WO2013087695A1 - Schwenkvorrichtung und heliostat - Google Patents

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WO2013087695A1
WO2013087695A1 PCT/EP2012/075232 EP2012075232W WO2013087695A1 WO 2013087695 A1 WO2013087695 A1 WO 2013087695A1 EP 2012075232 W EP2012075232 W EP 2012075232W WO 2013087695 A1 WO2013087695 A1 WO 2013087695A1
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pivotable
pivoting
coupling element
primary
axis
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PCT/EP2012/075232
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English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas Pfahl
Original Assignee
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S23/00—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors
    • F24S23/70—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors with reflectors
    • F24S23/77—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors with reflectors with flat reflective plates
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S25/00—Arrangement of stationary mountings or supports for solar heat collector modules
    • F24S25/10—Arrangement of stationary mountings or supports for solar heat collector modules extending in directions away from a supporting surface
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • 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
    • F24S30/455—Horizontal primary axis
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S30/00—Arrangements for moving or orienting solar heat collector modules
    • F24S2030/10—Special components
    • F24S2030/14—Movement guiding means
    • 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

  • Pivoting device and heliostat The present invention relates to a pivoting device which comprises a supporting device, a pivoting element and a pivoting unit.
  • the pivotable element is pivotable relative to the support device about a primary axis and about a secondary axis.
  • the support device comprises a substantially vertically oriented support member, on whose upper end in the vertical direction, the pivotable element is pivotally mounted.
  • pivotable element is pivotally mounted at the upper end of the support member about a vertically oriented, solid in operation of the pivoting device primary axis.
  • the present invention has for its object to provide a pivoting device of the type mentioned, which is sturdy and allows a spatial orientation of the pivotable element with high accuracy.
  • the pivoting unit for pivoting the pivotable element to the primary axis comprises a primary coupling element, which is formed substantially semi-annular, and in that the primary axis is aligned substantially horizontally and spatially fixed.
  • pivoting and “pivoting” is meant in this description and the appended claims a movement about a point or an axis.
  • a pivoting movement can also be a rotary movement.
  • a "fixed axis” in this specification and the appended claims is to be understood to mean an axis whose orientation in space remains unchanged during an actuation of the swivel device, in particular when the swivel element is pivoted.
  • the primary axis is preferably fixed in space, while the secondary axis is preferably not fixed in space.
  • a "semi-annular" element in this description and the appended claims is to be understood in particular as an element which has a substantially annular section-shaped cross-section and / or a substantially circular-segment-shaped contour, in particular at least approximately a semicircular cross-section and / or a substantially semicircular contour having.
  • the support element is formed substantially cylindrical.
  • the support element is designed as a pylon, as a pedestal and / or as a pillar.
  • the support member may be formed, for example, substantially circular cylindrical or cylindrical with a rectangular, in particular square, base.
  • the support element has a framework structure.
  • the support element has a substantially closed lateral surface.
  • the main load preferably the entire load of the pivotable element, carries at least one coupling element, at least one drive unit and / or at least one guide device and / or receives during operation of the pivoting device occurring moments and / or transmits.
  • the support element extends from a connection point at which the pivotable element is arranged on the support element, except for a substrate on which the pivoting device is arranged. It can be advantageous if the pivoting unit for pivoting the pivotable element about the secondary axis comprises a secondary coupling element, which is formed substantially semi-annular.
  • the secondary coupling element is preferably guided on the primary coupling element.
  • a diameter of the primary coupling element is preferably at least about 50%, more preferably at least about 75%, for example at least about 90%, of a total length or overall width of the pivotable element.
  • a diameter of the secondary coupling element is preferably at least about 50%, more preferably at least about 75%, for example at least about 90%, of a total length or overall width of the pivotable element.
  • the pivoting unit preferably comprises at least one drive unit, which can be coupled or coupled to drive the pivotable element with at least one coupling element.
  • the pivoting unit comprises a primary drive unit, which can be coupled or coupled to drive the pivotable element with the primary coupling element. Furthermore, it can be provided that the pivoting unit comprises a secondary drive unit which can be coupled or coupled to drive the pivotable element with the secondary coupling element.
  • At least one drive unit is preferably arranged on the support element.
  • At least one drive unit is arranged on a coupling element. It may be favorable if a primary drive unit, which for
  • Pivoting the pivotable element can be coupled or coupled to the primary coupling element to the primary coupling element, arranged on the support element and / or fixed immovably relative to the support element.
  • the primary drive unit is preferably the primary coupling element, in particular together with the pivotable element, relative to the support member movable, in particular pivotable.
  • the primary coupling element, the secondary coupling element and / or the secondary drive unit are preferably pivotable about the primary axis when the pivotable element is pivoted about the primary axis together with the pivotable element. Furthermore, it can be provided that the secondary coupling element is pivotable about the secondary axis when the pivotable element is pivoted about the secondary axis together with the pivotable element. In one embodiment of the invention, it is provided that a secondary drive unit, which is coupled or coupled to pivot the pivotable element about the secondary axis with the secondary coupling element, arranged on the primary coupling element and / or immovably fixed relative to the primary coupling element.
  • the secondary coupling element is preferably movable relative to the primary coupling element, in particular pivotable.
  • the pivoting device preferably comprises at least one guide device for guiding and / or supporting at least one coupling element, for example on the support element.
  • At least one guide device preferably extends at least in sections at least approximately along at least one coupling element. In this way, deformation of the at least one coupling element can be effectively prevented.
  • At least one guide device is preferably arranged on the support element.
  • the guide device can be made particularly stable, so that an undesired deformation of the at least one coupling element during operation of the pivoting device can be effectively counteracted.
  • At least one guide device at least partially surrounds at least one coupling element at least partially.
  • at least one guide device for this purpose has a substantially U-shaped cross section.
  • At least one guide device is arranged on an inner side of the coupling element facing the center of the circle of a coupling element.
  • the primary axis and the secondary axis intersect at least approximately.
  • the primary axis and the secondary axis are aligned at least approximately orthogonal to one another.
  • a plane along which the primary coupling element extends is preferably fixed in space.
  • a plane along which the secondary coupling element extends is preferably rotatable together with the secondary coupling element about the primary axis.
  • a plane along which a coupling element extends for pivoting the pivotable element is arranged offset parallel to a center plane of the pivotable element.
  • a center plane of the pivotable element is aligned in particular perpendicular to the primary axis or perpendicular to the secondary axis and extends through the geometric center and / or the center of gravity of the pivotable element.
  • a median plane of the pivotable element is substantially perpendicular to a reflection surface of a pivotable element designed as a reflection element.
  • At least one plane, along which a coupling element extends for pivoting the pivotable element is at least approximately 10%, preferably at least approximately 25%, in particular approximately 35% (approximately fl 14) (square root of FIG. / 4), the total length or total width of the pivotable element is offset parallel to the median plane of the pivotable element.
  • a plane along which a coupling element extends for pivoting the pivotable element is at least approximately identical to a median plane of the pivotable element.
  • At least one coupling element for coupling the same having at least one drive element of a drive unit has a toothing and / or a guide for the drive element.
  • At least one drive unit is designed as a gear drive.
  • At least one coupling element can then be designed, for example, as a wheel rim or as a section of a toothed wheel.
  • At least one drive element of at least one drive unit can be designed as a gear, which can be brought into engagement with the at least one coupling element.
  • at least one drive element is designed as a chain which can be driven by means of a pinion of the drive unit. The chain is then preferably arranged on the at least one coupling element and in particular guided and / or held on teeth of a coupling element.
  • At least one drive unit is designed as a cable drive.
  • a drive unit may comprise a winch.
  • At least one drive unit comprises a traction sheave, by means of which a drive element, which is designed, for example, as a cable, can be driven.
  • a traction sheave may be formed, for example, as a drum with a spiral groove.
  • a drive unit is arranged below the pivotable element, in particular below a surface of a pivotable element designed as a reflection element, designed as a reflection surface.
  • at least one cable winch is arranged on a lower region of the support element in the vertical direction.
  • An example designed as a rope drive element is then preferably guided over the support member and / or the coupling elements.
  • at least one coupling element and / or the support element is provided with sliding elements, for example with sliding blocks.
  • the pivotable element, at least one coupling element and / or at least one drive unit together have a center of mass, which is substantially fixed in space when pivoting the pivotable element about the primary axis and / or about the secondary axis. It may be favorable if the pivotable element, at least one coupling element and / or at least one drive unit together have a center of gravity, which is arranged at least approximately on the primary axis and / or at least approximately on the secondary axis. In particular, it can be provided that the center of gravity is arranged at least approximately centrally on the primary axis and / or at least approximately centrally on the secondary axis.
  • pivotable element, at least one coupling element and / or at least one drive unit together have a center of gravity, which is arranged in the region of the shortest distance between the primary axis and the secondary axis, that is on the common or the minimum transverse, when the primary axis and the secondary axis are skewed.
  • the pivoting device preferably comprises a control device for controlling and / or regulating a spatial orientation of the pivotable element, in particular for the spatial orientation of the pivotable element relative to the support element.
  • a control device for controlling and / or regulating a spatial orientation of the pivotable element, in particular for the spatial orientation of the pivotable element relative to the support element.
  • the spatial orientation of the pivotable element in dependence on a location, in particular an absolute location on the earth and / or a relative location relative to a fixed element, such as a radiation receiver, and / or a time of day and / or a time controllable and / or controllable during the year.
  • the swiveling device comprises an energy source and / or an energy store for providing energy for at least one drive unit.
  • the pivoting device can be operated substantially autonomous or self-sufficient.
  • a spatial orientation of the pivotable element can be set automatically, in particular autonomously or autonomously.
  • the swivel device comprises an energy source and / or an energy store for providing electrical energy for at least one electrically operated drive unit, preferably for all electrically operated components of the swivel device.
  • An energy source may include, for example, a solar cell.
  • An energy store can be designed, for example, as a battery device.
  • the swivel device is particularly suitable for use as
  • the invention further relates to a heliostat comprising a pivoting device according to the invention.
  • the heliostat according to the invention preferably has the features and / or advantages described in connection with the swivel device according to the invention.
  • the pivoting device is designed as a heliostat.
  • the pivotable element is then preferably a reflection element for reflecting solar radiation.
  • the pivoting device according to the invention is particularly suitable in combination with many other substantially identical pivoting devices for forming a heliostat field.
  • a heliostat field can be used in particular in a solar power plant, for example in a solar thermal power plant.
  • the swivel device according to the invention can have one or more of the features and / or advantages described below:
  • At least one coupling element is preferably designed as a wheel rim.
  • At least one coupling element preferably has a framework structure. In this way, a particularly stable trained coupling element can be provided.
  • At least one coupling element is supported by means of a support element fixedly and / or displaceably on a further coupling element, on the support element and / or on the pivotable element.
  • At least one coupling element is designed as a wheel rim and at least one drive element of a drive unit as a chain, it can be provided that the chain is arranged and / or guided on an outer side of the coupling element facing away from the circle center of the coupling element.
  • At least one drive unit may comprise a self-locking transmission. In this way, an automatic locking of the pivotable element can be made possible.
  • At least one coupling element preferably serves as a counterweight to the pivotable element, so that a common center of gravity of the at least one coupling element and the pivotable element is arranged at least approximately in the region of at least one pivot axis (primary axis and / or secondary axis) of the pivotable element.
  • At least one drive device preferably comprises a spring-mounted drive element. In this way, a tolerance compensation can be made possible during a movement of the coupling element, in particular during a deformation of the coupling element.
  • An interface between the primary coupling element and the secondary coupling element, on which preferably a drive unit is arranged for driving the secondary coupling element, is preferably pivoted about the primary axis during a pivoting movement of the pivotable element together with the pivotable element.
  • a reflection surface of the pivotable element of the pivoting device is preferably tracked biaxially, that is adapted to the current position of the sun.
  • Heliostats are needed especially for solar tower power plants.
  • the exact tracking of the heliostats allows an increase in efficiency of the tower power plants.
  • At least one coupling element allows the recording of moments, in particular torques, which act by wind loads and gravity on the connection between the pivotable element and the support member. Characterized in that by means of at least one coupling element moments are absorbed, bearings and drives of the pivoting device can be relieved. Furthermore, this allows a greater precision can be achieved with less material use.
  • the pivoting device has a Radkranzantrieb, by means of which the pivotable element in an angular range of at least about 90 ° about the primary axis is pivotable.
  • the pivotable element preferably by means of a Radkranzantriebs, pivotable by at least about 120 °.
  • At least one coupling element is arranged pivotably on the pivotable element.
  • the primary coupling element is arranged pivotably on the pivotable element.
  • At least one coupling element is fixed and not pivotally connected to the pivotable element.
  • the secondary coupling element is fixed and not pivotally connected to the pivotable element.
  • a serving as a reflection surface surface of the pivotable element for example, relative to a plane along which a coupling element, for example, the primary coupling element extends, is pivotable.
  • At least one guide element for guiding and / or supporting at least one coupling element is preferably fixed in space, for example on a substrate, in particular on a foundation, or on the support element.
  • At least one guide element has a framework structure and / or by means of at least one strut, for example is supported against the support element and / or a substrate (foundation).
  • the pivotable element is relative to the support member in at least one position, for example in a safety position, which is also referred to as Stow position locked.
  • coupling elements formed as wheel rims can preferably be brought into engagement, in particular locked, with a stationary object, for example with the support element or a foundation, in order to relieve the drives.
  • the pivoting device has at least one strut for stiffening.
  • at least one strut is arranged between an apex of a coupling element, for example of the primary coupling element, and the pivotable element in order to stiffen the pivotable element.
  • a load of the drive unit can be achieved in comparison to a construction of a pivoting device with a central arrangement of the drive units.
  • at least one drive unit can be completely relieved in a safety position of the pivotable element simply by means of a separate locking device.
  • the effect of gearing on the optical quality of the pivoting device can preferably be many times lower, so that considerably more cost-effective drive units can be used.
  • these moments may preferably various points, in particular on outer sides of the pivotable element, are introduced via the coupling elements in the support element just above the ground (foundation).
  • the drive units, the bearings, a mirror support and / or the support element are relieved above the connecting parts between the at least one coupling element, in particular the primary coupling element, on the one hand and the support element on the other hand, and can thereby be carried out inexpensively.
  • at least one coupling element forms a counterweight to the pivotable element, in particular a mirror surface of the pivotable element.
  • the lever arm of the mirror surface and / or the diameter and / or the weight of the coupling elements, in particular of the coupling elements designed as wheel rims, are preferably selected such that the center of gravity of the moving parts lies at the crossing point or at least near a crossing point of the pivot axes.
  • the drive units therefore preferably do not have to work against gravity, so that the energy consumption can be reduced.
  • low energy consumption is particularly advantageous.
  • the swivel device according to the invention preferably has a high proportion of simple components, so that, in particular in developing countries, a high intrinsic content of the production of the swivel device can be realized.
  • the accuracy requirements of the coupling elements are preferably relatively low.
  • the coupling elements are thereby preferably inexpensive to produce.
  • a locking of a coupling element in a safety position of the pivotable element can be done for example by means of a bolt, which is preferably introduced into a suitable bore for this purpose.
  • a positive connection can be provided for locking.
  • Such a positive locking can be provided, for example, for locking the primary coupling element to the support element and / or for locking the secondary coupling element to the primary coupling element.
  • an actuator is provided for locking the primary coupling element on the support element and / or for locking the secondary coupling element to the primary coupling element.
  • the secondary coupling element is arranged eccentrically.
  • a pivoting range about the secondary axis for example to at least approximately 110 °, can be increased, so that preferably all required mirror inclinations can be achieved.
  • the pivoting device according to the invention preferably allows a cost reduction over conventional heliostats by about 30%.
  • Figure 1 is a schematic side view of a pivoting device which comprises a pivotable about a primary axis and a secondary axis element, wherein the pivotable element is arranged in a position in which a reflection surface of the pivotable
  • FIG. 2 shows a schematic illustration corresponding to FIG
  • Pivoting device wherein the pivotable element is pivoted about 45 ° about the primary axis
  • FIG. 3 is a schematic representation corresponding to FIG.
  • Pivoting device wherein the pivotable element is pivoted by 90 ° about the primary axis, so that the reflection surface of the pivotable element is substantially horizontally aligned and arranged in a safety position;
  • FIG. 4 shows a schematic illustration corresponding to FIG
  • Pivoting device wherein the pivotable element is arranged relative to the pivoting area about the primary axis in one of the stop position opposite the stop position shown in Figure 1;
  • FIG. 5 is a schematic plan view from the rear of the pivoting device of Figure 1, viewed along the arrow 5 in Figure 1;
  • FIG. 6 shows a schematic illustration corresponding to FIG
  • Pivoting device wherein the pivotable element is arranged from a horizontal safety position by about 45 ° about the primary axis and additionally with respect to the pivoting area about the secondary axis in a stop position;
  • FIG. 7 is a schematic representation corresponding to FIG.
  • Pivoting device wherein the secondary axis is oriented horizontally and the pivoting element is arranged according to the arrangement shown in Figure 6 with respect to the pivoting area about the secondary axis in a stop position;
  • Figure 8 is a schematic plan view of a rear side of the pivoting device, wherein the reflection surface of the pivotable element according to 3 is horizontally aligned with the view in the direction of arrow 8 in Figure 3.
  • a pivoting device is configured as a heliostat 102.
  • the pivoting device 100 comprises a support device 104 on which a pivotable element 106 is pivotably arranged.
  • the support device 104 comprises a support element 108, which is at least approximately cylindrical.
  • the support member 108 forms a pylon or pedestal of the pivoting device 100.
  • a pivot unit 114 of the pivoting device 100 is arranged, by means of which the pivotable member 106 is pivotable relative to the support member 108.
  • the pivot unit 114 comprises a primary hinge 116, by means of which the pivotable element 106 is arranged on the support element 108 and is pivotable about a primary axis 118.
  • the primary axis 118 is spatially fixed, that is to say that the orientation of the primary axis 118 does not change during a movement of the pivotable element 106.
  • the primary axis 118 is oriented substantially horizontally.
  • the pivoting unit 114 comprises a secondary hinge 120, by means of which the pivotable element 106 is arranged on the support element 108 and is pivotable about a secondary axis 122.
  • the pivotable element 106 is directly connected to the secondary hinge 120.
  • the secondary hinge 120 is directly connected to the primary hinge 116.
  • the primary hinge 116 is directly connected to the support 104.
  • Secondary axis 122 is pivotable about the primary axis 118 during a movement of the pivotable element 106 about the primary axis 118 together with the pivotable element 106 and thus not fixed in space.
  • the primary axis 118 and the secondary axis 122 are skewed. However, it may also be provided that the primary axis 118 and the secondary axis 122 intersect.
  • the secondary axis 122 is preferably always in a (not shown) plane, which is aligned perpendicular to the primary axis 118.
  • the pivoting unit 114 of the pivoting device 100 comprises two coupling elements 124, which can be coupled to two drive units 126 of the pivoting unit 114.
  • the pivoting unit 114 comprises a primary coupling element 128, which can be coupled to a primary drive unit 130.
  • pivoting unit 114 comprises a secondary coupling element 132, which can be coupled to a secondary drive unit 134.
  • the coupling elements 124 that is to say the primary coupling element 128 and the secondary coupling element 132, are designed in a substantially semi-annular manner. det and have in particular at least partially a substantially semi-circular cross-section.
  • a circle center 136 of the primary coupling element 128 lies on the primary axis 118.
  • a circle center 138 of the secondary coupling element 132 rests on the secondary axis 122.
  • the primary coupling element 128 is pivotally connected to the pivotable element 106 so that the pivotable element 106 is pivotable relative to the primary coupling element 128.
  • the pivotable element 106 is pivotable about the secondary axis 122 relative to the primary coupling element 128.
  • the secondary coupling element 132 is fixedly connected to the pivotable element 106 and protrudes from the rear side 140 substantially perpendicularly away from a rear face 140 of the pivotable element 106 opposite a rear surface 140 (to be described later) of the pivotable element 106.
  • the coupling elements 124 substantially semicircular elements are thus formed on the rear side 140 of the pivotable element 106.
  • the primary drive unit 130 for pivoting the primary coupling element 128 together with the pivotable element 106 about the primary axis 118 is fixed to the support element 108.
  • the primary drive unit 130 includes a drive member 142 which is engageable with the primary coupling member 128 for driving the same.
  • Both the drive element 142 and the primary coupling element 128 are provided, for example with a toothing.
  • the primary coupling element 128 is designed, for example, as a wheel rim, while the drive element 142 is designed, for example, as a toothed wheel.
  • the toothing of the primary coupling element 128 is preferably arranged on an outer side 144 of the primary coupling element 128 facing away from the circle center 136 of the primary coupling element 128.
  • the primary coupling element 128 provided with a toothing can be brought into engagement with a drive element 142 (not shown), the chain being engaged, for example by means of a ( not shown) pinion of the primary drive unit 130 is driven.
  • the secondary drive unit 134 for pivoting the pivotable element 106 about the secondary axis 122 is fixed to the outside 144 of the primary coupling element 128.
  • the secondary drive unit 134 and the secondary coupling element 132 can according to the comments to the primary drive unit 130 and the primary coupling element 128 also be provided with a toothing and a gear drive or with a chain drive.
  • the drive units 126 can be provided that one or both of the drive units 126 are formed as a winch drive. It can be provided that a drive cable is guided on an outer side 144 of the coupling elements 124 in order to be able to pivot the pivotable element 106.
  • the pivoting device 100 comprises a guide device 146, which extends on an inner side 148 of the primary coupling element 128, which side faces the circle center 136 of the primary coupling element 128 and lies opposite the outside 144.
  • the guide device 146 is fixed in particular to the support element 108 of the support device 104 and extends from the support element 108 along the inner side 148 of the primary coupling element 128.
  • a length of the guide device 146 depends in particular on the desired pivoting range about the primary axis 118.
  • the guide device 146 extends in a substantially circular section around the circle center 136 of the primary coupling element 128.
  • the guide device 146 extends, starting from the support element 108, in particular over approximately 3/16 of an entire circle around the circle center 136 of the primary coupling element 128.
  • the guide device 146 may be provided that the guide device 146, the primary coupling element 128 at least partially at least partially surrounds.
  • the guide device 146 limits a possible deflection movement of the primary coupling element 128 not only on its inner side 148, but also laterally, so that the primary coupling element 128 can not deform parallel to the primary axis 118 when it is loaded.
  • the guide device 126 is then formed, for example, as a channel and as such has a substantially U-shaped cross-section.
  • the primary coupling element 128 is preferably guided in the channel.
  • the pivoting device 100 comprises a control device 150, by means of which a pivoting movement of the pivotable element 106 can be controlled and / or regulated.
  • a control device 150 by means of which a pivoting movement of the pivotable element 106 can be controlled and / or regulated.
  • at least one drive unit 126 in particular the primary drive unit 130 and / or the secondary drive unit 134, can be controlled and / or regulated.
  • the pivoting device 100 further comprises a power source 152, which is designed, for example, as a solar cell and can supply the pivoting device 100 with electrical energy.
  • the swiveling device 100 preferably comprises an energy store 154, for example a battery device, by means of which electrical energy can be provided for the operation of the swiveling device 100.
  • an energy store 154 for example a battery device, by means of which electrical energy can be provided for the operation of the swiveling device 100.
  • the pivoting device 100 when designed as a heliostat 102, it can be provided that by means of the control device 150, an automatic adjustment of the orientation of the pivotable element 106 to the current position of the sun is feasible.
  • the pivotable element 106 is a reflection element 158, by means of which
  • the reflection element 158 comprises a reflection surface 160, which is a surface of the pivotable element 106 and can thus be spatially aligned by a pivoting of the pivotable element 106 about the primary axis 118 and / or the secondary axis 122. If the swivel device 100 is not in operation, for example, if there is no intentional reflection of sunlight, the pivotable element 106 of the swivel device 100 can be locked in the safety position shown in Figures 3 and 8.
  • (not shown) locking devices are provided, which for example provide a positive connection by means of bolts and / or have at least one actuator for locking.
  • the pivoting device 100 described above functions as follows:
  • the pivotable element 106 of the pivoting device 100 is arranged so that the reflection surface 160 is oriented substantially horizontally.
  • the pivotable element 106 is for this purpose locked relative to a pivoting area about the primary axis 118 in a horizontal position. Further, the pivotable member 106 is locked in a central position with respect to a pivoting area around the secondary axis 122.
  • the pivotable element 106 and thus the reflection surface 160 can be aligned spatially a default accordingly.
  • the pivotable element 106 is pivoted together with the primary coupling element 128 and / or the secondary coupling element 132 by means of the drive units 126.
  • the control of the drive units 126 is taken over by the control device 150, wherein the electrical energy required for this purpose is supplied externally or taken from the energy source 152 and / or the energy store 154.
  • the control device 150 is by suitable control of the
  • Drive units 126 set a predetermined orientation of the reflection surface 160.
  • the pivotable element 106 By means of the primary drive unit 130 and the primary coupling element 128, the pivotable element 106, starting from the safety position shown in Figures 3 and 8 in any position, for example by about 45 ° (see Figure 2), by about 90 ° (see Figures 1 and 5) and about -45 ° (see FIG. 4) to pivot the primary axis 118.
  • the pivotable element 106 can be pivoted into any position about the secondary axis 122. In particular, it can be brought from the illustrated in Figures 1 to 5 and 8 central position of the pivotable member 106 in the illustrated in Figures 6 and 7, 90 ° about the secondary axis 122 pivoted stop position.
  • the pivoting range of the pivotable element 106 about the primary axis 118 is, for example, as shown in Figures 1 and 4, for example, about 135 °.
  • the pivoting range of the pivotable element 106 about the secondary axis 122 is approximately 180 °, namely approximately 90 ° from the central position (see FIGS. 1 to 5 and 8) in each direction (see, for example, FIGS. 6 and 7).
  • the pivoting ranges can be limited depending on the application of the pivoting device 100.
  • the pivoting area about the secondary axis 122 is limited by stiffening struts or support struts additionally mounted between the secondary coupling element 132 and the back 140 of the pivotable element 106.
  • stiffening struts or support struts additionally mounted between the secondary coupling element 132 and the back 140 of the pivotable element 106.
  • a significant stiffening of the secondary coupling element 132 can be achieved in this way.
  • the pivoting device 100 includes a pivoting unit 114, which includes a substantially semi-annular primary coupling element 128 for pivoting the pivotable member 106 about the primary axis 118, the pivoting device 100 can be formed particularly stable and also allows a spatial orientation of the pivotable member 106th with high accuracy.

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Abstract

Die Erfindung beschreibt eine Schwenkvorrichtung (100), welche eine Stützvorrichtung (104), ein schwenkbares Element (106) und eine Schwenkeinheit (114) umfasst, mittels welcher das schwenkbare Element (106) relativ zu der Stützvorrichtung (104) um eine Primärachse (118) und um eine Sekundärachse (122) schwenkbar ist, wobei die Stützvorrichtung (104) ein im Wesentlichen vertikal ausgerichtetes Stützelement (108) umfasst, an dessen in vertikaler Richtung (110) oberen Ende (112) das schwenkbare Element (106) schwenkbar angeordnet ist. Um eine räumliche Ausrichtung des schwenkbaren Elements (106) mit hoher Genauigkeit zu ermöglichen, wird vorgeschlagen, - dass die Schwenkeinheit (114) zum Schwenken des schwenkbaren Elements (106) um die Primärachse (118) ein primäres Koppelelement (128) umfasst, welches im Wesentlichen halbringförmig ausgebildet ist, - dass die Schwenkeinheit (114) zum Schwenken des schwenkbaren Elements (106) um die Sekundärachse (122) ein sekundäres Koppelelement (132) umfasst, welches im Wesentlichen halbringförmig ausgebildet ist, und - dass die Primärachse (118) im Wesentlichen horizontal ausgerichtet und raumfest ist.

Description

Schwenkvorrichtung und Heliostat Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schwenkvorrichtung, welche eine Stützvorrichtung, ein schwenkbares Element und eine Schwenkeinheit umfasst. Mittels der Schwenkeinheit ist das schwenkbare Element relativ zu der Stützvorrichtung um eine Primärachse und um eine Sekundärachse schwenkbar. Die Stützvorrichtung umfasst ein im Wesentlichen vertikal ausgerichtetes Stützelement, an dessen in vertikaler Richtung oberen Ende das schwenkbare Element schwenkbar angeordnet ist.
Bei einer solchen Schwenkvorrichtung kann vorgesehen sein, dass das schwenkbare Element am oberen Ende des Stützelements um eine vertikal ausgerichtete, im Betrieb der Schwenkvorrichtung raumfeste Primärachse schwenkbar angeordnet ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schwenkvorrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, welche stabil ausgebildet ist und eine räumliche Ausrichtung des schwenkbaren Elements mit hoher Genauigkeit ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Schwenkeinheit zum Schwenken des schwenkbaren Elements um die Primärachse ein primäres Koppelelement umfasst, welches im Wesentlichen halbringförmig ausgebildet ist, und dadurch, dass die Primärachse im Wesentlichen horizontal ausgerichtet und raumfest ist.
Unter "schwenken" und "schwenkbar" ist in dieser Beschreibung und den bei- gefügten Ansprüchen eine Bewegung um einen Punkt oder eine Achse zu verstehen. Insbesondere kann eine Schwenkbewegung auch eine Drehbewegung sein. Unter einer "raumfesten Achse" ist in dieser Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen eine Achse zu verstehen, deren Ausrichtung im Raum bei einer Betätigung der Schwenkvorrichtung, insbesondere bei einem Schwenken des schwenkbaren Elements, unverändert bleibt.
Die Primärachse ist vorzugsweise raumfest, während die Sekundärachse vorzugsweise nicht raumfest ist.
Unter einem "halbringförmigen" Element ist in dieser Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen insbesondere ein Element zu verstehen, welches einen im Wesentlichen kreisringabschnittförmigen Querschnitt und/oder eine im Wesentlichen kreisringabschnittförmige Kontur aufweist, insbesondere zumindest näherungsweise einen halbkreisringförmigen Querschnitt und/oder eine im Wesentlichen halbkreisringförmige Kontur aufweist.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Stützelement im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildet ist.
Vorzugsweise ist das Stützelement als ein Pylon, als ein Standfuß und/oder als ein Pfeiler ausgebildet.
Das Stützelement kann beispielsweise im Wesentlichen kreiszylinderförmig oder zylinderförmig mit rechteckiger, insbesondere quadratischer, Grundfläche ausgebildet sein.
Vorteilhaft kann es sein, wenn das Stützelement eine Fachwerkstruktur aufweist.
Es kann vorgesehen sein, dass das Stützelement eine im Wesentlichen geschlossene Mantelfläche aufweist.
Günstig kann es sein, wenn das Stützelement im montierten Zustand der Schwenkvorrichtung die Hauptlast, vorzugsweise die gesamte Last, des schwenkbaren Elements, mindestens eines Koppelelements, mindestens einer Antriebseinheit und/oder mindestens einer Führungsvorrichtung trägt und/oder im Betrieb der Schwenkvorrichtung auftretende Momente aufnimmt und/oder überträgt.
Vorzugsweise erstreckt sich das Stützelement von einem Anbindungspunkt, an welchem das schwenkbare Element an dem Stützelement angeordnet ist, bis auf einen Untergrund, auf welchem die Schwenkvorrichtung angeordnet ist. Vorteilhaft kann es sein, wenn die Schwenkeinheit zum Schwenken des schwenkbaren Elements um die Sekundärachse ein sekundäres Koppelelement umfasst, welches im Wesentlichen halbringförmig ausgebildet ist.
Das sekundäre Koppelelement ist vorzugsweise an dem primären Koppel- element geführt.
Ein Kreismittelpunkt des primären Koppelelements, welcher einen Symmetriepunkt des primären Koppelelements bildet, liegt vorzugsweise auf der Primärachse.
Ein Durchmesser des primären Koppelelements beträgt vorzugsweise mindestens ungefähr 50%, insbesondere mindestens ungefähr 75%, beispielsweise mindestens ungefähr 90%, einer Gesamtlänge oder Gesamtbreite des schwenkbaren Elements.
Ein Kreismittelpunkt des sekundären Koppelelements, welcher einen Symmetriepunkt des sekundären Koppelelements bildet, liegt vorzugsweise auf der Sekundärachse. Ein Durchmesser des sekundären Koppelelements beträgt vorzugsweise mindestens ungefähr 50%, insbesondere mindestens ungefähr 75%, beispielsweise mindestens ungefähr 90%, einer Gesamtlänge oder Gesamtbreite des schwenkbaren Elements. Die Schwenkeinheit umfasst vorzugsweise mindestens eine Antriebseinheit, welche zum Antreiben des schwenkbaren Elements mit mindestens einem Koppelelement koppelbar oder gekoppelt ist.
Vorzugsweise umfasst die Schwenkeinheit eine primäre Antriebseinheit, welche zum Antreiben des schwenkbaren Elements mit dem primären Koppelelement koppelbar oder gekoppelt ist. Ferner kann vorgesehen sein, dass die Schwenkeinheit eine sekundäre Antriebseinheit umfasst, welche zum Antreiben des schwenkbaren Elements mit dem sekundären Koppelelement koppelbar oder gekoppelt ist.
Mindestens eine Antriebseinheit ist vorzugsweise an dem Stützelement ange- ordnet.
Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass mindestens eine Antriebseinheit an einem Koppelelement angeordnet ist. Günstig kann es sein, wenn eine primäre Antriebseinheit, welche zum
Schwenken des schwenkbaren Elements um die Primärachse mit dem primären Koppelelement koppelbar oder gekoppelt ist, an dem Stützelement angeordnet und/oder relativ zu dem Stützelement unbeweglich festgelegt ist. Mittels der primären Antriebseinheit ist vorzugsweise das primäre Koppelelement, insbesondere zusammen mit dem schwenkbaren Element, relativ zu dem Stützelement bewegbar, insbesondere schwenkbar.
Das primäre Koppelelement, das sekundäre Koppelelement und/oder die sekundäre Antriebseinheit sind vorzugsweise bei einem Schwenken des schwenkbaren Elements um die Primärachse zusammen mit dem schwenkbaren Element um die Primärachse schwenkbar. Ferner kann vorgesehen sein, dass das sekundäre Koppelelement bei einem Schwenken des schwenkbaren Elements um die Sekundärachse zusammen mit dem schwenkbaren Element um die Sekundärachse schwenkbar ist. Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine sekundäre Antriebseinheit, welche zum Schwenken des schwenkbaren Elements um die Sekundärachse mit dem sekundären Koppelelement koppelbar oder gekoppelt ist, an dem primären Koppelelement angeordnet und/oder relativ zu dem primären Koppelelement unbeweglich festgelegt ist.
Mittels der sekundären Antriebseinheit ist vorzugsweise das sekundäre Koppelelement relativ zu dem primären Koppelelement bewegbar, insbesondere schwenkbar. Die Schwenkvorrichtung umfasst vorzugsweise mindestens eine Führungsvorrichtung zum Führen und/oder Abstützen mindestens eines Koppelelements, beispielsweise an dem Stützelement.
Vorzugsweise erstreckt sich mindestens eine Führungsvorrichtung hierzu zu- mindest abschnittsweise zumindest näherungsweise längs mindestens eines Koppelelements. Auf diese Weise kann eine Verformung des mindestens einen Koppelelements wirksam verhindert werden.
Mindestens eine Führungsvorrichtung ist vorzugsweise an dem Stützelement angeordnet. Auf diese Weise kann die Führungsvorrichtung besonders stabil ausgebildet werden, so dass einer unerwünschten Verformung des mindestens einen Koppelelements im Betrieb der Schwenkvorrichtung wirksam entgegengewirkt werden kann.
Günstig kann es sein, wenn mindestens eine Führungsvorrichtung mindestens ein Koppelelement zumindest abschnittsweise zumindest teilweise umgibt. Beispielsweise weist mindestens eine Führungsvorrichtung hierzu einen im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt auf.
Ferner kann es günstig sein, wenn mindestens eine Führungsvorrichtung auf einer dem Kreismittelpunkt eines Koppelelements zugewandten Innenseite des Koppelelements angeordnet ist.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Primärachse und die Sekundärachse sich zumindest näherungsweise schneiden.
Günstig kann es sein, wenn die Primärachse und die Sekundärachse zumindest näherungsweise orthogonal zueinander ausgerichtet sind.
Günstig kann es sein, wenn Ebenen, längs welcher sich die Koppelelemente erstrecken, einander schneiden. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Ebenen, längs welcher sich die Koppelelemente erstrecken, zumindest näherungsweise orthogonal zueinander angeordnet sind.
Eine Ebene, längs welcher sich das primäre Koppelelement erstreckt, ist vor- zugsweise raumfest.
Eine Ebene, längs welcher sich das sekundäre Koppelelement erstreckt, ist vorzugsweise zusammen mit dem sekundären Koppelelement um die Primärachse drehbar.
Günstig kann es sein, wenn eine Ebene, längs welcher sich ein Koppelelement zum Schwenken des schwenkbaren Elements erstreckt, parallel versetzt zu einer Mittelebene des schwenkbaren Elements angeordnet ist. Eine Mittelebene des schwenkbaren Elements ist insbesondere senkrecht zur Primärachse oder senkrecht zur Sekundärachse ausgerichtet und verläuft durch den geometrischen Mittelpunkt und/oder den Massenschwerpunkt des schwenkbaren Elements. Insbesondere ist eine Mittelebene des schwenkbaren Elements im Wesentlichen senkrecht zu einer Reflexionsfläche eines als Reflexionselement ausgebildeten schwenkbaren Elements.
Günstig kann es sein, wenn mindestens eine Ebene, längs welcher sich ein Koppelelement zum Schwenken des schwenkbaren Elements erstreckt, um mindestens ungefähr 10%, vorzugsweise um mindestens ungefähr 25%, insbesondere um ungefähr 35% (ungefähr fl 14 ; (Quadratwurzel aus 2)/4), der Gesamtlänge oder Gesamtbreite des schwenkbaren Elements parallel zur Mittelebene des schwenkbaren Elements versetzt ist.
Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass eine Ebene, längs welcher sich ein Koppelelement zum Schwenken des schwenkbaren Ele- ments erstreckt, zumindest näherungsweise identisch mit einer Mittelebene des schwenkbaren Elements ist.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass mindestens ein Koppelelement zur Kopplung desselben mit mindestens einem Antriebselement einer Antriebseinheit eine Verzahnung und/oder eine Führung für das Antriebselement aufweist.
Günstig kann es sein, wenn mindestens eine Antriebseinheit als ein Zahnradantrieb ausgebildet ist. Mindestens ein Koppelelement kann dann beispiels- weise als ein Radkranz oder als ein Abschnitt eines Zahnrades ausgebildet sein.
Mindestens ein Antriebselement mindestens einer Antriebseinheit kann als ein Zahnrad ausgebildet sein, welches mit dem mindestens einen Koppelelement in Eingriff bringbar ist. Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass mindestens ein Antriebselement als eine Kette ausgebildet ist, welche mittels eines Ritzels der Antriebseinheit antreibbar ist. Die Kette ist dann vorzugsweise an dem mindestens einen Koppelelement angeordnet und insbesondere an Zähnen eines Koppelelements geführt und/oder gehalten.
Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass mindestens eine Antriebseinheit als ein Seilantrieb ausgebildet ist. Insbesondere kann eine Antriebseinheit eine Seilwinde umfassen.
Günstig kann es sein, wenn mindestens eine Antriebseinheit eine Treibscheibe umfasst, mittels welcher ein Antriebselement, welches beispielsweise als Seil ausgebildet ist, antreibbar ist. Eine Treibscheibe kann beispielsweise als eine Trommel mit spiralförmiger Nut ausgebildet sein.
Günstig kann es sein, wenn eine Antriebseinheit unterhalb des schwenkbaren Elements, insbesondere unterhalb einer als Reflexionsfläche ausgebildeten Oberfläche eines als Reflexionselement ausgebildeten schwenkbaren Elements, angeordnet ist. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass mindestens eine Seilwinde an einem in vertikaler Richtung unteren Bereich des Stützelements angeordnet ist. Ein beispielsweise als Seil ausgebildetes Antriebselement ist dann vorzugsweise über das Stützelement und/oder die Koppelelemente geführt. Zur Reduktion der Reibung zwischen dem Antriebselement und den übrigen Teilen der Schwenkvorrichtung, welche mit dem Antriebselement in Kontakt kommen, kann vorgesehen sein, dass mindestens ein Koppelelement und/oder das Stützelement mit Gleitelementen, beispielsweise mit Gleitsteinen, versehen ist.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das schwenkbare Element, mindestens ein Koppelelement und/oder mindestens eine Antriebseinheit gemeinsam einen Massenschwerpunkt aufweisen, welcher bei einem Schwenken des schwenkbaren Elements um die Primärachse und/oder um die Sekundärachse im Wesentlichen raumfest ist. Günstig kann es sein, wenn das schwenkbare Element, mindestens ein Koppelelement und/oder mindestens eine Antriebseinheit gemeinsam einen Massenschwerpunkt aufweisen, welcher zumindest näherungsweise auf der Primärachse und/oder zumindest näherungsweise auf der Sekundärachse angeordnet ist. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Massenschwerpunkt zumindest näherungsweise mittig auf der Primärachse und/oder zumindest näherungsweise mittig auf der Sekundärachse angeordnet ist. Günstig kann es sein, wenn das schwenkbare Element, mindestens ein Koppelelement und/oder mindestens eine Antriebseinheit gemeinsam einen Massenschwerpunkt aufweisen, welcher im Bereich des kürzesten Abstands zwischen der Primärachse und der Sekundärachse, das heißt auf dem Gemeinlot oder der Minimaltransversale, angeordnet ist, wenn die Primärachse und die Sekundärachse windschief sind.
Die Schwenkvorrichtung umfasst vorzugsweise eine Steuervorrichtung zur Steuerung und/oder Regelung einer räumlichen Ausrichtung des schwenkbaren Elements, insbesondere zur räumlichen Ausrichtung des schwenkbaren Ele- ments relativ zu dem Stützelement. Insbesondere ist mittels der Steuervorrichtung die räumliche Ausrichtung des schwenkbaren Elements in Abhängigkeit von einem Standort, insbesondere einem absoluten Standort auf der Erde und/oder einem relativen Standort relativ zu einem feststehenden Element, beispielsweise einem Strahlungsempfänger, und/oder einer Tageszeit und/oder eines Zeitpunkts im Jahr steuerbar und/oder regelbar.
Günstig kann es sein, wenn die Schwenkvorrichtung eine Energiequelle und/oder einen Energiespeicher zum Bereitstellen von Energie für mindestens eine Antriebseinheit umfasst.
Insbesondere dann, wenn die Schwenkvorrichtung eine Steuervorrichtung, eine Energiequelle und/oder einen Energiespeicher zum Bereitstellen von Energie für mindestens eine Antriebseinheit umfasst, kann die Schwenkvorrichtung im Wesentlichen autonom oder autark betrieben werden.
Insbesondere kann eine räumliche Ausrichtung des schwenkbaren Elements automatisch, insbesondere autonom oder autark, eingestellt werden.
Günstig kann es sein, wenn die Schwenkvorrichtung eine Energiequelle und/oder einen Energiespeicher zum Bereitstellen von elektrischer Energie für mindestens eine elektrisch betriebene Antriebseinheit, vorzugsweise für sämtliche elektrisch betriebenen Komponenten der Schwenkvorrichtung, umfasst.
Eine Energiequelle kann beispielsweise eine Solarzelle umfassen. Ein Energiespeicher kann beispielsweise als eine Batterievorrichtung ausgebildet sein.
Die Schwenkvorrichtung eignet sich insbesondere zur Verwendung als
Heliostat.
Die Erfindung betrifft ferner einen Heliostaten, welcher eine erfindungsgemäße Schwenkvorrichtung umfasst. Der erfindungsgemäße Heliostat weist vorzugsweise die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Schwenkvorrichtung beschriebenen Merkmale und/oder Vorteile auf.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Schwenkvorrichtung als ein Heliostat ausgebildet ist.
Das schwenkbare Element ist dann vorzugsweise ein Reflexionselement zum Reflektieren von Sonnenstrahlung. Die erfindungsgemäße Schwenkvorrichtung eignet sich insbesondere in Kombination mit vielen weiteren im Wesentlichen baugleichen Schwenkvorrichtungen zur Ausbildung eines Heliostatenfeldes. Ein solches Heliostatenfeld kann insbesondere in einem Solarkraftwerk, beispielsweise in einem solarthermischen Kraftwerk, Anwendung finden.
Ferner kann die erfindungsgemäße Schwenkvorrichtung einzelne oder mehrere der nachfolgend beschriebenen Merkmale und/oder Vorteile aufweisen :
Mindestens ein Koppelelement ist vorzugsweise als ein Radkranz ausgebildet.
Mindestens ein Koppelelement weist vorzugsweise eine Fachwerkstruktur auf. Auf diese Weise kann ein besonders stabil ausgebildetes Koppelelement bereitgestellt werden.
Günstig kann es sein, wenn mindestens ein Koppelelement mittels eines Abstützelements fest und/oder verschiebbar an einem weiteren Koppelelement, an dem Stützelement und/oder an dem schwenkbaren Element abgestützt ist.
Insbesondere dann, wenn mindestens ein Koppelelement als ein Radkranz und mindestens ein Antriebselement einer Antriebseinheit als eine Kette ausgebildet ist, kann vorgesehen sein, dass die Kette auf einer dem Kreismittelpunkt des Koppelelements abgewandten Außenseite des Koppelelements angeordnet und/oder geführt ist.
Mindestens eine Antriebseinheit kann ein selbsthemmendes Getriebe umfassen. Auf diese Weise kann eine automatische Arretierung des schwenk- baren Elements ermöglicht werden.
Mindestens ein Koppelelement dient vorzugsweise als ein Gegengewicht zu dem schwenkbaren Element, so dass ein gemeinsamer Massenschwerpunkt des mindestens einen Koppelelements und des schwenkbaren Elements zu- mindest näherungsweise im Bereich mindestens einer Schwenkachse (Primärachse und/oder Sekundärachse) des schwenkbaren Elements angeordnet ist. Mindestens eine Antriebsvorrichtung umfasst vorzugsweise ein federnd gelagertes Antriebselement. Auf diese Weise kann bei einer Bewegung des Koppelelements, insbesondere bei einer Deformation des Koppelelements, ein Toleranzausgleich ermöglicht werden.
Eine Schnittstelle zwischen dem primären Koppelelement und dem sekundären Koppelelement, an welcher vorzugsweise eine Antriebseinheit zum Antreiben des sekundären Koppelelements angeordnet ist, wird vorzugsweise bei einer Schwenkbewegung des schwenkbaren Elements zusammen mit dem schwenk- baren Element um die Primärachse verschwenkt.
Mittels einer als Heliostat ausgebildeten Schwenkvorrichtung kann Sonnenlicht auf eine Zielfläche reflektiert werden. Eine Reflexionsfläche des schwenkbaren Elements der Schwenkvorrichtung wird hierzu vorzugsweise zweiachsig nach- geführt, das heißt an den aktuellen Sonnenstand angepasst.
Heliostate werden insbesondere für solare Turmkraftwerke benötigt. Die genaue Nachführung der Heliostate ermöglicht dabei eine Effizienzsteigerung der Turmkraftwerke.
Vorzugsweise ermöglicht mindestens ein Koppelelement die Aufnahme von Momenten, insbesondere Drehmomenten, welche durch Windlasten und Gravitation auf die Verbindung zwischen dem schwenkbaren Element und dem Stützelement wirken. Dadurch, dass mittels mindestens eines Koppelelements Momente aufgenommen werden, können Lager und Antriebe der Schwenkvorrichtung entlastet werden. Ferner kann hierdurch eine größere Präzision bei geringerem Materialeinsatz erzielt werden.
Vorzugsweise weist die Schwenkvorrichtung einen Radkranzantrieb auf, mittels welchem das schwenkbare Element in einem Winkelbereich von mindestens ungefähr 90° um die Primärachse schwenkbar ist. Um die Sekundärachse ist das schwenkbare Element, vorzugsweise mittels eines Radkranzantriebs, um mindestens ungefähr 120° schwenkbar.
Günstig ist es, wenn mindestens ein Koppelelement schwenkbar an dem schwenkbaren Element angeordnet ist. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das primäre Koppelelement schwenkbar an dem schwenkbaren Element angeordnet ist.
Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass mindestens ein Koppelelement fest und nicht verschwenkbar mit dem schwenkbaren Element verbunden ist. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das sekundäre Koppelelement fest und nicht schwenkbar mit dem schwenkbaren Element verbunden ist. Vorteilhaft kann es sein, wenn eine beispielsweise als Reflexionsfläche dienende Oberfläche des schwenkbaren Elements relativ zu einer Ebene, längs welcher sich ein Koppelelement, beispielsweise das primäre Koppelelement, erstreckt, schwenkbar ist. Ferner kann vorgesehen sein, dass die Ausrichtung einer Oberfläche des schwenkbaren Elements, welche beispielsweise eine Reflexionsfläche des schwenkbaren Elements bildet, sich bei einer Betätigung der Schwenkvorrichtung, insbesondere bei einem Verschwenken des schwenkbaren Elements, relativ zu einer Ebene, längs welcher sich ein Koppelelement, beispielsweise das sekundäre Koppelelement, erstreckt, nicht verändert.
Mindestens ein Führungselement zur Führung und/oder Abstützung mindestens eines Koppelelements ist vorzugsweise raumfest, beispielsweise an einem Untergrund, insbesondere an einem Fundament, oder an dem Stütz- element, angeordnet.
Günstig kann es sein, wenn mindestens ein Führungselement eine Fachwerkstruktur aufweist und/oder mittels mindestens einer Strebe, beispielsweise gegen das Stützelement und/oder einen Untergrund (Fundament), abgestützt ist.
Vorzugsweise ist das schwenkbare Element relativ zu dem Stützelement in mindestens einer Stellung, beispielsweise in einer Sicherheitsstellung, welche auch als Stow-Position bezeichnet wird, arretierbar.
Vorzugsweise können hierzu als Radkränze ausgebildete Koppelelemente mit einem raumfesten Objekt, beispielsweise mit dem Stützelement oder einem Fundament, zur Entlastung der Antriebe in Eingriff gebracht, insbesondere arretiert, werden.
Günstig kann es sein, wenn die Schwenkvorrichtung mindestens eine Strebe zur Versteifung aufweist. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass min- destens eine Strebe zwischen einem Scheitelpunkt eines Koppelelements, beispielsweise des primären Koppelelements, und dem schwenkbaren Element angeordnet ist, um das schwenkbare Element zu versteifen.
Günstig kann es sein, wenn mindestens eine Antriebseinheit mit dem Radius mindestens eines Koppelelements als Hebelarm eventuell auftretende
Momente aufnehmen kann. Hierdurch kann eine Belastung der Antriebseinheit im Vergleich zu einer Bauweise einer Schwenkvorrichtung mit zentraler Anordnung der Antriebseinheiten erzielt werden. Vorzugsweise kann mindestens eine Antriebseinheit in einer Sicherheitsstellung des schwenkbaren Elements einfach mittels einer separaten Arretierungsvorrichtung ganz entlastet werden.
Durch die Verwendung mindestens eines Koppelelements kann vorzugsweise die Auswirkung von Getriebespiel auf die optische Qualität der Schwenkvorrichtung um ein Vielfaches geringer ausfallen, so dass erheblich kostengünsti- gere Antriebseinheiten verwendet werden können.
In der Sicherheitsstellung des schwenkbaren Elements, in welcher die höchsten Momente auftreten können, können diese Momente vorzugsweise an verschiedenen Stellen, insbesondere an Außenseiten des schwenkbaren Elements, über die Koppelelemente in das Stützelement kurz oberhalb des Untergrundes (Fundamentes) eingeleitet werden. Die Antriebseinheiten, die Lager, ein Spiegelträger und/oder das Stützelement werden hierzu oberhalb der Ver- bindungssteile zwischen dem mindestens einen Koppelelement, insbesondere dem primären Koppelelement, einerseits und dem Stützelement andererseits entlastet und können hierdurch vorzugsweise kostengünstig ausgeführt werden. Vorzugsweise bildet mindestens ein Koppelelement ein Gegengewicht zu dem schwenkbaren Element, insbesondere einer Spiegelfläche des schwenkbaren Elements. Der Hebelarm der Spiegelfläche und/oder der Durchmesser und/oder das Gewicht der Koppelelemente, insbesondere der als Radkränze ausgebildeten Koppelelemente, werden vorzugsweise so gewählt, dass der Schwerpunkt der bewegten Teile im Kreuzungspunkt oder zumindest nahe eines Kreuzungspunkts der Schwenkachsen liegt. Die Antriebseinheiten müssen hierdurch vorzugsweise nicht gegen die Gravitation arbeiten, so dass der Energieverbrauch reduziert werden kann. Insbesondere bei autonomen Heliostaten, bei welchen ein elektrischer Energiespeicher und/oder eine elekt- rische Energiequelle einen signifikanten Kostenfaktor darstellen kann, ist ein geringer Energieverbrauch besonders vorteilhaft.
Die erfindungsgemäße Schwenkvorrichtung weist vorzugsweise einen hohen Anteil einfacher Bauteile auf, so dass insbesondere in Entwicklungsländern ein hoher Eigenanteil an der Fertigung der Schwenkvorrichtung realisiert werden kann.
Aufgrund des hohen Hebelarmes bei den Koppelelementen sind die Genauigkeitsanforderungen an die Koppelelemente vorzugsweise relativ gering . Die Koppelelemente sind hierdurch vorzugsweise kostengünstig herstellbar.
Eine Arretierung eines Koppelelements in einer Sicherheitsstellung des schwenkbaren Elements kann beispielsweise mittels eines Bolzens erfolgen, welcher hierzu vorzugsweise in eine geeignete Bohrung einbringbar ist. Hierdurch kann eine formschlüssige Verbindung zur Arretierung vorgesehen sein. Eine solche formschlüssige Arretierung kann beispielsweise zur Arretierung des primären Koppelelements an dem Stützelement und/oder zur Arretierung des sekundären Koppelelements an dem primären Koppelelement vorgesehen sein.
Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass zur Arretierung des primären Koppelelements an dem Stützelement und/oder zur Arretierung des sekundären Koppelelements an dem primären Koppelelement ein Aktuator vorgesehen ist.
Vorzugsweise ist das sekundäre Koppelelement außermittig angeordnet. Hierdurch kann insbesondere ein Schwenkbereich um die Sekundärachse, bei- spielsweise auf mindestens ungefähr 110°, erhöht werden, so dass vorzugsweise alle erforderlichen Spiegelneigungen erreicht werden können.
Die erfindungsgemäße Schwenkvorrichtung ermöglicht vorzugsweise eine Kostenreduktion gegenüber herkömmlichen Heliostaten um ungefähr 30%.
Weitere bevorzugte Merkmale und/oder Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung eines Ausführungsbeispiels. In den Zeichnungen zeigen :
Figur 1 eine schematische Seitenansicht einer Schwenkvorrichtung, welche ein um eine Primärachse und eine Sekundärachse schwenkbares Element umfasst, wobei das schwenkbare Element in einer Stellung angeordnet ist, in welcher eine Reflexionsfläche des schwenkbaren
Elements vertikal ausgerichtet und bezüglich eines Schwenkbereichs um die Sekundärachse im Wesentlichen mittig angeordnet ist; Figur 2 eine der Figur 1 entsprechende schematische Darstellung der
Schwenkvorrichtung, wobei das schwenkbare Element um ungefähr 45° um die Primärachse verschwenkt ist;
Figur 3 eine der Figur 1 entsprechende schematische Darstellung der
Schwenkvorrichtung, wobei das schwenkbare Element um 90° um die Primärachse verschwenkt ist, so dass die Reflexionsfläche des schwenkbaren Elements im Wesentlichen horizontal ausgerichtet und in einer Sicherheitsstellung angeordnet ist;
Figur 4 eine der Figur 1 entsprechende schematische Darstellung der
Schwenkvorrichtung, wobei das schwenkbare Element bezogen auf den Schwenkbereich um die Primärachse in einer der in Figur 1 dargestellten Anschlagstellung gegenüberliegenden Anschlagstellung angeordnet ist;
Figur 5 eine schematische Draufsicht von hinten auf die Schwenkvorrichtung aus Figur 1, mit Blickrichtung längs des Pfeiles 5 in Figur 1; Figur 6 eine der Figur 2 entsprechende schematische Darstellung der
Schwenkvorrichtung, wobei das schwenkbare Element ausgehend von einer horizontalen Sicherheitsstellung um ungefähr 45° um die Primärachse und zusätzlich bezüglich des Schwenkbereichs um die Sekundärachse in einer Anschlagstellung angeordnet ist;
Figur 7 eine der Figur 3 entsprechende schematische Darstellung der
Schwenkvorrichtung, wobei die Sekundärachse horizontal ausgerichtet ist und das Schwenkelement entsprechend der in Figur 6 dargestellten Anordnung bezüglich des Schwenkbereichs um die Sekundär- achse in einer Anschlagstellung angeordnet ist; und
Figur 8 eine schematische Draufsicht auf eine Rückseite der Schwenkvorrichtung, wobei die Reflexionsfläche des schwenkbaren Elements gemäß der Darstellung in Figur 3 horizontal ausgerichtet ist, mit Blickrichtung in Richtung des Pfeiles 8 in Figur 3.
Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in sämtlichen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
Eine in den Figuren 1 bis 8 dargestellte, als Ganzes mit 100 bezeichnete Schwenkvorrichtung ist beispielsweise als ein Heliostat 102 ausgebildet. Die Schwenkvorrichtung 100 umfasst eine Stützvorrichtung 104 an welcher ein schwenkbares Element 106 schwenkbar angeordnet ist.
Die Stützvorrichtung 104 umfasst ein Stützelement 108, welches zumindest näherungsweise zylinderförmig ausgebildet ist. Das Stützelement 108 bildet einen Pylon oder Standfuß der Schwenkvorrichtung 100.
An einem in vertikaler Richtung 110 oberen Ende 112 des Stützelements 108 ist eine Schwenkeinheit 114 der Schwenkvorrichtung 100 angeordnet, mittels welcher das schwenkbare Element 106 relativ zu dem Stützelement 108 schwenkbar ist.
Die Schwenkeinheit 114 umfasst eine primäres Gelenk 116, mittels welchem das schwenkbare Element 106 an dem Stützelement 108 angeordnet und um eine Primärachse 118 schwenkbar ist.
Die Primärachse 118 ist raumfest angeordnet, das heißt, dass sich die Ausrichtung der Primärachse 118 bei einer Bewegung des schwenkbaren Elements 106 nicht verändert. Die Primärachse 118 ist im Wesentlichen horizontal ausgerichtet.
Ferner umfasst die Schwenkeinheit 114 ein sekundäres Gelenk 120, mittels welchem das schwenkbare Element 106 an dem Stützelement 108 angeordnet und um eine Sekundärachse 122 schwenkbar ist. Um eine Verschwenkung des schwenkbaren Elements 106 sowohl um die Primärachse 118 als auch um die Sekundärachse 122 zu ermöglichen, ist das schwenkbare Element 106 unmittelbar mit dem sekundären Gelenk 120 ver- bunden. Das sekundäre Gelenk 120 ist unmittelbar mit dem primären Gelenk 116 verbunden. Das primäre Gelenk 116 ist unmittelbar mit der Stützvorrichtung 104 verbunden.
Die durch das sekundäre Gelenk 120 der Schwenkeinheit 114 gebildete
Sekundärachse 122 ist bei einer Bewegung des schwenkbaren Elements 106 um die Primärachse 118 zusammen mit dem schwenkbaren Element 106 um die Primärachse 118 schwenkbar und somit nicht raumfest.
Aufgrund der Anordnung des primären Gelenks 116 relativ zu dem sekundären Gelenk 120 sind die Primärachse 118 und die Sekundärachse 122 windschief. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass sich die Primärachse 118 und die Sekundärachse 122 schneiden. Die Sekundärachse 122 liegt vorzugsweise stets in einer (nicht dargestellten) Ebene, welche senkrecht zur Primärachse 118 ausgerichtet ist.
Zum Verschwenken des schwenkbaren Elements 106 umfasst die Schwenkeinheit 114 der Schwenkvorrichtung 100 zwei Koppelelemente 124, welche mit zwei Antriebseinheiten 126 der Schwenkeinheit 114 koppelbar sind . Die Schwenkeinheit 114 umfasst ein primäres Koppelelement 128, welches mit einer primären Antriebseinheit 130 koppelbar ist.
Ferner umfasst die Schwenkeinheit 114 ein sekundäres Koppelelement 132, welches mit einer sekundären Antriebseinheit 134 koppelbar ist.
Die Koppelelemente 124, das heißt das primäre Koppelelement 128 und das sekundäre Koppelelement 132, sind im Wesentlichen halbringförmig ausgebil- det und weisen insbesondere zumindest abschnittsweise einen im Wesentlichen halbkreisringförmigen Querschnitt auf.
Ein Kreismittelpunkt 136 des primären Koppelelements 128 liegt auf der Primärachse 118.
Ein Kreismittelpunkt 138 des sekundären Koppelelements 132 liegt auf der Sekundärachse 122. Das primäre Koppelelement 128 ist gelenkig mit dem schwenkbaren Element 106 verbunden, so dass das schwenkbare Element 106 relativ zu dem primären Koppelelement 128 schwenkbar ist. Insbesondere ist das schwenkbare Element 106 relativ zu dem primären Koppelelement 128 um die Sekundärachse 122 schwenkbar.
Das sekundäre Koppelelement 132 ist fest mit dem schwenkbaren Element 106 verbunden und ragt auf einer einer (noch zu beschreibenden) Reflexionsfläche des schwenkbaren Elements 106 gegenüberliegenden Rückseite 140 des schwenkbaren Elements 106 von der Rückseite 140 im Wesentlichen senkrecht weg .
Mittels der Koppelelemente 124 sind somit im Wesentlichen halbkreisförmige Elemente auf der Rückseite 140 des schwenkbaren Elements 106 gebildet. Die primäre Antriebseinheit 130 zum Verschwenken des primären Koppelelements 128 zusammen mit dem schwenkbaren Element 106 um die Primärachse 118 ist an dem Stützelement 108 fest angeordnet.
Die primäre Antriebseinheit 130 umfasst ein Antriebselement 142, welches mit dem primären Koppelelement 128 zum Antreiben desselben in Eingriff bringbar ist. Sowohl das Antriebselement 142 als auch das primäre Koppelelement 128 sind beispielsweise mit einer Verzahnung versehen. Das primäre Koppelelement 128 ist hierzu beispielsweise als ein Radkranz ausgebildet, während das Antriebselement 142 beispielsweise als ein Zahnrad ausgebildet ist. Durch eine Drehung des Antriebselements 142 können auf diese Weise die Zähne des Antriebselements 142 mit den Zähnen des primären Koppelelements 128 nacheinander in Eingriff gebracht werden, so dass das primäre Koppelelement 128 bewegbar ist. Die Verzahnung des primären Koppelelements 128 ist vorzugsweise auf einer dem Kreismittelpunkt 136 des primären Koppelelements 128 abgewandten Außenseite 144 des primären Koppelelements 128 angeordnet.
Alternativ oder ergänzend zu einer Verzahnung des Antriebselements 142 mit dem primären Koppelelement 128 kann vorgesehen sein, dass das mit einer Verzahnung versehene primäre Koppelelement 128 mit einem als (nicht dargestellte) Kette ausgebildeten Antriebselement 142 in Eingriff bringbar ist, wobei die Kette beispielsweise mittels eines (nicht dargestellten) Ritzels der primären Antriebseinheit 130 antreibbar ist.
Aufgrund des großen Abstandes der Antriebseinheit 126, insbesondere des Bereichs, in welchem das Antriebselement 142 der primären Antriebseinheit 130 mit dem primären Koppelelement 128 in Eingriff gebracht wird, von dem Kreismittelpunkt 136 des primären Koppelelements 128, welcher auf der Primärachse 118 liegt, kann eine Hebelwirkung genutzt werden, um das schwenkbare Element 106 einfach, zuverlässig und genau verschwenken zu können. Insbesondere kann auf diese Weise eine zuverlässige Ausrichtung des schwenkbaren Elements 106 gewährleistet werden. Die sekundäre Antriebseinheit 134 zum Verschwenken des schwenkbaren Elements 106 um die Sekundärachse 122 ist an der Außenseite 144 des primären Koppelelements 128 festgelegt. Die sekundäre Antriebseinheit 134 und das sekundäre Koppelelement 132 können dabei entsprechend den Ausführungen zu der primären Antriebseinheit 130 und dem primären Koppelelement 128 ebenfalls mit einer Verzahnung und einem Zahnradantrieb oder mit einem Kettenantrieb versehen sein. In einer (nicht dargestellten) alternativen Ausführungsform der Antriebseinheiten 126 kann vorgesehen sein, dass eine oder beide der Antriebseinheiten 126 als ein Seilwindenantrieb ausgebildet sind . Hierbei kann vorgesehen sein, dass ein Antriebsseil auf einer Außenseite 144 der Koppelelemente 124 geführt wird, um das schwenkbare Element 106 verschwenken zu können.
Zur Stabilisierung eines Koppelelements 124, insbesondere des primären Koppelelements 128, umfasst die Schwenkvorrichtung 100 eine Führungsvorrichtung 146, welche auf einer dem Kreismittelpunkt 136 des primären Koppelelements 128 zugewandten, der Außenseite 144 gegenüberliegenden Innenseite 148 des primären Koppelelements 128 verläuft.
Die Führungsvorrichtung 146 ist insbesondere an dem Stützelement 108 der Stützvorrichtung 104 festgelegt und erstreckt sich ausgehend von dem Stützelement 108 längs der Innenseite 148 des primären Koppelelements 128.
Eine Länge der Führungsvorrichtung 146 hängt insbesondere von dem gewünschten Schwenkbereich um die Primärachse 118 ab. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass sich die Führungsvorrichtung 146 im Wesentlichen kreisabschnittsförmig um den Kreismittelpunkt 136 des primären Koppel- elements 128 erstreckt.
Die Führungsvorrichtung 146 erstreckt sich ausgehend von dem Stützelement 108 insbesondere über ungefähr 3/16 eines gesamten Kreises um den Kreismittelpunkt 136 des primären Koppelelements 128.
Bei einer (nicht dargestellten) alternativen Ausführungsform der Führungsvorrichtung 146 kann vorgesehen sein, dass die Führungsvorrichtung 146 das primäre Koppelelement 128 zumindest teilweise zumindest abschnittsweise umgibt. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Führungsvorrichtung 146 eine mögliche Ausweichbewegung des primären Koppelelements 128 nicht nur an dessen Innenseite 148, sondern auch seitlich begrenzt, so dass das primäre Koppelelement 128 sich bei Belastung desselben zumindest ab- schnittsweise nicht parallel zur Primärachse 118 deformieren kann.
Die Führungsvorrichtung 126 ist dann beispielsweise als ein Kanal ausgebildet und weist als solcher einen im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt auf. Das primäre Koppelelement 128 ist vorzugsweise in dem Kanal geführt.
Die Schwenkvorrichtung 100 umfasst eine Steuervorrichtung 150, mittels welcher eine Schwenkbewegung des schwenkbaren Elements 106 steuerbar und/oder regelbar ist. Insbesondere ist mittels der Steuervorrichtung 150 der Schwenkvorrichtung 100 mindestens eine Antriebseinheit 126, insbesondere die primäre Antriebseinheit 130 und/oder die sekundäre Antriebseinheit 134, steuerbar und/oder regelbar. Die Schwenkvorrichtung 100 umfasst ferner eine Energiequelle 152, welche beispielsweise als Solarzelle ausgebildet ist und die Schwenkvorrichtung 100 mit elektrischer Energie versorgen kann.
Ferner umfasst die Schwenkvorrichtung 100 vorzugsweise einen Energie- Speicher 154, beispielsweise eine Batterievorrichtung, mittels welcher elektrische Energie für den Betrieb der Schwenkvorrichtung 100 bereitstellbar ist.
Insbesondere dann, wenn die Schwenkvorrichtung 100 als ein Heliostat 102 ausgebildet ist, kann vorgesehen sein, dass mittels der Steuervorrichtung 150 eine automatische Anpassung der Ausrichtung des schwenkbaren Elements 106 an den aktuellen Sonnenstand durchführbar ist. Bei einer als Heliostat 102 ausgebildeten Schwenkvorrichtung 100 ist das schwenkbare Element 106 ein Reflexionselement 158, mittels welchem
Sonnenstrahlung auf einen (nicht dargestellten) Zielbereich reflektierbar ist. Das Reflexionselement 158 umfasst hierzu eine Reflexionsfläche 160, welche eine Oberfläche des schwenkbaren Elements 106 ist und somit durch eine Ver- schwenkung des schwenkbaren Elements 106 um die Primärachse 118 und/oder die Sekundärachse 122 räumlich ausgerichtet werden kann . Wenn die Schwenkvorrichtung 100 nicht in Betrieb ist, beispielsweise wenn keine gezielte Reflexion von Sonnenlicht erfolgen soll, kann das schwenkbare Element 106 der Schwenkvorrichtung 100 in der in den Figuren 3 und 8 dargestellten Sicherheitsstellung arretiert werden. Hierzu sind (nicht dargestellte) Arretiervorrichtungen vorgesehen, welche beispielsweise eine formschlüssige Verbindung mittels Bolzen vorsehen und/oder mindestens einen Aktuator zur Arretierung aufweisen.
Die vorstehend beschriebene Schwenkvorrichtung 100 funktioniert wie folgt:
In der in den Figuren 3 und 8 dargestellten Sicherheitsstellung ist das schwenkbare Element 106 der Schwenkvorrichtung 100 so angeordnet, dass die Reflexionsfläche 160 im Wesentlichen horizontal ausgerichtet ist. Das schwenkbare Element 106 ist hierzu bezüglich eines Schwenkbereichs um die Primärachse 118 in einer horizontalen Stellung arretiert. Ferner ist das schwenkbare Element 106 bezüglich eines Schwenkbereichs um die Sekundärachse 122 in einer mittigen Stellung arretiert.
Nach dem Lösen der Arretierung kann das schwenkbare Element 106 und somit die Reflexionsfläche 160 räumlich einer Vorgabe entsprechend ausgerichtet werden. Hierzu wird das schwenkbare Element 106 zusammen mit dem primären Koppelelement 128 und/oder dem sekundären Koppelelement 132 mittels der Antriebseinheiten 126 verschwenkt. Die Steuerung der Antriebs- einheiten 126 wird von der Steuervorrichtung 150 übernommen, wobei die hierzu benötigte elektrische Energie extern zugeführt oder aus der Energiequelle 152 und/oder dem Energiespeicher 154 entnommen wird. Mittels der Steuervorrichtung 150 wird durch geeignete Ansteuerung der
Antriebseinheiten 126 eine vorgegebene Ausrichtung der Reflexionsfläche 160 eingestellt.
Mittels der primären Antriebseinheit 130 und des primären Koppelelements 128 kann das schwenkbare Element 106 ausgehend von der in den Figuren 3 und 8 dargestellten Sicherheitsstellung in beliebige Stellungen, beispielsweise um ungefähr 45° (siehe Figur 2), um ungefähr 90° (siehe Figuren 1 und 5) und um ungefähr -45° (siehe Figur 4), um die Primärachse 118 verschwenkt werden.
Mittels der sekundären Antriebseinheit 134 und dem sekundären Koppelelement 132 kann das schwenkbare Element 106 in beliebige Stellungen um die Sekundärachse 122 verschwenkt werden. Insbesondere kann es aus der in den Figuren 1 bis 5 und 8 dargestellten mittigen Stellung des schwenkbaren Elements 106 in die in den Figuren 6 und 7 dargestellte, um 90° um die Sekundärachse 122 verschwenkte Anschlagstellung gebracht werden.
Der Schwenkbereich des schwenkbaren Elements 106 um die Primärachse 118 beträgt, wie insbesondere aus den Figuren 1 und 4 hervorgeht, beispielsweise ungefähr 135°.
Der Schwenkbereich des schwenkbaren Elements 106 um die Sekundärachse 122 beträgt ungefähr 180°, nämlich ausgehend von der mittigen Stellung (siehe Figuren 1 bis 5 und 8) in jede Richtung ungefähr 90° (siehe beispiels- weise Figuren 6 und 7).
Die Schwenkbereiche können jedoch je nach Anwendungsfall der Schwenkvorrichtung 100 begrenzt werden. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Schwenkbereich um die Sekundärachse 122 durch zusätzlich zwischen dem sekundären Koppelelement 132 und der Rückseite 140 des schwenkbaren Elements 106 angebrachte Verstei- fungsstreben oder Stützstreben beschränkt wird . Insbesondere dann, wenn lediglich ein geringer Schwenkbereich um die Sekundärachse 122 erforderlich ist, kann auf diese Weise eine deutliche Versteifung des sekundären Koppelelements 132 erzielt werden. Dadurch, dass die Schwenkvorrichtung 100 eine Schwenkeinheit 114 umfasst, welche zum Schwenken des schwenkbaren Elements 106 um die Primärachse 118 ein im Wesentlichen halbringförmig ausgebildetes primäres Koppelelement 128 umfasst, kann die Schwenkvorrichtung 100 besonders stabil ausgebildet werden und ermöglicht zugleich eine räumliche Ausrichtung des schwenkbaren Elements 106 mit hoher Genauigkeit.
Bezugszeichenliste
100 Schwenkvorrichtung
102 Heliostat
104 Stützvorrichtung
106 schwenkbares Element
108 Stützelement
110 vertikale Richtung
112 oberes Ende
114 Schwenkeinheit
116 primäres Gelenk
118 Primärachse
120 sekundäres Gelenk
122 Sekundärachse
124 Koppelelement
126 Antriebseinheit
128 primäres Koppelelement
130 primäre Antriebseinheit
132 sekundäres Koppelelement
134 sekundäre Antriebseinheit
136 Kreismittelpunkt des primären Koppelelements
138 Kreismittelpunkt des sekundären Koppelelements
140 Rückseite
142 Antriebselement
144 Außenseite
146 Führungsvorrichtung
148 Innenseite
150 Steuervorrichtung
152 Energiequelle
154 Energiespeicher
158 Reflexionselement
160 Reflexionsfläche

Claims

Patentansprüche
1. Schwenkvorrichtung (100), umfassend eine Stützvorrichtung (104), ein schwenkbares Element (106) und eine Schwenkeinheit (114), mittels welcher das schwenkbare Element (106) relativ zu der Stützvorrichtung (104) um eine Primärachse (118) und um eine Sekundärachse (122) schwenkbar ist,
wobei die Stützvorrichtung (104) ein im Wesentlichen vertikal ausgerichtetes Stützelement (108) umfasst, an dessen in vertikaler Richtung (110) oberen Ende (112) das schwenkbare Element (106) schwenkbar angeordnet ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Schwenkeinheit (114) zum Schwenken des schwenkbaren Elements (106) um die Primärachse (118) ein primäres Koppelelement (128) umfasst, welches im Wesentlichen halbringförmig ausgebildet ist, dass die Schwenkeinheit (114) zum Schwenken des schwenkbaren Elements (106) um die Sekundärachse (122) ein sekundäres
Koppelelement (132) umfasst, welches im Wesentlichen halbringförmig ausgebildet ist, und
dass die Primärachse (118) im Wesentlichen horizontal ausgerichtet und raumfest ist.
2. Schwenkvorrichtung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das sekundäre Koppelelement (132) fest und nicht schwenkbar mit dem schwenkbaren Element (106) verbunden ist.
3. Schwenkvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (108) im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildet ist.
4. Schwenkvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkeinheit (114) mindestens eine Antriebseinheit (126) umfasst, welche zum Antreiben des schwenkbaren Elements (106) mit mindestens einem Koppelelement (124) koppelbar oder gekoppelt ist.
5. Schwenkvorrichtung (100) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Antriebseinheit (126) an dem Stützelement (108) und/oder an einem Koppelelement (124) angeordnet ist.
6. Schwenkvorrichtung (100) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine sekundäre Antriebseinheit (134), welche zum
Schwenken des schwenkbaren Elements (106) um die Sekundärachse (122) mit dem sekundären Koppelelement (132) koppelbar oder gekoppelt ist, an dem primären Koppelelement (128) angeordnet ist.
7. Schwenkvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkvorrichtung (100) mindestens eine Führungsvorrichtung (146) zum Führen und/oder Abstützen mindestens eines Koppelelements (124) umfasst.
8. Schwenkvorrichtung (100) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Führungsvorrichtung (146) an dem Stützelement (108) angeordnet ist.
9. Schwenkvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärachse (118) und die Sekundärachse (122) sich zumindest näherungsweise schneiden.
10. Schwenkvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ebene, längs welcher sich ein Koppelelement (124) zum Schwenken des schwenkbaren Elements (106) erstreckt, parallel versetzt zu einer Mittelebene des schwenkbaren Elements (106) angeordnet ist.
11. Schwenkvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Koppelelement (124) zur Kopplung desselben mit mindestens einem Antriebselement (142) einer Antriebseinheit (126) eine Verzahnung und/oder eine Führung für das Antriebselement (142) aufweist.
12. Schwenkvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das schwenkbare Element (106), mindestens ein Koppelelement (124) und/oder mindestens eine Antriebseinheit (126) gemeinsam einen Massenschwerpunkt aufweisen, welcher bei einem Schwenken des schwenkbaren Elements (106) um die Primärachse (118) und/oder um die Sekundärachse (122) im Wesentlichen raumfest ist.
13. Schwenkvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkvorrichtung (100) eine Steuervorrichtung (150) zur Steuerung und/oder Regelung einer räumlichen Ausrichtung des schwenkbaren Elements (106) umfasst.
14. Schwenkvorrichtung (100) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkvorrichtung (100) eine Energiequelle (152) und/oder einen Energiespeicher (154) zum Bereitstellen von Energie für mindestens eine Antriebseinheit (126) umfasst.
15. Heliostat (102), umfassend eine Schwenkvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 14.
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