DE202014000621U1 - Spring-cage coupling for breaking down wind-induced forces on solar trackers - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Rastzylinderbalken mit zwei Rastzylindern derartig über einem Rastnutbalken mit zwei Rastnuten drehbar angeordnet ist, dass die Rastzylinder in die Rastnuten, per Zugfedern gezogen, einrasten können (Bild 3, C). Die Anordnung kann somit ein winkelfehlerfreies Drehmoment in beiden Drehrichtungen übertragen. Wesentlich für die Erfindung ist außerdem der Ausrastprozess, bei dem ein definierbares Lastdrehmoment die Rastzylinderflanken derartig an die Rastnutflanken presst, dass dabei die Haftreibung und die Zugfedervorspannkraft überwunden werden, wodurch sich die Rastzylinderflanken an den Rastnutflanken empor schieben und somit ins Gleiten geraten, womit sich die Kupplung schlagartig öffnet. Ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist zudem, dass zwei Zugfedern die Verdrehung beider Balken zueinander auf weniger als 180° begrenzen, indem sie mit anwachsenden Verdrehwinkeln einen stetigen Kraftaufbau realisieren (Bild 3, E). Die Anordnung kann somit die Übertragung eines Lastdrehmoments in beiden Drehrichtungen innerhalb definierter Verdrehwinkelbereiche durch ein Auslösen begrenzen.The present invention is characterized in that a locking cylinder bar with two locking cylinders is rotatably arranged over a locking groove bar with two locking grooves in such a way that the locking cylinders can snap into the locking grooves, pulled by tension springs (Figure 3, C). The arrangement can thus transmit an angular error-free torque in both directions of rotation. The disengagement process is also essential for the invention, in which a definable load torque presses the locking cylinder flanks against the locking groove flanks in such a way that the static friction and the tension spring preload force are overcome, as a result of which the locking cylinder flanks slide up on the locking groove flanks and thus slide, which causes the The clutch opens suddenly. An essential feature of the invention is that two tension springs limit the twisting of the two bars to each other to less than 180 ° by realizing a steady build-up of force with increasing twisting angles (Fig. 3, E). The arrangement can thus limit the transmission of a load torque in both directions of rotation within defined torsion angle ranges by triggering.

Description

Stand der Technik für zweiachsige Nachführungen:Prior art for biaxial tracking:

Dem Stand der Technik entsprechend werden zweiachsige solare Nachführmechaniken mit einem tragenden Pfahl im Massenzentrum aufgebaut. Hierauf montiert befindet sich ein Schwenkantrieb als Azimut stellende Achse, welcher seinerseits eine Achse zur Verstellung entlang der Elevation trägt. Auf diese Weise werden alle relevanten Stellwinkel zur Ausrichtung der Sonnenflächennormalen auf die Einfallsrichtung der Sonnenstrahlung eingenommen. Derartige Nachführungen erreichen hohe Genauigkeiten und sind somit für alle Solarflächen geeignet. Sie erreichen die höchst möglichen Mehrerträge aus den Solarflächen. Als nachteilig erweisen sich die großen, teuren Fundamente. Der hoch über dem Boden stehende Massenschwerpunkt macht diese Systeme windanfällig und erzeugt hohe Kippkräfte auf das Fundament.According to the state of the art, biaxial solar tracking mechanisms are constructed with a load-bearing pile in the center of mass. Mounted thereon is a pivot drive as azimuth stellende axis, which in turn carries an axis for adjustment along the elevation. In this way, all relevant adjustment angles for aligning the sun surface normals are taken on the direction of incidence of solar radiation. Such tracking achieve high accuracies and are therefore suitable for all solar panels. They achieve the highest possible additional income from the solar panels. The disadvantage is the large, expensive foundations. The high center of gravity high above the ground makes these systems susceptible to wind and generates high tipping forces on the foundation.

Montiert man nur kleine Solarflächen je Nachführung, so wächst der Anteil der Antriebs- und Leittechnik an den Erstellkosten unrentabel an. Einen Lösungsansatz bietet das Unternehmen „TecnoSun Solar Systems AG” mit dem Produkt EcoChamp ST 2000. Hier werden kleine Solarflächen (nur je zwei Solarmodule) auf einer Nachführung, montiert. Die Horizontalachse wird per Seilzug mit nur einem Antrieb betätigt. Somit drehen alle verbundenen kleinen Nachführungen synchron. Die Vertikalachse wird durch eine sinusförmig gebogene Schiene gesteuert. Entlang dieser Schiene geführt, hebt und senkt sich die Solarfläche induziert durch die Horizontaldrehung. Nachteilig ist, dass dieses System an jedem Tag im Jahr immer nur gleiche Stellwinkel anfahren kann und somit einen Mittelwert je Tagesminute realisiert, welcher immer große Winkelfehler zur Einstrahlung hat. Damit ist es kein echtes zweiachsiges, den Jahreszeiten angepasstes Nachführen, wodurch stark reduzierte Mehrerträge aus der Solarfläche entstehen.If only small solar areas are installed per track, the share of the drive and control technology in the construction costs will increase unprofitable. The company "TecnoSun Solar Systems AG" offers a solution with the product EcoChamp ST 2000. Here, small solar panels (only two solar modules each) are mounted on one track. The horizontal axis is operated by cable with only one drive. Thus, all connected small tracking turn synchronously. The vertical axis is controlled by a sinusoidal curved rail. Guided along this rail, the solar surface is induced and raised by the horizontal rotation. The disadvantage is that this system can approach only the same setting angle every day of the year and thus realizes an average value per day minute, which always has large angle errors for irradiation. Thus, it is not a true biaxial, adapted to the seasons tracking, resulting in greatly reduced additional income from the solar area.

Echtes zweiachsiges Nachführen gelingt durch den Aufbau einer Linientopologie, bei welcher die Solarflächen flach über dem Boden entlang einer Linie per drehender Langsachse und kippenden Modulachsen bewegt werden. Gebrauchsmuster: „Linienmechanik zum zweiachsigen Nachführen von Solarflächen” (Nr: 20 2012 003 462.6). Je zwei Solarmodule befinden sich an einer Einzelmechanik. Per Schubstange und Längsachsen werden dann viele dieser Einzelmechaniken verbunden. Ungünstigerweise addieren sich auf diesen Verbindungselementen die entstehenden Sturmkräfte und führen diese zu den Antrieben als Haltepunkte. Hier entstehen Kraftspitzen, welche den Einsatz von großen, schweren und teuren Antrieben erfordern.Real biaxial tracking succeeds by building a line topology in which the solar surfaces are moved flat over the ground along a line by rotating the longitudinal axis and tilting module axes. Utility model: "Line mechanics for biaxial tracking of solar surfaces" (Nr: 20 2012 003 462.6). Two solar modules each are located on a single mechanism. Per push rod and longitudinal axes then many of these individual mechanisms are connected. Unfortunately, the resulting storm forces are added to these fasteners and lead them to the drives as breakpoints. Here are force peaks, which require the use of large, heavy and expensive drives.

Zudem gibt es an Seilen gespannte zweiachsige Nachführungen in Linientopologie, auch als „Solarwings” des Unternehmens Flumroc AG bekannt. Das Nachführen entlang der Sonnenbahn erfolgt hier durch das Kippen der Spannseile (Nord – Süd verbaut) von Osten nach Westen, analog den bekannten einachsigen Nachführungen. Die Spannseile tragen Achsen, an welchen Solarmodule montiert sind. Diese werden durch einen weiteren Antrieb per Zugseil angekippt. Der Vorteil dieser Architektur besteht hier im Überspannen großer Flächen in Höhen von mehreren Metern, welches eine Flächendoppelnutzung erlaubt. Nachteilig sind die gewaltigen notwendigen Tragemasten sowie die zugehörigen Fundamente, welche bei großen Solarflächen die gewaltigen Spannkräfte der Seile aufnehmen müssen, um die Gewichts- und Sturmkräfte der Solarfläche sicher zu beherrschen. Das durchhängende Spannseil verursacht zudem ein ungenaues Ausrichten der Solarfläche, woraus ein minderwertiges Nachführen resultiert.In addition, there are tensioned two-axis trackers in line topology on ropes, also known as "Solarwings" by Flumroc AG. The tracking along the sun track is done here by tilting the tension cables (north - south blocked) from east to west, analogous to the known uniaxial tracking. The tensioning cables carry axles on which solar modules are mounted. These are tipped by another drive by pulling rope. The advantage of this architecture is the fact that it spans large areas at heights of several meters, which allows for dual use of the area. Disadvantages are the enormous necessary supporting masts and the associated foundations, which must accommodate the huge tension forces of the cables in large solar areas to safely control the weight and wind forces of the solar surface. The sagging tension cable also causes an inaccurate alignment of the solar surface, resulting in an inferior tracking results.

Aus diesen Gründen kommen vermehrt einachsige Nachführungen zum Einsatz, welche bei niedrigem Schwerpunkt eine Linientopologie aufbauen und somit windunanfällig sind. Des Weiteren sind viel kleinere Fundamente bei noch größeren, bebaubaren Flächen möglich. Nachteilig ist hier der geringe Mehrertrag im Vergleich zu fest montierten Systemen in nördlichen Breiten.For these reasons, more and more uniaxial tracking systems are used, which build a line topology with a low center of gravity and thus are not susceptible to wind. Furthermore, much smaller foundations are possible with even larger, buildable areas. The disadvantage here is the low additional yield compared to fixed mounted systems in northern latitudes.

Alle beschriebenen Nachführungsvarianten haben eines gemeinsam: Sie bewegen die Flächen fest montiert an den Achsen im Flächenschwerpunkt, wodurch induzierte Sturmkräfte von der Nachführmechanik aufgenommen und an das tragende Fundament weitergegeben werden. Insbesondere mit der Einführung der neuen Baunorm, dem Eurocode 1991, entstehen an solchen Nachführungen gewaltige, sich addierende Sturmkräfte, welche durch das Fundament oder das tragende Dach aufgenommen werden müssen. Selbst mehrere Kleinnachführungen von nur zwei Solarmodulen (~3,2 m²), welche verteilt auf dem Dach angeordnet werden, erzeugen dann in Summe derartig große Windkräfte, dass die Dachmontage auf den meisten Gebäuden unzulässig ist.All described tracking variants have one thing in common: They move the surfaces firmly mounted on the axes in the centroid, whereby induced wind forces are absorbed by the tracking mechanism and passed on to the supporting foundation. In particular, with the introduction of the new building standard, the Eurocode 1991, arise at such tracking huge, cumulative storm forces, which must be absorbed by the foundation or the supporting roof. Even several small leads of only two solar modules (~ 3.2 m ² ), which are arranged distributed on the roof, then generate in total so large wind forces that the roof mounting is inadmissible on most buildings.

Die nachfolgend beschriebene Drehturmkippsolarnachführung vermeidet den genannten Nachteil des Sturmkraftaufbaus indem sie Zugfederkupplungen zwischen den Antrieben und den bewegten Achsen vorsieht. Zudem werden die Solarmodule mit einer Exzentrizität zwischen Schwerpunkt und Achse montiert, so dass eine klar definierte Ausweichrichtung in Sturmschutzposition entsteht.The Drehturmkippsolarnachführung described below avoids the aforementioned disadvantage of the Sturmkraftaufbau by providing Zugfederkupplungen between the drives and the moving axes. In addition, the solar modules are mounted with an eccentricity between the center of gravity and the axis, so that a clearly defined direction of avoidance in storm-proof position arises.

Stand der Technik für Rutschkupplungen: State of the art for friction clutches:

Rutschkupplungen übertragen in Antriebssystemen sowohl ein Drehmoment als auch eine Drehzahl. Ab einem Schwelldrehmoment rasten Rutschkupplungen aus und erlauben das beliebig häufige Durchdrehen der Antriebswelle in der Rutschkupplung, solange bis das Auslösemoment unterschritten wird. Derartige Rutschkupplungen sind teure und präzise gefertigte Komponenten, welche bei großen Drehmomenten auch großen Platzbedarf haben. Sie begrenzen die Verdrehung der Antriebsmaschine nicht auf einen Verdrehwinkel von maximal 120° durch stetigen, ruckfreien Kraftaufbau. Für das solare Nachführen sind derartige Rutschkupplungen deshalb ungeeignet.Slip clutches transmit both torque and speed in drive systems. Slipping clutches start from a threshold torque and allow the drive shaft to spin as often as required in the slip clutch until the tripping torque is undershot. Such slip clutches are expensive and precisely manufactured components, which also have a large footprint at high torques. They do not limit the rotation of the prime mover to a twist angle of maximum 120 ° due to steady, jerk-free power build-up. For solar tracking such slip clutches are therefore unsuitable.

Die nachfolgend beschriebene, patentrelevante Zugfederkupplung vermeidet die genannten Nachteile. Sie überträgt nur Drehmoment, und nahezu keine Drehzahl. Ein Zugfedermechanismus sorgt für stetigen Kraftaufbau und damit für eine Verdrehwegbegrenzung auf weniger als 180°.The patent-relevant tension spring clutch described below avoids the disadvantages mentioned. It transmits only torque, and almost no speed. A tension spring mechanism ensures steady force build-up and thus a Verdrehwegbegrenzung to less than 180 °.

Beschreibung der eigenen Entwicklung:Description of own development:

Es wird eine Drehturmkippsolarnachführung beschrieben, die das exakte zweiachsige Nachführen von Solarflächen auf Freiflächen sowie Flach- oder Giebeldächern mit beliebiger Orientierung ermöglicht. Die Dachneigung sollte dabei 20° nicht überschreiten. Die Solarflächen werden exzentrisch zu Ihrem Flächenschwerpunkt bewegt. Bild 1 skizziert den Aufbau der Drehturmkippsolarnachführung in Einzelheit (A), welche die Draufsicht mit Zenitausrichtung der Solarflächen zeigt. Sie besteht aus den Unterbauträgern (1), auf welchen der Drehturm (2) montiert wird. Er realisiert die Horizontaldrehung zur Verfolgung der Azimutkoordinate. Der Drehturm trägt die Längsträgerverbinder (3), auf welchen die Längsträger (5) stehen. An den Längsträgerverbindern wird der Horizontalantrieb (4) fixiert. Der Vertikalantrieb (6) ist an einem der zwei Längsträger montiert und betätigt eine Schubstange (7) welche kippend auf die Modulachsen (8) wirkt. Die Solarmodule (9) werden fest mit definierter Exzentrizität zwischen den Massenschwerpunkten der Solarmodule und den Modulachsen montiert. So entsteht eine Vorzugskipprichtung durch exzentrische Kraftüberhöhung in einer Drehrichtung der Achse.It describes a turret tilt solar tracker, which allows the exact biaxial tracking of solar surfaces on open spaces and flat or gable roofs with any orientation. The roof pitch should not exceed 20 °. The solar surfaces are moved eccentrically to their centroid. Fig. 1 outlines the structure of the turret tilt solar track in detail (A), which shows the plan view with zenith orientation of the solar surfaces. It consists of the sub-contractors ( 1 ) on which the turret ( 2 ) is mounted. He realizes the horizontal rotation to track the azimuth coordinate. The turret carries the side rail connectors ( 3 ) on which the longitudinal members ( 5 ) stand. At the longitudinal beam connectors the horizontal drive ( 4 ) fixed. The vertical drive ( 6 ) is mounted on one of the two side members and actuates a push rod ( 7 ) which tilt on the module axes ( 8th ) acts. The solar modules ( 9 ) are fixedly mounted with a defined eccentricity between the centers of mass of the solar modules and the module axes. This creates a preferential skip direction due to eccentric force increase in one direction of rotation of the axle.

In Einzelheit (B) ist die Seitenansicht der Drehturmkippsolarnachführung dargestellt. Die Solarfläche befindet sich in Betriebsposition, während sie durch die Windkräfte beaufschlagt wird. Bis zu einer definierten Windkraftschwelle bleibt die Zugfederkupplung, montiert am Vertikalantrieb, eingerastet und die Solarfläche wird wie fest mit dem Antrieb verbunden, bewegt. Bei Überschreitung der Windkraftschwelle öffnet die Zugfederkupplung und die per Schubstange verbundenen Modulachsen werden schlagartig in die Sturmschutzposition, dargestellt in Einzelheit (C) gepresst. Hier werden sie nur durch die Zugfederkräfte der Zugfederkupplung gehalten und schwingen nun wie eine Fahne im Wind. In Form dieses Baustatikmodells – Fahne wird auch die Belastungsberechnung vorgenommen. Die Sturmkräfte werden auf diese Weise signifikant, um 80% im Gegensatz zur festen Schwerpunktsmontage, reduziert. Die Einzelheit (D) zeigt die Drehturmkippsolarnachführung in der Draufsicht. Bei unsymmetrischer Anströmung und starker einseitiger Kraftüberhöhung löst die Zugfederkupplung des Horizontalantriebs aus und verdreht die Solarfläche, wobei die Windkraft durch die Reduktion des effektiv erzeugten Flächestaudrucks abgebaut wird. In dieser Position wird die Nachführung nur durch die Zugfederkräfte der Zugfederkupplung gehalten und richtet sich nun wie ein Baukran im Wind aus. In Form dieses Baustatikmodells – Baukran wird auch die Belastungsberechnung vorgenommen. Die Sturmkräfte werden auf diese Weise signifikant, um 60% im Gegensatz zur festen Achsenmontage, reduziert.In detail (B) the side view of the turret tipper solar tracking is shown. The solar surface is in operating position while it is being acted upon by the wind forces. Up to a defined wind force threshold, the tension spring clutch, mounted on the vertical drive, remains engaged and the solar surface is fixedly connected to the drive. If the wind force threshold is exceeded, the tension spring coupling and the module axles connected by the push rod are abruptly pressed into the storm protection position, shown in detail (C). Here they are held only by the Zugfederkräfte the tension spring clutch and swing now like a flag in the wind. In the form of this statics model - flag the load calculation is made. In this way, the impact forces are significantly reduced by 80% in contrast to the fixed center of gravity installation. The detail (D) shows the Drehturmkippsolarnachführung in plan view. In the case of asymmetrical flow and strong one-sided force exaggeration, the tension spring coupling of the horizontal drive triggers and rotates the solar surface, whereby the wind power is reduced by reducing the effectively generated surface back pressure. In this position, the tracking is held only by the tension spring forces of the tension spring clutch and now aligns itself like a construction crane in the wind. In the form of this structural model - construction crane, the load calculation is made. In this way, the impact forces are significantly reduced by 60% in contrast to fixed axle assembly.

Das Ausrasten der Zugfederkupplung als passives Element geschieht automatisch durch die Windkraft. Es ist keine Computersteuerung mit Windsensor und Antriebskraft nötig. Der Schutzmechanismus funktioniert also auch bei Ausfall der Steuerelektronik und Antriebstechnik. Die Zugfederkupplung schützt somit die Antriebe, die Mechanik und letztendlich die Fundamente oder Dächer vor Sturmkräften. Für das Einrasten ist eine steuerungsinitiierte Einrastfahrt nötig. Danach befindet sich das System wieder in der Betriebsposition.The disengagement of the tension spring clutch as a passive element is done automatically by the wind power. There is no computer control with wind sensor and driving force needed. The protection mechanism also works in case of failure of the control electronics and drive technology. The tension spring clutch thus protects the drives, the mechanics and ultimately the foundations or roofs from storm forces. For locking a control-initiated Einrastfahrt is necessary. Thereafter, the system is again in the operating position.

Patentrelevant ist die nachfolgend in 1.1 detailliert beschriebene Zugfederkupplung.Patentrelevant is described below in detail in 1.1 spring clutch.

Das Horizontallager, der Drehturm, ist wesentlicher Bestandteil der Drehturmkippsolarnachführung und soll deshalb hier kurz beschrieben werden.The horizontal bearing, the turret, is an integral part of the turret tilt solar track and should therefore be briefly described here.

Diese Komponente ermöglicht die Horizontaldrehung des gesamten Oberbaus und muss deshalb große Schub-, Kipp-, Hub-, und Gewichtskräfte aufnehmen können. Zu diesem Zweck besteht der Drehturm aus einem Oberlaufring, einem Unterlaufring und einem Fixierrahmen. Die Laufringe drehen innerhalb des festen Fixierrahmens auf Kugellagern. Diese Kugellager stecken auf acht konzentrisch um 45° angeordneten Achsen, welche fest mit dem Fixierrahmen verbunden sind. Bild 2 zeigt in Einzelheit (A) die Draufsicht des Oberlaufrings. Die Rollebene (1) ist ein Laserstrahl geschnittener Blechring, welcher mit einer 16 – Eckverstärkungsstruktur (2) verschweißt wird. Mittig wird ein Speichenkreuz (3) zur Verstärkung eingesetzt. Es trägt zudem die Laufhülse (4) mit welchem es auf die Schubkraftachse gesteckt wird. Ein Kranz von Bohrungen (5) ermöglicht das vor Ort Verschrauben mit dem Unterlaufring der Einzelheit (B).This component allows horizontal rotation of the entire superstructure and must therefore be able to absorb large thrust, tilt, lift and weight forces. For this purpose, the turret consists of an overflow ring, an underrun ring and a fixing frame. The races rotate within the fixed frame on ball bearings. These ball bearings are mounted on eight concentrically arranged by 45 ° axes, which are firmly connected to the fixing frame. Figure 2 shows in detail (A) the top view of the upper race. The roller plane ( 1 ) is a laser cut cut sheet metal ring which is provided with a 16 - corner reinforcement structure ( 2 ) is welded. In the middle becomes a spider ( 3 ) used for reinforcement. It also carries the barrel sleeve ( 4 ) with which it on the thrust axis is plugged. A wreath of holes ( 5 ) allows on site screwing with the lower ring of the item (B).

In der Einzelheit (C) ist der Fixierrahmen des Horizontallagers dargestellt. Dies ist der feststehende Teil, welcher mit dem Boden verbunden wird. Der Fixierrahmen besteht aus den Rahmenträgern (1), in welche die Kugellagerachsen (2) eingeschraubt werden. Zudem sind hier die Diagonalstücke (4) eingeschweißt. Die Kugellager (3) sind vom im Innenbereich des Fixierrahmens auf den Kugellagerachsen steckend angeordnet. Unterhalb der Rahmenträger wird ein Speichenkreuz (5) angeschweißt. Es hält die Schubkraftachse (6).In the detail (C) of the fixing frame of the horizontal bearing is shown. This is the fixed part, which is connected to the ground. The fixing frame consists of the frame girders ( 1 ) into which the ball bearing axes ( 2 ) are screwed. In addition, here are the diagonal pieces ( 4 ) shrink wrapped. The ball bearings ( 3 ) are arranged from sticking in the inner region of the fixing frame on the ball bearing axes. Below the frame girders, a spider ( 5 ) welded. It holds the thrust axis ( 6 ).

Die Einzelheit (D) zeigt nun den zusammengesetzten Drehturm in der Seitenansicht. Der Fixierrahmen (1) steht mit seinem Speichenkreuz (2) fest am Boden. Das Speichenkreuz fixiert mittig die Schubkraftachse (3). Auf die Schubkraftachse werden der Unterlaufring (4) und der Oberlaufring (5) gesteckt. Zwischen beiden Laufringen befinden sich die Kugellagerachsen (6). Die Laufringe klemmen somit die innen abrollenden Kugellager ein. Die Gewichtskräfte werden durch den Oberlaufring aufgenommen, hier drunter rollen die Kugellager im Normalbetrieb ab. Sobald Hub- und Kippkräfte entstehen werden diese durch den Unterlaufring aufgenommen. Die Schubkraftachse sichert die beiden Laufringe gegen seitliches Verschieben und überträgt das Drehmoment des Horizontalmotors auf den Boden, um den Oberbau zu drehen.The detail (D) now shows the composite turret in the side view. The fixing frame ( 1 ) stands with his spider ( 2 ) firmly on the ground. The spider fixes the center of the thrust axis ( 3 ). On the thrust axis of the underrun ring ( 4 ) and the upper race ( 5 ). Between both races are the ball bearing axles ( 6 ). The races thus clamp the rolling ball bearings inside. The weight forces are absorbed by the upper race, here below roll the ball bearings in normal operation. As soon as lifting and tilting forces arise, they are absorbed by the lower race. The thrust shaft secures the two races against lateral displacement and transmits the torque of the horizontal motor to the ground to turn the superstructure.

1.1 Systembeschreibung der Erfindung1.1 System Description of the Invention

Die Aufgabe der Erfindung (die Zugfederkupplung) besteht darin, ab einer definierten Schwelle eines Lastdrehmoments den eingerasteten Kupplungszustand zu verlassen und dem Lastmoment zunächst wenig Haltemoment entgegen zu setzen. Ein schlagartiges Verdrehen findet statt. Mit zunehmendem Verdrehwinkel beginnt dann der stetige Aufbau eines Zugfederhaltemoments, welches den Verdrehwinkel auf ~120° begrenzt. Unterhalb der definierten Lastmomentschwelle koppelt die Zugfederkupplung den Antrieb mit der Antriebswelle fest, so dass ohne Winkelfehler zwischen beiden betrieben werden kann. Die Solarflächen werden so schlagartig aus der Windrichtung genommen und Staudrücke werden abgebaut.The object of the invention (the Zugfederkupplung) is to leave the latched clutch state from a defined threshold of a load torque and initially set the load torque little holding torque. A sudden twisting takes place. With increasing twist angle then begins the steady structure of a Zugfederhaltemoments, which limits the twist angle to ~ 120 °. Below the defined load torque threshold, the tension spring coupling firmly fixes the drive to the drive shaft so that it can be operated between them without angle error. The solar surfaces are suddenly removed from the wind direction and dam pressures are reduced.

Die vorliegende Erfindung besteht aus dem Rastzylinderbalken und dem Rastnutbalken, welche sich auf eine Halteachse gesteckt gegeneinander verdrehen lassen. Zwei Zugfedern ziehen die Balken zueinander und halten sie damit parallel.The present invention consists of the locking cylinder bar and the Rastnutbalken, which can be twisted against each other on a holding axis. Two tension springs pull the beams towards each other and hold them parallel.

Die Einzelheit (A) im Bild 3 zeigt den Rastzylinderbalken (1), der mittig eine Bohrung (2) zum Aufstecken auf eine Halteachse besitzt. Wesentlich ist, dass zwei Rastzylinder (3) aus Vollstahl je rechts und links eingeschweißt sind.The detail (A) in Figure 3 shows the locking cylinder bar ( 1 ), the center of a hole ( 2 ) for attachment to a holding axis has. It is essential that two locking cylinders ( 3 ) are welded from solid steel to the right and left.

Diese ragen um ~40% ihres Durchmessers über die Balkenebene hinaus. Die Seitenflanke jedes Rastzylinders bildet somit eine um ~60° zur Balkenoberfläche gekippte Kante, welche in Form einer Kontaktlinie auf die Rastnutflanke presst. Der beschriebene Flankenwinkel lässt ein Drehmoment mit dem Aufbau einer Normalkraft auf die Reibschlusskante in der Weise wirken, dass eine Reibkraft und eine Hubkraft (durch Kraftzerlegung) entstehen. Die Hubkraft wird den Rastzylinder nach oben in axialer Richtung bewegen, sobald die Summe der kompensierenden Reib- und Zugfedervorspannkraft kompensiert ist. Die Rastzylinderkante rutscht dann von der Rastnutflanke ab. In diesem Moment gilt Gleitreibung und der Flankenwinkel wird zunehmend flacher, wodurch die Hubkraft noch vergrößert und der Rutschprozess beschleunigt wird. Die Rastzylinder klettern jetzt schlagartig die Rastnutflanken empor und die Zugfederkupplung löst aus. Es werden außerdem je rechts und links Zugfederhaltebohrungen (4) eingebracht.These protrude by ~ 40% of their diameter beyond the beam level. The side flank of each locking cylinder thus forms a tilted by ~ 60 ° to the beam surface edge, which presses in the form of a contact line on the Rastnutflanke. The described flank angle allows a torque with the structure of a normal force acting on the frictional edge in such a way that a frictional force and a lifting force (by force separation) arise. The lifting force will move the locking cylinder upwards in the axial direction as soon as the sum of the compensating friction and Zugfedervorspannkraft is compensated. The locking cylinder edge then slips off the Rastnutflanke. At this moment, sliding friction and the flank angle is increasingly flatter, whereby the lifting force is increased and the sliding process is accelerated. The locking cylinders now abruptly climb up the Rastnutflanken and the tension spring clutch triggers. There are also each left and right Zugfederhaltebohrungen ( 4 ) brought in.

Die Einzelheit (B) zeigt den Rastnutbalken (1), der ebenfalls mittig eine Bohrung (2) zum Aufstecken auf eine Halteachse trägt. Eine Rastnut (3), in Form eines Langlochs, wird in die obere Balkenseite gefräst. Es werden je rechts und links Zugfederhaltebohrungen (4) eingebracht. Ein wichtiges Merkmal der Erfindung ist, dass die Rastzylinder von ihren Abmaßen her knapp in die Rastnuten passen, so dass beim Aufeinanderlegen der Balken die Rastzylinder in den Rastnuten (Langlöchern) verschwinden. Die Rastzylinder und die Rastnuten besitzen dabei einen identischen Abstand zur Halteachse.The detail (B) shows the locking groove bars ( 1 ), which also has a hole in the middle ( 2 ) for attachment to a holding axis carries. A locking groove ( 3 ), in the form of a long hole, is milled into the upper side of the beam. There are each left and right Zugfederhaltebohrungen ( 4 ) brought in. An important feature of the invention is that the latching cylinders of their dimensions fit tightly into the locking grooves, so that when resting the beams on the latching cylinders in the locking grooves (oblong holes) disappear. The locking cylinder and the locking grooves have an identical distance to the holding axis.

Die Montage der beiden Balken wird in Einzelheit (C), in der Seitenansicht, dargestellt. Patentrelevant ist, dass der Rastzylinderbalken (1) zusammen mit dem Rastnutbalken (2) auf der Halteachse (3) steckt und die Zylinder zu den Langlöchern orientiert sind und deshalb darin verschwinden. Die Zugfedern (4) werden nun mit einer definierten Vorspannung und einem Montagewinkel zwischen 30...50° in die Zugfederhaltebohrungen gehängt.The assembly of the two beams is shown in detail (C), in side view. Patentrelevant is that the locking cylinder bar ( 1 ) together with the latching groove bar ( 2 ) on the holding axis ( 3 ) and the cylinders are oriented to the oblong holes and therefore disappear in it. The tension springs ( 4 ) are now suspended with a defined preload and a mounting bracket between 30 ... 50 ° in the Zugfederhaltebohrungen.

Wichtig ist, dass die Zugfedern den Rastzylinderbalken mit definierter Vorspannkraft auf den Rastnutbalken ziehen. Prägt man nun ein Drehmoment über die Drehmomentnocken (5) und (6) auf, so pressen die Rastzylinderflanken auf die Rastnutflanken und beide Balken verdrehen sich gemeinsam auf der Halteachse. Wesentlich ist dabei die Übertragung eines winkelfehlerfreien Drehmoments. Ein weiteres wichtiges Merkmal der Erfindung ist der Ausrastprozess: Wächst das Drehmoment an, so genügt die Vorspannkraft der Federn bald nicht mehr aus, um zusammen mit der Flankenreibkraft die Rastzylinder stabil in den Rastnuten zu halten. Die Rastzylinder klettern dann reibend die Rastnutflanken empor. Da der Flankenwinkel zunächst steil ist und Haftreibung gilt, wird viel Haftreibkraft aufgebaut, also ein großes Haltedrehmoment. Wird diese Schwelle jedoch überschritten, so gilt Gleitreibung und zudem werden die Flankenwinkel am Zylinder flacher. Die Zugfederkupplung löst nun schlagartig aus. Die überstehende Zylinderhöhe (~1...2 cm) wird dabei gegen die noch geringfügig anwachsende Zugfedervorspannkraft überwunden. Die Rastzylinder schleifen danach auf dem Rastnutbalken entlang und verlassen ihn schließlich bei weiterem Verdrehen, um sich frei im Raum zu bewegen. In diesem Ausrastmoment wird kaum Zugfederhaltekraft und somit nur ein geringes Zugfederhaltemoment aufgebaut.It is important that the tension springs pull the locking cylinder bar with defined preload force on the locking groove. If you now define a torque over the torque cams ( 5 ) and ( 6 ), so press the latching cylinder flanks on the Rastnutflanken and both beams rotate together on the support axis. Essential is the transmission of a torque without angular error. Another important feature of the invention is the Ausrastprozess: If the torque increases, the biasing force of the springs soon no longer sufficient to together with the flank friction force to hold the locking cylinder stable in the locking grooves. The locking cylinders then climb up the Rastnutflanken rubbing. Since the flank angle is initially steep and static friction applies, much Haftreibkraft is built, so a large holding torque. However, if this threshold is exceeded, then sliding friction applies and, moreover, the flank angles on the cylinder become flatter. The Zugfederkupplung now triggers abruptly. The protruding cylinder height (~ 1 ... 2 cm) is thereby overcome against the still slightly increasing Zugfedervorspannkraft. The locking cylinders then grind along the latching groove beam and finally leave it with further rotation in order to move freely in space. In this Ausrastmoment hardly Zugfederhaltekraft and thus only a small Zugfederhaltemoment is built.

Die Einzelheit (D) in Bild 3 zeigt die eingerastete Zugfederkupplung in ihrer Draufsicht mit einem Verdrehwinkel von exakt 0°. Beide Balken liegen hier übereinander und verlaufen parallel zu den Zugfedern, welche nur ihre geringe Vorspannung haben. Die Einzelheit (E) zeigt die ausgerastete Zugfederkupplung in ihrer Draufsicht mit einem Verdrehwinkel von ~85°.The detail (D) in Figure 3 shows the engaged tension spring clutch in its plan view with a twist angle of exactly 0 °. Both beams lie on top of each other and run parallel to the tension springs, which only have their low bias. The detail (E) shows the disengaged Zugfederkupplung in its plan view with a twist angle of ~ 85 °.

Der Rastzylinderbalken ist deutlich zum Rastnutbalken nach rechts verdreht dargestellt. Die Zugfedern sind dabei stark gelängt und bauen eine signifikante Zugkraft auf, welche ein starkes Zugfederhaltemoment erzeugt. Sie werden derartig dimensioniert, dass die maximal zu erwartenden Windkräfte ab 120° aufgenommen werden können. Somit ergibt sich kein weiteres Verdrehen in Richtung 180°. Klingt die Sturmkraft nun ab, so ziehen die Zugfedern den Rastzylinderbalken automatisch durch das entstehende Rückholmoment auf ~10°-Verdrehwinkel zurück. Die Rastzylinder stoßen hier seitlich an den Rastnutbalken. Zum Einrasten in die Rastnuten muss eine aktive Einrastfahrt per Stellantrieb stattfinden. Der Antrieb führt dabei in Einrastrichtung gegen die Achsreibung in Richtung der Zugfederkraft.The locking cylinder bar is shown clearly twisted to the latching groove bar to the right. The tension springs are strongly elongated and build a significant tensile force, which generates a strong Zugfederhaltemoment. They are dimensioned so that the maximum expected wind forces can be absorbed from 120 °. Thus, there is no further rotation in the direction of 180 °. If the storm force now subsides, the tension springs automatically retract the latching cylinder beam to ~ 10 ° twist angle due to the resulting return torque. The latching cylinders abut here laterally against the latching groove beams. To engage in the locking grooves must take place an active engagement drive by actuator. The drive leads in the locking direction against the axle friction in the direction of the tension spring force.

Hierbei schieben sich die Rastzylinder auf den Rastnutbalken, schleifen diesen entlang, bis sie schließlich, axial gezogen durch die Zugfedervorspannkraft, in die Rastnuten einrasten. Ein weiteres wichtiges Merkmal der Erfindung ist, die analoge Funktion sowohl bei Rechts- und Linksverdrehung und damit der Aufbau eines Haltemoments und das Aus- und Einrasten, ebenso wie der Aufbau eines Zugfederhalte- und Rückholmoments unabhängig von der Verdrehrichtung.In this case, the latching cylinder push on the locking groove bars, grind along this until they finally, pulled axially by the Zugfedervorspannkraft, engage in the locking grooves. Another important feature of the invention is the analogous function both in right and left rotation and thus the structure of a holding torque and the disengagement and locking, as well as the structure of a Zugfederhalte- and Rückholmoments regardless of the direction of rotation.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

Legende Bild 1:

(A)

Draufsicht auf die Drehturmkippsolarnachführung mit Zenitausrichtung der Solarflächen

(1)

Unterbauträger

(2)

Drehturm

(3)

Längsträgerverbinder

(4)

Horizontalantrieb

(5)

Längsträger

(6)

Vertikalantrieb

(7)

Schubstange

(8)

Modulachsen

(9)

Solarmodule

(B)

Seitenansicht der Drehturmkippsolarnachführung, Modulachsen in Betriebsposition bei geringer Windlast. Betrieb mit eingerasteter Zugfederkupplung

(C)

Seitenansicht der Drehturmkippsolarnachführung Modulachsen in Schutzposition bei starker Windlast. Betrieb mit ausgerasteter Zugfederkupplung

(D)

Draufsicht auf die Drehturmkippsolarnachführung bei unsymmetrischer Anströmung um die Horizontalachse mit starker einseitiger Kraftüberhöhung. Ausrasteten der Zugfederkupplung.

Legende Bild 2:

(A)

Draufsicht auf den Oberlaufrings des Drehturms

(1)

Rollebene

(2)

16 – Eckverstärkungsstruktur

(3)

Speichenkreuz

(4)

Laufhülse

(5)

Bohrungen

(B)

Draufsicht auf den Unterlaufrings des Drehturms

(C)

Draufsicht auf den Fixierrahmen des Drehturms

(1)

Rahmenträger

(2)

Kugellagerachsen

(3)

Kugellager

(4)

Diagonalstücke

(5)

Speichenkreuz

(6)

Schubkraftachse

(D)

Seitenansicht auf den zusammengesetzten Drehturm

(1)

Fixierrahmen

(2)

Speichenkreuz

(3)

Schubkraftachse

(4)

Unterlaufring

(5)

Oberlaufring

(6)

Kugellagerachsen

Legende Bild 3:

(A)

Seitenansicht des Rastzylinderbalken

(1)

Rastzylinderbalken

(2)

Bohrung

(3)

Rastzylinder

(4)

Zugfederhaltebohrungen

(B)

Seitenansicht des Rastnutbalken

(1)

Rastnutbalken

(2)

Bohrung

(3)

Rastnut (Langloch)

(4)

Zugfederhaltebohrungen

(C)

Seitenansicht der beiden montierten Balken mit Zugfedern

(1)

Rastzylinderbalken

(2)

Rastnutbalken

(3)

Halteachse

(4)

Zugfedern

(5)

Drehmomentnocken des Rastzylinderbalkens

(6)

Drehmomentnocken des Rastnutbalkens

(D)

Draufsicht auf die eingerastete Zugfederkupplung mit einem Verdrehwinkel von 0°.

(B)

Draufsicht auf die ausgerastete und verdrehte Zugfederkupplung mit einem Verdrehwinkel von ~85°.

Legend Picture 1:

(A)

Top view of the turret tilt solar track with zenith orientation of the solar panels

(1)

among developers

(2)

turret

(3)

Longitudinal beam connector

(4)

Horizontal drive

(5)

longitudinal beams

(6)

vertical drive

(7)

pushrod

(8th)

module axes

(9)

solar Panels

(B)

Side view of the turret tilt blind track, module axes in operating position with low wind load. Operation with engaged tension spring clutch

(C)

Side view of the turret tilt blind track Module axles in protective position in strong wind load. Operation with detent spring clutch disengaged

(D)

Top view of the turret tilt solar track with asymmetrical flow around the horizontal axis with strong unilateral force increase. Disengaged the tension spring clutch.

Legend Picture 2:

(A)

Top view on the upper race of the turret

(1)

rolling plane

(2)

16 - corner reinforcement structure

(3)

spider

(4)

running sleeve

(5)

drilling

(B)

Top view of the lower ring of the turret

(C)

Top view of the fixing frame of the turret

(1)

frame support

(2)

Ball bearing axes

(3)

ball-bearing

(4)

diagonal pieces

(5)

spider

(6)

Thrust axis

(D)

Side view on the composite turret

(1)

fixing frame

(2)

spider

(3)

Thrust axis

(4)

Under race

(5)

Upper race

(6)

Ball bearing axes

Legend Picture 3:

(A)

Side view of the locking cylinder beam

(1)

Click cylinder bar

(2)

drilling

(3)

click cylinder

(4)

Zugfederhaltebohrungen

(B)

Side view of the latching groove beam

(1)

Rastnutbalken

(2)

drilling

(3)

Locking groove (slot)

(4)

Zugfederhaltebohrungen

(C)

Side view of the two mounted beams with tension springs

(1)

Click cylinder bar

(2)

Rastnutbalken

(3)

holding axis

(4)

Tension springs

(5)

Torque cams of the latching cylinder beam

(6)

Torque cam of Rastnutbalkens

(D)

Top view of the engaged tension spring clutch with a twist angle of 0 °.

(B)

Top view of the disengaged and twisted spring clutch with a twist angle of ~ 85 °.

Claims (1)

Die vorliegende Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Rastzylinderbalken mit zwei Rastzylindern derartig über einem Rastnutbalken mit zwei Rastnuten drehbar angeordnet ist, dass die Rastzylinder in die Rastnuten, per Zugfedern gezogen, einrasten können (Bild 3, C). Die Anordnung kann somit ein winkelfehlerfreies Drehmoment in beiden Drehrichtungen übertragen. Wesentlich für die Erfindung ist außerdem der Ausrastprozess, bei dem ein definierbares Lastdrehmoment die Rastzylinderflanken derartig an die Rastnutflanken presst, dass dabei die Haftreibung und die Zugfedervorspannkraft überwunden werden, wodurch sich die Rastzylinderflanken an den Rastnutflanken empor schieben und somit ins Gleiten geraten, womit sich die Kupplung schlagartig öffnet. Ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist zudem, dass zwei Zugfedern die Verdrehung beider Balken zueinander auf weniger als 180° begrenzen, indem sie mit anwachsenden Verdrehwinkeln einen stetigen Kraftaufbau realisieren (Bild 3, E). Die Anordnung kann somit die Übertragung eines Lastdrehmoments in beiden Drehrichtungen innerhalb definierter Verdrehwinkelbereiche durch ein Auslösen begrenzen.The present invention is characterized in that a locking cylinder bar with two locking cylinders is rotatably arranged on a Rastnutbalken with two locking grooves, that the locking cylinder in the locking grooves, pulled by tension springs, can engage (Figure 3, C). The arrangement can thus transmit a torque without angular errors in both directions of rotation. Essential for the invention is also the Ausrastprozess, in which a definable load torque presses the Rastzylinderflanken so to the Rastnutflanken that while the static friction and Zugfedervorspannkraft be overcome, causing the Rastzylinderflanken push up the Rastnutflanken and thus get into sliding, bringing the Clutch opens suddenly. An essential feature of the invention is also that two springs limit the rotation of both beams to each other to less than 180 ° by realizing with increasing angles of rotation a steady force build-up (Figure 3, E). The arrangement can thus limit the transmission of a load torque in both directions of rotation within defined Verdrehwinkelbereiche by triggering.

Images