AT412568B - Sonnenlichtlenkvorrichtung - Google Patents

Description

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   Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Umlenkung von Licht bewegter Lichtquellen, insbesondere von Sonnenlicht, bei dem mindestens ein lichtdurchlässiges Lichtlenkglas od.dgl. mit innenliegenden Luftschlitzen oder Hohlräumen od.dgl. um mindestens eine Achse od.dgl. von mindestens einem Antriebsmotor od.dgl. mit einer anderen Nachführungs- bzw. Winkelgeschwindigkeit bewegt wird als die Lichtquelle. 



   Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Vorrichtung zur automatischen Umlenkung von Licht bewegter Lichtquellen, insbesondere von Sonnenlicht auf einen festgelegten bzw. fixierten Bereich, mit einer um mindestens eine Achse od.dgl. von mindestens einem Antriebsmotor od.dgl. drehbaren Anordnung von mindestens einem lichtdurchlässigen Lichtlenkglas od.dgl. mit innenliegenden Luftschlitzen oder Hohlräumen od.dgl.. 



   Sonnenstrahlen treffen je nach Tages- bzw. Jahreszeit in einem bestimmten Winkel auf die Erde. Dadurch kann die Sonnenenergie als Licht- oder Wärmequelle, z. B. in Räumen oder Anlagen nur sehr unzureichend genutzt werden. Beispielsweise ist die Höhe der Tageslicht- und Solarenergieausnutzung durch ein Fenster bei der Sonneneinstrahlung stark abhängig vom Einstrahlwinkel entsprechend der jeweiligen Tageszeit. Das zeigt sich im stark schwankenden Tageslichtquotienten in Abhängigkeit des Sonnenstandes. Als integrativer Bestandteil der Solararchitektur ist das bewegte Lichtlenkglas eine ideale Massnahme zur effizienten Nutzung des Tages- bzw. 



  Sonnenlichtes. 



   In der GB 2 341 632 A der EP 0 524 388 A und der JP 2000-170 467 sind Lamellen zum Umlenken von Licht beschrieben, deren Neigung bzw. Stellung verändert werden kann, d. h. die Lichtlenkgläser oder Lamellen mit einer anderen Nachführungs- bzw. Winkelgeschwindigkeit bewegt werden können als die Lichtquelle, insbesondere die Sonne. 



   Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Lichtlenkverfahren bzw. eine Lichtlenkanlage zu schaffen, welche sich automatisch in einem bestimmten Winkel zur bewegten Lichtquelle, insbesondere der Sonne, ausrichtet und den Lichtstrom unabhängig von der Lage der Lichtquelle auf einen festgelegten bzw. fixierten Bereich umlenkt. 



   Gelöst wird die erfindungsgemässe Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Die erfindungsgemässe Aufgabe wird des Weiteren gelöst mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 5. 



   Das Lichtlenkglas kann z.B. Acrylglas, Glas od.dgl. sein, das mit lichtlenkenden Luftschlitzen oder Hohlräumen od.dgl. im Material hergestellt wird und in eine drehbare Konstruktion eingebaut ist. 



   Wenn Licht in das Lichtlenkglas eintritt, treffen die Lichtstrahlen auf die Grenzfläche der Luftschlitze, Hohlräume od.dgl. im Glas. Das Licht wird an dieser Grenzfläche zu den Luftschlitzen od.dgl. auf Grund der höheren optischen Dichte des Glases und des flachen Winkels nicht gebrochen sondern entsprechend dem Reflexionsgesetz im Komplementärwinkel reflektiert. Danach tritt das Licht wieder aus dem Glas aus. Durch Schrägstellung oder/und Krümmung der Luftschlitze od.dgl. kann die Lichtaustrittsrichtung auf einen grösseren Winkelbereich ausgeweitet werden. 



   Da sich der Sonnenstand tageszeitlich ändert, wird mindestens ein Lichtlenkglas in eine drehbare Anordnung montiert, die dem Sonnenstand mit mindestens einem Stellmotor od.dgl. oder per Hand nachgeführt wird. Dies gilt auch für andere beliebig im Raum bewegte Lichtquellen mit Lichteinstrahlung in Richtung des Lichtlenkglases. 



   Das Lichtlenkglas wird mit etwa der halben Winkelgeschwindigkeit der bewegten Lichtquelle bzw. dem Sonnenstand der Höhe nachgeführt. 



   Es ist auch möglich, dass das mindestens eine lichtdurchlässige Lichtlenkglas od.dgl. über mindestens eine vertikale Achse od.dgl. dem Azimut der Sonne bzw. der Seitenbewegung der Lichtquelle nachgeführt wird um bestimmte Effekte zu erzielen. 



   Darüber hinaus kann das Lichtlenkglas wie bei einem Heliostaten od.dgl. über zwei vorzugsweise 90  einander zugeordnete Achsen und einer Gabelkonstruktion od.dgl. der bewegten Lichtquelle bzw. Sonne kardanisch nachgeführt werden, um die Seitenbewegung bzw. Himmelsrichtung und Höhenabweichung mit dem System zu berücksichtigen. 



   Auch kann die Lage der Drehachse entsprechend den Anforderungen bzw. gewünschten Effekten beliebig gewählt werden. Weiters kann durch Bildung von Nachführintervallen der Verschleiss der Anlage sowie die Energie zur Nachführung verringert werden. 



   Die Anwendungsgebiete für die vorliegende Erfindung sind vielfältig. So kann beispielsweise 

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 das Sonnenlicht von der Süd-, West-, oder Ostseite als auch vom Dach des Gebäudes aus in Räume gelenkt werden, womit diese weitgehend unabhängig vom Sonnenstand ausgeleuchtet sind. 



   Mindestens eine optoelektronische Steuereinheit, die den Sonnenstand über lichtempfindliche Elemente wie z. B. Fotodioden oder Fotowiederstände od.dgl. optisch erfasst oder mindestens eine Kurvensteuerung mit astronomischem Koordinatenprogramm steuert den oder die Stellmotoren an. 



  Die so nachgeführten Lichtlenkgläser reflektieren dann entsprechend dem Sonnenstand das Licht tief in den Raum. 



   Dieses Lichtlenksystem kann an einer Fassade vor Fenstern oder Oberlichtern bzw. Dachverglasungen montiert werden. Das Licht der bewegten Lichtquelle kann so auf einen bestimmten Bereich, idealerweise an die Decke im Innenraum, reflektiert werden. 



   Vorteilhafterweise werden mehrere drehbare Lichtlenkgläser mit Luftschlitzen od.dgl. an einer Fassade oder einem Glasdach od.dgl. übereinander und/oder nebeneinander bzw. hintereinander angeordnet, um so grössere zu belichtende Bereiche abzudecken. 



   Dadurch wird erreicht, dass auf den festgelegten Bereich immer ein grösstmöglicher von der Lichtquelle ausgehende Lichtstrom auftrifft, unabhängig vom jeweiligen Stand der Sonne bzw. 



  Lichtquelle. 



   Ein weiterer Anwendungsbereich ist die Abschattung des Lichtes bewegter Lichtquellen durch Reflexion des Sonnenlichtes auf Bereiche ausserhalb des Gebäudes. Das Sonnenlicht kann so entweder in den gewünschten Bereich eingespiegelt oder durch Weiterdrehen des Lichtlenkglases wieder ausgeblendet werden. Somit ist dieses System eine ideale Massnahme zur Realisierung einer intelligenten Tagesbelichtung mit grossem Energieeinsparungspotential. 



   In den Zeichnungen ist eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung dargestellt, darin zeigen :
Fig. 1a eine Darstellung der Erfindung in isometrischer Ansicht und 1b eine Detailvergrösserung des Lichtlenkglases mit Luftschlitzen bzw. Hohlräumen. 



   Fig. 2a-2c eine Darstellung der Erfindung als Seitenansicht des Lichtlenkglases in verschiedenen Stellungen entsprechend der Lichteinstrahlungsrichtung der bewegten Lichtquelle. 



   Das Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen drehbaren Lichtlenkglases gemäss Fig. 1a- 1b besteht aus einem Lichtlenkglas 1, das mit innenliegenden Luftschlitzen 2 oder Hohlräumen ausgestattet ist und über eine Achse 3 mit einem Stellmotor 4 und einer beweglichen Halterung 5 verbunden ist. 



   Eine optoelektronische Regelung oder eine nach Uhrzeit und astronomischen Koordinaten berechnete Kurvensteuerung steuert den Stellmotor 4 an, der so das Lichtlenkglas 1 über die Achse 3 dem Sonnenstand oder der bewegten Lichtquelle nachführt. 



   Wenn Sonnenlicht in das mit unterschiedlicher Winkelgeschwindigkeit der bewegten Lichtquelle bzw. Sonne nachgeführte Lichtlenkglas 1 eintritt, treffen die Lichtstrahlen A auf die Grenzfläche der Luftschlitze 2 bzw. Hohlräume im lichtdurchlässigen Lichtlenkglas 1. Das Licht wird an der Grenzfläche zu den Luftschlitzen 2 durch Totalreflexion umgelenkt und tritt mit entsprechendem Winkel wieder aus dem Glas aus. Das reflektierte Licht B wird so in den zu beleuchtenden Raum bzw. auf den gewünschten Bereich gelenkt. Im Lichtlenkglas 1 sind mehrere Luftschlitze 2 so angeordnet, dass das eintreffende Licht über die gesamte Fläche zumindest jedoch über grosse Teilflächen des Lichtlenkglases 1 gelenkt wird. 



   In Fig. 2a-2c ist das Lichtlenkglas 1 in einer Seitenansicht in verschiedenen Stellungen entsprechend der bewegten Lichtstrahlen A der Sonne bzw. der Lichtquelle und der gleichbleibenden Austrittrichtung B des Lichtes in der Seitenansicht dargestellt. 



   Die Ausführungsformen zeigen nur einen kleinen Ausschnitt aller im Rahmen der Erfindung möglichen Konstruktionsvarianten. Natürlich können sämtliche Konstruktionselemente, wie z. B. die Halterung durch Durchführungshalterungen, Rahmenhalterungen usw., ersetzt werden. Statt der Welle können Rohre od.dgl. und statt eines Stellmotors können Linearantriebe, Getriebemotore, Antriebsmotore usw. eingesetzt werden.

Claims (8)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zur automatischen Umlenkung von Licht bewegter Lichtquellen, insbesondere von Sonnenlicht, bei dem mindestens ein lichtdurchlässiges Lichtlenkglas od.dgl. mit in- nenliegenden Luftschlitzen oder Hohlräumen od.dgl. um mindestens eine Achse od.dgl. von mindestens einem Antriebsmotor od.dgl. mit einer anderen Nachführungs- bzw. Win- kelgeschwindigkeit bewegt wird als die Lichtquelle, dadurch gekennzeichnet, dass das Licht auf einen festgelegten bzw. fixierten Bereich umgelenkt wird und dass das Lichtlenk- glas (1) od.dgl. mit etwa der halben Nachführungs- bzw. Winkelgeschwindigkeit der Licht- quelle bewegt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine licht- durchlässige Lichtlenkglas (1) od.dgl. in Zeitintervallen der bewegten Lichtquelle nachge- führt wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine lichtdurchlässige Lichtlenkglas (1) od.dgl. über mindestens eine horizontale Achse (3) od.dgl. der Elevation der Sonne bzw. der Höhenbewegung der Lichtquelle nachgeführt wird.
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das min- destens eine lichtdurchlässige Lichtlenkglas (1) od.dgl. über mindestens eine vertikale Achse (3) od.dgl. dem Azimut der Sonne bzw. der Seitenbewegung der Lichtquelle nach- geführt wird.
5. 5. Vorrichtung zur automatischen Umlenkung von Licht bewegter Lichtquellen, insbesondere von Sonnenlicht auf einen festgelegten bzw. fixierten Bereich, mit einer um mindestens eine Achse od.dgl. von mindestens einem Antriebsmotor od.dgl. drehbaren Anordnung von mindestens einem lichtdurchlässigen Lichtlenkglas od.dgl. mit innenliegenden Luftschlitzen oder Hohlräumen od.dgl., gekennzeichnet durch eine Steuerung, welche das mindestens eine lichtdurchlässige Lichtlenkglas (1 ) od. dgl. mit einem Antriebsmotor (4) od.dgl. steuert, wobei das Lichtlenkglas (1) mit etwa der halben Nachführungs- bzw. Winkelgeschwindig- keit der Lichtquelle bewegt wird.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung ein Steuer- programm aufweist, welches den Antriebsmotor (4) od.dgl. in Zeitintervallen ansteuert.
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die drehbare An- ordnung mit mindestens einem lichtdurchlässigen Lichtlenkglas (1) od.dgl. um mindestens eine horizontale Achse (3) od.dgl. verschwenkbar ist.
8. 8. Anordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die dreh- bare Anordnung mit mindestens einem lichtdurchlässigen Lichtlenkglas (1) od.dgl. um mindestens eine vertikale Achse (3) od.dgl. verschwenkbar ist.