| WO/2008/015004 | SUNDIAL |
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ZACHARIAS, Peter (Vor dem Hassel 12, Seevetal, 21220, DE)
ZACHARIAS, Peter (Vor dem Hassel 12, Seevetal, 21220, DE)
Ansprüche
1. Sonnenuhr (100) aus einem rotationssymmetrischen, lichtdurchlässigen Körper (11), insbesondere aus einem zylinderförmigen Körper, dessen Mantelfläche ein lichtdurchscheinendes, lichtstreuendes Zifferblatt (12) enthält, wobei auf den Teil eines Körpermantels, der nicht von dem Zifferblatt (12) bedeckt ist, einfallendes Sonnenlicht (13) gebrochen, gebündelt und von innen auf das Zifferblatt (12) geworfen wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Zifferblatt (12) und der nicht bedeckte Teil in Gestalt einer ringförmigen Aussparung (14) den Körper (11) im Umfang ganz umschließen, wobei die ringförmige Aussparung (14) senkrecht zur Achse des Körpers (11) angeordnet ist.
2. Sonnenuhr nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (11) aus einem lichtdurchlässigen Material ist.
3. Sonnenuhr nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (11) aus Glas ist.
4. Sonnenuhr nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (11) ein Hohlkörper ist.
5. Sonnenuhr nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (11) mit einer lichtdurchlässigen Flüssigkeit gefüllt ist.
6. Sonnenuhr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zifferblatt (12) Stundenlinien (16) zum Ablesen der Tagesstunden aufweist.
7. Sonnenuhr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zifferblatt (12) mit einer oder mehreren Zeitgleichungsschleifen (19) versehen ist.
8. Sonnenuhr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zifferblatt (12) Datumslinien (17) zum Ablesen des Datums aufweist.
9. Sonnenuhr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zifferblatt (12) eine den Stundenlinien (16) und Datumslinien (17) zugeordnete Abbildung der Erdoberfläche aufweist.
10. Sonnenuhr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zifferblatt (12) auf die Grund und/oder Deckfläche übergreift.
11. Sonnenuhr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das die ringförmige Aussparung (14) oberhalb des Zifferblattes (12) liegt.
12. Sonnenuhr nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die ringförmige Aussparung (14) unterhalb des Zifferblattes (12) liegt und dabei die Bodenfläche des Körpers (11) als ebener Reflektor wirkt, z. B. durch Totalreflexion oder einen eingebauten Spiegel.
13. Sonnenuhr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich in der Symmetrieachse des Körpers (11) ein Stab aus einem von dem Körpermaterial abweichenden Material befindet.
14. Sonnenuhr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ringförmige Aussparung (14) den Körper (11) nicht gänzlich umschließt.
15. Sonnenuhr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ihre Ausrichtung an verschiedenen Orten durch Hilfslinien auf einer Skala oder einer Kombination aus Landkarte und Dosenlibelle gegeben ist. |
Rotationssvm metrische Brechunqssonnenuhr
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Sonnenuhr aus einem rotationssymmetrischen, lichtdurchlässigen Körper, insbesondere aus einem zylinderförmigen Körper, dessen Mantelfläche ein lichtdurchscheinendes, lichtstreuendes Zifferblatt enthält, wobei auf den Teil eines Körpermantels, der nicht von dem Zifferblatt bedeckt ist, einfallendes Sonnenlicht gebrochen, gebündelt und von innen auf das Zifferblatt geworfen wird.
Stand der Technik
Eine Sonnenuhr der eingangs genannten Art ist dem Fachmann bekannt und wird bspw. in dem US-Patent Nr. 5,056,232 beschrieben. Bei dieser vorbekannten Sonnenuhr ist der Zylindermantel zur Hälfte auf der son- nenabgewandten Seite mit einem lichtdurchscheinenden Zifferblatt versehen. Auf der sonnenzugewandten Seite ist der Zylinder unbedeckt, also voll lichtdurchlässig.
Mit dieser Ausgestaltung der vorbekannten Sonnenuhr sind jedoch verschiedene Nachteile verbunden. Um den Stundenwinkel zu messen, muss man die Zylinderachse bei dieser aus dem Stand der Technik bekannten Sonnenuhr in Richtung des Himmelspols schräg stellen. Mit nur einem Zylinder ist zudem die gleichzeitige Messung von Tageszeit und Datum nicht möglich. Bei der vorbekannten Sonnenuhr ist darüber hinaus der Winkelbereich der Messung des Stundenwinkels stark eingeschränkt. Eine Justierung der in dem US-Patent Nr. 5,056,232 offenbarten Sonnenuhr ist ohne Kenntnis der Nordrichtung zudem nicht möglich.
Darstellung der Erfindung. Aufgabe, Lösung. Vorteile Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Sonnenuhr der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, bei der die Tageszeit und das Datum gleichzeitig bestimmt werden können. Zudem soll die
Sonnenuhr auch senkrecht gestellt werden können und der Winkelbereich der Messung grundsätzlich keine Einschränkung erfahren.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Kernidee der Erfindung ist es, dass die Rolle eines Schattenwerfers bei allgemein bekannten Sonnenuhren erfindungsgemäß eine ringförmige Aussparung des Zifferblattes übernimmt (im Weiteren wird diese ringförmige Aussparung als „transparenter Ring" bezeichnet). Diese ringförmige Aussparung ist gemäß der Erfindung senkrecht zur Achse des Körpers angeordnet.
Das Sonnenlicht, das durch diesen transparenten Ring fällt, wird an dem Körper gebrochen, gebündelt (der Körper wirkt hier als Zylinderlinse) und trifft von innen als ein helles schmales Lichtband auf das Zifferblatt. Diese Lage des Lichtbandes auf dem Zifferblatt zeigt die Tageszeit und das Datum (Monat, Tag) an. Die entscheidende wesentliche Verbesserung der vorliegenden Erfindung ist die ringförmige Aussparung des Zifferblattes, wobei sowohl das Zifferblatt als auch die ringförmige Aussparung den Zylinder im Umfang ganz umschließen. Dadurch ist gewährleistet, dass die Sonnenuhr, bspw. in Form eines Zylinders, auch senkrecht gestellt werden kann, so dass auch z. B. ein mit Wasser gefülltes Glas als Körper der Sonnenuhr dienen kann. Zudem ist gemäß der Erfindung der Winkelbereich der Messung grundsätzlich nicht eingeschränkt. Auch ist es im Rahmen der Erfindung möglich, die Tageszeit (aus dem Stundenwinkel der Sonne) und das Datum (aus der Höhe der Sonne) gleichzeitig zu bestimmen. Damit ist auch eine Justierung der Sonnenuhr ohne Kenntnis der Nordrichtung möglich.
Das Zifferblatt kann ein auf den Zylindermantel projiziertes Abbild der ganzen Erdoberfläche enthalten, bei dem die Stundenlinien Längengrade und die Datumslinien Breitengrade der Erde sind. Somit kann man zusätzlich auch noch den Ort anzeigen, über dem die Sonne senkrecht steht.
Die Achse der rotationssymmetrischen Sonnenuhr gemäß der Erfindung kann man beliebig ausrichten. Das Zifferblatt muss dabei entsprechend für jeden Standort gesondert berechnet werden. Vorteilhafte Ausrichtungen sind die Poluhr (die Symmetrieachse weist in Richtung auf den Himmelspol), die Horizontaluhr (die Symmetrieachse ist parallel zur Erdoberfläche gerichtet, vorzugsweise nach Norden oder nach Osten) und die Vertikaluhr (die Symmetrieachse steht senkrecht).
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachstehend wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen in schematischen Darstellungen:
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Sonnenuhr und
Fig. 2a, 2b, 2c Zifferblätter für die Sonnenuhr aus Fig. 1 gemäß der Erfindung.
Bester Weg zur Ausführung der Erfindung In Fig. 1 ist eine Sonnenuhr 100 dargestellt
Die Sonnenuhr liegt in Gestalt eines rotationssymmetrischen Körpers 11 vor, der in der hier gezeigten Ausführungsform ein Zylinder aus Plexiglas ist. Die Mantelfläche des Zylinders enthält das lichtdurchscheinende Zifferblatt 12. Das Zifferblatt enthält eine ringförmige Aussparung 14. Der Körper 11 weist also einen in Gestalt der Aussparung 14 für Licht voll transparenten waagerechten, d. h. senkrecht zur Zylinderachse verlaufen-
den schmalen Ring auf (transparenter Ring). Dieser Ring ersetzt die Rolle des Schattenstabs bei einer herkömmlichen Sonnenuhr. Das einfallende Sonnenlicht 13 dringt durch die als Ring vorliegende Fläche 14 und wird an dieser gekrümmten Fläche des Körpers 11 gebrochen. Der transparente Ring 14 wirkt dabei wie der Eintrittsbereich einer Zylinderlinse, die das Licht 13 sammelt. Auf dem Zifferblatt 12, welches dem eindringenden Sonnenlicht 13 gegenüberliegt, findet sich folglich ein helles, schmales schleifenförmiges Lichtband 20. Bei steilem Einfall des Sonnenlichtes 13 wird das Lichtband 20 zu einer sehr schmalen Schleife. Der unterste Punkt 21 auf dem Lichtband 20 („Sonnenpunkt") definiert in eindeutiger Weise die Richtung und die Höhe, aus der das Sonnenlicht 13 kommt.
Bei der hier vorliegenden Sonnenuhr 100 liegt der Sonnenpunkt stets unterhalb des transparenten Ringes (vertikale Sonnenuhr).
Das Zifferblatt 12 weist Stundenlinien 16 auf, die dem Sonnenpunkt 21 die Tageszeiten zuordnen. Für die Anzeige der mittleren Sonnenzeit haben die Stundenlinien 16 die Form der Zeitgleichungsschleife 19.
Das Zifferblatt 12 enthält zudem Datumslinien 17, die dem Sonnenpunkt das Datum (Monat, Tag) zuordnen.
Das Zifferblatt 12 kann auch eine Abbildung der Erdoberfläche (Lage der Erdteile) enthalten. Der Sonnenpunkt zeigt dann jeweils den Ort auf der Erde an, über dem die Sonne gerade senkrecht steht. Die Stundenlinien 16 entsprechen Längenkreisen im Abstand von 15° auf der Erdoberfläche. Die Datumslinien 17 entsprechen Breitenkreisen auf der Erdoberfläche.
Bei ausreichender Länge des Körpers 11 in Form des Zylinders kann die gesamte Erdoberfläche auf das Zifferblatt 12 abgebildet werden.
Die Figuren 2a, 2b, 2c zeigen die vollständigen Zifferblätter für eine Sonnenuhr 100 aus Glas mit der Brechzahl n=1.5 für den Standort 50 Grad nördliche Breite und 10 Grad östliche Länge. Neben dem Zifferblatt 12 für eine Vertikalsonnenuhr (Fig. 2a) werden auch die Zifferblätter für eine Poluhr (Fig. 2b) und eine Horizontaluhr (Fig. 2c) angegeben.
Die vorliegende Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführungsform nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbeispiel, vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar. Da bspw. bei einer vertikalen Sonnenuhr der Sonnenpunkt 21 stets unterhalb der Aussparung 14, d. h. des transparenten Rings liegt, ist in diesem Fall der Teil des Zifferblatts 12 oberhalb des Ringes nicht unbedingt notwendig. Folglich kann die Begrenzung des Ringes auch vom Zifferblatt 12 und der oberen Kante des Körpers 11 (Zylinders) gebildet werden. Der transparente Ring liegt in diesem Fall am oberen Ende des Zylinders.
Auch ist eine Anordnung des transparenten Ringes am unteren Ende des Zylinders möglich. Dabei nutzt man aus, dass das Licht am glatten, geraden Boden des Zylinders total reflektiert wird oder man verwendet einen eingebrachten Spiegel. Durch diese Spiegelung nehmen die auf dem Zifferblatt 12 gezeigten Erdteile bzgl. der Himmelsrichtungen die gewohnte Geografie an.
Weiterhin kann man das Zifferblatt 12 bei kleiner Zylinderhöhe auf den Zylinderdeckel oder den Zylinderboden übergreifen lassen. Die Funktion der Sonnenuhr als ein kleines Abbild der Erde wird dann besonders deutlich.
Wenn man zudem in der Symmetrieachse (Zylinderachse) einen schmalen Stab vorsieht, der aus einem anderen Material besteht, wird besonders bei Lichteinfall nahezu senkrecht zur Symmetrieachse die Ablesegenauigkeit
der Sonnenuhr 100 erhöht. Der Schattenbereich des Stabs im Lichtband zeigt dann den Sonnenpunkt.
Die einfachste Art der erfindungsgemäßen Sonnenuhr 100 ist die Vertikaluhr. Bei einer Benutzung am Ort A 1 für den eine Skala berechnet wurde, ist sie senkrecht auszurichten Soll die Sonnenuhr 100 an einem anderen Ort B benutzt werden, dann muss sie so gekippt werden, dass ihre Orientierung am Ort B mit der am Ort A übereinstimmt.
Eine einfache Justierhilfe können Hilfslinien auf der Skala sein, aus denen sich die Kippwinkel ablesen lassen.
Komfortabler ist eine Kombination aus Landkarte und Dosenlibelle: Auf dem Zylinderdeckel der Sonnenuhr 100 wird eine geeignete Landkarte mit den Orten A und B angebracht. über dieser befindet sich eine durchsichtige Dosenlibelle. Wenn ihre Luftblase über dem Ort B steht, ist die Sonnenuhr 100 am Ort B korrekt ausgerichtet.
Bezuαszeichenliste
100 Sonnenuhr
11 Körper
12 Zifferblatt
13 einfallendes Licht
16 Stundenlinien
17 Datumslinien
19 Zeitgleichungsschleife 0 Lichtband 1 Sonnenpunkt