DE2730300C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Nachführen von Sonnenkollektoren nach dem jeweiligen Sonnenstand, wobei diese in einer Schwenkvorrichtung auf Schwenk­ achsen gelagert sind, die Bimetallanordnungen verdrehend betätigen.

Es ist aus der US 36 78 685 bekannt, eine Bimetall­ wendel zur Ausrichtung einer Solareinrichtung auf die Sonne einzusetzen.

Es ist weiterhin aus der US 29 67 249 bekannt, Bi­ metallspiralen bei Nachführvorrichtungen für Solarein­ richtungen vorzusehen.

Bei diesen bekannten Vorrichtungen werden die Bimetall­ bauteile direkt vom einfallenden Sonnenlicht beaufschlagt, was jedoch bei bedecktem Himmel nicht zuverlässig funk­ tioniert.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Nachführeinrichtung mit Bimetallantrieb zu schaffen, die auch unabhängig von direkter Sonneneinstrahlung arbeitet.

Die Lösung der Aufgabe besteht darin, daß die Bimetall­ anordnungen von einem Lagerkasten umgeben sind, in dem ein elektrischer Heizwiderstand diese wärmebeaufschla­ gend angeordnet ist, wobei eine Schaltuhr oder ein von einem Uhrwerk gesteuertes Potentiometer die Verbindung von dem elektrischen Heizwiderstand zu einer Stromquel­ le betätigt.

Der Linearitätsbereich sowie zweckentsprechende Abmes­ sungen von Bimetall-Wendeln und -Spiralen lassen einer­ seits eine ca. 160° (Winkelgrade) betragende thermische Ausbiegung zu und andererseits ist ihre Auswahl nach Anzahl sowie max. Stärke für ein erforderliches Dreh­ moment stets gegeben.

Eine Direktübertragung eines Bimetall-Wendel-Drehmoments auf Sonnenenergie-Umwandler machen keinen großen und ge­ räumigen Bauaufwand notwendig.

Die Vorrichtung enthält einen mittels einer Stellverschrau­ bung und Bimetallen südverstellbaren, auf dem Standrohr befestigten, wärmeisolierten Lagerkasten mit darin auf einer Drehachse gelagerten und elektrisch beheizten Bimetall-Wendeln oder -Spiralen, wobei die erforder­ lichen Ausbiegungzeiten und -wege der Bimetalle durch ein Potentiometer beeinflußt werden, dessen Drehwelle mit der Welle einer Schaltuhr oder eines Uhrwerkes mit jah­ reszeitlicher Drehzahländerung drehkraftschlüssig ver­ bunden ist.

Um den durch den Stromabnehmer des Potentiometers abzufahrenden gegenständlichen Längenwiderstand mit relativer Uhrzeit zu verbinden, bestreicht der mit der Welle drehverbundene und längenverstellba­ re Stromabnehmer eine auf die spezifische Ausbie­ gung von entsprechenden Bimetallen bemessene Wider­ standwicklung, wobei eine kreisbogenförmige Wider­ standwicklung mit der Hälfte ihres Ohmschen Widerstand­ wertes auch 50% der thermischen Ausbiegung (Winkel­ grade) des Bimetall-Wendels bei Zenitstellung des Sonnenenergie-Umwandlers erwirkt.

Damit die spezifische Ausbiegung auch bei äußerer Gewichtskrafteinwirkung, z. B. auf einen von Ost nach West zu schwenkenden Sonnenenergie-Umwandler unbeein­ flußt bleibt, sind auf den beiden freien Enden der Dreh­ achse verstellbare Ausgleichsgewichte angeordnet.

Damit die in dem Wärmekasten eines pyramidenstumpf­ förmigen Spiralreflektors leicht zu produzierende Heißluft einen optimalen Wärmeaustausch erhält, be­ steht der eigentliche Wärmetauscher im wesentlichen aus einer auf dem Bodenteil des Wärmekastens aufge­ setzten, geschwärzten, kupfernen Rohrschlange, die untenseitig Saugtrichter aufweist, wobei die heiße, von einem Saug-Druckgebläse über eine gläserne Wärme­ kasten-Lochscheibe und durch die Rohrschlange ange­ saugte Umgebungsluft über einen Heizkessel, Dampf oder Heißwasser erzeugt.

Zur Erreichung der jahreszeitlich bedingten relativen Südneigung eines solchen Sonnenenergie-Umwandlers sind auf den beiden Enden der Bimetall-Drehachse längenunter­ schiedliche Schwenkarme mit einem aufgesetzten Träger im Festsitz angeordnet, und die tragende Verbindung zwischen dem Träger und dem Wärmekasten besteht einerseits aus einem Drehgelenk sowie andererseits aus einem Federbügel, wobei eine Stellschraube, die durch den Träger führt, den Neigungswinkel bestimmt.

Soll der Neigungswinkel eines Sonnenenergie-Umwandlers nicht schraubmechanisch, sondern thermisch verändert werden, so ist zwischen dem Träger und einem offenen Bodenteil des Wärmekastens vorzugsweise eine Säule aus Bimetall-Lochscheiben, welche in einem wärme­ isolierten Metall-Faltenbalg eingefaßt sind, ange­ ordnet, wobei die vorgewölbten Lochscheiben bei ca. 100°C noch im flachen Zustand sind.

Damit für einen oder mehrere schwergewichtige Sonnen­ energie-Umwandler ein entsprechend starkes Drehmoment vorhanden ist, sind in einem rohrförmigen Lagerkasten in Kreisform mehrere Bimetall-Wendel, die auf jeweils beiden Enden ihrer Drehachsen, Antriebszahnräder mit einem mittigen Getriebezahnrad aufweisen, angeordnet, auf dessen Abtriebswelle ein Kurbelarm für den auf einer Starrachse drehgelagerten Sonnenenergie-Umwandler aufgezogen ist, wobei ggf. auf weitere so drehgelagerte Sonnenenergie-Umwandler mittels Bowdenzügen der 160° Kurbelwinkel übertragen wird.

Zu einer weiteren Ausführung ist vorgesehen, daß statt der Bimetall-Wendel um und an der Drehachse radiale Bi­ metall-Spiralen nach der Art bekannter elektrischer Bimetall-Meßwerke in dem Lagerkasten angeordnet sind, wobei eine vorgespannte aber mitbeheizte Kompensa­ tionsspirale in ihrem Befestigungsende einen Parallel­ schlitz aufweist, der in Verbindung mit einer Feststell­ schraube ihre Verstellung im gleichen Drehsinn der Bimetall-Spiralen stets ermöglicht.

Zur Erzielung einer größeren Ausbiegungskraft können statt der Bimetall-Spiralen auch Bimetall-Wendel ver­ wandt werden.

Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist die erzielte Parallelität von Zeitlauf, Heizverlauf und jahreszeitlichem Sonnenlauf nicht nur mittels solcher unmittelbarer Ausbiegungen von Wendeln und Spiralen mög­ lich; sondern es kann auch das thermische Ausbiegungs­ verhalten von außen genuteten Bimetall-Streifen und durch rechteckige Rohrachsen geführten Bimetall-Streifenpaketen gleichermaßen verwandt werden, wobei eine auf einer End­ scheibe aufgesetzte Zahnstange im Schiebesitz in der Rohrachse gelagert ist, um das erforderliche Drehmoment über ein oder mehrere Zahnritzel und Wellen auf um Starr­ achsen drehbare Sonnenenergie-Umwandler zu übertragen.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen ins­ besondere in einer einfachen und wirtschaftlichen Bi­ metall-Steuerung eines Sonnenenergie-Umwandlers, wobei durch die Sonnennachlauf-Steuerung eine langzeitig optimale Nutzung der Strahlungswerte möglich gemacht wird.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeich­ nungen dargestellt und im folgenden näher bechrieben. Es zeigt

Fig. 1 einen von Ost nach West schwenkbaren Sonnen­ energie-Umwandler mit geschnittener Nachführ­ vorrichtung;

Fig. 2 eine aufgeschnittene, mit einem Standrohr ver­ schraubte Nachführvorrichtung mit Bimetall- Wendeln;

Fig. 3 eine aufgeschnittene Nachführvorrichtung mit mehreren Bimetall-Spiralen;

Fig. 4 eine im geschnittenen Lagerkasten rechteckige Bimetall-Streifen-Anordnung mit Übersetzungs­ elementen.

In Fig. 1 ist der auf dem Wärmekasten 2 und nah unten mittels einer gläsernen Lochscheibe 3 abgeschlossene Spiegelreflektor 1 dargestellt. In dem blechisolier­ ten Wärmekasten 2 liegt eine geschwärzte, kupferne Rohrschlange 4 mittels einer Isolierstütze 5 auf dem Bodenteil 6 auf. Die bodenwärts gerichteten Saugtrichter 7 saugen nur eine ausreichend erhitzte Umgebungsluft aus der Rohrschlange 4 und dem Wärme­ kasten 2 über die abstimmbaren Beipaßluft-Durchbohrungen 8 der gläsernen Lochscheibe 3 ab, wobei zur Abstimmung der progressiven Arbeitstemperatur eine bekannte Bimetall- Starterklappe 9 in das starre Saugrohr 10 des Saugdruck- Gebläses 11 installiert ist.

Die mechanisch-manuelle Südneigungsverstellung besteht aus der im schrägen Träger 12 angeordneten Stellschrau­ be 13, während eine thermische Neigungsverstellung von in einem wärmeisolierenden Metallfaltenbalg 14 einge­ faßten und als Säule geführten Bimetall-Lochscheiben 15 gebildet wird, wobei in einer entsprechend ausge­ arbeiteten Öffnung im Bodenteil 6 die Säule gegenla­ gert und so im Wärmekontakt damit steht.

Der so zusammengesetzte Sonnenkollektor wird von den im Lagerkasten 16 drehgelagerten Bimetall­ wendeln der Bimetallanordnung 17 bzw. durch deren Ausbiegung drehbewegt, wobei die beiderseitig an dem äußeren Lagerkasten 16 angeflanschten Lager 18 die Schwenkachse 19 mit den am Träger 12 befestigten Schwenkarmen 20 aufneh­ men. An beiden Enden der Schwenkachse 19 sind verstell­ bare Ausgleichsgewichte 21 angeordnet. Des weiteren ist unter der Bimetall-Wendel der elektrische Heizwider­ stand 22 installiert.

Schematisch ist die Schaltuhr 26 mit ihrer Welle 27 mit der daran angeschlossenen Drehwelle 28 des Potentio­ meters 29 sowie dessen Stromabnehmer 30 und Wider­ standwicklung 31 dargestellt.

Fig. 2 zeigt einen rohrförmigen Lagerkasten 16 mit mehreren darin gelagerten Bimetall-Wendeln der Bimetallanordnung 17, auf deren Schwenkachsen 19 Zahnräder 35 aufgezogen sind. Die Zahnräder 35 treiben das zentrisch gelagerte Ge­ triebezahnrad 36 mit der die Antriebswelle bildenden Schwenkachse 37.

Auf der Schwenkachse 37 ist der Kurbelarm 38 aufge­ zogen und mit der Starrachse 39 des Wärmekastens 2 drehverbunden.

Der auf der Schwenkachse 37 angeordnete Kurbelarm 38 weist an seinem Zapfen 40 ein entsprechend gegen Feder­ kraft geführtes Zugseil auf, um den mit der drehgelager­ ten Starrachse 39 fest verbundenen Wärmekasten-Kurbelarm 41 übertragungsmäßig zu bewegen. Der Wärmekasten 2 ist mit der Starrachse 39 fest verschraubt.

Die Federsperrklinke 42, welche den Rücklauf des Getriebe­ zahnrades 36 verhindert, wird durch den Anschlag 43 in progressiver Endstellung stets gelöst.

In Fig. 3 sind in dem mittels des Heizwiderstandes 22 erwärmten Lagerkastens 16 Bimetall-Spiralen der Bimetallanordnung 44 nach Art elektrischer Bimetall-Meßwerke auf der Schwenkachse 19 gelagert, wobei eine Kompensationsspirale 45 zwecks Drehkraftverstellung an ihrem Feststellende einen Parallel­ schlitz mit einer Feststellschraube 46 aufweist.

Das Federaufzugswellenrad 50 des Uhrwerks 47 wird durch das denRechtslauf sperrende Zahnstirnrad 51 drehbewegt. Die Welle 27 ist über eine ausrückbare Kupplung 52 mit der Drehwelle 28 des nach der spezifischen Ausbiegung der Bimetall-Spiralen ausgelegten Potentiometers 29 drehkraftschlüssig verbunden.

Aus Fig. 4 ist zu ersehen, wie ein jeweiliger Sonnenkollektor 53 mittels eines aus Bimetall-Lochstrei­ fen 54 bestehenden und in der rechteckigen Rohrachse 55 geführten Streifenpaketes drehbewegt wird. Das in­ folge der Ausbiegung im Gleitsitz in der Rohrachse 55 bewegte Gleitlager 56 besteht aus dem Rechteckrohr 57, auf dem der gleichgestanzte Teller 58 mittels Hartlötung aufgebracht ist, um so ein Widerlager für das Streifenpa­ ket zu bilden. Auf dem Teller 58 ist mittig das Einfaß­ rohr 59 mit der darin eingeschweißten Zahnstange 60 angeordnet.

Die durch das Führungslager 61 gleitende Zahnstange 60 bewegt das Zahnritzel 62 mit der Welle 63 auf der das Traggestell 64 für den Sonnenkollektor 53 auf­ sitzt.

Damit ein möglichst großer Kraftweg der Bimetall-Lochstrei­ fen erreicht wird, sind die einzelnen Bimetall-Lochstrei­ fen 54 paarweise so hintereinandergeschaltet, daß sich die aktiven bzw. ihre passiven Seiten einander gegenüber­ stehen.

Des weiteren ist das säulenförmige Bimetall-Streifenpaket in dem rohrartigen Lagerkasten 16 und mit dem Heizwider­ stand 22 am Lagerkastenboden 65 schraubbefestigt. Der Blattfederbügel 66 bildet mit der Einstellschraube 67 die Südneigungsverstellung.

Claims (1)

1. Vorrichtung zum Nachführen von Sonnenkollektoren nach dem jeweiligen Sonnenstand, wobei diese in einer Schwenkvorrichtung auf schwenkachsen (19, 37) gelagert sind, die Bimetallanordnungen (17, 44) ver­ drehend betätigen, dadurch gekennzeichnet, daß die Bimetallanordnungen (17, 44) von einem Lagerkasten (16) umgeben sind, in dem ein elektrischer Heizwiderstand (22) die­ se wärmebeaufschlagend angeordnet ist, wobei eine Schaltuhr (26) oder ein von einem Uhrwerk (47) ge­ steuertes Potentiometer (29) die Verbindung von dem elektrischen Heizwiderstand (22) zu einer Stromquelle betätigt.