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Dokumentenidentifikation DE102006028446A1 27.12.2007
Titel Vorrichtung zur Fokussierung von Sonnenstrahlen
Anmelder Lehle GmbH, 71116 Gärtringen, DE
Erfinder Lehle, Robert, Dipl.-Ing., 71116 Gärtringen, DE
Vertreter Mammel und Maser, Patentanwälte, 71065 Sindelfingen
DE-Anmeldedatum 21.06.2006
DE-Aktenzeichen 102006028446
Offenlegungstag 27.12.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 27.12.2007
IPC-Hauptklasse F24J 2/14(2006.01)A, F, I, 20060621, B, H, DE
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Fokussierung von Sonnenstrahlen auf ein Fokusrohr (12) mit einer Parabolspiegelrinne (21), welche durch Profilträger (13) getragen ist, wobei die Profilträger (13) jeweils von einem Antriebspylonen (11) schwenkbar aufgenommen sind, wobei in der Mittelachse der Antriebspylone (11) das Fokusrohr (12) vorgesehen ist und die Parabolspiegelrinne (21) um das Fokusrohr (12) schwenkbar angeordnet ist.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Fokussierung von Sonnenstrahlen auf ein Fokusrohr mit einer Parabolspiegelrinne, welche durch Profilträger getragen ist.

Eine solche Vorrichtung ist aus dem Stand der Technik bekannt und in 5 näher dargestellt. Diese Vorrichtung 101 umfasst eine Trägerstruktur 102, die als Stabwerk ausgebildet ist und Spiegel 103 aufnimmt. Eine durch die Spiegel 103 gebildete Spiegelrinne 104 ist zwischen zwei Auflagern 106 vorgesehen. Eine solche Spiegelrinne ist ca. 12 m lang. Die Struktur dieses Teils aus Stahlprofilen wiegt ca. 1.300 kg, das Gewicht der Spiegel 103 in diesem Abschnitt beträgt ca. 800 kg.

Diese Konstruktion weist den Nachteil eines hohen Gewichtes für die Struktur und die Spiegel auf. Des Weiteren ist nachteilig, dass ein erheblicher technischer und finanzieller Aufwand erforderlich ist, um die Spiegel optisch sowie geometrisch exakt zu fertigen. Darüber hinaus ist der Glasbruch bei der Montage und bei Sturm ein weiterer Kostenfaktor. In einem Solarkraftwerk, welches mit Solar-Parabolspiegelrinnen 104 ausgerüstet ist, beträgt der Anteil der Struktur mit Spiegeln 40 % der Gesamtkosten und geht damit erheblich in die Kalkulation des zu erzeugenden kwh ein.

Deshalb liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das Gewicht der Spiegelrinne und deren Kosten zu reduzieren, wobei gleichzeitig die Formstabilität zu erhalten ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den weiteren abhängigen Ansprüchen angegeben.

Durch die Ausgestaltung einer Vorrichtung zur Fokussierung von Sonnenstrahlen auf ein Fokusrohr, bei welcher in der Mittelachse des die Profilträger tragenden Antriebspylons das Fokusrohr vorgesehen ist und die Parabolspiegelrinne um das Fokusrohr schwenkbar angeordnet ist, weist den Vorteil auf, dass ein einfacher und kostengünstiger Mechanismus vorgesehen ist. Darüber hinaus weist diese Anordnung den Vorteil auf, dass eine einfache Anschlussmöglichkeit für ein feststehendes Fokusrohr gegeben ist, so dass Sollbruchstellen in den Übergangsbereichen, die bislang flexibel ausgebildet sind, verhindert werden. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den weiteren Ansprüchen angegeben.

Es zeigen:

1 eine schematische Seitenansicht auf einen Antriebspylon mit einer dahinterliegenden Spiegelrinne,

2 eine schematische Schnittdarstellung entlang der Linie II-II in 1,

3 eine schematische Schnittdarstellung entlang der Linie III-III und

4 eine schematische Schnittdarstellung entlang der Linie IV-IV in 2.

In 1 ist ein wesentlicher Aufbau der Vorrichtung 10 zur Fokussierung von Sonnenstrahlen dargestellt. Diese Vorrichtung 10 umfasst einen Antriebspylon 11, durch dessen Mittelachse ein Fokusrohr 12 führt. Eine Welle des Antriebs, welche als Rohr ausgebildet ist, ist beidseitig fest mit je einem Profilträger 13 verschraubt, weil die Profilträger 13 vorzugsweise aus einer hochfesten Metall-Legierung hergestellt sind.

Am Boden der Rinne ist er verschraubt mit dem Spannbügel 14 und einer Endplatte eines Dreirohr-Stabwerkes 15, welches beispielsweise in 2 und 3 dargestellt und von Kranauslegern bekannt ist. Solche Stabwerke 15 zwischen den Profilträgern 13 zeichnen sich durch eine hohe Biege- und Torsionssteifigkeit aus. Die Spannbügel 14 bestehen aus einer hochfesten Metall-Legierung mit T-Querschnitt.

Die Enden 16 des Spannbügels 14 sind durch ein vorgespanntes Stahlseil 17 verbunden. Damit kann die Rinne 21 mit der Aufweitung durch Windkräfte widerstehen. Am gegenüberliegenden Ende des Profilträgers 13 ist ein Profilstahlrohr 18 gelagert. Dieses Profilstahlrohr erstreckt sich über die gesamte Länge einer Rinne 21. Dieses Profilstahlrohr 18 wirkt einmal als Gegengewicht zum Lastausgleich und zum anderen zur Torsionsstabilisierung der Rinne 21.

Die Rinne 21 besteht aus gewölbten Schalen 19, welche aus Carbonfaser-Verbundwerkstoff, allgemein CFK genannt, hergestellt sind. Diese Werkstoffe werden in vielen Leichtbaukonstruktionen des Auto-, Flugzeug- und Schiffbaus verwendet und besitzen bei einem geringen Gewicht (60 % von Aluminium) eine bessere Beulstabilität und Biegesteifigkeit als Aluminium, Titan und Stahl.

In einem Rinnenabschnitt von 12 m Länge werden vorzugsweise vier solche Schalen 19 eingebaut. Jedes Teil ist ca. 6 m lang. Von der Mitte der Rinne 21 aus gesehen je eines rechts und links aufsteigend.

Die innere Oberfläche einer Schale 19 besteht auf kaskadenartig angeordneten geraden Flächen. Darauf geklebt sind dünnwandige Flachglasspiegel 20. Die Breite und Neigung der Spiegelflächen, sowie deren Abstand zum Fokusrohr 12 werden so gewählt, dass die Strahlenreflexion eines Spiegels 22 ungefähr den Durchmesser des Fokusrohres 12 abdeckt, wie beispielsweise in 4 dargestellt ist. Über dem Fokusrohr 12 ist noch ein isolierter Hohlspiegel 23 angebracht, der streuende Strahlen von der Rinne 21 auffängt und auf das Fokusrohr 12 lenkt.

Eine 12 m lange Spiegelrinne 21 besteht also aus zwei Profilträgern 13, drei Spannbügeln 14 mit Spannseilen 17, zwei Dreirohr-Stabwerkskörpern 15 und vier Cfk-Schalen 19 mit den aufgeklebten Flachspiegeln 20. Damit wird die freie Ausbaulänge durch Winddruck gegenüber der bisherigen Lösung gemäß 5 halbiert.

Die Abmessung von 12 m Länge pro Rinnenabschnitt hat sich aus der bisherigen Anwendung ergeben, sie kann sich in der zukünftigen Anwendung durchaus verändern. Alle zuvor beschriebenen Teile können industriell vorgefertigt, einbaufähig am Aufstellplatz angeliefert und dort miteinander verschraubt werden.

Die beiden Profilträger 13 an jeder Seite des Antriebspylons 11 sind fest mit dem Rohr 8 verbunden, in den übrigen Lagerstellen sind justierbare Gleitflächen angebracht, damit sich das Rohr 8 durch Erwärmung ausdehnen kann. Mit dieser Konstruktion kann das Gewicht der Rinnen 21 mindestens halbiert werden. Durch die Verwendung von industriell in Serie vorgefertigten Teilen mit geringem Montageaufwand ist auch eine deutliche Kostenreduzierung zu erwarten.

Ausgenommen hiervon ist das Gegengewicht bzw. Torsionsrohr 18, wobei die Gewichtseinsparung an der Struktur einer Gesamtrinne mindestens 11.000 kg beträgt, das bedeutet für ein 50 MW-Kraftwerk eine Gewichtsverringerung von mindestens 6.800 t an komplizierten Bauteilen. Zwar erhöht das Gegengewicht bzw. das Torsionsrohr 18 wieder das Gesamtgewicht. Da es jedoch ein automatisch gefertigtes Massenteil ist, das preiswert ausschließlich nach Gewicht berechnet wird, spielt es im Gesamtaufwand eine untergeordnete Rolle.


Anspruch[de]
Vorrichtung zur Fokussierung von Sonnenstrahlen auf ein Fokusrohr (12) mit einer Parabolspiegelrinne (21), welche durch Profilträger (13) getragen ist, wobei die Profilträger (13) jeweils von einem Antriebspylon (11) schwenkbar aufgenommen sind, dadurch gekennzeichnet, dass in der Mittelachse der Antriebspylone (11) das Fokusrohr (12) vorgesehen ist und dass die Parabolspiegelrinne (21) um das Fokusrohr (12) schwenkbar angeordnet ist. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Parabolspiegelrinne (21) am Anfang und am Ende jeweils einen Profilträger (13) aufweist Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Profilträgern (13) Spannbügel (14) vorgesehen sind, die mit Dreirohr-Stabwerken (15) verbunden sind. Vorrichtung der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Profilträger (13) einer Rinne (21) mit den äußeren Spannbügel (14) und den Dreirohr-Stabwerken (15) verschraubt sind, wobei diejenigen rechts und links vom Antriebspylon zusätzlich fest mit dem antreibenden Element verbunden sind. Vorrichtung der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Parabolspiegelrinne (21) aus gewölbten Schalen (19) besteht. Vorrichtung nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Schalen (19) durch die Spannbügel (14) gehalten werden. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6 dadurch gekennzeichnet, dass eine innere Oberfläche der Schalen (19) aus kaskadenartig angeordneten, geraden Flächen besteht. Vorrichtung nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, dass auf die gerade Fläche dünne Flachglasspiegel (20) aufgebracht sind. Vorrichtung anhand der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die freien Enden (16) der Spannbügel (14) durch Stahlseile (17) zusammengehalten sind. Vorrichtung anhand der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass dem Fokusrohr (12) ein isolierter Hohlspiegel (23) zugeordnet ist, um eine Streustrahlung der Parabolspiegelrinne (21) auf das Fokusrohr (12) zu fokussieren. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der um die Mittelachse schwenkbar angeordneten Parabolspiegelrinne (21) gegenüberliegend ein Profilstahlrohr (18) in den Profilträgern (13) gelagert ist. Vorrichtung nach Anspruch 12 dadurch gekennzeichnet, dass das Profilstahlrohr (18) als Gegengewicht und als torsionsaufnehmendes Element ausgebildet ist.






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