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Technischer
Bereich
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Die
vorliegende Erfindung betrifft starre Konstruktionen. Außerdem betrifft
sie Parabolantennen des für
Radioteleskope, Sonnenkollektoren, Satellitenkommunikation und dergleichen
verwendeten Typs. Insbesondere betrifft diese Erfindung Konstruktionen
zum Tragen der Schüsseln
derartiger Antennen.
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Hintergrund der Erfindung
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Schüsselartige
Antennen, die zum Beispiel als Empfänger von Signalen von Satelliten,
Sonnenkollektoren und Radioteleskope verwendet werden, benutzen
eine reflektierende Schüssel
zum Bündeln elektromagnetischer
Strahlen auf einen Empfänger. Die
Schüssel
umfasst eine reflektierende oder leitfähige Oberfläche, die auf einem starren
Rahmen angebracht ist. Die Schüssel
mit ihrem Tragwerk wird mit einer von einer Anzahl von konventionellen,
unten beschriebenen Methoden manipuliert, um kontinuierlich auf
das Objekt gerichtet zu sein, von dem die Antenne elektromagnetische
Strahlen empfängt.
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Bei
einer typischen Parabolantenne ist der Rahmen, der die Reflektorschüssel trägt, gewöhnlich eine
komplexe Konstruktion. Er kann eine umgekehrte geodätische Kuppel
oder eine Reihe konzentrischer Reifen sein, die von einer Mehrzahl
von identischen Teilrahmen getragen werden, die sich von unter der
Schüsselmitte
radial erstrecken. Derartige grundlegende Schüsseltragwerke sind relativ
schwache Konstruktionen und es sind ziemlich komplexe Aussteifungsanordnungen
erforderlich, um sie zu verstärken.
Selbst mit derartiger Aussteifung kann sich die Schüssel, wenn
sie eine kontinuierliche Oberfläche hat
(was gewöhnlich
der Fall ist, wenn die Schüssel
zum Empfangen und Bündeln
von Sonnenstrahlen verwendet wird), um ein beträchtliches Ausmaß verformen,
wenn die Antenne mäßigen Windbelastungen
ausgesetzt ist.
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Ein
weiterer Nachteil der existierenden Schüsseltragwerke ist, dass, wenn
keine detaillierten und zeitraubenden Entwurfsverfahren zum Herstellen
des Tragwerkmodells verwendet werden, sie nicht so aufgebaut sind,
dass die Punkte („Befestigungspunkte" genannt) am Tragwerk,
an denen die Schüsseloberfläche angebracht
ist, genau auf der Enveloppe der Oberfläche der Schüssel liegen. Daher ist es beim
Zusammenbauen der Antennenkonstruktion und insbesondere beim Befestigen
einer großen
reflektierenden Oberfläche
am Schüsseltragwerk
gewöhnlich
notwendig, dass die Befestigung jedes Abschnitts der reflektierenden
Oberfläche
eingestellt wird, um die erforderliche Oberflächenform der Schüssel zu
bilden. Die Kosten der Herstellung der existierenden Parabolantennen
sind daher ziemlich hoch, teilweise wegen der komplexen Konfiguration des
Tragwerks und teilweise wegen der Menge der beim Zusammenbauen der
Antennenkonstruktion erforderlichen qualifizierten Arbeitskräfte.
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US-A
4,558,551 beschreibt ein Tragwerk für einen Sonnenkollektor, das
einen zentralen Knotenpunkt hat, der von einem konkaven Dreieckfachwerk und
einem von dem konkaven Fachwerk durch Streben getrennten Versteifungsfachwerk
umgeben ist. Stäbe
der beiden Fachwerke bilden starre Halbbinder, die sich von einer
zentralen Säule
und einer die zentrale Säule
tragenden verlängerten
Basis erstrecken.
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Wie
oben erwähnt,
ist die Verformung der Schüsseloberfläche selbst
unter mäßigen Windbelastungen im
Fall von als Sonnenkollektoren verwendeten Antennen, die kontinuierliche
Reflektoroberflächen
haben und kostengünstig
sein müssen,
besonders bedeutend. Derartige Antennen müssen Sonnenstrahlen empfangen
können,
selbst wenn sich die Sonne am Horizont befindet.
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Da
eine Änderung
der Höhe
der Sichtverbindung (Line of Sight) einer Schüssel durch die Bewegung der
Schüssel
und ihres zugehörigen
Tragwerks um eine horizontale Achse bewirkt wird, die sich unter
der Mitte der Schüssel
befindet, wenn die Schüssel
direkt aufwärts
zeigt, muss die Drehachse der Schüsselkonstruktion sich in einem
Abstand über dem
Boden befinden, der wenigstens die Hälfte des vertikalen Ausmaßes der
Schüssel
ist, gemessen, wenn die Sichtverbindung der Schüssel auf den Horizont gerichtet
ist. Diese horizontale Drehachse befindet sich unweigerlich am oberen
Ende eines Turms. Wenn die Schüssel
bewegt wird, so dass ihre Sichtverbindung vertikal über dieser
Achse liegt, befindet sich daher die ganze Schüsseloberfläche weit über dem Boden, wo sie dem Wind
voll ausgesetzt ist. Außer
bei leichten Brisen verformen die Windbelastungen eine Reflektorschüsseloberfläche, wenn das
Tragwerk keine komplexe Konstruktion ist, die eine Anzahl von Aussteifungselementen
aufweist, und die Schüssel
aus einem festen und daher schweren Material ist (wobei Zusatzgeräte in diesem
Fall vermehrte Handhabungsfähigkeiten
aufweisen müssen).
Wenn die Schüssel
nicht aus einem schweren, starren Material hergestellt ist, kann
es vorkommen, dass der Betrieb der Antenne bei starkem Wind eingeschränkt werden
muss, um die Möglichkeit
einer Beschädigung
der Antenne zu vermeiden. In beiden Fällen entsteht ein wirtschaftlicher
Nachteil.
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Beschreibung der vorliegenden
Erfindung
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Es
ist eine Aufgabe eines ersten Aspektes der vorliegenden Erfindung,
ein Tragwerk für
die Schüssel
einer Parabolantenne bereitzustellen, das starrer als das konventionelle
Schüsseltragwerk
ist, aber auch eine relativ leichte Bauweise aufweist.
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Diese
Aufgabe wird durch Bereitstellen eines Schüsseltragwerks gemäß Anspruch
1 gelöst.
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Die
Verwendung von tetraedrischen Strebenbaugruppen sorgt für ein festes
und starres, aber relativ leichtes Tragwerk für die Schüssel der Antenne. Außerdem erlaubt
sorgfältiges
Auswählen
der Länge
der Streben in den verschiedenen tetraedrischen Strebenbaugruppen,
dass die Befestigungspunkte für
die Schüssel,
die sich an jeweiligen Knotenpunkten der Strebenbaugruppen befinden,
in jeder beliebigen gewünschten
Lage genau positioniert werden. Dadurch, dass sich die Befestigungspunkte auf
der Enveloppe der Schüsseloberfläche befinden, kann
die Schüssel – oder die
Elemente, aus denen sich die Schüssel
zusammensetzt – auf
dem Tragwerk montiert werden, ohne dass die Beabstandung zwischen
jedem Befestigungspunkt und der Schüssel oder dem Schüsselelement
eingestellt werden muss. Der Antennenentwurf kann somit in einem
Labor durchgeführt
werden und das Schüsseltragwerk kann
an Ort und Stelle präzise
zusammengebaut werden, sofern die entsprechende(n) Strebenzahl und
-längen
an den Antennenstandort geliefert wurden, und die Schüssel kann
auf dem Rahmen montiert und die Antenne sofort betrieben werden.
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Die
Erfinder der vorliegenden Erfindung haben erkannt, dass die tetraedrischen
Strebenbaugruppen, die zum Herstellen eines starren Schüsseltragwerks
für eine
Parabolantenne verwendet werden, auch zum Herstellen von Trägern oder
Türmen verwendet
werden können,
die eine gute Drehstabilität
aufweisen. Derartige Träger
(zum Beispiel zur Verwendung als ein Kranarm) und Türme werden
von einer Mehrzahl von wenigstens drei Stabelementen ausgebildet,
die durch eine Mehrzahl von Strebenbaugruppen miteinander verbunden
sind, wobei jede Strebenbaugruppe eine tetraedrische Baugruppe aus
sechs Streben umfasst, die an ihren Enden mit vier Knotenpunkten
verbunden sind (wobei die Stabelemente mit einigen von diesen starr
verbunden sind).
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Es
ist, wieder Bezug nehmend auf die Realisierung der vorliegenden
Erfindung als Parabolantenne, normale Praxis, das Schüsseltragwerk
auf einem Hauptrahmen der Antenne zu montieren. Die Montage des
Tragwerks wird an einer horizontalen Neigungsachse ausgeführt, um
die das Tragwerk (und somit die Schüssel) drehbar ist. Ein bevorzugtes Merkmal
der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Höhenneigungsachse
zwischen dem mittleren Teil und den äußersten Enden der Strebenbaugruppen
des Schüsseltragwerks
(das heißt,
an einer Stelle unter der Schüssel
der Antenne, zwischen der Mitte der Schüssel und ihrem Umfang). Wenn
die Antennenkonstruktion dieses Merkmal aufweist, ist die Gesamthöhe der Antenne,
wenn ihre Sichtverbindung vertikal ist, kleiner als die Gesamthöhe einer
konventionellen Parabolantenne derselben Schüsselgröße, deren Sichtverbindung vertikal angeordnet
ist. Die Windbelastung einer dieses bevorzugte Merkmal aufweisenden
Antenne ist daher geringer.
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Wie
oben bemerkt, hat das Schüsseltragwerk
vorzugsweise eine Schwenkverbindung mit dem Grundrahmen der Antenne,
so dass die Höhe der
Sichtverbindung der Antenne variiert werden kann, wobei diese Drehverbindung
sich an einer Neigungsachse befindet, die sich von der Mitte des Schüsseltragwerks
entfernt und vorzugsweise zwischen der Mitte des Schüsseltragwerks
und dem Umfang des Schüsseltragwerks
befindet. Die Neigungsachse könnte
sich außerhalb
des Rands des Schüsseltragwerks
befinden, obwohl man glaubt, dass eine Neigungsachse an einer solchen
Stelle selten erforderlich sein wird.
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Zum
besseren Verständnis
der vorliegenden Erfindung werden nun Ausgestaltungen der verschiedenen
Aspekte davon nur beispielhaft in Bezug auf die Begleitzeichnungen
beschrieben.
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Kurze Beschreibung der
Begleitzeichnungen
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1 ist
eine perspektivische Skizze einer von den Erfindern der vorliegenden
Erfindung entworfenen Parabolantenne zum Sammeln von Sonnenstrahlen.
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2 ist
ein Seitenaufriss der Antenne von 1.
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3 ist
eine schematische auseinandergezogene Darstellung eines Teils des
Schüsseltragwerks
der Antenne der 1 und 2.
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4 ist
eine Schnittansicht an AA von 3.
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5, 6 und 7 illustrieren
drei alternative benachbarte tetraedrische Strebenbaugruppen.
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Ausführliche Beschreibung der illustrierten
Ausgestaltungen
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Die
in 1 und 2 illustrierte Parabolantenne 10 wurde
von den Erfindern der vorliegenden Erfindung entworfen und an der
Australian National University in Canberra, Australien, zusammengebaut.
Sie umfasst eine Schüssel 12,
die aus einer Anzahl von reflektierenden Schüsselsegmenten oder -Platten 31 gebaut
wurde, die auf einem Schüsseltragwerk 15 montiert
sind. Die Schüssel 12 ist
ein kugelförmiger
Reflektor mit einem sechseckigen Umfang. Die kürzeren Kanten des sechseckigen
Umfangs sind 21,8 m lang und ihre längeren Kanten sind 24,7 m lang.
Die Schüssel
hat eine 400 Quadratmeter große Öffnung.
Wenn diese Schüssel
die Sonne (die einem Winkel von etwa 0,5° auf der Erde gegenüberliegt)
scharf fokussieren sollte, hätte
das Bild der Sonne einen Durchmesser von etwa 14 cm. Ein derartiges
Bild der Sonne würde
eine solche Energiekonzentration im Brennpunkt erzeugen, dass die meisten
in der Anlage zum Ausnutzen der Sonnenenergie verwendeten Materialien
beschädigt
würden. Die
Schüssel 12 ist
daher zum Bilden eines „unscharfen" Bildes der Sonne
konzipiert, das eine Fläche
von etwa dem Fünffachen
des scharf gebündelten
Bildes in ihrem Brennpunktbereich hat. Im Brennpunktbereich der
Schüssel 12 befindet
sich ein „Empfänger" 13 der
Sonnenenergie, der von Streben 21 getragen wird. In dem
von den Erfindern der vorliegenden Erfindung gebauten Sonnenkollektor
umfasst der Empfänger 13 eine
Rohrschlange, die zum Erzeugen von Hochqualitätsdampf verwendet wird (d.h.
Dampf mit hohem Druck und hoher Temperatur – obwohl die Temperatur des
Dampfs durch seine Anwendung begrenzt ist, weil die meisten Dampfturbinen
Dampf mit einer Temperatur über
500°C nicht
aufnehmen können).
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Es
wird betont, dass die Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung,
die in den 1 und 2 dargestellt
wird, nur ein einziges Beispiel für eine Ausführung der vorliegenden Erfindung
ist und dass die vorliegende Erfindung nicht auf Sonnenenergiekollektoren
allgemein oder auf Antennenkonfigurationen, die den in den 1 und 2 illustrierten ähnlich sind,
begrenzt ist.
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Das
Schüsseltragwerk 15 ist
durch eine horizontale Neigungsachse 14 schwenkbar mit
einem Grundrahmen 11 der Antennenkonstruktion verbunden.
Die Höhe
der Sichtverbindung 32 der Parabolantenne wird durch Bewegen
der Schüssel 12 und
ihres Tragwerks 15 um die Neigungsachse 14 mithilfe einer
Hydraulikdruckzylinderanordnung 16 gesteuert, die die Bewegung
eines Teilrahmens 17 steuert, der sich von dem Schüsseltragwerk
der Sonnenkollektorantenne erstreckt. Diese Neigungsanordnung könnte aber
auch durch einen anderen geeigneten Antriebsmechanismus ersetzt
werden, wie z.B. einen Verstellspindel, einen Zahnstangenmechanismus oder
einen Kugelumlaufmechanismus.
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Der
Grundrahmen 11 der Antenne ist zur Drehung um eine vertikale
Achse 20 montiert, die sich in der Mitte einer Kreisbahn 18 befindet.
Bei konventionellen Antennen würde
die Drehung des Haupt- oder Grundrahmens 11 um die Achse 20 von Antriebsmotoren
bewirkt, Antriebsritzeln, die mit einem Schienenkranz in Eingriff
stehen. Die von den Erfindern der vorliegenden Erfindung gebaute
Sonnenkollektorantenne setzt eine andere Form von Rahmendrehungsmechanismus
ein, der gemäß einem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist.
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Ein
Teil des Schüsseltragwerks 15 wird
in 3 illustriert. 3 zeigt
eine Anzahl von Streben, einschließlich Streben 60, 61, 62, 63, 64, 65 und 66, die
mit Knotenpunkten 50, 51, 52, 53 und 54 des Schüsseltragwerks
verbunden sind. Die von den Erfindern der vorliegenden Erfindung
verwendeten Knotenpunkte sind konventionelle Knotenpunkte in Form
von kugelförmigen
Elementen, auf denen ebene Oberflächen ausgebildet sind. Die
ebenen Oberflächen
jedes Knotenpunktes sind zum Aufnehmen der Enden der Streben ausgeführt, die
starr an dem Knotenpunkt angebracht sind (z.B. durch eine mit Gewinde
versehene Verlängerung
an der Strebe, die in eine Gewindebohrung in dem Knotenpunkt eingeschraubt
ist).
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Die
Knotenpunkte 50, 51, 52, 53 und 54 von 3 bilden
auch Befestigungspunkte für
die Schüsselsegmente 31.
Durch sorgfältiges
Auswählen
der Länge
der Streben des Schüsseltragwerks
kann der Rahmen so aufgebaut werden, dass diese Knotenpunkte auf
der Enveloppe der erforderlichen Schüsseloberfläche liegen, die im Fall der
Sonnenkollektorantenne der 1 und 2 eine
Parabolfläche
ist (die sich über
einen Großteil
der Schüsseloberfläche eng
an eine Kugelfläche
annähert).
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Diese
Knotenpunkte sind mit anderen Knotenpunkten verbunden, die in 3 nicht
abgebildet sind. Ein Schüsseltragwerk,
das mit nur mit den Knotenpunkten auf der Enveloppe der Schüsseloberfläche verbundenen
Streben hergestellt wurde, würde eine
schwache Konstruktion bilden. Weitere Knotenpunkte 55, 56 und 57 sind
aber von der Schüsseloberfläche entfernt
bereitgestellt. Wie in 4 gezeigt wird, ist Knotenpunkt 55 durch
Streben mit Knotenpunkten 50, 51, 52, 56 und
einem anderen nicht abgebildeten Knotenpunkt verbunden. Knotenpunkt 56 ist
durch Streben mit Knotenpunkten 51, 52, 53, 55 und 57 verbunden;
Knotenpunkt 57 ist durch Streben mit Knotenpunkten 51, 53, 54, 56 und
einem anderen nicht abgebildeten Knotenpunkt verbunden.
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Die
Knotenpunkte 50, 51, 52 und 55 und
die diese Knotenpunkte verbindenden Streben bilden daher eine erste
tetraedrische Strebenbaugruppe und die Knotenpunkte 51, 52, 53 und 56 und
die diese Knotenpunkte verbindenden Streben bilden eine zweite tetraedrische
Strebenbaugruppe. Desgleichen definieren die Knotenpunkte 51, 53, 54 und 57 und
die diese Knotenpunkte verbindenden Streben noch eine weitere tetraedrische
Strebenbaugruppe. Weitere tetraedrische Strebenbaugruppen werden von
jeder Gruppe von vier benachbarten Knotenpunkten definiert. Man
wird erkennen, dass diese tetraedrischen Strebenbaugruppen wegen
ihrer Derecksversteifung in drei Dimensionen und der Verknüpfung von
Streben zwischen benachbarten tetraedrischen Konstruktionen eine
außergewöhnlich feste
und starre Konstruktion ergeben, die ein sehr leichtes Gewicht haben
kann verglichen mit konventionellen Schüsseltragwerken und den schweren
Querstreben, die mit derartigen Tragwerken verwendet werden im Versuch,
Steifigkeit zu verleihen.
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Es
ist zu beachten, dass die tetraedrischen Strebenbaugruppen des Schüsseltragwerks
durch „Seitenkontakt", „Randkontakt", „Punktkontakt" oder eine beliebige
Kombination derartiger Kontakttypen zusammengefügt werden können.
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Zum
Beispiel stellt, wie in 5 gezeigt wird, ABCD eine erste
tetraedrische Strebenbaugruppe mit großer Eigensteifigkeit dar. ACDE
stellt eine zweite tetraedrische Strebenbaugruppe dar, deren Seite ACD
mit Seite ACD der tetraedrischen Strebenbaugruppe ABCD verbunden
ist. Es ist zu beachten, dass alle Knotenpunkte A, C, D und E der
tetraedrischen Strebenbaugruppe ACDE im Verhältnis zueinander und im Verhältnis zu
der tetraedrischen Strebenbaugruppe ABCD absolut fest sind. Diese
Strebenbaugruppen passen daher präzise und ohne Einstellung zu
erfordern zusammen.
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6 zeigt
zwei tetraedrische Strebenbaugruppen ABCD und ACXY, die in einer „Randkontakt"-Konfiguration zusammengefügt sind.
Es ist zu beachten, dass es kein Element gibt, dass die Knotenpunkte
D und X miteinander verbindet. Wenn eine solche Verbindungsstrebe
vorhanden wäre,
wäre eine
dritte tetraedrische Strebenbaugruppe ACDX in Seitenkontakt mit
tetraedrischen Strebenbaugruppen ABCD und ACXY an Seiten ACD bzw.
ACX.
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Während die
Knotenpunkte jeder tetraedrischen Strebenbaugruppe in jeder Baugruppe
genau und starr angeordnet sind, ist zu beachten, dass die tetraedrische
Strebenbaugruppe ACXY sich durch Drehung um eine Linie AC relativ
zur Strebenbaugruppe ABCD bewegen kann. Durch geeignete Gestaltung
kann für
angemessene Steifigkeit und Präzision
gesorgt werden, die das Weglassen von Strebenelementen wie DX mit
einer weiteren Kosten- und Gewichtseinsparung zulässt. Es
ist auch zu beachten, dass während
des Baus des Schüsseltragwerks eventuell
zusätzliche
(aber provisorische) Stützung benötigt werden
kann, um einige der tetraedrischen Strebenbaugruppen vor Fertigstellung
der Rahmenkonstruktion in ihre Einbaulage zu bringen. (Diese Bemerkung
gilt auch für
die Realisierung der Erfindung als Träger- und Turmkonstruktionen).
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7 zeigt
zwei tetraedrische Strebenbaugruppen ABCD und CEFG, die an Knotenpunkt
D in Punktkontakt miteinander verbunden sind. Die zwei tetraedrischen
Strebenbaugruppen können
sich relativ zueinander um Knotenpunkt C drehen, durch geeignete
Gestaltung fixieren aber benachbarte tetraedrische Strebenbaugruppen
die relativen Positionen der Baugruppen ABCD und CEFG und verleihen
ausreichend Steifigkeit, während
die Anzahl von Bauteilen und das Gewicht des Schüsseltragwerks verringert werden.
Auch hier kann es sein, dass während des
Zusammenbauens des Tragwerks zusätzliche, aber
provisorische Stützung
erforderlich ist.
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Die
Bereitstellung eines Schüsseltragwerks für eine Parabolantenne
unter Verwendung von tetraedrischen Strebenbaugruppen bietet gegenüber den konventionellen
Rahmen, die derzeit zum Tragen von Schüsseln verwendet werden, die
folgenden bedeutenden Vorteile.
- 1. Stabilität der reflektierenden
Fläche.
Das räumliche
Tragwerk der vorliegenden Erfindung ist extrem starr. Daher bleibt
die reflektierende Oberfläche,
ungeachtet der Schüsselausrichtung
oder Windbelastung, im Wesentlichen unverformt.
- 2. Mit geringer Masse kombinierte Steifigkeit und Festigkeit.
Die Verknüpfung
der Rahmenkonstruktion ergibt hohe Steifigkeit und Festigkeit ohne übermäßige Masse,
wodurch die Größen- und Leistungsanforderungen
für Tragwerke,
Fundamente und assoziierte Betriebsanlagen zu verringert werden.
Dies wiederum erlaubt den wirtschaftlichen Bau von Kollektoren mit
großer Öffnung.
- 3. Leichte Herstellung und Montage. Das Schüsseltragwerk kann unter Verwendung
bestehender Knotenpunktsystemtechnologien hergestellt werden. Wenn
die gewünschte
Schüssel
entworfen worden ist, können
die jeweiligen Knotenpunkte und Streben in einer Fabrik produziert
und zur Montage der Antenne an Ort und Stelle an den Standort transportiert
werden. Auf Grund der mit derartigen Knotenpunktsystemen derzeit
möglichen
Genauigkeit können
das Schüsseltragwerk und
dann die Schüssel
und der Rest der Antenne am Standort mit geringen Anforderungen
bezüglich
Zeit und den Fähigkeiten
von Arbeitskräften leicht
zusammengebaut werden. Darüber
hinaus sind, wenn das Tragwerk zusammengebaut worden ist, die Positionen
der Befestigungspunkte genau genug, so dass die reflektierenden
Platten direkt an diesen Knotenpunkten befestigt werden können, ohne
dass am Standort eine Einstellung der Schüsselfläche erforderlich ist.
- 4. Modularität.
Wenn eine Parabolantenne einmal entworfen worden ist, bleibt die
Geometrie der Knotenpunkte unverändert,
ungeachtet der Größe der Schüssel, die
gebaut wird. Daher können verschieden
große
Schüsseln
desselben Modells hergestellt werden, indem lediglich die Längen der
die Knotenpunkte verbindenden Streben um einen bestimmten Faktor
geändert
werden, oder es können
weitere „Ringe" von strukturellen
tetraedrischen Strebenbaugruppen am Schüsselumfang hinzugefügt werden.
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Wie
oben bemerkt, wird die Sichtverbindung der von den reflektierenden
Platten 31 gebildeten Oberfläche mit Linie 32 angezeigt.
Die Schüsseltragwerke
von konventionellen Parabolantennen sind zur Drehung um eine horizontale
Achse montiert, die diese Hauptachse oder Sichtverbindung 32 schneidet oder
neben ihr liegt.
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Die
horizontale Achse 14, um die sich das Schüsseltragwerk
der vorliegenden Erfindung dreht, ist um einen beträchtlichen
Abstand von der Hauptachse oder Sichtverbindung 32 versetzt.
In der Ausgestaltung der 1 und 2 liegt
die Achse 14 etwa auf halbem Weg zwischen der Mitte der
Oberfläche 30 und
ihrem untersten Außenrand 33.
Man wird verstehen, dass die Beanspruchungen, die auf Grund einer
versetzten Schwenkachse in der Schüssel erzeugt werden, ein etwas
stärkeres
Schüsseltragwerk
erfordern als dies bei einer etwa am Gleichgewichtspunkt der Schüssel und
ihres Tragwerks befindlichen Drehachse der Fall wäre. Die
Verwendung eines Schüsseltragwerks,
das tetraedrische Strebenbaugruppen umfasst, stellt einen derartigen
Rahmen bereit und erlaubt seine wirtschaftliche Realisierung.
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Das
Positionieren der Schwenkachse 14 von der Mitte der Kollektorschüssel weg
bedeutet, dass, wenn sie auf den Horizont oder auf einen Punkt in seiner
Nähe ausgerichtet
ist, nur etwa ein Viertel des Durchmessers des Kollektors unter
der Achse 14 liegt. Daher kann ein niedrigerer Grundrahmen 11 genutzt
werden, um eine weitere Material- und
Kosteneinsparung zu erhalten.
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Das
Versetzen der Schwenkachse 14 verringert die Gesamthöhe der Antenne
beim Bahnverfolgen der Kollektorschüssel nahe am Horizont nicht. Bahnverfolgung
nahe am Horizont findet aber früh am
Morgen und spät
am Nachmittag statt, wenn Winde gewöhnlich leicht sind, und hat
wenig Einfluss auf eine große
Schüssel
mit einer fast horizontalen Sichtverbindung. Stärkere Winde werden gewöhnlich während der
Tagesmitte bemerkt, wenn maximale Energie gesammelt wird. Zu diesem
Zeitpunkt ist die Gesamthöhe
einer Antenne mit einer versetzten Schwenkachse 14 wesentlich
reduziert und die Kollektorschüssel
bleibt relativ eng am Boden. Während dies
an sich den Kollektorwirkungsgrad nicht beeinflusst, verringert
doch die Verringerung der Gesamthöhe die Windbelastungen der
Konstruktion, wenn der Wind stärker
ist als eine leichte Brise. Dies beruht teilweise auf der Verkleinerung
der Fläche
der Antennenkonstruktion, die dem Wind ausgesetzt ist, und teilweise
auf der normalen Dämpfung
von Wind nahe am Boden. Eine Folge hiervon ist die Möglichkeit, dass
das Schüsseltragwerk
schwacher gemacht werden kann und die Antenne immer noch bei den
gleichen maximalen Windgeschwindigkeiten betriebsfähig ist.
Es wird aber bevorzugt, dass die Festigkeit des Schüsseltragwerks
nicht verringert wird, sondern dass man den Vorteil hat, die Antenne
bei höheren Windgeschwindigkeiten
ohne das Risiko betreiben zu können,
dass der Wind Belastungen der Antennenkonstruktion erzeugt, die
die Konstruktion beschädigen.
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Die
Verwendung des Merkmals der versetzten Achse 14 der Erfindung
senkt daher erstens die auf die Antennenkonstruktion ausgeübten Kräfte, was
fortgesetzten Betrieb bei höheren
Windgeschwindigkeiten zulässt,
und senkt zweitens die Gesamthöhe,
wenn der Kollektor „geparkt" ist, so dass Windbelastungen
und potentielle Schäden
verringert werden. Der einzige Nachteil einer versetzten Horizontalachse
ist ein geringfügig
höherer
Antriebsenergiebedarf, der jetzt Teil des Gewichts der Schüssel unterstützen muss.
Der größere Wirkungsgrad
des Betriebs einer Sonnenkollektorantenne und die geringeren Baukosten überwiegen
dies aber.
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Die
anderen Tragkonstruktionen, die bei der in den 1 und 2 illustrierten
Antenne verwendet werden, nämlich
der Grundrahmen 11 und der Gegenrahmen 25, sind auch
mit tetraedrischen Strebenbaugruppen aufgebaut.