DE82130C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Nutzbarmachen der Sonnenwärme für gewerbliche Zwecke, bei welcher eine Gruppe oder Zusammenstellung von Spiegeln , die sich im Bogen eines Kreises und in einer waagrechten .oder nahezu waagrechten Ebene bewegen lassen, benutzt wird, um die Sonnenstrahlen auf einen Wärmesammler zu werfen, der in oder nahe dem Mittelpunkt des genannten Kreises aufgestellt ist.

Fig. .1 zeigt den Spiegelwagen in der Mitte des von ihm zu durchlaufenden Bogens; in dieser Stellung mufs der Wagen nördlich oder südlich vom Wärmesammler gelegen sein, je nachdem die Vorrichtung auf der nördlichen oder auf der südlichen Halbkugel benutzt werden soll; die Schienen, die Langschwellen und die Querschwellen sind im Schnitt gezeichnet.

Fig. 2 ist eine Oberansicht des Geleises, in der man das den Spiegelwagen bewegende Seil, dessen Führungsrollen, den Spiegelwagen und den Wärmesammler sieht. Das Geleise erscheint in der Mitte seiner Länge, d. h. des Drehungsbogens, am schmälsten, weil seine äufsere radiale Neigung an dieser Stelle am gröfsten ist.

Fig. 3 ist eine Vorderansicht des Triebwerkes, das dazu dientj die Drehbewegung des Spiegelwagens um den Wärmesammler zu bewirken und zu regeln.

Fig. 4 giebt einen Theil ■ des Geleises, die Schienen, die Langschwellen und die Querschwellen zeigend.

Fig. 5 ist eine Seitenansicht der Vorrichtung, mittelst der die verticale Neigung der Spiegelgruppe verändert werden kann.

Fig. '6 ist eine schaubildliche Ansicht des Spiegelhalters.

Fig. 7. zeigt die Oberansicht auf eine der. waagrechten Spiegelachsen mit einem Spiegelhalter, der drehbar in einem an der Spiegel- ' achse befestigten Bolzen ruht.

Fig. 8 ist eine Vorderansicht des mehrere Spiegel enthaltenden Spiegelrahmens.

Fig. g ist ein Grundrifs des Geleises und des Triebwerkes, dieses Werk mit einer Winde in Eingriff zeigend.

In Fig. ι der beiliegenden Zeichnungen versinnlicht die Linie D-D¹ den Gesichtskreis (Horizont). In der Verlängerung dieser Linie D-D¹ ist durch den Kreis A die Stellung der Sonne beim Aufgang angegeben. Der Kreis B zeigt die Stellung der Sonne am Mittag. Ebenfalls in der Verlängerung von D-D¹ ist bei C der Wärmesammler . angedeutet. K ist eine Querschwelle des Geleises im Schnitt; K³ sind Langschwellen im Schnitt; L ist die Grundplatte des Wagens und M der Spiegelrahmen, beide in der - Mittagsstellung. N sind Eisenoder Stahlschienen. N³ ist ein Versteifungs-Querstab im Schnitt. R und O sind die Wagenräder, die auf den oberen Flächen der beiden Schienen kufen. P ist das Wagenrad, das sich auf der inneren Kante der inneren Schiene bewegt und Q das Wagenrad, das auf der unteren Fläche der inneren Schiene rollt. FG ist eine Linie, die den Winkel AZB

halbirt. Die Bettungslinie HI des Geleises ist parallel zur Halbirungslinie F G und der Spiegelrahmen M steht senkrecht zu F G. Die Neigung der Querschwelle K zum Gesichtskreis ist die Hälfte jener der Sonnenstrahlen.

In Fig. 2, die einen Grundrifs des Geleises giebt, stellt KK das Bett des Geleises dar. NN sind die inneren und äufseren Schienen. C ist der Wärmesammler, A¹ der Ort, wo die Vorrichtung zum Bewegen und Regeln der Bewegung des Spiegelwagens steht, U die Winde und 5 das Seil, u ν und α α sind die Rollen, um-welche sich das Seil bewegt. L ist die Grundplatte des Wagens in der Mittagsstellung.

In Fig. 3 stellen L¹ M¹ N¹ O¹ die Gewichte und a¹ b¹ c¹ d¹ Trommeln dar, an denen die Gewichte aufgehängt sind, e¹ f¹ g¹ sind zweitheilig Träger der Gewichte M¹ N¹ O¹ und Jt¹I¹Ic¹ Schiebeklinken, an denen Schnüre befestigt sind, die über die Rollen η¹ ο '-ρ¹ laufen. Diese Schnüre sind an den Hebeln H¹ PK¹ festgemacht. E⁴" ist das Pendel, £)⁴ die Gabel, A^A der Anker, B* das Steigrad und f^l die Welle, an der der Anker und die Gabel befestigt sind.

In Fig. 4 sind K³ K³ die Langschwellen oder Längsträger der Schienen, KK die Querschwellen, N N Schienen mit Armen, N³N³ Querstäbe, die an den inneren und den äufseren Schienen und mit diesen an den Querschwellen und den Langschwellen der Schienen festgebolzt sind.

In Fig. 5 ist M die Seitenleiste des Spiegelrahmens, L die Grundplatte des Spiegelwagens, ρ eine Kurbel, mittelst der das Zahnrad η bewegt werden kann, das in das Zahnrad i eingreift, und m ein Kurbelarm, der an dem Rade i sicher befestigt ist. Dieser Kurbelarm hebt oder senkt die Stange o. An dieser Stange ο sind die Arme S² S- drehbar angebracht, die mit den waagrechten Achsen der verschiedenen Spiegelreihen starr verbunden sind. Mittelst der Kurbel ρ wird jedem Spiegel täglich eine geringe Neigungsänderung gegeben, entsprechend der täglichen Aenderung, die in der scheinbaren Höhe der Sonne eintritt, da die Sonne sich zwischen den Wendekreisen hin- und herbewegt. Mittelst dieser Kurbel wird auch der Brennpunkt von einer der Oeffnungen in der Feuerbüchse nach einer anderen verlegt.

In Fig. 6 sind Q¹ Q.¹ die Arme des Spiegelhalters; t¹ ist die Schraube, mittelst der der Spiegelhalter an seinem Bolzen befestigt ist; R¹ R¹ sind Schraubenlöcher, durch die Druckschrauben hindurchgehen; gegenüber diesen Schrauben gehen durch die Arme Gegendruckschrauben, die in dieser Figur nicht dargestellt sind; die Druckschrauben und die Gegendruckschrauben dienen dazu, den Spiegel genau einzustellen und so etwaige Mängel der Arbeit auszugleichen. Alle Klauen an den Enden der Arme, mit Ausnahme der oberen, bilden mit den Armen ein Stück. Die obere Klaue ist abnehmbar, sie wird abgenommen, damit der Spiegel eingesetzt werden kann, und nachher an den Armen mittelst der Schrauben S¹ S¹ festgemacht.

In Fig. 7 stellt w¹ den Bolzen dar, mittelst dessen der Spiegelhalter an der waagrechten Achse c⁵ befestigt ist, v¹ ist der Theil dieses Bolzens, der durch die Achse geht und in eine Schraube ausläuft; auf diese wird eine Mutter aufgeschraubt und dadurch der Bolzen starr mit der Achse verbunden. Q¹ sind die Arme des Spiegelhalters, /²/² die Druckschrauben und f³/³ die Gegenschrauben zum genauen Einstellen des Spiegels, w¹ ist das vordere Ende des Bolzens und x¹ das hintere Ende des Theiles des Spiegelhalters, der mit dem Bolzen bei S⁴ drehbar verbunden ist.

In Fig. 8 ist M der Spiegelrahmen, e⁵ die waagrechte Achse, die, um leicht und steif zu sein, hohl sein mag. g^s sind die Reflectoren oder Spiegel, von denen jeder zwischen vier Klauen gehalten wird; eine Anzahl der Spiegel ist entfernt, um die Schraubenbolzen u¹ zu zeigen.

In Fig. 9 stellen dar:- N das Geleise, K das Bett des Geleises, 5 das Seil, aawv Rollen, C den Wärmesammler, A die Oberseite des Rahmens des Triebwerkes, a¹ b¹ c¹ d¹ die Trommeln, U die Winde, B⁹ das Getriebe, das das Triebwerk mit der Winde verbindet, und E¹ das Pendel.

Zur Ausführung dieser Erfindung gehören ein gekrümmtes Geleise NN, dessen Schienen auf ein passendes Bett KK gelegt sind, ein Wagen L, der den Spiegelrahmen M mit seinen Spiegeln oder Reflectoren trägt und auf den genannten Schienen rollt', und ein Wärmesammler C, der in Bezug auf das genannte Geleise so angeordnet ist, dafs er, wie gezeigt, in oder nahe dem Mittelpunkt des Kreises steht, von dem das Geleise ein Bogen ist.

Nachdem die Lage des Wärmesammlers und der Abstand des Geleises von ihm bestimmt ist, wird die Curve des Geleises auf einer waagrechten oder nahezu waagrechten Fläche wie folgt abgesteckt. Es wird an dem Orte, wo die Vorrichtung aufgestellt werden soll, zur Zeit der Sommersonnenwende festgestellt, an welchen Punkten des Gesichtskreises die Sonne auf- und untergeht, dann die Länge des zwischen diesen beiden Punkten eingeschlossenen Bogens des Gesichtskreises in Graden und Minuten bestimmt, und hierauf für das Geleise ein Bogen von derselben Anzahl · von Graden und Minuten mit einem Radius gleich dem Abstand des Geleises von dem Wärmesammler

abgesteckt, wobei die Mitte dieses Bogens auf der nördlichen Halbkugel ein nördlichster und auf der südlichen Halbkugel ein südlichster Punkt sein mufs.

An den Endpunkten des Bogens wird das Geleise gleich hoch gemacht, d. h. so, dafs die Enden der beiden gegenüberliegenden Schienen an diesen Punkten in derselben waagrechten Ebene gelegen sind. Jede Aenderung in dem verticalen Winkel, den die Sonnenstrahlen mit dem Gesichtskreis bilden, erfordert eine Aenderung in der Neigung der Reflectoren an dem Horizont gleich der Hälfte der Winkeländerung in der Sonnenstellung, wie aus Fig. ι hervorgeht. Folglich mufs in der Mitte des Drehungsbogens die äufsere Schiene des Geleises um so viel niedriger als die innere Schiene gelegt werden, dafs eine an jenem Punkte quer über die oberen Flächen der beiden Schienen gezogene radiale Linie mit dem Horizont einen Winkel bildet, der gleich ist der Hälfte des verticalen Winkels, den die Sonnenstrahlen mit dem Horizont am Mittag zur Sommersonnenwende in der geographischen Breite des Ortes bilden, wo das Geleise verlegt wird.

Man verlegt die Schienen so, dafs der Winkel, den die die obere Fläche der Schienen kreuzende radiale Linie mit dem Horizont bildet, vom Anfangspunkt des Bewegungsbogens, wo die genannte radiale Linie waagrecht und der Winkel Null ist, allmälig und regelmäfsig wa'chst bis zur Mitte des Bogens, wo der Winkel am gröfsten und gleich der Hälfte des Winkels ist, den die Sonnenstrahlen am Mittag zur Sommersonnenwende mit dem Horizont bilden. In gleicher Weise läfst man diesen Winkel von der Mitte bis zum Ende des Bewegungsbogens gleichmäfsig abnehmen.

Die Schienen des Geleises NN werden auf Langschwellen K³ befestigt und durch Querstäbe N^B mit einander verbunden. Auf das Geleise wird ein Wagen L gesetzt, dessen Räder jR O auf dem Geleise erhalten werden können, entweder durch ein Rad P, das gegen die innere Kante der inneren Schiene N rollt, und ein Rad Q, das an der Unterseite dieser Schiene anliegt, oder durch irgend welche anderen passenden Mittel oder auf andere Art. Die Räder P Q werden von einer rechtwinkligen Verlängerung des einen Endes der die Räder O R tragenden Achse c getragen.

Der Reflectorrahmen M wird auf dem Wagen L so angeordnet, dafs beim Anfangspunkt des Drehungsbogens die Sonnenstrahlen mit der Ebene des Reflectorrahmens einen vorher bestimmten verticalen Winkel bilden, wenn der mittlere (centrale) Reflector das Sonnenbild auf den Wärmesammler reflectirt. Werden mehrere Reflectorrahmen benutzt, so werden sie so vertheilt, dafs die Sonnenstrahlen diesen vorgeschriebenen verticalen Winkel mit der Ebene des mittleren Rahmens bilden, wenn die Strahlen durch den centralen Reflector des mittleren Rahmens auf den Wärmesammler zurückgeworfen werden.

Wenn die Bewegung des Wagens auf seinem Geleise der scheinbaren täglichen Bewegung der Sonne um die Erde entspricht, so fallen die Sonnenstrahlen von Sonnenaufgang bis Sonnenuntergang auf den centralen Reflector in solcher Richtung, dafs ihr Einfallswinkel auf den centralen Reflector und ihr Zurückwerfungswinkel auf den Wärmesammler beständig gleich bleiben.

So lange die Bewegung des Wagens, entsprechend jener der Sonne, dauert, sind alle die einzelnen Reflectoren so eingestellt, dafs sie Bilder der Sonne auf den Wärmesammler reflectiren. Ausgenommen den Fall, dafs die Vorrichtung zufällig in Unordnung kommt, hat man niemals eine andere Einstellung der Theile nöthig, als nur die geringen Aenderungen in der verticalen Neigung der Spiegel zu machen, die erforderlich sind, um den Aenderungen in der scheinbaren Höhe der Sonne zu begegnen, die von dem Hin- und Hergang der Sonne zwischen den Wendekreisen herrühren. Die Vorrichtung zum Bewerkstelligen dieser geringen Aenderungen wird weiter hinten beschrieben.

Die Verhältnisse zwischen den Aenderungen in der Höhe der Sonne und den Aenderungen in der verticalen Neigung der Spiegel sind in Fig. ι schematisch veranschaulicht. F G ist eine den Winkel AZB halbirende Linie; HL ist parallel zu F G und der Spiegelrahmen M ist senkrecht zu F G. Die Neigung des Querstabes iV³ zum Horizont ist halb so grofs, wie diejenige der Sonnenstrahlen zum Horizont.

Der Wagen mag durch irgend einen passenden Motor mit der Hand, durch ein Rädergetriebe oder selbstthätig durch Dampf, Wasser, elektrische oder andere Kraft bewegt und seine Bewegung mag durch ein Uhrwerk oder mit der Hand geregelt werden. Er kann z. B. mittelst des nachstehend Beschriebenen Werkes bewegt werden.

In einem passenden Gestell oder Träger ist eine Reihe von Trommeln Ct¹O¹C¹Cl¹ angeordnet, deren gemeinsame Welle in Lagern des Gestelles ruht und ein Steigrad J3⁴ trägt. In dieses Steigrad greift ein Anker A* ein, an •dessen Welle /⁴ eine Gabel Z)⁴ befestigt ist, durch deren unteres Ende ein von dem Gestell A¹ herabhängendes Pendel Eⁱ hindurchgeht.

Die Welle der Trommeln ist mit einer Winde U verbunden, die das Seil S treibt und den Wagen L und die auf dem Bett des Ge-

leises angebrachten gekehlten Führungsrollen ν n> α α bewegt.

Um die Trommeln sind Schnüre gewunden, an denen die Gewichte L¹M¹N¹O¹ hängen. Von diesen Gewichten werden die drei letzten zeitweilig von Brettern e¹f¹g^l gestützt, die mit dem einen Ende an Ständern des Gestelles A¹ drehbar befestigt sind, mit den gegenüberliegenden Enden aber auf Schiebern h¹ i^l k¹ ruhen. Die Schieber sind in Oeffnungen der genannten Ständer angeordnet und durch Schnüre mit Hebeln H¹I¹K¹ verbunden, die parallel zur Grundfläche der Gewichte gerichtet und an Ständern des Gestelles drehbar befestigt sind.

Die Gewichte bewegen daher, wenn sie auf einander folgend bis zu ihren tiefsten Punkten sinken, nach einander die Hebel H¹ P K¹ und diese ziehen dann die Schieber h¹ i¹ k^l unter den freien Enden der Bretter e¹/¹ g¹ zurück. Auf diese Weise wird die die Trommeln 0.¹O¹C¹Cl¹ tragende Welle durch jedes der auf einander folgenden Gewichte in Drehbewegung erhalten; der Zweck dieser Einrichtung ist klar.

Um alle Reflectoren in jedem Rahmen zugleich heben oder senken zu können, sind an den die Reflectoren tragenden Achsen Kurbelarme S² S'² befestigt, die die Achsen mit Stangen 0 0 verbinden, und ferner ist auf einer der genannten Achsen ein Zahnrad i festgekeilt, das in einen Trieb η eingreift, der an dem Spiegelrahmen passend gelagert ist und mittelst der Kurbel ρ gedreht werden kann. Mit Hülfe dieser Vorrichtung lassen sich alle Spiegel so einstellen, dafs sie am Morgen Bilder der Sonne auf den Wä'rmesammler reflecliren; die Spiegel thun dies dann auch während des Tages.

Um nach dem Aufbau der Vorrichtung mit der Arbeit zu beginnen oder die Arbeit nach einer zeitweiligen Unterbrechung wieder aufzunehmen, ist es nöthig (nach der Sommersonnenwende), die Stangen ο ο durch Drehen der Kurbel ρ so weit herabzuziehen, bis alle Spiegel Sonnenbilder auf den Wä'rmesammler reflectiren.

Q¹ ist ein (vorzugsweise vierarmiger) Spiegelhalter, der mittelst einer Schraube i¹ an einem kurzen Zapfen n> befestigt ist, der bei w¹ abgesetzt, an seinem freien Ende bei x¹ abgerundet und in das gegabelte Ende des Schraubenbolzens u¹ eingepafst und darin drehbar befestigt ist. Dieser Bolzen u¹ ist ebenfalls bei v¹ abgesetzt und wird durch eine Mutter an einer waagrechten Achse, die von dem Spiegelrahmen getragen wird, festgehalten. Der kurze Zapfen w ist um den Stift Sⁱ drehbar. Der Stift S⁴ ist die verticale oder nahezu verticale Achse des Reflectors; jeder Reflector hat seine eigene besondere verticale oder nahezu verticale Achse. An jeder der waagrechten Achsen ist eine Reihe von Reflectoren durch Schraubenbolzen u¹ befestigt. Die waagrechten Achsen mögen, wenn sie eine beträchtliche Länge haben, hohle Röhren aus Eisen, Aluminium oder einem anderen Metall sein und in Abständen durch Querträger unterstützt werden, die sich von der oberen bis zur unteren Leiste des Spiegelrahmens erstrecken.

Drei der Arme des Spiegelhalters Q.¹ sind an ihren äufseren Enden nach innen umgebogen, um Klauen zu bilden; der vierte Arm ist an seinem äufseren Ende mit einer abnehmbaren gebogenen Platte versehen, die mit dem Arm ebenfalls eine Klaue bildet, welche mit den anderen Klauen den Spiegel aufnimmt, In diesen Klauen wird der Spiegel durch Druckschrauben f'² festgehalten. Hülfsschrauben y³, die den Schrauben f² entgegenwirken, werden angewendet, um die Lage des Spiegels in seinem Halter zu berichtigen. Die abnehmbar gebogene Platte (Klaue), die mit dem sie tragenden Arm des Halters Q.¹ durch Schrauben S¹S¹ verbunden ist, erlaubt das Einsetzen des Spiegels in die Klauen.

Es sei angenommen, dafs die äufseren Schienen des Geleises Bogen eines Kreises seien, die, an ihren äufseren Kanten gemessen, z. B. 1,8 m (6 Fufs englisch) lang seien, und dafs die inneren Schienen Bogen eines concentrischen Kreises seien, deren Enden von denselben Radien begrenzt werden, die die Enden der äufseren Schienen begrenzen. Dann würde ein Modell zum Giefsen aller der äufseren Schienen genügen, die zwischen dem Anfangspunkt des Bewegungsbogens und der Mitte dieses Bogens erforderlich sind. Ebenfalls würde ein Modell zum Giefsen aller der inneren Schienen genügen, die zwischen dem Anfangspunkt und der Mitte des Bewegungsbogens erforderlich sind. In gleicher Weise würde ein Modell für alle jene äufseren Schienen und ein Modell für alle jene inneren Schienen genügen, die zwischen der Mitte und dem Ende des Bewegungsbogens erforderlich sind.

Diese Modelle können von Metall gemacht werden, und zwar möglichst annähernd der absoluten mechanischen Genauigkeit, und wenn sie so gemacht und die Querschwellen richtig geneigt und gebettet sind, so wird beim Verlegen des Geleises genügende Genauigkeit der Arbeit leicht erreicht.

Es sei angenommen, dafs die Vorrichtung in einem Parallelkreise (Breitengrade) aufgestellt werden solle, wo die Sonnenstrahlen zur Sommersonnenwende mit dem Horizont am Mittag einen Winkel A⁰ bilden, und dafs der Bogen des Horizontes, der zwischen den beiden Punkten, wo die Sonne zur Sommersonnenwende auf- und untergeht, eingeschlossen ist, zwei Drittel des Gesichtskreises sei. Die Nei-

gung des Geleises in der Mitte des Drehungsbogens mufs dann Y₂ A⁰ sein. Und wenn der Radius ζ. B. 15 m (50 Fufs englisch) ist, so ist der ganze Umfang des Kreises 94,248 m (314,16 Fufs) und die Länge einer Hälfte des Drehungsbogens ein Drittel von 94,248 (314,16), d. h. 31,4 m (104,72 Fufs). Die Zunahme der Neigung für jede 0,30 m (jeden Fufs) des Bogens ist daher Y₂ A⁰, dividirt durch 31,4 (104,72) und für 1,83 m (6 Fufs) Y₂ A⁰, dividirt durch 17,45. Es folgt, dafs jede 1,83 m (6 Fufs) lange Schiene an ihrem der Mitte des Bewegüngsbogens zunächst gelegenen Ende eine äufsere radiale Neigung zum Horizont haben mufs, die um die genannte Zunahme gröfser als die Neigung an dem von der Mitte des Bewegiingsbogens am entferntesten gelegenen Ende ist.

Die Mittel zum Bewegen des Wagens, diejenigen zur einzelnen oder gemeinschaftlichen Einstellung der Reflectoren und die Bauart des Wärmesammlers können sehr verschiedene

sein.'

Claims (3)

1. Patent-Ansprüche:
   Eine Vorrichtung zum Nutzbarmachen der Sonnenwärme für gewerbliche Zwecke, dadurch gekennzeichnet, dafs ein mit Reflectoren ausgerüsteter Wagen um einen Wärmesammler herum auf einem im Kreise gebogenen Geleise bewegt wird, dessen Schienen eine äufsere radiale Neigung haben, die vom Anfangspunkt bis zur Mitte des Bewegungsbogens allmälig zunimmt, und von der Mitte bis zum Ende dieses Bogens allmälig abnimmt, derart, dafs die verticale Neigung der Ebene der Reflectoren zu den Sonnenstrahlen von Sonnenaufgang bis Sonnenuntergang entsprechend geändert wird, um das Zurückwerfen der Strahlen auf den Wärmesammler beständig zu sichern.
2. 2. Eine Vorrichtung der unter 1. gekennzeichneten Art, bei welcher der Wagen L einen Rahmen M trägt, der mit Reflectoren g⁵ versehen ist, von denen jeder mit der zugehörigen waagrechten Welle c⁵ um einen annähernd senkrechten, zur Welle rechtwinkligen Stift S⁴ drehbar verbunden ist, um die Reflectoren so einstellen zu können, dafs jeder von ihnen die auf ihn fallenden Sonnenstrahlen auf den Wärmesammler zurückwirft.
3. 3. Eine Vorrichtung der unter 1. bezeichneten Art, bei welcher die Bewegung des Reflectprwagens mittelst eines endlosen Seiles S erfolgt, das zwischen den Schienen des Geleises um Leitrollen α läuft und mit der Hand, durch ein Uhrwerk oder eine andere Kraftquelle so in Bewegung versetzt wird, dafs die Bewegung des Wagens auf seinem Geleise der scheinbaren täglichen Bewegung der Sonne um die Erde entspricht.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.