DE6940774U - Heliostat - Google Patents

Description

DiPL-PHYS. Dr. RER. Nat. JÜRGEN SCHIRDEWAHN

PATENTANWALT

8 MÖNCHEN 55 ■ AICHACHER STRASSE 36 TELEFON C08M) 74 33 55 · TELEGRAMME: STRUCTURPATENT MÖNCHEN

1G-4-16 - b6/1 20. Oktober 1969

Beschreibung zu der Gebrauchsmusteranmeldung

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Freiburg i. Breisgau, Laufener Str. 11 betreffend

Heliostat.

iieliostaten sind bekannt; sie dienen z.B. dazu, das Licht der Sonne auf Bauwerke zu richten, aber auch anderen Zwecken. Der Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, einen ■vollautomatischen Heliostaten zu schaffen, der kostengünstiger, leichter zu orientieren sowie wirksamer und zuverlässiger einzusetzen ist als bekannte Heliostaten.

Ein Heliostat nach der Neuerung besitzt eine Achse, die parallel zur Erdachse ausgerichtet und so angetrieben ist, daß sie alle achtundvierzig Stunden einmal umläuft, und der Achse sind zwei einander entgegengesetzt angeordnete Spiegel zugeordnet, die so auf dem Heliostaten angeordnet sind, daß jeder Spiegel einen um den ande-

reu Tag mit des anderen Spiegel abwechselnd das Sonnenlicht reflektiert. Die Spiegel können dabei mittels Zahnrädern und eines durch den Umlauf der Achse angetriebenen Nockens automatisch so eingestellt werden, daß sie die Deklination der Sonne kompensieren.

ftn an Hand sch.ema.ti scher

Zeichnungen an einigen Ausführungsbeispielen näher erläutert« Es zeigen:

Fig., Λ eins ^übertriebene Darstellung des Umlaufweges der Erde uxa die Sonne;

Fig. 2 ein Schaubild der Lagen der Ebene des scheinba ren Umlaufes der Sonne während verschiedener Jahreszeiten;

Fig. 3 eine Sarsuelltisg der !frage der Äquator ebene in Bezug auf die Ebene des scheinbaren TJalaufes der Sonne;

Fig. 4 ein Biagraasa aur Vexanschaialichung des Unterschiedes der Hisaelsachse und äer Erdachse;

Fig. 5 eine Darstellung τ?οη Flachspiegeln, die so angeordnet sind, daS sie Licnt sus drei Sichtungen in. eine einzige RLdrtung reflektieren;

g. 6 eins Seitenansichi; eines H^liostaten nach der !feuerung;, bei äes seine Achse teilweise im. Querschnitt weg gebrochen gezeichnet isit und bei dem seine Spiegel axt ge-

strichelten Linien auch entsprechend einer veränderten I/©- klinationseinstellung in einer anderen Stellung, gezeichnet sind;

Fig. 7 einen vertikalen Längsschnitt durch das Heliostatengehäuse ;

Fig. 8 einen in Querrichtung geführten Längsschnitt durch das Heliostatengehäuse;

Fig. 9 einen Schnitt nach der Linie 9-9 von Fig. 7;

die Fig. 10 Ms 13 eine Anwendung des Heliostaten gemäß der Neuerung zur Beleuchtung von Gebäuden;

die Fig. 14- bzw. 15 die Führung des Lichtes durch ein Lichtleiterrohr bzw. durch ein optisches Lichtleiterbündel; und

die Fig. 16 bis 18 den Heliostaten gemäß der !Teuerung in Anwendung für eine Gebäudebeleuchtung unter Verwendung von Lichtleiterrohren oder Lichtleiterbündeln.

Wie man aus Fig. 1 entnehmen kann, durchläuft die Erde jährlich einen Umlauf weg um die Sonne, der eine Ellipse beschreibt, bei der sich die Sonne in einem ihrer Brennpunkte befindet. Aus diesem Grunde ist die scheinbare Umlaufgeschwindigkeit der Erde um die Sonne in der Sähe der Sonne größer als am entgegengesetzten Extremum.

Von der Sicht der Erde aus dreht sieb, die Sonne täglich um die Himmelsachse, und im Verlauf eines Jahres variiert ihre "Ro>tationsebene" (Ekliptik) ständig in Bezug auf den Äquator, wie es in den Fig. 2 und 3 zu erkennen ist. Die Deklinationswinkel j d.h«. die Winkel Stellungen der Sonne in Bezug auf die Äquatorebene während eines Jahres, variieren

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um τ cy , c f

Fig. 4· zeigt den Unterschied zwischen den Rotationsachsen der Erde und der Sonne.

Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung der Lichtbrechungsgesetze an einem flachen Spiegel in den Stellungen M, M und M . Den Stellungen M und M² sind dabei die Normalen N und Ή¹ zugeordnet. In der bUellung M reflektiert der Spiegel das Licht von A in der durch A¹ bezeichneten Ri chtung. In der Stellung M wird das Licht von C direkt in der durch G¹ bezeichneten Richtung reflektiert. In der Stellung M reflektiert der Spiegel das Licht von B in der durch B¹ bezeichneten Richtung. Man ersieht daraus, daß dann, wenn ein Spiegel von über 180° bewegten Lichtquellen aus Licht in derselben Richtung reflektieren soll, der Spiegel über 90° bewegt zu werden braucht. Der Heliostat gemäß der !Teuerung bewegt dementsprechend seine Spiegel nur mit der halben scheinbaren Rotationsgeschwindigkeiu der Sonne, "um. ihre Strahlen in einer Richtung zu reflektieren.

?ig. 6 zeigt den Heliostaten gemäS der Heuerung. Aus des. GeLäuse 4 ragt eine Aciise 3 hervor, die so angetrieben ist, daß sie alle achtundvierzig Stunden eine Umdrehung i3aeh.t- Das Gehäuse 4- ist auf einer Basis 11 mittels einer seharsierartigen Gelenkverbindung 12 und einer Annebevorrichtung 13 "verbunden, die mit einem Höheneinst ellr ad 14 irerssnen ist. Diese Montageweise des Genäuses madrfc es Hiöglicli, die Aciise 3 sixt der Erdacnse aus2ruricht;en. Zu "beiden Seiten der Ackse 3 sind flache Spiegel 1 und 2 mittels Araen 5» 6, 7 und 8 angebracht« Die Spiegel 1 und 2 sind an den Anaen 5 T^nd. 6 mittels Bügelverbindungen 9 und so schwenkbar angebracht, daß sie axial ausgerichtet werden.

Das Gehäuse ²J- besitzt ein hervorragendes Achsengehäuse 15_S äas die Achse 5 innerhalb einer Hülse 16 drehbar montiert. Auf der Hülse 16 ist ein Zahnrad 17 so montiert, daß eine Drehung der Hülse 16 in Bezug auf die Achse 3 nach rechts oder links die Zahnstangenabschnitte 18 und 19 einwärts oder auswärts zwängt. Da die Zahnstangen 18 und 19 aa den Arsen 7 und 8 fixiert sind, die ihrerseits mit den Spiegeln 1 und 2 über die Schwenkpunkte 20 und 21 verbunden sind, führt eine entsprechende Drehung der Hülse 16 zu einer bestimmten axialen Ausrichtung der Spiegel 1 und 2. In den Zeichnungen ist eine alternative Stellung dieser Elemente mit gestrichelten Linien dargestellt und durch die Bezugs- zeich&n 1% 2% 7', 8', 18* und 19' bezeichnet.

Ba sich die Erde um ihre Achse einmal in. vierundzwanzig Stunden drein;, beschreibt die Aciise 3 eine vollständige Umdrehung alle achtundvi erzig Stunden; dabei werden die Spiegel 1 und 2 so angeordnet, daß sie das Licht an abwechselnden Sagen reflektieren. Da der Einfallswinkel der Sonnenstrahlen auf den flachen Spiegeln i und 2 gleich dem Beflektionswinkel ist, braucht die axiale Ausrichtung der Spiegel i und 2 nur dem halben Deklinationswinkel zu entsprechen, um der Sonne zu folgen.

Wie sich ferner aus den Fig. ?, 8 und 9 ergibt, treibt ein Synchronmotor 23 eine Reduktionszahnradtransmission, die mittels der Zahnräder 2Pr und 70 die Trommel 25 antreibt, aus der das Zahnrad 72 geformt ist. Die Trommel 25 ist auf der Achse 3 montiert und treibt diese an. Um ein Ende der Trommel 25 ist ein innenverzahntes Zahnrad 74- im Gehäuse 4 montiert. Ein Zahnrad 75 erstreckt sich so durch die Trommel 251 daß es mit dem innenverzahnten Zahnrad 74- kämmt und somit angetrieben wird, wenn sich die Trommel 25 dreht. Das Zahnrad 75 ist auf der Transmission 26 montiert, die den Nocken 27 alle Jahr um eine vollständige Umdrehung dreht.

In der Führung 31 ist eine Zahnstange 30 gleitbar an-. geordnet und durch die Feder 29 so in Richtung zum Nocken vorgespannt, daß die Nockenfolgewalze 28 auf dem Nocken 27

reitel;- Auf diese Weise "bewegt eine !Drehung des Soekens die Zahnstange 30 so,oaS sie äas Eitzel 32 und das Zahnrad 33 antreibt, um das Zahnrad 34 anzutreiben, das seinex*— seits aiii derr Hülse 16 montiert ist. AuT diese "Weise sichtet die Drehung des SocSens 27 die Spiegel 1 Bud 2 fnr^p.l ans. alle "beweglickeii Seile siad geeignete Sräzi.sionslager

Ba die Fla&hspiegei 1 und 2 des Heliostatsa tea die

seciizig Metea? von der ersten !lclitrefXesti.eiresa.es. Fl^sise entfernt stellen, kann eine Divergenz zwiscnen der tatsäcli— licnen Srddrenimg irad der scheinbaren Sonnenrotation durcii Abstoppen des Motors 22 während kurzer Intervalle sittels eines riciit gezeigten Sisers von maximal zwei Kinaten alle vier Tage "bio minimal zwei Minuten alle sieoen Sage eiriTol— gen.

Wie man in Fig. 10 er&enmen kann, ist ein Heliostat gemäß der Neuerung auf einem Gebäude BÖ so montiert worden, daß er Licht über die Spiegel 35 ^qcL 36 In die Wolmmsg 37 des Gebäudes 81 reflektiert. Fig. 11 zeigt, wie Licht von einem Heliostaten von drei fest angeoränsten und ausgerichteten Spiegeln 38, 39 und 40 in die Wohnungen 41, 42 und 43 im Gebäude 82 durch Heflektion weitergeleitet wird. In Fig. 12 ist gezeigt, wie ein auf dem Gebäude 83 angebrachter Heliostat Licht auf Konvexspiegel 44, 45 und den Flach-

spiegel 46 reflektiert, um die unteren Wohnungen 47 "bis 39 im Gebäude 84 und die ¥onnungen 50 "bis 52 des Gebäudes 83 zu "beleuchten. Pig. 13 zeigt eine Variante sowohl mit Konvexspiegeln 53 als auch, mit Konkavspiegeln 5^ zur Beleuchtung von Wohnungen.

Die !"ig. 14 und 15 zeigen eine weitere Anwendung unter Verwendung einer Lichtleiterröhre 85 aus Glas oder einem ent sprechenden Kunststoff "bzw* eines Liehtleiterbündels 86* wo-"bei jeweils durch diese Leitungen weitergeleitet wird. 5¹Ig* 16 zeigt einen Heliostaten 87 mit Parabolspiegeln 55 "und 56» die Licht in das aufgeweitete Ende 57 eines Lichtleiterroh.-res 58 einfallen lassen. Wie man aus ?ig. 18 erkennen kann, endet das Lichtleiterrohr 53 bei 59 so, daß es die Wohnung 88 im Gebäude 89 beleuchtet. 5¹Ig. 17 zeigt einen Heliostaten 87i wie er Licht in ein Ende eines Lichtleiterrohres 58 einfallen läßt, das so angezapft ist, daß es die Wohnungen 91 bis 95 im Gebäude 90 mit des lichtemittierenden Enden 59 bis 64 beleuchtet.

Schutzansprüche

Br.S/Kl. - 9 -

Claims (5)

Schutzansprüche

1. Heliostat, gekennz eichnet durch eine in achtundvierzig Stunden umlaufende, mit der Erdachse ausgerichtete Achse (3)s zwei Spiegel (1, 2; 55i 56), die auf entgegengesetzten Seiten an der Achse montiert sind und von denen jeder das Licht der Sonne abwechselnd mit dem anderen an abwechselnden Tagen reflektiert, und eine Dekli.nations-Kompensations-Einrichtung (7 - β, 16 - 19) ι welche beide Spiegel axial ausrichtet.

2. Heliostat nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch von entgegengesetzten Seiten der Heliostatachse (3) ausgehende Schwenkarme i?, &)» an denen die Spiegel (1, 2) schwenkbar montiert sind.

3. Heliostat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Beklinations-Koxapensations-Einrichtung eine auf der Hellostatachse (3) drehbar montierte Hülse (16) aufweist, auf der ein Zahnrad (1?) montier* ist an dem an entgegengesetzten Seiten Zahnstangenaoschnitte (18, 19) angreifen, die über weitere Sciawenkanae (7, 8) mit den Spiegeln (1, 2) verbunden sind, und daß eine Einrichtung (27, 30, 32, 34) zum Drehen der Hülse (16) in 3e-

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zug auf die Heliostatachse in Abhängigkeit von der Deklinationseinrichtung vorgesenen ist.

4-. Heliostat nach einem der Ansprüche Λ "bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß "beide Spiegel Flachspiegel (1, 2) sind.

5. Heliostat nach einem der Insprüche 1 "bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß oeide Spiegel Parabolspiegel (55* 56) sind.

Ifer.S/Kl.