ achse zentral mit der Achse 66 fest und einheitlich ver­ bunden und beinhaltet eine vollkommene waagerechte Aus­ sparung zur Aufnahme des Neigungssensors als Queck­ silberschalter 118.

Im folgenden wird die erfindungsgemäße Aufgabenlösung dar­ gestellt.

Der Solarkoffer wird entsprechend jenes der im Hauptpatent beschrieben wurde mittels zweier Scharniergelenken 9 und 10 aus der geschlossenen passiven Lage in die geöffnete aktive Lage durch eine 90 Grad Kippbewegung der Kofferhälften bzw. Kofferschalen gebracht.

In dieser geöffneten Lage werden mittels des flüssigkeits­ gedämpften Kompasses 95, die in horizontale Lage mittels der Streben 45 gehaltenen Kofferhälften 4 und 5, auf die Ost-West-Richtung ausgerichtet, dermaßen, daß die magne­ tische Ost-West-Richtung entlang der horizontal ausge­ klappten Kofferbreitseite verläuft, wie in Fig. 1 darge­ stellt ist.

Die in horizontaler Richtung auf Kofferschalenebene sich be­ findlichen Solarzellenfächer 80 werden mittels zweier Scharnieren 65, welche jeweils ein Solarzellenfach 80, mit der Solarzellenfachverbindungswand 119 verbinden, einheit­ lich, mittels des inneren Festrastgelenkteils 51 durch eine manuelle Kippbewegung der Umkippausgestaltung 101 mit der Hauptachse der Solarzellenträgereinheit bzw. der Achse 66 vorübergehend einheitlich verbunden. Nun werden die zur Solarzellenträgereinheit fest verbundenen Solarzellenfächer 80 auf ihre aktive Höhe gebracht und werden in die definierte festrastende Auszugshöhe festgerastet. Während der senk­ rechten Bewegung in Richtung definierter Auszugshöhe bleibt die Solarzellenträgereinheit in waagerechter Position, da sich der Funktionswahlschalter 96 in der Position horizontal befindet und das hohe stromlose Selbsthaltemoment der Ge­ triebemotoren 111, die Solarzellenträgereinheit über die entsprechende Lage des Schneckenrades 98 in horizontaler Lage hält.

Ist die Auszugshöhe erreicht und die Solarzellenträgerein­ heit fest auf diese Höhe festgerastet, werden die Solaraus­ zugsmodule 31 und die Solarausklappmodule 32 wie üblich aus­ gezogen und mittels des Ein/Ausrastsystems zusammen mit den Solaroberflächenmodulen 29 zu einer einheitlichen in einer Ebene ausgestalteten Solarfläche aufgebaut.

Wird nun beabsichtigt, gemäß der jeweils vorherrschenden Einstrahlungsverhältnisse, die einheitlich horizontal aufge­ baute Solarfläche automatisch ausrichten bzw. nachführen zu lassen, wird der Funktionswahlschalter auf Position auto­ matische Nachführung gebracht bzw. umgestellt. Nun werden die Solarmodule über die Steuereinheit 114 erst mittels eines der zwei Zeitrelais in senkrechter bzw. an­ nähernd senkrechter Lage in Richtung 90 Grad Azimut (mag­ netischer Osten) gebracht. Dies geschieht dadurch, daß die Steuereinheit 114 mittels wiederholten Steuerimpulsen einen der zwei Zeitrelais, die Getriebemotoren, bzw. die Antriebe der zwei Gelenke 40 solange ansteuert, bis die Solarzellen­ fläche aus ihrer waagerechten Lage in eine senkrechte bzw. annähernd senkrechte Lage auf Richtung 90 Grad Azimut (mag­ netischer Osten) ausgerichtet ist.

Ist diese Extremposition erreicht, wird die Kipp- bzw. Neigungsrichtung mittels des zweiten Zeitrelais geändert. Nun werden die Ströme, welche die zwei Solarsensoren bzw. die zwei Solarsensorleisten 97 der Solarflächenhälften A und B liefern, bei jedem Impuls am zweiten Zeitrelais ge­ messen und verglichen, bis die Ströme der zwei Solarsensor­ leisten 97 weitgehend übereinstimmen. Ist diese Position, an welchen die zwei Sensorleisten 97 den selben Stromwert bzw. annähernd den selben Stromwert angeben, erreicht, ist die Ausrichtung optimal und die Ansteuerung der Zeitrelais wird eingestellt. Ändert sich nun die Position der Sonne auf ihrer Bahn ent­ lang der Ekliptik, entstehen erneut Unterschiede in den Stromwerten, welche die Solarsensorleisten 97 der Solar­ ausklappmodule 32 liefern und welche innerhalb der Steuer­ einheit verglichen bzw. verarbeitet werden. Ist nun ein ge­ wisser Intensitätsunterschied zwischen den zwei Sensor­ strömen erreicht, wird erneut ein Steuerimpuls an dem zweiten Zeitrelais gegeben und die Solarfläche wird ent­ sprechend nachgeführt. Dies geschieht ständig solange die automatische Steuerung mittels des Funktionswahlschalters 96 in der Position automatische Steuerung verbleibt und die Solarfläche wird in dieser Zeit mit hoher Präzision der Sonnenscheibe mittels des zweiten Zeitrelais nachgeführt. Soll nun der Ladevorgang beendet werden, wegen ungünstigen Einstrahlungsverhältnissen, wegen der einsetzenden Dämme­ rung oder wegen der weitgehend geladenen Solarakkumulatoren, wird der Funktionswahlschalter 96 auf Horizontalposition ge­ stellt, und die automatische Nachführung bringt die Solar­ fläche mittels eines der Zeitrelais in die horizontale Lage zurück.

In dieser Lage ist der Neigungssensor 118, welcher in der Solarzellenfachverbindungswand 119 vollkommen waagerecht eingelassen ist, in seine Ruheposition und der Quecksilber­ kontakt ist weder in Richtung Neigung nach A (West) noch in Richtung Neigung nach B (Ost) geschlossen. Diese Ruheposi­ tion, in welche die zwei Neigungsstromkreise A bzw. B unter­ brochen sind, wird in der Steuereinheit 114 verarbeitet und die Steuerimpulse an den entsprechenden Zeitrelais werden bei der Erreichung der horizontalen Lage gestoppt. Die Solar­ fläche bleibt nun in horizontaler Lage ausgerichtet und wird mittels des Ein/Ausrastsystems und des Stell/Auszugssystems in die Kofferschalenebene gebracht, um anschließend in die passive geschlossene Kofferlage gebracht bzw. übergeführt zu werden.

Außer der bekannten Vorteile der tragbaren, mobilen Solar­ anlage und der Vorteile der in der Hauptanmeldung darge­ stellten Solaranlage, sind die mit der Erfindung und deren Ausgestaltungen erzielbaren Vorteile im folgenden aufge­ führt:

• 1. Die automatische Ausrichtung bzw. die automatische Nach­ führung der Solaranlage erhöht bei günstigen solaren Einstrahlungsverhältnissen erheblich die Leistungsfähig­ keit der Solaranlage und erschöpft, bzw. nutzt maximal die Leistungsfähigkeit moderner Solarzellen aus.
• 2. Die automatische Ausrichtung bzw. die automatische Nachführung der Solaranlage erhöht wesentlich den Be­ dienungskomfort der erfindungsgemäßen Solaranlage. Das ständige manuelle Nachführen entfällt. Die Solaranlage kann unbeaufsichtigt und ohne jeglichen menschlichen Eingriff ihre Funktion mit hoher Präzision und Zuver­ lässigkeit erfüllen.
• 3. Bezogen auf die Ausgestaltung der Hauptanmeldung ist die erfindungsgemäße Ausgestaltung mittels derselben funktionellen Vorrichtungen wie Stell/Auszugssystem bzw. Ein/Ausrastungssystem ausgestaltet.
• 4. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung und Verlegung der Bau­ teile innerhalb des Solarkoffers berücksichtigt weit­ gehend die Statik der Solaranlage. Die Getriebemotoren, die Steuereinheit mit den zwei Zeitrelais sind am Kofferboden 49 zwischen den zwei Scharniergelenken 9 und 10 verlegt und erhöhen durch ihre symmetrische An­ ordnung am Kofferboden mittels ihres verteilten Ge­ wichtes die Stabilität des Koffers. Die Schnecke und das Schneckenrad, die Achsenkupplungen sind anderer­ seits als relativ geringe hohe Massen am geänderten Gelenk der Solarzellenträgereinheit 40 angeflanscht.
• 5. Durch das erfindungsgemäße automatische Nachführungs­ system ist eine aufwendige bzw. verschleißanfällige Feststellvorrichtung der biegsamen Antriebswellen in ihren passiven Zustand nicht erforderlich. Das hohe stromlose Selbsthaltemoment der zwei Antriebsstränge bzw. der Gleichstromgetriebemotoren hält die Solar­ zellenträgereinheit in die angesteuerte Lage.
• 6. Die Nachführung erfolgt synchron an beiden Gelenken der Solarzellenträgereinheit 40, was die Zuverlässigkeit und die Präzision der Nachführung erhöht. Einem Ver­ schleiß bei ständigem Gebrauch wird vorgebeugt bzw. Verschleißerscheinungen werden weitgehend durch die doppelte Antriebsauslegung kompensiert bzw. ausge­ glichen.
• 7. Die präzise Führung der zwei Antriebsstränge, bzw. der zwei biegsamen Wellen mit innenlaufenden Antriebswellen 105, über die zwei unter Zugfederspannung sich befindlichen Antriebsrollen 107, ermöglicht eine ge­ naue und verschleißfreie Ansteuerung des Schnecken/ Schneckenradsystems und eine genau definierte Bewegung der zwei biegsamen Wellen zwischen der Horizontalebene in Kofferschalenhöhe und Horizontalebene in definierter Auszugshöhe.
• 8. Die Bauteile, welche zum automatischen Nachführungs­ system gehören, sind genau auf die räumlichen Möglich­ keiten innerhalb des Koffers abgestimmt, bzw. auf ein Minimum an Mehrgewicht bezogen auf das Koffergesamt­ gewicht ausgelegt. Sie integrieren sich funktionell in den bisher vorhandenen Bauteilen des Ausführungsbei­ spieles der Hauptanmeldung, ohne daß prinzipielle Ände­ rungen an den Bauteilen der Hauptanmeldung vorgenommen werden müssen.
• 9. Durch Vermeidung komplexer Steuerstrukturen, wie Schrittmotoren und deren Steuerung und durch genaues Abstimmen der automatischen Steuerung, der Zeitrelais, der Getriebemotoren und des Schnecken/Schneckenradsystems untereinander, kann die automatische Nachführung bezogen auf die Leistungsparameter der Solaranlage mittels eines Minimums an Energieaufwand erreicht werden.
• 10. Die Mehrkosten für die Bauteile der automatisch nach­ führbaren Solaranlage halten sich bezogen auf die oben aufgeführten Vorteile in angemessenen Grenzen. Da zu dem Gegenstand der Hauptanmeldung keine prinzipiellen Unterschiede vorhanden sind, können beide Ausgestal­ tungen parallel hergestellt werden, was zur Reduzierung der Mehrkosten der erfindungsgemäßen automatischen Aus­ gestaltung beiträgt.

Der Gegenstand der Erfindung ist nachstehend anhand eines zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigen

Fig. 1 Automatisch nachführbare Solaranlage im Handkoffer­ format in, um die Symmetrieachse 100, geöffneter Lage - perspektivische Ansicht -.

Fig. 2 Solarzellenträgereinheit in emporgehobene Lage mit ausgezogenen bzw. ausgeklappten Solarmodulen. (- Teildarstellung - - Draufsicht von oben -).

Fig. 3 Anordnung der Stell- und Auszugsmechanik, der dop­ pelten Antriebsstränge und der Wellenführung, eines in geöffneter Aktivlage mit der Solarzellenträger­ einheit in Auszugsposition befindlichen Solarkoffers - Schnittdarstellung von der Kofferlängsseite in Höhe der Symmetrieachse 100 -.

Fig. 4 Geändertes Gelenk der Solarzellenträgereinheit 40, in etwa Normalgröße - Explosionsdarstellung -.

Fig. 5 Solarausklappmodul 32 mit Hervorhebung der Solar­ sensorleiste 97, in etwa Normalgröße - Schnittdar­ stellung -.

Fig. 6 und Fig. 7 Solarzellenfachverbindungswand 119 zwischen den zwei Solarzellenfächern 80. Festrastungsteil 64, Stabilisierungsgelenk 24 und Gelenk 40, der besseren Übersicht wegen weggelassen - perspektivische An­ sicht bzw. Seitenansicht in etwa Normalgröße -.

Fig. 8 Schaltbild der automatischen Steuerung - Funktions­ darstellung -.

Die automatisch nachführbare Solaranlage im Handkoffer­ format ist als dezentrale Energieversorungseinheit ausge­ staltet. Bezogen auf ihre Funktion und im Hinblick auf die Ausgestaltung der Hauptanmeldung sind folgende bauliche Merkmale, bzw. Bauteile von ausschlaggebender Bedeutung:

Der flüssigkeitsgedämpfte Kompaß 95. Er ist mit dem Koffer­ boden 49 einheitlich verbunden und erfüllt die Aufgabe die in Kofferschalenebene aufgeklappte Solaranlage nach der magnetischen Ost-West-Richtung auszurichten. Durch die Ost-West-Ausrichtung der Solaranlage kann bezogen auf den Komfort und die Einfachheit der Bedienung, ein Maximum an Leistungsfähigkeit der Solaranlage bei entsprechenden solaren Einstrahlungsverhältnissen erzielt werden.

Der Funktionswahlschalter 96. Er ist mit dem Kofferboden 49 fest verbunden oder aber an einen entsprechend zugänglichen Ort innerhalb des Solarkoffers fest verlegt. Er besitzt zwei Funktionspositionen bezogen auf die Neigung der Solarzellen­ trägereinheit. In der Position "Horizontal" steuert er mittels der Steuereinheit 114 die Zeitrelais 113 dermaßen an, daß diese die Solarzellenträgereinheit bzw. die zu einer Ebene aufgebaute Solarfläche mittels des Neigungs­ sensores 118 bzw. des Neigungsschalters 118 in die horizon­ tale Lage gebracht wird und in dieser Lage verharrt. In der zweiten Position des Funktionswahlschalters 96 also in der Position "Auto", steuert er die Zeitrelais dermaßen an, daß mittels der Solarsensorleisten 97 die Solarhalbflächen A bzw. B der in einer Ebene aufgebauten Solarfläche der Son­ nenscheibe nachgeführt werden können.

Der Neigungsgeber bzw. der Neigungssensor als Quecksilber­ schalter 118. Der Schalter ist als einpoliger Umschalter ausgelegt und arbeitet nach dem Prinzip der Wasserwaage. Die Quecksilberkugel innerhalb des Schalters verbleibt mittelständig innerhalb des Schaltkörpers, alleinig bei vollkommen waagerechter Lage des zylindrischen Schalt­ körpers. In dieser Lage sind die zwei Neigungsstromkreise A bzw. B unterbrochen und die Steuereinheit 114 stellt jede weiteren Steuerimpulse an den entsprechenden Zeitrelais ein. Die Solarzellenträgereinheit verharrt nun durch das hohe stromlose Haltemoment in dieser horizontalen Lage, da der Quecksilberschalter 118 vollkommen waagerecht in die Solarzellenfachverbindungswand 119 eingelassen ist, welche ihrerseits die zwei Solarzellenfächer 80 vorübergehend ein­ heitlich verbindet.

Die Solarsensorleiste 97. Die Solarsensorleiste ist im Solarausklappmodul 32 eines jeden Solarzellenfaches inte­ griert. Im ausgebreiteten, in einer durchgehenden Ebene entfalteten Solarfläche, sind die zwei Solarsensorleisten 97 der Solarzellenfächer A und B entsprechend weit von­ einander entfernt, um mittels des Abschaltungsprinzipes als Sensor wirken zu können. Durch geeignete Ausgestaltung der Solarsensorleiste 97 mit nicht reflektierenden bzw. schwarzen Trennwänden 120 kann durch die relativ große Solarsensorfläche und durch die relativ großen Abstände zwischen den Solarsensoren, präzise Werte an die Steuer­ einheit 114 gegeben werden, welche ihrerseits die zwei Sensorströme vergleicht und anschließend den entsprechenden Zeitrelais 113 zur Nachführung ansteuert. Entsprechend ihrer Größe kann die Solarsensorleiste 97 auch Energie­ lieferungsfunktion ausüben.

Die Steuereinheit 114. Die Steuereinheit 114 ist die in­ formationsverarbeitende und steuernde Einheit der automa­ tisch nachführbaren Solaranlage. Sie kann sowohl vom in­ ternen 12-V-Akkumulator, als auch mittels einer eigenen Speichereinheit, z.B. durch Lithiumzellen, betrieben werden. Sie ist fest mit dem Boden 49 des Solarkoffers im Raum zwischen den Scharniergelenken 9 und 10 verlegt. In ihr laufen die Steuerströme bzw. Sensorströme von dem Neigungs­ sensor 118 und von den Solarzellenleisten 97 ein, werden entsprechend verarbeitet und je nach Erfordernissen als Steuerimpulse an die Zeitrelais Zr 1 oder Zr 2 gegeben. Die Zeitrelais 113 mit Abfsllverzögerung - Zr 1 bzw. Zr 2 -. Die zwei Zeitrelais werden vom eigenen eingebauten Akkumula­ tor versorgt und sind wie die Steuereinheit 114 im Bereich zwischen den Scharniergelenken 9 und 10 fest und einheit­ lich mit dem Boden 49 des Solarkoffers verbunden. Die von der Steuereinheit 114 eingehenden Impulse werden in zeit­ licher Länge verstärkt, dermaßen, daß pro Steuerimpuls die Wellen der Getriebemotoren 111 eine vollkommene 360 Grad- Umdrehung vollbringen. Je nach Anflanschungsort des Schnec­ ken/Schneckenradgetriebes am Gelenk 40 können die Motoren gegenläufig oder in synchroner Drehrichtung angesteuert werden.

Die umkehrbaren Gleichstromgetriebemotoren 111. Die zwei umkehrbaren Gleichstromgetriebemotoren oder aber die ent­ sprechend ausgelegten umkehrbaren Gleichstrommotoren mit aufsteckbaren Stirnradgetriebe sind gleich der Steuerein­ heit 114 und der Zeitrelais 113 am Boden 49 des Solarkoffers zwischen den Scharniergelenken 9 und 10 verlegt bzw. fest mit dem Boden 49 des Solarkoffers verbunden. Bezogen auf die Symmetrieachse 100, welche mit der Stabilisierungs­ trennwand 106 des Stabilisierungsgelenkes 24 zusammenfällt, ist jeweils ein Motor auf jeweils einer Kofferseite A bzw. B angeordnet. Die Getriebemotoren 111 werden vom eingebauten Akkumulator versorgt und bilden den Ausgangsort der zwei Antriebsstränge, gebildet von jeweils einem Getriebemotor 111, einer biegsamen Welle mit innenlaufender Antriebswelle 105 und ein Schnecken/Schneckenradgetriebe. Die zwei An­ triebsstränge verlaufen auf jeweils einer Seite der Stabi­ lisierungstrennwand 106, entsprechend der Lage der Antriebs­ motoren bezogen auf die Symmetrieachse 100.

Die biegsamen Wellen mit innenlaufenden Antriebswellen 105. Die paarigen Wellen 105 beginnen bzw. enden an jeweils einer Doppelgelenkachsenkupplung, welche die durchgehende spielarme Verbindung von der Getriebemotorwelle 112 bis an der Schnecke 98 sicherstellt. Die Wellen 105 werden mittels eines Umlenkrollen/Zugfedersystems in jeder Kofferlage ge­ spannt gehalten, so daß der Verschleiß minimal bleibt und die Präzision des Antriebes langfristig sichergestellt werden kann.

Die Doppelgelenkachsenkupplungen 104 und 103. Die Doppel­ gelenkachsenkupplungen gestatten einen maximalen Winkel­ versatz von 90 Grad, ohne daß die Antriebswellen beschädigt oder übertoraioniert werden. Für den effektiven Antriebs­ fall ist, wie in Fig. 3 veranschaulicht, ein erheblich ge­ ringerer Winkelversatz vonnöten. Wird die Solarzellen­ trägereinheit jedoch aus ihrer aktiven, eingerasteten, defi­ nierten Auszugslage in die tiefere, horizontale Kofferscha­ lenebene gebracht, so werden die Wellen mittels des Um­ lenkrollen/Zugfedersystems weiterhin gespannt erhalten und die Doppelgelenkachsenkupplungen 103 werden in 90-Grad-Lage winkelversetzt gebracht, während die Doppelgelenkachsen­ kupplungen 104 in 0-Grad-Winkelversatzlage übergehen. Die Doppelgelenkachsenkupplungen 104 und 103 können aus Ge­ wichtsgründen aus Kunststoff (Delrin o.ä.) ausgestaltet werden.

Das Umlenkrollen/Zugfedersystem hat die Aufgabe, eine prä­ zise verschleißfreie Führung der biegsamen Welle mit innen­ laufender Antriebswelle 105 unter jeder Kofferauszugslage zu gewährleisten. Das Umlenkrollen/Zugfedersystem hat als wichtigste Komponente die Stabilisierungstrennwand 106, auf welcher Seite jeweils ein Antriebsstrang verläuft. Von der Stabilisierungstrennwand 106 ausgehend bzw. in diese ein­ gelassen, befindet sich bezogen auf die Symmetrieachse 100 in jeder Kofferhälfte A bzw. B eine rahmenartige Aus­ sparung 109, in welche ein Gleitteil 108 unter Zugfeder­ spannung die Umlenkrolle 107 führt. Die Zugfeder 110 ist auf einer Seite einheitlich mit dem Rahmen 109 und auf der anderen Seite mit dem innerhalb des Gleitrahmens sich be­ wegenden Teil 108, verbunden. Das Gleitteil 108 ist seiner­ seits einheitlich mit der Umlenkrolle 107 verbunden und überträgt den Zug der Zugfeder 110 auf die Umlenkrolle 107 bzw. auf die biegsame Welle 105. Durch den Federzug der Zugfeder 110 wird somit ständig ein Zug auf die Welle 105 ausgeübt, welche zwangsläufig unter allen Auszugslagen des Stell/Auszugssystems gespannt, verwindungs- und verschleiß­ frei bleibt. Die Stabilisierungstrennwand 106 ist eine Aus­ gestaltung der Stabilisierungsachse 43 und verläuft auf der ganzen Höhe des Stabilisierungsgelenkes 24, von dessen kofferbodenständigen Auflagepunkt bis zur halbkreisförmigen Ausgestaltung des Gelenkes 24.

Das Gelenk der Solarzellenträgereinheit 40. Das Gelenk der Solarzellenträgereinheit, welches bei der automatischen Aus­ gestaltung der nachführbaren Solaranlage im Handkofferformat zur Anwendung kommt, ist in Fig. 4 dargestellt und unter­ scheidet sich durch folgende Merkmale von der entsprechen­ den Ausgestaltung der Hauptanmeldung.

• a) Die Funktion der Festrastung der Solarzellenträgerein­ heit in Achsenmittelpunktrichtung entfällt.
• b) Die Funktion der Festrastung der Solarzellenträgerein­ heit in Dreh-/Kipprichtung der Hauptachse 66 bzw. Nei­ gungsverstellung um die Hauptachse 66 entsprechend der verschiedenen Neigungswinkel, erfolgt automatisch, ge­ steuert durch das automatische Nachführungssystem.
• c) Die Funktion der vorübergehenden Festrastung der zwei Solarzellenfächer 80 zur einheitlichen Solarzellenträger­ einheit erfolgt manuell, jedoch nicht mittels des äußeren Hohlzylinders 57 sondern mittels des Kippens des Steuer­ teiles 116 mittels des Umkipphebels 101.
• d) Das Scherenmechanikgelenkteil 21 ist mit den Schnecken­ trägerhohlzylinder 117 einheitlich verbunden, welcher seinerseits mit der Schneckenträgerausgestaltung 102 einheitlich verbunden ist und die Schnecke 98 in dauer­ geschmierter Kugellagerung trägt bzw. aufnimmt.
• e) Das Schneckenrad 99 ist mittels eines Schraubengewindes 115 und der dazugehörenden Schraube fest und einheitlich mit der Achse 66 des Gelenkes 40 verbunden.

Das in Fig. 4 dargestellte Gelenk der Solarzellenträgerein­ heit 40 erfüllt die Aufgabe, die zwei Solarzellenfächer 80 mittels ihrer entsprechend gearteten Ausgestaltungen 64 zur einheitlichen Solarzellenträgereinheit zu verbinden und andererseits die automatische Neigungsverstellung mittels des Schnecken/Schneckenradsystems zu übernehmen. Die Ver­ bindung der zwei Solarzellenfächer zur einheitlichen Solar­ zellenträgereinheit erfolgt durch Kippen des Umkipphebels 101 des Steuerteiles 116 in Pfeilrichtung. Durch die 90- Grad-Kippbewegung wird das innere Festrastgelenkteil 51 durch den achsenumhüllenden Hohlzylinder 58 - zum Umkipp­ steuerteil 116 gehörend - um 90 Grad in Pfeilrichtung ge­ dreht und die Aussparungen 63 rasten in die für die auto­ matische Version entsprechend ausgestalteten Ausgestal­ tungen 64, der jeweiligen Solarzellenfächer 80 ein. Das Lösen erfolgt durch eine Kippbewegung in entgegengesetzter Richtung.

Die automatische Nachführung bzw. Ausrichtung der Solar­ zellenfläche erfolgt durch die automatische Neigungsver­ stellung mittels des Schnecken/Schneckenradsystems. Die Antriebswellen 105 enden mittels der Doppelgelenkachsen­ kupplungen 103 an den Schnecken 98, welche sich kugelge­ lagert in den Schneckenträgerausgestaltungen 102 befinden. Die Schnecke 98 gibt nun die jeweilige Umdrehung an das Schneckenrad 99 weiter, welches durch dessen feste Ver­ bindung mit der Achse 66, die Drehbewegung der Welle 105 bzw. der Schnecke 98 in eine Kippbewegung der Solarzellen­ trägereinheit um die Achse 66 überführt. Die Achse 66 ist auf der ganzen Länge der Solarzellenträgereinheit (in Richtung Symmetrieachse) mit der Solarzellenfachverbindungs­ wand 119 einheitlich verbunden. Sind nun die Solarzellen­ fächer 80 fest zur Solarzellenträgereinheit zusammengefügt, wird jede Neigungsverstellung an dem Schneckenrad in einer entsprechenden Neigungsverstellung der Solarzellenträger­ einheit, bzw. der in einer durchgehend einheitlichen Ebene aufgebauten Solarzellenfläche, überführt.

Die Schnecke 98, welche frei in dauergeschmierter Kugel­ lagerung innerhalb der Schneckenträgerausgestaltung 102 um ihre Drehachse gelagert ist, ist mittels der Schneckenträ­ gerausgestaltung 102, seitlich an den Schneckenträgerhohl­ zylinder 117 angeflanscht und bildet zusammen mit dem auf der Achse 66 fest verschraubten Schneckenrad 99, eine funktionelle Einheit in Form eines Schnecken/Schneckenrad­ getriebes. In der Praxis kann diese funktionelle Einheit als selbst/dauergeschmiertes Getriebe ausgelegt werden, wo­ bei das Schneckenrad 99 u.U. aus Kunststoff, z.B. Delrin- Polyacetat) gefertigt werden kann.

In der automatischen Version sind gegenüber der manuellen Ausgestaltung zwei Solarzellenfachscharniere 65 vorhanden. Sie verbinden jeweils ein Solarzellenfach 80 mit der Solar­ zellenfachverbindungswand 119. In der Solarzellenfachver­ bindungswand 119 ist in vollkommen waagerechter Lage der Neigungssensor 118 eingelassen bzw. integriert.

Das aufgeführte Ausführungsbeispiel kann bei äußeren Koffer­ abmessungen von ca. 50 × 42 × 20 cm (L/B/H) eine automatisch nachführbare, durchgehend in einer Ebene ausgestaltete So larzellenfläche von 4.800 qcm bei Verwendung von 48 Solar­ zellen mit 10 x 10 cm Abmessung aufweisen, wobei bei Aus­ nutzung entsprechend geeigneter Werkstoffe, bei einer in­ stallierten Kapazität von 10 Ah, ein Koffergewicht von 8 bis 10 kg zu erwarten ist.

Das aufgeführte Ausführungsbeispiel könnte dabei mittels einer 12-V-DC gespeisten Steuerung zwei Zeitrelais mit ein­ stellbarer Abfallverzögerung beispielsweise dermaßen steuern, daß die Getriebemotoren mit einer Achsendrehzahl von 4 UpM arbeiten. Dabei löst jeder Steuerimpuls der Steuereinheit bzw. der automatischen Steuerung eine vollständige Achsen­ umdrehung bzw. Wellenumdrehung binnen 15 Sekunden aus.

Bei der Verwendung eines Schnecken/Schneckenradsystems im Modul 0,75 bestehend aus einem Schneckenrad von ca. 58 mm Durchm. mit 75 Zähnen und einer entsprechenden Schnecke als 1-gängige Schnecke ausgelegt, ist das Schnecken/Schneckenrad­ übersetzungsverhältnis 75 : 1, was bei einer Umdrehung der Schnecke zu einer Neigungsverstellung der Solarfläche von 4,8 Grad führt, bzw. bei jedem Steuerimpuls der automati­ schen Steuerung wird die Neigung der Solarzellenfläche um 4,8 Grad verstellt.

Bei einem maximalen Nachführungsvorgang wären somit bei ca. 180 Grad Neigungsverstellung zwischen Ost (90 Grad Azimut) und West (270 Grad Azimut), ca. 37 Steuerschritte erforder­ lich, bzw. eine maximale Laufzeit der Getriebemotoren von jeweils 9 Minuten und 15 Sekunden pro Tag erforderlich, was allerdings nur unter extrem günstigen solaren Einstrahlungs­ verhältnissen an bestimmten geographischen Breiten zu er­ warten ist.

Claims (18)

1. Nachführbare Solaranlage im Handkofferformat, dadurch gekennzeichnet, daß:

• - mittels einer an jeder Kofferbreitseite angeordneten Stell- und Auszugsvorrichtung basierend auf der Hebel­ arm- bzw. Scherenmechanik, die Solarfläche bestehend aus mehreren Solarmodulen, aus einer passiven inak­ tiven Lage, über eine aktive Zwischenlage, in eine aktive, für alle Solarmodule funktionsfähigen über die Kofferschalenebene erhöht angeordneten Endlage, um ei­ ne bezogen auf die maximal entfaltete Solarfläche, zentral angeordnete Achse freibeweglich, bzw. in einer definierten Neigungslage, mittels einer Festrastvor­ richtung, gebracht werden kann,
• - mittels eines in jeder Kofferhälfte angeordneten Solar­ zellenfaches, in welchen eingebettet einerseits und andererseits verdeckt bzw. eingeschoben angeordnete Solarmodule vorhanden sind, durch deren Auszug die effektiv nutzbare Solarfläche der Solaranlage erhöht wird.

2. Nachführbare Solaranlage im Handkofferformat nach An­ spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mittels der inner­ halb der Solaranlage angeordneten Solarzellen (29), (31) und (32), des eingebauten Solarakkumulators (14) bzw. der eingebauten Solarakkumulatoren (14) und des eingebauten Ladereglers, die nachführbare Solaranlage im Handkofferformat als eigenständige, dezentrale Ener­ gieversorgungseinheit ausgestaltet ist.

3. Nachführbare Solaranlage im Handkofferformat nach An­ spruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß mittels einer automatischen Nachführvorrichtung, bestehend aus:

• - den paarigen Solarsensorleisten (97), - dem Neigungssensor (118),
• - der Steuereinheit (114),
• - der paarigen Zeitrelais (113),
• - den paarigen umkehrbaren Gleichstromgetriebemotoren (111) bzw. paarigen Gleichstrommotoren mit Stirnrad­ getriebe,
• - den paarigen biegsamen Wellen mit innenlaufender An­ triebswelle (105),
• - den Doppelgelenkachsenkupplungen (103) und (104),
• - den paarigen Schnecken (98),
• - den paarigen Schneckenrädern (99)

die Solaranlage automatisch, ohne manuellen Eingriff auf die Sonnenscheibe ausgerichtet bzw. der Sonnenscheibe nachgeführt wird.

4. Nachführbare Solaranlage im Handkofferformat nach An­ spruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die paarigen Solarsensorleisten (97) als erweiterte Solar­ zellenflächen der Solarausklappmodule (32), ausgestaltet sind.

5. Nachführbare Solaranlage im Handkofferformat nach An­ spruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Nei­ gungssensor (118) als Quecksilberschalter mit einpoliger Umschaltfunktion ausgestaltet ist und in der Solarzellen­ fachverbindungswand (119) waagerecht eingelassen ist.

6. Nachführbare Solaranlage im Handkofferformat nach An­ spruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die paari­ gen Zeitrelais (113) als Zeitrelais mit variabler oder festeingestellter Abfallverzögerung ausgestaltet sind.

7. Nachführbare Solaranlage im Handkofferformat nach An­ spruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer­ einheit (114), die paarigen Zeitrelais (113) und die paarigen umkehrbaren Getriebemotoren (111) im Bereich zwischen den Scharnieren (9) und (10) einheitlich mit dem Boden (49) des Solarkoffers verbunden sind.

8. Nachführbare Solaranlage im Handkofferformat nach An­ spruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Sche­ renmechanikgelenkteil (21) mit dem Schneckenträgerhohl­ zylinder (117) bzw. mit der Schneckenträgerausge­ staltung (102) fest und einheitlich verbunden ist.

9. Nachführbare Solaranlage im Handkofferformat nach An­ spruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneckenträgerausgestaltung (102), die Schnecke (98) in dauergeschmierter Kugellagerung trägt bzw. aufnimmt.

10. Nachführbare Solaranlage im Handkofferformat nach An­ spruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Schneckenrad (99) mittels Schraube/Schrauben passend zum Schraubengewinde (115), fest und einheitlich mit der Hauptachse (66) des Gelenkes der Solarzellenträgerein­ heit (40) verbunden ist.

11. Nachführbare Solaranlage im Handkofferformat nach An­ spruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnecken (98) und die Schneckenräder (99) jeweils zu einem einheitlich aufgebauten Schnecken/Schneckenradge­ triebe zur Neigungsverstellung der Solarzellenträgerein­ heit bestehend aus den zwei Solarzellenfächern (80), aus­ gestaltet sind.

12. Nachführbare Solaranlage im Handkofferformat nach An­ spruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Um­ lenkrollen/Zugfedersystem zur einheitlichen, synchronen Steuerung der Wellenumdrehung der zwei biegsamen Wellen und deren Wellenführung, aus:

• - den paarigen Umlenkrollen (107),
• - den paarigen Zugfedern (110),
• - den paarigen Gleitteilen (108),

innerhalb der Stabilisierungstrennwand (106), ausge­ staltet ist.

13. Nachführbare Solaranlage im Handkofferformat nach An­ spruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß bezogen auf die Symmetrieachse (100), welche mit der Stabili­ sierungstrennwand (106), des Stabilisierungsgelenkes (24) zusammenfällt, die zwei Antriebsstränge bestehend aus.

• - den paarigen umkehrbaren Gleichstrommotoren (111),
• - den paarigen biegsamen Wellen mit innenlaufender An­ triebswelle (105),
• - den Doppelgelenkachsenkupplungen (103)und (104),

einzeln in jeweils einer Kofferhälfte A oder B verlegt sind, dermaßen, daß die zwei Antriebsstränge funktionell getrennt verlaufen und ein Umlenk/Zugfedersystem für jeden Antriebsstrang vorhanden ist.

14. Nachführbare Solaranlage im Handkofferformat nach An­ spruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Haupt­ achse (66) des Gelenkes der Solarzellenträgereinheit (40) einheitlich mit der Solarzellenfachverbindungswand (119) verbunden ist.

15. Nachführbare Solaranlage im Handkofferformat nach An­ spruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Solar­ zellenfachverbindungswand (119) mittels zweier Solar­ zellenfachscharniere (65) vorübergehend, mittels der Aus­ sparungen (63) innerhalb des inneren Festrastgelenk­ teiles (51) und andererseits der Erhebungen (64) an der entsprechenden Stelle der beiden Solarzellenfächer (80), einheitlich zur Solarzellenträgereinheit verbunden werden.