DE3913771A1 - Sonnenstrahlen-sammelvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Sonnenstrahlen-Sammelvorrichtung, in der durch eine durchsichtige Kuppel hindurchgehende Sonnenstrahlen mittels einer Mehrzahl von Sonnenstrahlen-Sammelelementen gesammelt werden.

Der Anmelder hat früher eine Sonnenstrahlen-Sammelvorrichtung vorgeschlagen, in der die Sonnenstrahlen mittels einer Linse fokussiert, in einen optischen Leiter eingeleitet und dann durch den optischen Leiter an eine wahlfreie gewünschte Stelle zur Beleuchtung oder für andere ähnliche Zwecke übertragen werden. Ferner hat der Anmelder vorgeschlagen, die vorerwähnte Sonnenstrahlen-Sammelvorrichtung in einer durchsichtigen Kapsel unterzubringen, um die Linse vor Wind, Regen, Staub etc. zu schützen.

Die früher vom Anmelder vorgeschlagene Sonnenstrahlen-Sammelvorrichtung umfaßt einen zylindrischen Unterbau, ein aus einem durchsichtigen Material hergestelltes kuppelförmiges Kopfteil und eine Kapsel zur Verwendung in der aus dem Unterbau und dem Kopfteil bestehenden Sonnenstrahlen-Sammelvorrichtung. Wenn die Vorrichtung verwendet wird, befindet sich die Sonnenstrahlen-Sammelvorrichtung innerhalb der Kapsel. Die Sonnenstrahlen-Sammelvorrichtung umfaßt beispielsweise eine große Anzahl von Linsen, eine große Anzahl von für die jeweiligen Linsen vorgesehenen Linsenhalte-Einrichtungen und eine große Anzahl von optischen Fasern oder ein optisches Leiterkabel mit einem Lichtaufnahmeende, das im Brennpunkt der Linse angeordnet ist.

Die mittels der Linsen fokussierten Sonnenstrahlen werden in das optische Leiterkabel eingeleitet und durch dieses hindurch zu einer wahlfreien gewünschten Stelle übertragen.

Im vorerwähnten Stand der Technik muß das kuppelförmige Kopfteil, da es am zylindrischen Körper befestigt ist, derart gestaltet sein, daß es die gesamte Fläche, über welcher der Sonnenstrahlen-Sammelteil der Bewegung der Sonne folgt, abdeckt; und deshalb muß das Kopfteil eine Kugelform mit größeren Maßen aufweisen.

Ein derartiges großes kuppelförmiges Kopfteil ist schwierig herzustellen und sehr teuer. Ferner ist es unmöglich, ein Kopfteil mit einer genauen Kugelform und gleichmäßiger Dicke herzustellen. Es ist auch festgestellt worden, daß die Kuppel mit einer teilweise ungleichen Wanddicke Sonnenstrahlen in bezug auf den Sonnenstrahlen-Sammelteil in verschiedene Richtungen brechen kann; dies führt dazu, daß Sonnenstrahlen mit verringertem Wirkungsgrad gesammelt werden.

Es ist ein Ziel der Erfindung, eine Sonnenstrahlen-Sammelvorrichtung zu schaffen, die mit Schwankungen der Brechung der Sonnenstrahlen aufgrund unvermeidbarer teilweiser Ungleichmäßigkeit der Kuppeldicke fertig wird, um die Kuppel leichter herzustellen und ferner sämtliche Sonnenstrahlen wirksam zu sammeln, die durch jeden beliebigen Teil der Kuppel hindurchgehen, welche es ermöglichen kann, daß das Licht in seinem Zentrum sich normal fortpflanzt und an seinem Umfang nach außen gebrochen wird.

Nachstehend sind der Stand der Technik und die Erfindung anhand je eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer vom Anmelder früher vorgeschlagenen Sonnenstrahlen-Sammelvorrichtung,

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Sonnenstrahlen-Sammelvorrichtung,

Fig. 3 eine schematische Schnittdarstellung eines Teils der Sonnenstrahlen-Sammelvorrichtung nach Fig. 2, und

Fig. 4 eine Darstellung zur Erklärung des Funktionsprinzips der Erfindung.

Gemäß Fig. 1 ist eine Kapsel 3 zur Verwendung in der Sonnenstrahlen-Sammelvorrichtung aus einem zylindrischen Körper 1 und einem durchsichtigen kuppelförmigen Kopfteil 2 aufgebaut. Ein Sonnenstrahlen-Sammelteil 10, der unter Verwendung der Vorrichtung in der Kapsel untergebracht ist, umfaßt eine Mehrzahl von Linsen 11, einen Sonnenstands-Sensor 12 zum Ermitteln des Sonnenstandes, einen Stützrahmenkörper 13 zum einheitlichen Halten der Linse 11 und des Sensors 12, eine erste Drehwelle 14 zum Drehen des Stützrahmens 13, einen Stützarm 14 zum Drehen der ersten Drehwelle 14 und eine zweite Drehwelle 17 zum Drehen des Stützarms um eine Achse, die senkrecht zu derjenigen der ersten Drehwelle 14 verläuft. Die Sonnenrichtung wird mittels des Sonnenstands-Sensors 12 ermittelt und dessen Ermittlungssignal steuert die erste und die zweite Drehwelle, um die Linsen 11 ständig auf die Sonne zu richten. Das durch die Linsen 11 fokussierte Sonnenlicht wird in ein nicht gezeigtes optisches Faserkabel durch dessen in der Brennpunktebene der Linse angeordnetes Lichtaufnahmeende eingeleitet. Das eingeleitete Sonnenlicht wird durch das optische Faserkabel dahin übertragen, wo es benötigt wird.

Im vorerwähnten Stand der Technik muß das kuppelförmige Kopfteil, da es am zylindrischen Körper befestigt ist, derart gestaltet sein, daß es die gesamte Fläche, über welcher der Sonnenstrahlen-Sammelteil der Bewegung der Sonne folgt, abdeckt; und deshalb muß das Kopfteil eine Kugelform mit größeren Maßen aufweisen.

Ein derartiges großes kuppelförmiges Kopfteil ist schwierig herzustellen und sehr teuer. Ferner ist es unmöglich, ein Kopfteil mit einer genauen Kugelform und gleichmäßiger Dicke herzustellen. Es ist auch festgestellt worden, daß die Kuppel mit einer teilweise ungleichen Wanddicke Sonnenstrahlen in bezug auf den Sonnenstrahlen-Sammelteil in verschiedene Richtungen brechen kann; dies führt dazu, daß Sonnenstrahlen mit verringertem Wirkungsgrad gesammelt werden.

Die Erfindung wurde gemacht, um eine Sonnenstrahlen-Sammelvorrichtung zu schaffen, die keine der vorerwähnten Nachteile des Standes der Technik aufweist und die mit Schwankungen der Brechung der Sonnenstrahlen aufgrund unvermeidbarer teilweiser Ungleichmäßigkeit der Kuppeldicke fertig wird, um die Kuppel leichter herzustellen und ferner sämtliche Sonnenstrahlen wirksam zu sammeln, die durch jeden beliebigen Teil der Kuppel hindurchgehen, welche es ermöglichen kann, daß das Licht in seinem Zentrum sich normal fortpflanzt und an seinem Umfang nach außen gebrochen wird.

In der Erfindung ist ein Sonnenstrahlen-Sammelteil aus einer Mehrzahl von Sonnenstrahlen-Sammelelementen aufgebaut, wobei jedes Element eine die Sonnenstrahlen fokussierende Linse, eine mit ihrem Ende im Linsen-Brennpunkt angeordnete optische Faser und eine genaue Halterungsbasis zum einteiligen Halten der Linse und der optischen Faser umfaßt. Eine durchsichtige Kuppel zum Abdecken dieser Sonnenstrahlen-Sammelelemente ist an der Grundplatte befestigt. Die Kuppel kann eine Halbkugel sein. Es ist auch möglich, die Kuppel in der Form einer nahezu flachen, etwas gerundeten Abdeckung auszubilden. Die Grundplatte ist an einer ersten Drehwelle zum Drehen der Grundplatte zusammen mit der Kuppel befestigt. Die erste Drehwelle ist an beiden Seiten drehbar von einem Stützarm gehalten, der mit einer zweiten Drehwelle zum Drehen des Stützarmes um eine zur Achse der ersten Drehwelle senkrecht verlaufenden Achse versehen ist. Die zweite Drehwelle ist drehbar an einem Stützkörper befestigt. Im Unterschied zum Stand der Technik, in welchem sämtliche Sonnenstrahlen-Sammelelemente so befestigt sind, daß ihre Achsen parallel zueinander verlaufen, ermöglicht es die Erfindung, jedes Sonnenstrahlen-Sammelelement auf der Grundplatte individuell auszurichten und zu montieren. Dies geschieht durch Verwendung einer genauen Halterungseinrichtung, die geeignet ist, die Achse des Elements in Übereinstimmung mit der Kuppelform auf die eintretenden Sonnenstrahlen auszurichten, wenn die Sonnenstrahlen-Sammelvorrichtung auf die Sonne gerichtet ist. Die Anwendung der genauen Halterungseinrichtung ermöglicht es, die Achse einer Linse genau in Übereinstimmung mit der Richtung der einfallenden Sonnenstrahlen zu bringen und ferner zusätzlich die Linsenposition bezüglich der Sonnenstrahlenbrechung infolge der Ungleichmäßigkeit der Kuppelwandungsdicke auszugleichen.

Diese Ziele und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels.

Fig. 2 ist eine perspektivisch Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung und Fig. 3 ist ein Teilschnitt desselben. Gemäß diesen Figuren sind mit 21 ein zylindrischer Sockelkörper und mit 22 eine durchsichtige Kuppel bezeichnet. Die Kuppel 22 ist an einer Grundplatte 18 befestigt. Jeder Stützrahmen 13 hält einteilig eine Linse 11 und weist in seiner unteren Mitte das Ende einer daran befestigten optischen Faser 23 auf. Mit dem Bezugszeichen 12 ist ein Sensor zum Ermitteln des Sonnenstandes bezeichnet. Die Stützrahmen 13 der Sonnenstrahlen-Sammelelemente 20, 20′ und 20′′ sind auf einer gekrümmten Halterungsplatte 19 befestigt, deren konkave Fläche sich auf der lichtaufnehmenden Seite befindet. Die Halterungsplatte 19 kann mittels einer entsprechenden Einrichtung an der Grundplatte 18 abgestützt sein. Die Grundplatte 18 ist von einer ersten Drehwelle 14 gehalten, die drehbar von einem Stützarm 16 abgestützt ist. Letzterer ist drehbar abgestützt von einer zweiten Drehwelle 17, die am unteren Sockelkörper 21 drehbar befestigt ist und den Stützarm 16 um eine Achse dreht, die senkrecht zu derjenigen der ersten Drehwelle verläuft. Die Richtung der Sonne wird mittels des Sonnenstands-Sensors 12 ermittelt und dessen Ermittlungssignal steuert die erste und die zweite Drehwelle, um die Linsen 11 ständig auf die Sonne zu richten.

Der Grund für die Verwendung der gekrümmten Halterungsplatte 19 gemäß der Erfindung ist wie folgt:

In Fig. 4 bezeichnet "A" einen Sonnenstrahl, der sich gerade durch das Zentrum der Kuppel 22 und entlang den normalen Konturen des Kuppelkörpers fortpflanzt. "B" bezeichnet einen Sonnenstrahl, der sich durch einen übertriebenen Umfangsteil der Kuppel fortpflanzt, wobei er unter einem Winkel "R" bezüglich der Einfallsrichtung nach außen gebrochen wird, da sein Einfallswinkel von der Normalrichtung der Kuppel abweicht.

Gemäß der Erfindung kann die die Sonnenstrahlen aufnehmende Linse so ausgerichtet werden, daß ihre Achse exakt mit den gebrochenen Sonnenstrahlen übereinstimmt. Die Sonnenstrahlen-Sammelelemente sind genau auf der Grundplatte derart montiert, daß mehr periphere Elemente nach innen gerichtet angeordnet sind, da ihre Oberfläche schräggestellt ist. Für den vorerwähnten Zweck ist es beispielsweise möglich, eine Halterungsplatte mit einer umgedrehten konkaven Fläche, wie in Fig. 2 und 3 gezeigt, zu verwenden. Offensichtlich sind viele Abänderungen der genauen Halterungseinrichtung möglich, beispielsweise durch Konstruktion einer Platte mit einer stufenweise abgeschrägten Fläche, einer individuell schwingenden Querträgerplatte zum Halten jedes Elementes etc. Ferner ist es im Falle der Verwendung der genauen Halterungsplatte möglich, eine Einrichtung zur verstellbaren Befestigung eines Stützrahmens 13 an der genauen Halterungsplatte vorzusehen, um jedes Sonnenstrahlen-Sammelelement genauer auszurichten.

Wie sich aus der vorstehenden Beschreibung ergibt, kann durch Verwendung der erfindungsgemäßen Sonnenstrahlen-Sammelvorrichtung Sonnenlicht wirksamer gesammelt werden, da die Vorrichtung sich selbst und jedes Sonnenstrahlen-Sammelelement bezüglich der durch die Kuppelabdeckung einfallenden Sonnenstrahlen genau ausrichten kann und welche ferner der Kuppel zusammen mit ihrer Grundplatte unter beständiger Aufrechterhaltung einer konstanten Relativposition zwischen der Kuppel und jedem Sonnenstrahlen-Sammelelement in Richtung des Sonnenlichtes folgt.

Claims (2)

1. Sonnenstrahlen-Sammelvorrichtung mit einem Sonnenstrahlen-Sammelteil einschließlich einer Anzahl von Sonnenstrahlen-Sammelelementen, deren jedes eine Linse zum Fokussieren von Sonnenstrahlen und eine mit ihrem Lichtaufnehmenden Ende im Brennpunkt der Linse angeordnete optische Faser umfaßt, mit einer durchsichtigen Kuppel zum Abdecken des Sonnenstrahlen-Sammelteils, mit einer Grundplatte zum Abstützen der Kuppel, mit einer ersten Drehwelle zum Drehen der Grundplatte, mit einem Stützarm zum Abstützen der ersten Drehwelle und mit einer zweiten Drehwelle zum Drehen des Stützarms um eine zu einer Achse der ersten Drehwelle senkrechte Achse, wobei die erste und die zweite Drehwelle in einer solchen Weise gesteuert werden, daß die lichtaufnehmende Fläche des Linsensystems auf die Sonne gerichtet ist, um Sonnenstrahlen in das optische Faserkabel einzuleiten und durch dieses hindurch zu jeder gewünschten Stelle, an der Licht gebraucht wird, zu übertragen, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Sonnenstrahlen-Sammelelement (20, 20′, 20′′) mit einer genauen Halterungseinrichtung (19) zum Einstellen der lichtaufnehmenden Fläche des Elements (20, 20′, 20′′) im rechten Winkel zu dem durch die Kuppel (22) hindurchgegangenen Licht versehen ist.

2. Sonnenstrahlen-Sammelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genaue Halterungseinrichtung (19) als eine Einstellplatte (19) mit einer konkaven Fläche an ihrer lichtaufnehmenden Seite ausgebildet ist.