DE19510771A1

DE19510771A1 - Sonnenlicht-Leitsystem

Info

Publication number: DE19510771A1
Application number: DE1995110771
Authority: DE
Inventors: Uwe Peter Dipl Ing Braun
Original assignee: BRAUN UWE PETER DIPL ING FH
Current assignee: BRAUN UWE PETER DIPL ING FH
Priority date: 1995-03-24
Filing date: 1995-03-24
Publication date: 1995-09-14

Description

Die Erfindung betrifft ein zweiachsig nachgeführtes Spiegelsystem (1), (2) Fig. 1, mit mechanischer und elektrotechnischer Anbindung und einem Prismenhohlrohrsystem (4) Fig. 4, welches das natürliche energiereiche Sonnenlicht durch Fokusierung in seiner Leuchtdichte in ein Prismenrohrsystem (4) leitet. Die fokusierte Leuchtdichte ergibt sich aus dem Größenverhältnis aus Primärreflektor (1) Fig. 1, mit seiner natürlichen reflektierten Sonnenstrahlung zum kleineren Sekundärreflektor (2) Fig. 1, wobei sich die Fokusierung des Primärreflektors (1) aus seiner konkaven Form und dem Abstand zum Sekundärreflektor (2) ergibt. Die Reflektion des Sekundärreflektors wird direkt über das Druckluftsystem (3) in das Prismenrohr (4) reflektiert. Hierzu sind zwei Spiegelsysteme notwendig, die mechanisch miteinander verbunden sind. Der Primärspiegel (1) Fig. 1, ist der direkten Sonnenstrahlung durch eine horizontale Kreisbewegung mit der Drehkranzsteuerung (5) Fig. 3, mit dem thermohydraulischen Hydraulikzylinder (10) Fig. 3, ausgerüstet, mit einem Bewegungsradius von 0 bis 180 Grad, sowie der thermohydraulischen Steuerung (12) Fig. 2, für den vertikalen bis diagonalen Hub von 0 bis 90 Grad. Der Anwendungsbereich des vorbenannten Systems liegt in der Beleuchtung von Büroräumen Foyers, Fluren, Treppenhäusern, Tiefgarage, Straßentunnel usw.

Um die beschriebene physikalische Eigenschaft zu erreichen, wird ein berechneter konkav geformter Primärspiegel (1) mechanisch mit dem Gestänge (6) Fig. 5, mit dem Sekundärreflektor (2) verbunden, so daß der Vorhaltewinkel aus dem gebündelten reflektierten Sonnenlicht des Primärspiegels (1) zum Sekundärreflektor (2) genau dem lichttechnischem Gesetz (Reflektionsgesetz) Einfallswinkel gleich Ausfallswinkel entspricht. Die Bewegung des Primärreflektors (1) wird mechanisch auf den Sekundärreflektor (2) übertragen, so daß Vorhaltewinkel immer dem Reflektionsgesetz entspricht. Das Größenverhältnis von Primär- zu Sekundärreflektion sollte dem erforderlichen Lichtstrom des Beleuchtungssystems angepaßt sein, mindestens aber im Verhältnis: Primär zu Sekundär 1 zu 10, maximal 1 zu 60 ausgelegt sein.

Bei größerem Lichtstrombedarf sollte mit Referenzspiegelflächen gearbeitet werden, da ein zu großer Primärspiegel (1) eine zu große Windlast erreichen würde. Das Problem der Windlast wird mit einem Winddruckmesser (16) Fig. 1, gelöst, der die resultierende Kraft des atmosphärischen Windes im Primärreflektor (1), durch Unter- bzw. Überdruckerkennung elektromagnetisch umsetzt.

Die Funktionsweise des Winddruckmessers (16) Fig. 1, ist im Patent 35.15.152.8-52 bereits erwähnt. Bei entsprechenden starken atmosphärischen Winden wird der Primärspiegel (1) mittels einer hydraulischen Rückstellung (7) Fig. 2, in eine ungefährliche aerodynamische Lage versetzt. Somit werden Beschädigungen des Spiegelsystems vermieden.

Das thermohydraulische Nachführungssystem (12) Fig. 2, arbeitet über einen anderen mechanischen Hebel, aber über das gleiche Rückstellungssystem (7) Fig. 1 und übernimmt die Fokusierung im vertikalen bis diagonalen Bereich. Der Aufbau und Wirkungsweise der thermohydraulischen Nachführung (12) besteht im wesentlichen aus zwei Verdampferröhren und einem doppelt wirkenden Hydraulikzylinder (12). Als Antriebsmedium dient eine leichte verdampfende Flüssigkeit. Die Sonne selbst reguliert den Antrieb über die Differenz der Einstrahlung auf die Verdampfröhren und liefert auch die Energie zur Nachführung. In der Horizontalen arbeitet ein Hydraulikzylinder (10) Fig. 3, welcher nach dem gleichem vorbeschriebenen Prinzip funktioniert und über einen Hebel, der direkt übersetzt auf den Drehkranz (5) Fig. 1, wirkt und einen Stellradius von 0 bis 180 Grad in der Horizontalen erfaßt. Mit dem Brennpunktfühler (11) Fig. 7, wird die fokusierte Strahlungstemperatur, die auf dem Sekundärreflektor wirkt, mittels PTC (positivere Temperatur Coefficient) erfaßt. Die Strahlungsenergie des Sekundärreflektors (2) ist direkt in die vertikale gerichtet, wo sie durch ein Druckluftsystem (3) Fig. 6, in das nachstehende Prismenrohrsystem (4) geleitet wird. Die Strahlungsenergie vom Sekundärreflektor (2) wird teilweise mit der Sekundärkühlung (15) Fig. 1 reduziert. Den Hauptteil der Wärmereduktion übernimmt das Druckluftsystem (3) Fig. 1. Die Scheibe (1) Fig. 10, im Durchluftsystem (3) Fig. 1, besitzt keinerlei Filterwirkung auf eine natürliche Strahlungsenergie. Die Scheibe (2) Fig. 10 hingegen reflektiert die kurzwelligen energiereichen UV (ultravioletten Strahlungs-) + IR (Infrarot-Strahlungs-) Anteile, welche sich im Druckluftsystem (3) Fig. 1, zwischen den Scheiben (1), (2) stauen und mittels dem laminarem Druckluftsystem Fig. 6, abgeführt werden können, so daß die Reststrahlung das Prismenrohrsystem (4) thermisch nicht schädigt. Durch den Brennpunktfühler (11) und dem Meßfühler (13) Fig. 1, wird die Arbeitstemperatur im Prismenrohr im Soll-Ist-Abgleich überprüft und mit dem Turbogebläsemotor (9) Fig. 6, gesteuert.

Das Prismenrohr (4) besteht aus umlaufenden Längsprismen (14) Fig. 4, welche in ihrem Abstand (c) Fig. 12 und ihrer Höhe (b) Fig. 12 und den Steigungswinkel 45 Grad einhält. 98 Prozent der vertikalen fokusierten Strahlung wird über das Reflektionsverhalten (1) Fig. 13 reflektiert und nahezu verlustfrei durch das Prismenrohrsystem geleitet. Zwei Prozent der Strahlung wird über die Reflektion (2) Fig. 13, aus dem Prismenrohr (4) emetiert und wirkt als sichtbare Strahlung am Außenrohr. Somit läßt sich der Lichtstrom des Sonnenlichtes über längere Strecken transportieren und zu Anbindungssystemen führen, welche die optische Zerlegung des Lichtstromes ausrichten und Beleuchtungsgüte erzeugen.

Strahlungsverhalten Fig. 8

1. Primärreflektor
2. Sekundärreflektor
a. natürliche Sonnenstrahlung
b. reflektierte Strahlung, vom Primärreflektor
c. reflektierte Strahlung, vom Sekundärreflektor
d. weißes Licht mit allen Spektralbereichen und geringen infraroten und ultravioletten Strahlungsanteilen
e. Reflektion der infraroten bzw. ultravioletten Strahlung

Gestänge zur Spiegelzentrierung (Fig. 5)

6. Gestänge

Licht-Wärme Trennung (Fig. 6)

3. Druckluftsystem
9. Turboluftgebläse

Claims

1. Sonnenlichtleitsystem (1), (2) Fig. 1, für beleuchtungstechnische Anwendung, mit einem zweiteiligem Spiegelsystem Fig. 8, mit einem konkav geformten Primärspiegel (1), der die natürliche Sonnenstrahlung direkt aufnimmt und mit seinem rotationssymmetrischem fokusiertem Arbeitspunkt (Brennpunkt), auf dem konvexen oder planem Sekundärreflektor (2) spiegelt und den erzeugten konzentrierten Lichtstrom des Sekundärreflektors (2) in ein Prismen- Hohlrohrsystem, Fig. 4, leitet, welches zu weiterführenden Beleuchtungssystemen angebunden ist und den natürlichen Lichtstrom des Sekundärreflektors (2) lichttechnisch in die Ausleuchtung von Einheitsräumen umsetzt.

2. Sonnenlichtleitsystem nach dem Schutzanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Primärspiegel (1) und der Sekundärreflektor (2) mit einem mecha nischem Gestänge (6) Fig. 5, nach dem lichttechnischem Gesetz: Einfallswinkel gleich Ausfallswinkel, wie in Fig. 8 dargestellt, eine Funktionseinheit bildet und die natürliche Strahlungsmenge der Sonnenenergie in dem größerem Primärspiegel (1) auf eine kleinere Fläche des Sekundärreflektors (2), nahezu verlustfrei fokusiert und in die Verwendungsebene (Prismen-Hohlrohrsystem Fig. 4) reflektiert. Das Gestänge (6) Fig. 5, läßt hierbei eine Feinabstimmung zu, um den Brennpunkt der Spiegelsysteme (1), (2) optisch zu zentrieren. Die Bewegung des Primärspiegels (1) wird vom Sekundärreflektor (2) optisch über das Gestänge (6) mechanisch mitgeführt, so daß der Vorhaltewinkel der Spiegelsysteme optimal aufeinander abgestimmt bleibt.

3. Sonnenlichtleitsystem nach dem Schutzanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Prismen-Hohlrohr Fig. 4, aus umlaufenden, außenliegenden Längs prismen (14) besteht, welche in ihrem Abstand und ihrer Höhe so berechnet sind, daß der Steigerungswinkel der außenliegenden Prismen 45 Grad nicht unter- bzw. überschreitet und eine Vielzahl von Längsprismen aufgebracht werden um die innere Lichtstromreflektion zu optimieren und die Lichtstromlenkung zu weiterführenden lichttechnischen Beleuchtungssysteme nahezu verlustfrei durchzuführen. Die Prismen, Fig. 12 und 13 sind so berechnet, daß der reflektierte Lichtstrom Fig. 13, maximal 2 Prozent seiner natürlichen Strahlungsenergie bei jedem Reflektionsvorgang verliert.

4. Sonnenlichtleitsystem nach dem Schutzanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Prismen-Hohlrohr, Fig. 4 , in den nicht sichtbaren Bereichen der Gebäudetechnik Fig. 8, zur Optimierung der Lichtstromverluste, eine teilbedampfte Poliycorbonat-Spiegelfolie erhält, welche außen über die umlaufenden Prismen des Hohlrohrs, Fig. 4 angebracht wird, um den Wirkungsgrad und die Lichtstromleitfähigkeit zu erhöhen.

5. Sonnenlichtleitsystem nach dem Schutzanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das thermohydraulische Nachführungssystem (12) Fig. 2, die Fokusierung der Primär-Sekundär-Spiegelkonstellation (1), (2) Fig. 1, im vertikalen bis diagonalen Bereich, gegenüber dem günstigen Stand der natürlichen Sonnenstrahlung übernimmt und mittels zwei Verdampferröhren einen doppelt wirkenden Hydraulikzylinder (12) Fig. 2, betätigt, welcher die Feinjustierung des zweiteiligen Spiegelsystems zur Strahlungsebene 3, Fig. 8, übernimmt.

6. Sonnenlichtleitsystem nach dem Schutzanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung der horizontalen Achse von 0 bis 180 Grad, mit einem thermohydraulischen Antrieb funktioniert, Fig. 3, wie im Schutzanspruch 5 in seiner Wirkung beschrieben, mit einem systemeigenen, separaten Hydraulik zylinder (10) Fig. 1.

7. Sonnenlichtleitsystem nach dem Schutzanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Verdampferröhren Fig. 2, Fig. 3, des Nachführungssystems (10), (12), durch chemisches Verhalten der Verdampferflüssigkeit und Änderung des Aggregatzustandes durch Sonneneinstrahlung, im Verdampfer und dem damit verbundenen Druckausgleich im Hydraulikzylinder (10), (12) in einen Feinhub umsetzt, welcher auf eine Mechanik wirkt, die eine Doppelfunktion, wie in Fig. 1 dargestellt, übernimmt.

8. Sonnenlichtleitsystem nach dem Schutzanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Winddruckmesser (13), wie im Patent 35 15 152.8-52 in seiner Funktionsweise erklärt, die statische Windlastkontrolle übernimmt und bei ent sprechenden atmosphärischen Winden die Steuerung in die aerodynamische Rückstellung (7) Fig. 1, der Spiegelkonstellation (1), (2) Fig. 1, versetzt, über den Rückstellzylinder (14) Fig. 1. Ein externer Windmesser wird hierbei zur Referenzprüfung und des damit verbundenen Stellhub in die Arbeitsebene nachgeschaltet, Fig. 2.

9. Sonnenlichtleitsystem nach dem Schutzanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckluftsystem (3) Fig. 6, das fokusierte, energiereiche, natürliche Sonnenlicht, mit UV(ultravioletten Strahlungs)- und IR (infraroten Strahlungs)- Anteilen auf einem vertretbarem Temperaturniveau regelt, durch erzeugte laminare Turboluftströmung und Unterdruckerzeugung oberhalb des Prismenrohreingang (4) Fig. 4, mit dem Druckluftsystem (3) Fig. 6 und durch den Abluftstutzen (8) Fig. 1 wieder abbläst.

10. Sonnenlichtleitsystem nach dem Schutzanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Scheibensystem Fig. 10, des Druckluftsystems (3) Fig. 6, über Scheibe (1) alle Wellenbereiche des sichtbaren Lichtes durchläßt und Scheibe (2) die nicht sichtbaren, kurzwelligen Anteile des Lichtes (UV-IR Strahlung) reflektiert und somit einen Wärmestau, zwischen den Scheiben 1, 2 erzeugt, welcher über die laminare Strömung des Druckluftsystems (3) abgeführt wird.

11. Sonnenlichtleitsystem nach dem Schutzanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sekundärspiegel (2) gegenüber der natürlichen Sonnenstrahlung keine Abschattung im Primärspiegel 1 erzeugt.