WO2008003431A1 - Nachführungsvorrichtung für sonnenkollektoren - Google Patents

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WO2008003431A1
WO2008003431A1 PCT/EP2007/005762 EP2007005762W WO2008003431A1 WO 2008003431 A1 WO2008003431 A1 WO 2008003431A1 EP 2007005762 W EP2007005762 W EP 2007005762W WO 2008003431 A1 WO2008003431 A1 WO 2008003431A1
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tracking
axis
threaded spindle
collector
frame
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Egon Wenter
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Egon Wenter
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    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S30/00—Arrangements for moving or orienting solar heat collector modules
    • F24S30/40—Arrangements for moving or orienting solar heat collector modules for rotary movement
    • F24S30/45—Arrangements for moving or orienting solar heat collector modules for rotary movement with two rotation axes
    • F24S30/458—Arrangements for moving or orienting solar heat collector modules for rotary movement with two rotation axes with inclined primary axis
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F24S2030/10—Special components
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    • F24S30/00—Arrangements for moving or orienting solar heat collector modules
    • F24S2030/10—Special components
    • F24S2030/13—Transmissions
    • F24S2030/137—Transmissions for deriving one movement from another one, e.g. for deriving elevation movement from azimuth movement
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y02E10/47—Mountings or tracking

Definitions

  • tracking or tracking systems known to the tracking of solar panels the course of the sun during the daytime, for the purpose of vertical irradiation of the collectors, regardless of the time of day and the season and thus independent of the rotation of the earth about its own axis and circulation (Revolution) of the earth to reach the sun.
  • the vertical irradiation causes the maximum yield of the efficiency of the collector, generally these systems are used for the tracking of photovoltaic panels.
  • WO 2005/028969 discloses automated systems, which are equipped with a device which enables the periodic manual correction of the seasonal tracking. These systems are all based on the rotatable mounting of the collector around a vertical axis for daytime tracking and a horizontal axis for the seasonal tracking which can be performed continuously automatically or periodically, possibly manually.
  • the support frame of the solar collector is hinged to the rotatable member with the axis of rotation parallel to the earth axis so as to follow the orientation of the wobbling plate, provided that at each daily rotation the plate is rotated by 1/365 of complete rotation.
  • This rotation is derived by using a driver mechanism of the daytime rotation.
  • a driving mechanism acts on the toothed ring, the circumference of the wobbling disc in that a weight which is attached to the end of a pivot arm and pivots in one or the other direction by the movement of the swash plate.
  • This tracking mechanism allows the precise alignment of the collector, but has the disadvantage that the driving mechanism works with the pivoting weight is not very reliable and, in relation to external loads, such. caused by gusts of wind is prone.
  • seasonally pivoting construction which occurs through the progressive rotation of the swashplate has static problems which are not easily solved.
  • the invention has the object to provide a tracking device for solar panels of the type described above which is suitable to carry out the NachStemonyen after two axes, has a simple structure, is reliable in the operation, is low-cost manufacturable, requires little maintenance and is suitable, together with a noteworthy Series of identical devices, via a single drive unit to be operated.
  • the invention proposes the use of a stable on the ground, on buildings or the like, anchored structure which is suitable a main frame, which is mounted parallel to the earth's axis, to carry on which, according to a horizontal axis pivotable and at least in the right Angle to the axis of rotation arranged parallel to the axis, the solar collector, or its support frame, or the frame of various grouped collectors, is pivotally mounted.
  • This rotation starts from the extreme east-facing position, which may be determined by the presence of mountains or buildings that limit direct sunlight, and goes to the extreme west-facing position, which may also be determined by the presence of mountains or buildings. at noon, the orientation is exactly south.
  • the back of the collector facing the end of the threaded spindle is hinged to the support frame, while a certain freedom from sliding in the direction substantially parallel to the axis of daytime tracking movement, within own guides, given while provided at the opposite end with a substantially radially projecting drive wings or drive projections provided nut is at which a driving pawl acts which is provided on a projecting from the fixed anchored structure or fixed bracket.
  • the provided on the threaded spindle nut is mounted so that it rests in the longitudinal direction front and back of a stop so that, by the rotation of the nut, the axial displacement of the threaded spindle, with respect to the fixedly connected to the main frame of the device holder of the nut , he follows.
  • the said driving pawl is mounted so pivotally that they, as a result of a stop, during the tracking from east to west (daytime) or from west to east (nocturnal feedback) causes the rotation of the nut while pivoting in the corresponding rotation in the opposite direction, the same driving pawl free can and is moved across the nut without them to drive because no stop is provided for this direction of movement.
  • This seasonal pivotal movement of the solar collector according to an axis which is perpendicular to the axis which is parallel to the earth axis, arranged must be carried out so that the collector progressively from a more inclined position on December 21 (winter solstice) in a less inclined position on 21.
  • the nut is provided with at least three radially projecting drive vanes or drive projections, in this way takes place during each pass under the Mit supportiveklinke a rotation of about 120 ° and an axial displacement of the threaded spindle by about 1/3 of the thread pitch.
  • the nut is moved under two or more, in the direction of movement successively arranged, pawls therethrough so as to achieve a further rotation of the nut.
  • the invention does not exclude that the nut is provided with an outer sprocket which meshes over a certain distance with a rack which is connected to the fixed anchored structure and that between the sprocket and the nut a known freewheel mechanism is provided with switching the freewheeling direction.
  • the threaded spindle can rotate on the main frame of the device, in essential parallel position to the axis of daytime tracking, be stored and at the end which is moved closer to the fixed anchored structure of the device, be provided with operating wing or operating projections on soft, already described manner, attached to the fixed structure driving pawl acts.
  • a nut which is provided on the threaded spindle and according to the longitudinal axis of this, for example, on the main frame, slidably mounted, along the threaded spindle in response to the rotation and the pitch of the thread moves.
  • This displacement of the nut can be transmitted to the collector or on its frame by means of cables and corresponding pulleys or by means of another mechanical system which consists for example of simple or combined levers.
  • a cable pull it may be advantageous to have one of the directions of the pivoting movement of the solar collector performed by a spring.
  • Fig. 1 shows schematically in perspective view, seen substantially from behind, a tracking device according to the invention for solar panels while the collector is aligned on one of the days of the equinox to the south; in order to derive the seasonal tracking movement of the daily time tracking movement, a threaded spindle is axially displaceable, not rotatable, mounted and a driving pawl acts on a rotatable nut on the threaded spindle.
  • Fig. 2 shows the schematic plan view of the same in Fig. 1 illustrated tracking device with the identical orientation (south, winter solstice).
  • Fig. 2a shows the schematic plan view of the same in Figs. 1 and 2 shown tracking device with the collector oriented to the east on the day of the winter solstice.
  • Fig. 2b shows the schematic plan view of the same in Figs. 1, 2 and 2a shown tracking device with the collector aligned west on the day of the winter solstice.
  • Fig. 3 shows the side view of the tracking device shown in Fig. 1 with an indication of the seasonal pivoting movement of the solar collector.
  • Fig. 4 shows in perspective, on an enlarged scale, the detail of the drive mechanism for the seasonal tracking movement.
  • Fig. 5 shows a perspective view, substantially from behind, another embodiment of a tracking device according to the invention, wherein for the daily time tracking a spoked wheel-shaped frame is rotatably mounted on a substantially T-förmige ⁇ anchored to the ground frame, the storage for seasonal tracking in the area the lower edge of the collector or its frame is provided and wherein a threaded spindle is rotated by the daytime tracking movement via a driving pawl whereby a slidably but not rotatably supported, penetrated by the threaded spindle, nut causes the seasonal inclination of the collector.
  • FIG. 6 shows the side view of the tracking device shown in FIG. 6
  • the fixed support structure 2, 2a, 2b, 2c anchored which consists of a front vertical support 2 and two spread rear supports 2a, 2b, from the upper end of which a cantilevered arm 2c projects.
  • a main support frame for the solar collector P or for several rotatable collectors Rd is stored.
  • This main frame consists essentially of the parallel arms 3a, 3c which are provided with the corresponding bearing journals 5a and 5b and are connected by a tubular profile 3b.
  • the bearing pin 5a is provided with a gear 5 or other known element for the direct or indirect transmission of movement from a drive group, not shown, consisting of motor and reduction gear.
  • a bow-shaped structure is fixed which consists of a tube profile 3e and two parallel arms 3f, provided at the free ends of the storage 3g for the laterally from the collector P, or from the support frame of this collector or a group of collectors, projecting pins is; this support frame is pivotable about an axis A which is perpendicular to the axis D and through the bearing journals of the collector or the support frame of the collector P and through the corresponding bearings 3g on the two arms 3f.
  • the daily-time tracking movement Rd of the main frame 3a, 3b, 3c, 3e, 3f and the collector P about the axis D is used according to the invention for maintaining the seasonal tracking movement Ra of the collector P;
  • an axially displaceable 6s mounted 6a, 6c threaded spindle 6 is provided behind the collector.
  • the bearings 6a, 6c are
  • the two sliding bearings 6a, 6c are arranged coaxially with one another in order to be able to receive the threaded spindle 6 axially slidably 6s.
  • the pipe section 6d lies with that end which is opposite to the end resting against the nut 7a on the bearing 6c or on the profile pipe 3b.
  • the end of the threaded spindle 6 which faces the back of the collector P or the frame is held in a provided with slots or grooves connecting element 6b so that a rotation of the threaded spindle 6 prevents, but a limited shift substantially in the direction of the axis D, is possible ,
  • a driving pawl 10 is provided which is pivotable in a direction about the axis X 10a and with a Stop is provided to prevent the pivoting movement in the opposite direction.
  • the invention does not preclude a different mounting of the threaded spindle 6, eg parallel to the axis D of the daytime tracking Rd (FIG. 6. 7);
  • the threaded spindle 6 itself, above radial protruding wings 7 or via a toothing and by means of one or more driving pawls 10, to set in rotation 6m whereby a displacement 7b of the nut 7 is achieved which can be transmitted mechanically or hydraulically to the collector P or on its frame.
  • the driving pawl 10 can be replaced by a fixed driver which acts on a ring gear or a wing ring, or a ring with radial projections, wherein between the said rim and the threaded spindle a freewheel mechanism is provided with switching the freewheeling direction.
  • FIGS. 6 and 7. By means of legs 12, 12a, 12b anchored to the base 1, a support structure 12d, 12c with bearing journals 15a is fastened.
  • the axis D of the bearing pin 15a is aligned parallel to the earth axis, at this pin 15a is a spoked wheel-shaped frame consisting of an outer ring profile 20 with circumferential groove 20a and spokes 20b rotatably mounted Rd.
  • the ring profile 20 runs on, or between, on the T-shaped frame 12c, 12d provided rollers 15.
  • the rollers 15 can be used or it can be driven by a cross in the groove 20a chain (Straps, cables).
  • the rotation Rd is the daily time tracking for the collector P softer on two mutually parallel from the Spoke wheel frame 20, 20b parallel to the axis D protruding arms 20c in bearing 13g about the axis A pivotally mounted Ra is mounted.
  • the pivotal movement Ra is the seasonal tracking movement for the collector P; this movement takes place in the derivation of the daily time tracking Rd via a threaded spindle / screw nut mechanism 6, 7a.
  • the threaded spindle 6 is mounted rotatably 6m by means of the angle arm 21, 22 substantially parallel to the axis of rotation D.
  • the bottom 1 facing the end of the threaded spindle 6 is provided with an impeller 7 on which a driving claw 10 acts which is built on the fixed frame 12d so that at each daily time tracking Rd the impeller 7 is guided past the pawl to a twist 6m of the impeller 7 and thus to reach the threaded spindle 6.
  • the nut 7a is limited, but not rotatably mounted on the arm 19 projecting from the collector frame in longitudinal slots.
  • Upon rotation of 6m of the threaded spindle 6 is thus a longitudinal adjustment 7b of the nut 7a and thus a pivoting Rb of the arm 19 about the axis A, which causes a rotation Ra of the collector P and thus the seasonal tracking day after day.
  • the direction of action of the pawl 10 must be reversed in this embodiment on the day of the winter and summer solstice.
  • the tracking device enables the simple mechanical connection, by means of mechanical transmission elements such as cables, chains, belts, the bearing pin 5a, or the spoke wheel-shaped frame 20, 20b, a plurality provided with collectors P or groups of collectors main frame to easily connected to all

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Abstract

Nachführvorrichtung für Sonnenkollektoren (P) bestehend aus einem feststehendem Rahmen an welchem ein schwenkbarer Hauptrahmen mit zur Erdachse parallel angeordneter Achse (D) für die tageszeitliche Nachführbewegung (Rd) gelagert ist und an welchem der Kollektor (P) oder dessen Rahmen mit der Achse (A) der jahreszeitlichen Nachführbewegung (Ra) in einem Winkel von 90° zur Achse (D) der tageszeitlichen Nachführbewegung (Rd) gelagert ist, wobei die jahreszeitliche Nachführbewegung (Ra) in Ableitung der tageszeitlichen Nachführbewegung (Rd) erfolgt, wobei die Übertragung und Umwandlung der tageszeitlichen Nachführbewegung (Rd), in Bezug auf die feststehende verankerte Struktur (2, 2a, 2b, 2c / 12, 12a, 12b, 12c, 12d) der Vorrichtung, über einen Gewindespindelmechanismus (6) mit Schraubenmutter (7a) erfolgt welcher zwischen dem Hauptrahmen (3a, 3b, 3c / 20, 20b, 20c) mit Lagerung (2d, 2e / 15b) zwecks Ausführung der tageszeitlichen Nachführbewegung (Rd) und dem Kollektor (P) oder den Kollektoren, deren Rahmen schwenkbar (Ra) am besagten Hauptrahmen gelagert ist, wirkt, wobei die Gewindespindel (6) am Hauptrahmen gelagert ist und wobei der Antrieb des Gewindespindel/Schraubenmutter-Mechanismus (6, 7a) über eine Mitnehmerklinke (10) erfolgt weiche direkt oder indirekt an der feststehenden verankerten Struktur ( 2, 2a, 2b, 2c / 12, 12a, 12b, 12c, 12d) schwenkbar gelagert ist und während des Durchlaufs des Gewindespindel/ Schraubenmutter-Mechanismus (6, 7a) in eine Richtung, mit Möglichkeit der Umkehrung der Wirkungsrichtung, wirkt.

Description

NACHFÜHRUNGSVORRICHTUNG FÜR SONNENKOLLEKTOREN
BESCHREIBUNG
Es sind sogenannte Nachführungs- oder Verfolgungssysteme bekannt um die Nachführung von Sonnenkollektoren dem Lauf der Sonne während der Tageszeit, zwecks möglichst senkrechter Bestrahlung der Kollektoren, unabhängig von der Tageszeit und der Jahreszeit und somit unabhängig von der Drehung der Erde um ihre eigene Achse und vom Umlauf (Revolution) der Erde um die Sonne, zu erreichen.
Die senkrechte Bestrahlung bewirkt die maximale Ausbeute der Leistungsfähigkeit des Kollektors, generell werden diese Systeme für die Nachführung von fotovoltaischen Kollektoren eingesetzt.
Für die Nachführung mittels Sensoren und elektronischer Rechner, welche elektromechanische oder hydraulische Nachführeinheiten steuern, sind komplizierte und kostspielige Systeme bekannt.
Weiters sind, was die tageszeitliche Nachführung betrifft, aus der WO 2005/028969 automatisierte Systeme bekannt, diese sind mit einer Vorrichtung ausgestattet welche die periodische händische Korrektur der jahreszeitlichen Nachführung ermöglicht. Diese Systeme basieren alle auf der drehbaren Lagerung des Kollektors um eine senkrechte Achse für die tageszeitliche Nachführung und um eine horizontale Achse für die jahreszeitliche Nachführung welche kontinuierlich automatisch oder periodisch, eventuell manuell, durchgeführt werden kann.
Aus der DE 20317666 ist die Lagerung des Kollektors mit zur Erdachse paralleler Rotationsachse, bekannt wodurch erzielt wird, dass an den Aufstellungspunkten der Winkel der Kollektorfläche zur Bodenfläche (zum Globus tangente Linie), im Äquatorgebiet gleich 0° ist und an den zwei Polen gleich 90° ist; in den dazwischen liegenden Bereichen hingegen ist der besagte Winkel exakt gleich der geografischen Breite des jeweiligen Aufstellungspunktes. Der drehbare Teil dieser Lagerung weist eine Platte auf welche selbst um die selbe Achse drehbar ist, welche wegen der geneigten Rotationsachse, eine Taumelbewegung ausführt und an den Tagen der Sonnwende die äußersten Positionen einnimmt. Der Trägerrahmen des Sonnenkollektors ist am drehbaren Teil mit der zur Erdachse parallelen Drehachse so angelenkt, dass er der Ausrichtung der taumelnden Platte folgt wobei vorgesehen ist, dass bei jeder tageszeitlichen Drehung die Platte um 1/365 der vollständigen Drehung verdreht wird. Diese Drehung wird durch Nutzung eines Mitnehmermechanismus von der tageszeitlichen Drehbewegung abgeleitet. Dabei wirkt ein Mitnehmermechanismus am, mit Zahnkranz versehenen, Umfang der taumelnden Scheibe dadurch dass ein Gewicht welches am Ende eines Schwenkarmes befestigt ist und durch die Bewegung der Taumelscheibe in eine oder in die andere Richtung schwenkt.
Dieser Nachführmechanismus ermöglicht die präzise Ausrichtung des Kollektors, weist aber den Nachteil auf, dass der Mitnehmermechanismus mit dem schwenkbaren Gewicht wenig zuverlässig arbeitet und, in Bezug auf äußere Belastungen, weiche z.B. durch Windstöße verursacht werden, anfällig ist.
Weiters weist die jahreszeitlich schwenkende Konstruktion welche durch die progressive Verdrehung der Taumelscheibe erfolgt, statische Probleme auf welche nicht auf einfache Art lösbar sind.
Die Erfindung stellt sich die Aufgabe eine Nachführvorrichtung für Sonnenkollektoren der oben beschriebenen Art zu schaffen welche geeignet ist die Nachführbewegungen nach zwei Achsen auszuführen, einen einfachen Aufbau aufweist, zuverlässig in der Arbeitsweise ist, spesengünstig herstellbar ist, wenig Instandhaltung fordert und geeignet ist, zusammen mit einer beachtenswerten Reihe identischer Vorrichtungen, über eine einzige Antriebseinheit, betrieben zu werden.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung den Einsatz einer stabilen am Boden, an Bauten oder dergleichen, verankerten Struktur vor welche geeignet ist einen Hauptrahmen, welcher parallel zur Erdachse schwenkbar gelagert ist, zu tragen an welchem, gemäß einer horizontalen Achse schwenkbar und jedenfalls im rechten Winkel zur parallel zur Erdachse angeordneten Drehachse, der Solarkollektor, bzw. dessen Trägerrahmen, oder der Rahmen diverser gruppierter Kollektoren, schwenkbar gelagert ist.
Die Drehbewegung des Hauptträgerrahmens, zusammen mit dem Sonnenkollektor, um die zur Erdachse parallele Achse erfolgt mittels bekannter Antriebsgruppe bestehend aus Motor und Untersetzungsgetriebe, welche z.B. von einem Zeitrelais in Abständen, z.B. von ca. 1 ° je 4 Minuten oder auch kontinuierlich, synchron mit der Erddrehung, gesteuert wird. Diese Drehung beginnt von der extremen nach Osten gerichteten Position welche eventuell durch die Präsenz von Bergen oder Bauten, welche die direkte Sonnenbestrahlung begrenzen, bestimmt wird und geht bis zur extremen nach Westen ausgerichteten Position welche eventuell ebenfalls durch die Präsenz von Bergen oder Bauten bestimmt wird, dabei erfolgt mittags die Ausrichtung genau nach Süden. Vorteilhafterweise kann die Rückführung in die „morgentliche"- Startposition, abends mit unterschiedlicher, eventuell relativ schneller, Drehgeschwindigkeit bis zum Auftreffen auf einen Endschalter oder auch abends erfolgen, ohne auszuschließen dass die Rückführbewegung kontinuierlich oder in Zeitabständen durch einfache Umkehrung der Drehbewegung erfolgt und ohne auszuschließen dass das Erreichen der morgentlichen Startposition durch Vervollständigung der Drehung in die selbe Richtung erfolgt.
Die Bewegung der „jahreszeitlichen" Nachführung gemäß der Schwenkachse welche einen Winkel von 90° mit der Achse der tageszeitlichen Nachführung bildet, erfolgt erfindungsgemäß mittels einem Gewindespindel/Schraubenmutter- Mechanismus, wobei an der Schraubenmutter eine Mitnehmerklinke wirkt welche schwenkbar an der feststehenden Struktur der Vorrichtung gelagert ist. Diese Gewindespindel ist in Längsrichtung verschiebbar und nicht verdrehbar am Hauptrahmen der Vorrichtung, wesentlich senkrecht zur Achse der tageszeitlichen Nachführung dieses Rahmens jedoch verschoben zur Achse der jahreszeitlichen Nachführung des Sonnenkollektors, bzw. dessen Trägerrahmens, gelagert. Das der Rückseite des Kollektors zugewandte Ende der Gewindespindel ist an dessen Trägerrahmen angelenkt, dabei ist eine gewisse Gleitfreiheit in Richtung wesentlich parallel zur Achse der tageszeitlichen Nachführbewegung, innerhalb eigener Führungen, gegeben während am gegenüberliegenden Ende eine mit wesentlich radial abstehenden Antriebsflügeln oder Antriebsvorsprüngen versehene Schraubenmutter vorgesehen ist an welchen eine Mitnehmerklinke wirkt welche an einer von der feststehenden verankerten Struktur abstehenden oder befestigten Halterung vorgesehen ist. Die an der Gewindespindel vorgesehene Schraubenmutter ist so gelagert, dass sie in Längsrichtung vorne und rückseitig an einem Anschlag aufliegt so dass, durch die Drehung der Schraubenmutter, die axiale Verschiebung der Gewindespindel, in Bezug auf die mit dem Hauptrahmen der Vorrichtung fest verbundenen Halterung der Schraubenmutter, erfolgt. Dies bewirkt dass das Ende der Gewindespindel welches rückseitig am Sonnenkollektor, bzw. an dessen Trägerrahmen, mit begrenzter Gieitfreiheit, versetzt zur Achse der jahreszeitlichen Nachführung, angelenkt ist, das Schwenken des Kollektors, in Abhängigkeit zur Steigung des Gewindes der Gewindespindel, zum Winkel der Drehung welche durch die Wirkung der Mitnehmerklinke an der Gewindespindel beim Durchlauf unter die feststehende Position der Mitnehmerklinke erfolgt und zum Abstand zwischen der Achse der jahreszeitlichen Schwenkung und der Anlenkung des Endes der Gewindespindel, hervorruft. Die besagte Mitnehmerklinke ist so schwenkbar gelagert dass sie, infolge eines Anschlages, während der Nachführung von Osten nach Westen (tageszeitlich) oder von Westen nach Osten (nächtliche Rückführung) die Drehung der Schraubenmutter bewirkt während bei der entsprechenden Drehung in Gegenrichtung die selbe Mitnehmerklinke frei schwenken kann und über die Schraubenmutter hinweg bewegt wird ohne diese anzutreiben weil für diese Bewegungsrichtung kein Anschlag vorgesehen ist. Diese jahreszeitliche Schwenkbewegung des Solarkollektors gemäß einer Achse welche senkrecht zur Achse welche parallel zur Erdachse verläuft, angeordnet ist, muss derart ausgeführt werden, dass der Kollektor progressiv aus einer mehr geneigten Stellung am 21. Dezember (Wintersonnwende) in eine weniger geneigte Stellung am 21. Juni (Sommersonnwende) gebracht wird; die Winkelweite dieser Schwenkbewegung ist für alle geografischen Breiten die selbe. Nach dem letzteren Datum erfolgt neuerlich eine Rückkehr aus der weniger geneigten in die mehr geneigte Stellung, die Schraubenmutter muss also in die entgegengesetzte Richtung verdreht werden; dies kann durch Umkehrung des gesamten
Mechanismus der Mitnehmerklinke geschehen so dass der Anschlag in die entgegengesetzte Richtung wirkt oder durch Positionswechsel des alleinigen Anschlages so dass die Wirkung der Mitnehmerklinke in Gegenrichtung erfolgt; es wird nicht die Anbringung zweier Mitnehmerklinken ausgeschlossen welche abwechselnd für die beiden Schwenkrichtungen funktionieren. Erfindungsgemäß ist die Schraubenmutter mit mindestens drei radial abstehenden Antriebsflügel oder Antriebsvorsprünge versehen, auf diese Weise erfolgt bei jedem Durchlauf unter der Mitnehmerklinke eine Verdrehung um ca. 120° und eine axiale Verschiebung der Gewindespindel um ca. 1/3 der Gewindesteigung. Es ist allerdings nicht ausgeschlossen vorzusehen, dass die Schraubenmutter unter zwei oder mehrere, in Bewegungsrichtung hintereinander angeordnete, Mitnehmerklinken hindurch bewegt wird um so eine weitere Verdrehung der Schraubenmutter zu erreichen.
Die Erfindung schließt nicht aus, dass die Schraubenmutter mit einem äußeren Zahnkranz versehen ist welcher über eine bestimmte Strecke mit einer Zahnstange kämmt welche mit der feststehenden verankerten Struktur verbunden ist und dass zwischen dem Zahnkranz und der Schraubenmutter ein bekannter Freilaufmechanismus mit Umschaltung der Freilaufrichtung vorgesehen ist.
Gemäß einer Weiterentwicklung des Erfindungsgedankens kann die Gewindespindel drehbar am Hauptrahmen der Vorrichtung, in wesentlich paralleler Position zur Achse der tageszeitlichen Nachführung, gelagert sein und am Ende welches näher an der feststehenden verankerten Struktur der Vorrichtung vorbeigeführt wird, mit Betätigungsflügel oder Betätigungsvorsprüngen versehen sein auf weiche, auf bereits beschriebener Weise, eine an der feststehenden Struktur angebrachte Mitnehmerklinke wirkt. Durch Drehung der besagten Gewindespindel wird eine Schraubenmutter welche an der Gewindespindel vorgesehen ist und gemäß der Längsachse dieser, z.B. am Hauptrahmen, verschiebbar gelagert ist, entlang der Gewindespindel in Abhängigkeit zur Drehung und zur Steigung des Gewindes bewegt. Diese Verschiebung der Schraubenmutter kann auf den Kollektor oder auf dessen Rahmen mittels Kabel und entsprechende Umlenkrollen oder mittels einem anderen mechanischen System welches z.B. aus einfachen oder kombinierten Hebeln besteht, übertragen werden. Insbesondere bei Anwendung eines Kabelzuges kann es vorteilhaft sein, eine der Richtungen der Schwenkbewegung des Sonnenkollektors durch eine Feder ausführen zu lassen. Es wird weiters nicht eine hydraulische Übertragung von der Schraubenmutter auf den Kollektor durch Vorsehen der notwendigen Hydraulikzylinder und Hydraulikleitungen ausgeschlossen.
Die Erfindung wird anschließend anhand zweier erfindungsgemäßer vorzuziehender Ausführungsbeispiele einer Nachführvorrichtung für Sonnenkollektoren näher erklärt, dabei erfüllen die Zeichnungen rein erklärenden, nicht begrenzenden Zweck.
Die Fig. 1 zeigt schematisch in perspektivischer Darstellung, wesentlich von hinten gesehen, eine erfindungsgemäße Nachführvorrichtung für Sonnenkollektoren dabei ist der Kollektor an einem der Tage der Tagundnachtgleiche nach Süden ausgerichtet; zwecks Ableitung der jahreszeitlichen Nachführbewegung von der tageszeitlichen Nachführbewegung ist eine Gewindespindel axial verschiebbar, nicht drehbar, gelagert und eine Mitnehmerklinke wirkt auf eine verdrehbare Schraubenmutter an der Gewindespindel. Die Fig. 2 zeigt die schematische Draufsicht auf die selbe in Fig. 1 dargestellte Nachführvorrichtung mit der identischen Ausrichtung (Süden, Winter-Sonnwende).
Die Fig. 2a zeigt die schematische Draufsicht auf die selbe in den Fig. 1 und 2 dargestellte Nachführvorrichtung mit dem Kollektor nach Osten ausgerichtet am Tag der Winter-Sonnwende.
Die Fig. 2b zeigt die schematische Draufsicht auf die selbe in den Fig. 1, 2 und 2a dargestellte Nachführvorrichtung mit dem Kollektor nach Westen ausgerichtet am Tag der Winter-Sonnwende.
Die Fig. 3 zeigt die Seitenansicht der in Fig. 1 dargestellten Nachführvorrichtung mit Andeutung der jahreszeitlichen Schwenkbewegung des Sonnenkollektors.
Die Fig. 4 zeigt in perspektivischer Darstellung, in vergrößertem Maßstab, das Detail des Antriebsmechanismus für die jahreszeitliche Nachführbewegung.
Die Fig. 5 zeigt in perspektivischer Darstellung, wesentlich von hinten, eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Nachführvorrichtung, wobei für die tageszeitliche Nachführung ein speichenradförmiger Rahmen an einem wesentlich T-förmigeπ am Boden verankerten Rahmen drehbar gelagert ist, die Lagerung für die jahreszeitliche Nachführung im Bereich des unteren Randes des Kollektors oder dessen Rahmens vorgesehen ist und wobei eine Gewindespindel durch die tageszeitliche Nachführbewegung über eine Mitnehmerklinke in Drehung versetzt wird wodurch eine verschiebbar aber nicht verdrehbar gehalterte, von der Gewindespindel durchdrungene, Schraubenmutter die jahreszeitliche Neigung des Kollektors bewirkt.
Die Fig. 6 zeigt die Seitenansicht der in Fig. 6 dargestellten Nachführvorrichtung
Am Boden 1 oder an der feststehenden Struktur eines Bauwerkes oder dergleichen ist die feststehende Halterungsstruktur 2, 2a, 2b, 2c verankert welche aus einer vorderen vertikalen Stütze 2 und aus zwei gespreizten hinteren Stützen 2a, 2b, von deren oberem Ende ein freitragender Arm 2c absteht, besteht. Zwischen dem oberen Ende der Stütze 2 mit Lagerung 2d und dem oberen Ende des freitragenden Armes 2c mit Lagerung 2e ist ein Hauptträgerrahmen für den Sonnenkollektor P oder für mehrere Kollektoren drehbar Rd, gemäß einer zur Achse der Erddrehung parallelen Drehachse D, gelagert. Dieser Hauptrahmen besteht wesentlich aus den parallelen Armen 3a, 3c welche mit den entsprechenden Lagerzapfen 5a und 5b versehen sind und über ein Rohrprofil 3b verbunden sind. Der Lagerzapfen 5a ist mit einem Zahnrad 5 oder einem anderen bekannten Element für die direkte oder indirekte Übertragung der Bewegung seitens einer nicht dargestellten Antriebsgruppe bestehend aus Motor und Untersetzungsgetriebe, versehen. Am Rohrprofil 3b ist eine bügeiförmige Struktur befestigt welche aus einem Rohrprofil 3e und aus zwei parallelen Armen 3f besteht, an deren freien Enden die Lagerung 3g für die seitlich vom Kollektor P, bzw. vom Trägerrahmen dieses Kollektors oder einer Gruppe von Kollektoren, abstehenden Zapfen vorgesehen ist; dieser Trägerrahmen ist um eine Achse A welche senkrecht zur Achse D und durch die Lagerzapfen des Kollektors oder des Trägerrahmens des Kollektors P sowie durch die entsprechenden Lagerungen 3g an den beiden Armen 3f verläuft, schwenkbar Ra. Die tageszeitliche Nachführbewegung Rd des Hauptrahmens 3a, 3b, 3c, 3e, 3f und des Kollektors P um die Achse D wird erfindungsgemäß zur Erhaltung der jahreszeitlichen Nachführbewegung Ra des Kollektors P genutzt; um dies zu erreichen ist hinter dem Kollektor, in einer vertikal versetzten Position bezüglich der Position der Achse A der jahreszeitlichen Nachführbewegung Ra, eine axial verschiebbar 6s gelagerte 6a, 6c Gewindespindel 6 vorgesehen. Die Lagerungen 6a, 6c sind
Gleitlager von denen das Lager 6c am Profil 3b des Hauptrahmens 3a, 3b, 3c, 3e, 3f und das Lager 6a an einem L-förmigen Arm 8 welcher fest mit dem besagten Profil 3b verbunden ist, vorgesehen sind. Natürlich sind die beiden Gleitlager 6a, 6c zueinander koaxial angeordnet um die Gewindespindel 6 axial gleitend 6s aufnehmen zu können. Auf der besagten Gewindespindel 6 ist, in einer Position einerseits anliegend an die Lagerung 6a und anderseits anliegend an ein Rohrstück 6d welches über die Gewindespindel 6 eingeschoben ist, eine mit radial abstehenden Betätigungsflügeln 7 versehene Schraubenmutter 7a vorgesehen. Das Rohrstück 6d liegt mit jenem Ende welches dem, an die Schraubenmutter 7a anliegenden, Ende gegenüberliegt, an der Lagerung 6c, bzw. am Profilrohr 3b, auf. Das Ende der Gewindespindel 6 welches der Rückseite des Kollektors P oder dessen Rahmens zugekehrt ist, ist in einem mit Langlöchern oder Rillen versehenen Verbindungselement 6b gehalten so dass eine Verdrehung der Gewindespindel 6 verhindert, aber eine begrenzte Verschiebung wesentlich in Richtung der Achse D, möglich ist.
Entsprechend dem Bereich welcher täglich von der Schraubenmutter 7a mit Flügel 7 durchlaufen wird ist mittels einem feststehenden, vom Arm 2c der feststehenden Struktur der Vorrichtung, abstehendem Arm 9, eine Mitnehmerklinke 10 vorgesehen welche in eine Richtung um die Achse X schwenkbar 10a ist und mit einem Anschlag versehen ist um die Schwenkbewegung in die Gegenrichtung zu verhindern. Bei der Bewegung der radialen Flügel 7 der Schraubenmutter 7a unter der Position der Mitnehmerklinke 10 hindurch trifft diese auf mindestens einen der besagten Flügel 7 und bewirkt, durch die tageszeitliche Nachführbewegung Rd, die Drehung 6r der Schraubenmutter 7a und somit die axiale Verschiebung 6s der Gewindespindel 6 welche das Schwenken Ra des Kollektors P und somit die tägliche Korrektur der jahreszeitlichen Nachführung, bewirkt.
Der einzige händische Engriff welcher zweimal jährlich und zwar zur jeweiligen Winter- und Sommersonnwende durchzuführen ist, besteht in der Umkehrung der Mitnehmerwirkung der Mitnehmerklinke 10 entweder durch Verdrehen des Mitnehmermechanismus oder durch Umstellen des Anschlages für die Mitnehmerklinke 10 um dadurch die Umkehrung der Richtung der jahreszeitlichen Nachführbewegung Ra zu erreichen.
Die Erfindung schließt eine unterschiedliche Lagerung der Gewindespindel 6, z.B. parallel zur Achse D der tageszeitlichen Nachführung Rd, nicht aus (Fig. 6. 7); dabei bietet sich die Möglichkeit die Gewindespindel 6 selbst, über davon radial abstehende Flügel 7 oder über eine Verzahnung und mittels einer oder mehrerer Mitnehmerklinken 10, in Drehung 6m zu versetzen wobei eine Verschiebung 7b der Schraubenmutter 7 erzielt wird welche mechanisch oder hydraulisch auf den Kollektor P oder auf dessen Rahmen übertragen werden kann. Weiters kann erfindungsgemäß die Mitnehmerklinke 10 durch einen feststehenden Mitnehmer ersetzt werden welcher auf einen Zahnkranz oder einen Flügelkranz, bzw. einen Kranz mit radialen Vorsprüngen, wirkt wobei zwischen dem besagten Kranz und der Gewindespindel ein Freilaufmechanismus mit Umschaltung der Freilaufrichtung vorgesehen ist.
Die obgenannte Ausführungsform ist beispielhaft in den Fig. 6 und 7 dargestellt. Mittels am Boden 1 verankerter Standbeine 12, 12a, 12b ist eine Halterungsstruktur 12d, 12c mit Lagerzapfen 15a befestigt. Die Achse D des Lagerzapfens 15a ist parallel zur Erdachse ausgerichtet, an diesem Zapfen 15a ist ein speichenradförmiger Rahmen bestehend aus einem äußeren Ringprofil 20 mit Umfangsrille 20a und Speichen 20b drehbar Rd gelagert. Das Ringprofil 20 läuft auf, bzw. zwischen, am T-förmigen Rahmen 12c, 12d vorgesehenen Laufrollen 15. Für den Antrieb des speichenradförmigen Rahmens 20, 20b können die Rollen 15 genutzt werden oder es kann ein Antrieb über eine in der Rille 20a greifende Kette (Riemen, Kabel) erfolgen. Die Drehung Rd ist die tageszeitliche Nachführung für den Kollektor P weicher an zwei zueinander parallelen vom Speichenradrahmen 20, 20b parallel zur Achse D abstehenden Armen 20c in Lager 13g um die Achse A schwenkbar Ra gelagert ist. Die Schwenkbewegung Ra ist die jahreszeitliche Nachführbewegung für den Kollektor P; diese Bewegung erfolgt in Ableitung von der tageszeitlichen Nachführung Rd über einen Gewindespindel/Schraubenmutter - Mechanismus 6, 7a. An einer der Speichen 20b des speichenradförmigen Rahmens 20, 20b ist, wesentlich parallel zur Drehachse D die Gewindespindel 6 drehbar 6m mittels dem Winkelarm 21 , 22 gelagert. Das dem Boden 1 zugekehrte Ende der Gewindespindel 6 ist mit einem Flügelrad 7 versehen an welchem eine Mitnehmerklinker 10 wirkt welche am feststehenden Rahmen 12d aufgebaut ist so dass bei jeder tageszeitlichen Nachführbewegung Rd das Flügelrad 7 an der Klinke 10 vorbeigeführt wird um eine Verdrehung 6m des Flügelrades 7 und somit der Gewindespindel 6 zu erreichen. Die Schraubenmutter 7a ist am, vom Kollektorrahmen abstehenden Arm 19 in Längsschlitzen begrenzt verschiebbar aber nicht verdrehbar gelagert. Bei Drehung 6m der Gewindespindel 6 erfolgt somit eine Längsverstellung 7b der Schraubenmutter 7a und somit eine Schwenkung Rb des Armes 19 um die Achse A, was eine Schwenkung Ra des Kollektors P und somit die jahreszeitliche Nachführung Tag für Tag bewirkt. Natürlich muss auch an diesem Ausführungsbeispiel jeweils am Tag der Winter- und der Sommersonnwende die Wirkungsrichtung der Klinke 10 umgekehrt werden.
Die erfindungsgemäße Nachführvorrichtung ermöglicht die einfache mechanische Verbindung, mittels mechanischer Übertragungselemente wie Kabel, Ketten, Riemen, der Lagerzapfen 5a, bzw der speichenradförmigen Rahmen 20, 20b, mehrerer mit Kollektoren P oder Gruppen von Kollektoren versehener Hauptrahmen, um auf einfache Weise für alle verbundenen
Nachführvorrichtungen, mittels einem einzigen Motor, die synchronisierte Nachführung gemäß beider Achsen D und A der Nachführbewegungen zu erreichen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Nachführvorrichtung für Sonnenkollektoren (P) bestehend aus einem feststehendem Rahmen an welchem ein schwenkbarer Hauptrahmen mit zur Erdachse parallel angeordneter Achse (D) für die tageszeitliche
Nachführbewegung (Rd) gelagert ist und an welchem der Kollektor (P) oder dessen Rahmen mit der Achse (A) der jahreszeitlichen Nachführbewegung (Ra) in einem Winkel von 90° zur Achse (D) der tageszeitlichen Nachführbewegung (Rd) gelagert ist, wobei die jahreszeitliche Nachführbewegung (Ra) in Ableitung der tageszeitlichen
Nachführbewegung (Rd) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragung und Umwandlung der tageszeitlichen Nachführbewegung (Rd), in Bezug auf die feststehende verankerte Struktur (2, 2a, 2b, 2c / 12, 12a, 12b, 12c, 12d) der Vorrichtung, über einen Gewindespindelmechanismus (6) mit Schraubenmutter (7a) erfolgt welcher zwischen dem Hauptrahmen (3a, 3b, 3c / 20, 20b, 20c) mit Lagerung (2d, 2e / 15b) zwecks Ausführung der tageszeitlichen Nachführbewegung (Rd) und dem Kollektor (P) oder den Kollektoren, deren Rahmen schwenkbar (Ra) am besagten Hauptrahmen gelagert ist, wirkt, dass die Gewindespindel (6) am Hauptrahmen gelagert ist und dass der Antrieb des
Gewindespindel/Schraubenmutter-Mechanismus (6, 7a) über eine Mitnehmerklinke (10) erfolgt welche direkt oder indirekt an der feststehenden verankerten Struktur ( 2, 2a, 2b, 2c / 12, 12a, 12b, 12c, 12d) schwenkbar gelagert ist und während des Durchlaufs des Gewindespindel/Schraubenmutter-Mechanismus (6, 7a) in eine Richtung, mit Möglichkeit der Umkehrung der Wirkungsrichtung, wirkt.
2. Nachführvorrichtung gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindespindel (6) axial verschiebbar (6s) am Hauptrahmen in einer wesentlich orthogonal zur Achse (A) der jahreszeitlichen
Nachführbewegung (Ra) des Kollektors (P)oder des betreffenden Rahmens für Kollektoren gelagert (6a, 6c) ist, wobei das Ende der Spindel welches gegen die Rückseite des besagten Kollektors (P) oder dessen Rahmens gerichtet ist, am Kollektor (P) oder an dessen Rahmen mittels einem Element (6b) mit Langlöchern oder Längsrillen, so angelenkt ist, dass diese nicht drehbar aber begrenzt, wesentlich in Richtung parallel zur Drehachse (D) der tageszeitlichen Nachführungsbewegung (Rd), verschiebbar (6s) ist und dass die mit radialen Flügeln (7) oder Vorsprüngen versehene Schraubenmutter (7a) an der Gewindespindel (6) zwischen zwei feststehenden Anschlägen in Position gehalten wird damit, durch die Drehung (6r) der Schraubenmutter (7a) mit den radialen Flügeln (7) oder Vorsprüngen mittels einer am feststehenden Rahmen vorgesehener
Mitnehmerklinke (10), die axiale Verschiebung (6s) der Spindel (6) welche die jahreszeitliche Nachführbewegung (Ra) des Kollektors (P) bewirkt, erfolgt.
3. Nachführvorrichtung gemäß dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindespindel (6) wesentlich parallel zur Achse (D) der tageszeitlichen Nachführbewegung (Rd) drehbar (6m) am Hauptrahmen (20, 20a, 2Ob1 20c) gelagert ist, dass diese mit einer Krone radialer Flügel (7) oder Vorsprünge versehen ist auf welche eine an der feststehenden verankerten Struktur (12, 12a, 12b, 12c, 12d) gelagerte Mitnehmerklinke
(10) wirkt, dass die Schraubenmutter (7a) welche an der Gewindespindel (6) vorgesehen ist am Hauptrahmen des Kollektors (P) axial verschiebbar (7b) aber nicht verdrehbar geführt ist um durch die Drehung der Spindel (6) die axiale Verschiebung (7b) der Schraubenmutter (7a), welche mechanisch mit dem Kollektor (P) oder mit dessen Rahme verbunden ist, zu bewirken damit dieser die jahreszeitliche Nachführbewegung (Ra) ausführt.
4. Nachführvorrichtung gemäß Anspruch 1 und einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mitnehmerklinke (10) die Form eines
Zahnes oder eines feststehenden Anschlages hat oder durch eine Zahnstange ersetzt ist und dass die Schraubenmutter (7a), bzw, die Gewindespindel (6) mit einer Krone radialer Flügel (7), Vorsprünge oder Zähne ausgestattet ist welche mit einem Freilaufmechanismus mit der Möglichkeit der Umschaltung der Freilaufrichtung ausgestattet ist.
5. Nachführvorrichtung gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die
Antriebsgruppe der Nachführvorrichtung eine einzige für beide Nachführbewegungen (Rd, Ra) ist und direkt auf den speichenradförmigen Hauptrahmen (20, 20b), bzw. auf einen der Lagerzapfen (5a, 5b) des Hauptrahmens (3a, 3b, 3c, 3e, 3f) mit Drehachse (D) parallel zur Erdachse wirkt und dass mehrere Nachführvorrichtungen über bekannte Bewegungs-
Übertragungsorgane verbindbar sind wodurch die synchrone Nachführung der Kollektoren (P) über eine einzige Antriebsgruppe erfolgt.
6. Nachführvorrichtung gemäß den Ansprüchen 1 , 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Verschiebung (6s) der Gewindespindel (6), bzw. die axiale Verschiebung (7b) der Schraubenmutter (7a), auf einen Hydraulikzylinder wirkt welcher hydraulisch mit einem zweiten Zylinder verbunden ist welcher auf den Kollektor (P) oder auf dessen Rahmen wirkt damit dieser die jahreszeitliche Nachführbewegung (Ra) ausführt.
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