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Der DLR-Sonnenofen - Funktionsweise und Aufbau

Das Gebäude des Hochflussdichte-Sonnenofens in Köln. Quelle: DLR

Im Hochflussdichte-Sonnenofen des DLR in Köln-Porz wird konzentriertes Sonnenlicht erzeugt und zu Forschungszwecken eingesetzt. Diese hochenergetische Strahlung wird genutzt, um an damit bestrahlten Materialien thermische oder photonische Effekte hervorzurufen.

Funktionsweise

Das Sonnenlicht wird von einem ebenen Spiegel (Heliostat) auf einen Konzentrator reflektiert. Dieser bündelt die Strahlung so, dass der Fokus außerhalb der Achse des einfallenden Lichts in einem Laborgebäude liegt, wo die Experimente installiert werden. Durch eine Blende (Shutter) kann die einfallende konzentrierte Strahlung reguliert werden. Diese Anordnung wird als Off-Axis-Geometrie bezeichnet und bietet die Vorteile, dass der Fokus nicht mit dem Sonnenstand wandert und die Versuchsaufbauten die einfallende Strahlung nicht teilweise abschatten.

Ausstattung

Mithilfe von konzentriertem Sonnenlicht perforierte Edelstahlplatte. Quelle: DLR

Im Laborgebäude des Sonnenofens befinden sich ein Testraum zur Durchführung der Experimente, ein Messraum zur Steuerung und Überwachung des Experimentbetriebs und eine Werkstatt für vorbereitende und begleitende Arbeiten an den Versuchsaufbauten. Zudem sind verschiedene Chemie- und Werkstofflabore vorhanden.

Die Versuchsaufbauten werden im Testraum auf einem Positioniertisch installiert, um sie im Fokus der konzentrierten Solarstrahlung platzieren zu können. Hier ermöglicht eine umfangreiche Datenerfassung die Kontrolle und Auswertung der Experimente, indem z.B. Temperaturen, Spannungen, Kühlwasserdurchfluss und weitere Signale visualisiert und aufgezeichnet werden.
Zur berührungslosen Messung hoher Temperaturen dienen Pyrometer und eine Infrarotkamera. Unterschiedliche Leistungs-und Strahlungsdichte-Messsysteme wurden im DLR entwickelt und werden genutzt, um die eingestrahlte Leistung und deren Verteilung auf einem Zielbereich zu ermitteln.

Für die gewünschten Experimente können die Nutzer auch speziell angefertigte Ausrüstungsgegenstände verwenden, wie zum Beispiel Umlenkspiegel, Strahlformer, diverse Blendenbauformen oder verschiedene Vakuumkammern für Tests unter weltraumähnlichen Bedingungen.