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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leuchte zur Raumbeleuchtung mit Sonnenlicht, insbesondere zur Beleuchtung von Innenräumen in Gebäuden, wobei die Leuchte einen von einer Wandung begrenzten Hohlkörper mit mindestens einer Lichteintrittsöffnung, insbesondere zum Einlass von Sonnenlicht, und mindestens eine von aussen nicht sichtbare, in ihrer Lichtstärke regulierbare, künstliche Lichtquelle aufweist, wobei der Hohlkörper eine diffus streuende lichtdurchlässige Wandung aufweist, und das in den Hohlkörper eingebrachte Licht von den Innenwandungen des Hohlkörpers reflektiert wird.
Die Beleuchtung von Innenräumen durch Sonnenlicht wird im einfachsten Fall durch Lichtschächte, wie in der US 4, 114, 186 A, oder durch einfache Lichtlenksysteme, wie in der WO 90/10176 A 1 oder der EP 0 767 341 A1 gezeigt, realisiert. Neben diesen sehr einfachen Varianten sind beim Stand der Technik auch Systeme zum Sammeln und zum Transport von Sonnenlicht aus der WO 93/06413 A1 und der WO 97/48946 A1 bekannt. Darüber hinaus wird beim Stand der Technik der Transport Ge nach Bündelung) als auch die Verteilung des Sonnenlichts anhand vollreflektierender 3M-Prismenfolien realisiert. Des weiteren sind auch Ausführungsformen bekannt, bei denen Kunstlicht als Sonnenlichtersatz anhand einer (meist) zentralen Hochleistungspunktquelle (früher Schwefellampe) verwendet wird.
Bei all den bisher bekannten Ausführungsformen zur Beleuchung von Innenräumen mit Sonnenlicht ist sowohl die gleichmässige Verteilung von Licht im Raum als auch die gezielte Beleuchtung von begrenzten Flächen mit Sonnenlicht noch unzureichend gelöst. Das beinah parallele Sonnenlicht lässt sich nur schwer aus einem 3M-Kanal entnehmen, wodurch die Lichtausbeute sowohl für Sonnenlicht als auch für Kunstlicht gering ist (viel Licht nach draussen dringt). Darüber hinaus ist eine unkontrollierte Ausstrahlung von Sonnen- als auch Ersatzkunstlicht aus ergonomischer Sicht nicht vertretbar. Die meisten Hochleistungspunktquellen für Ersatzkunstlicht lassen sich nicht oder nur begrenzt dimmen und sind schlecht (wieder) entzündbar. Dadurch sind Einsparungen im Kunstlicht nur schwer realisierbar.
Häufig ist das Kunstlicht nicht pro Raum regelbar oder schaltbar, was sich ebenfalls ungünstig bezüglich der eventuell angestrebten Einsparung auswirkt.
Aufgabe der Erfindung ist es somit, einen Leuchtkörper zu schaffen, welcher die Beleuchtung von Innenräumen mit Sonnenlicht in einer angenehmen und an die jeweilige Aufgabenstellung angepassten Art und Weise ermöglicht. Darüber hinaus soll das vom Leuchtkörper abgegebene Sonnenlicht bei Bedarf regelbar durch Kunstlicht ergänzt werden können.
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Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass ein Teil des Lichtes den Hohlkörper durch mindestens eine Lichtaustrittsöffnung und ein anderer Teil des Lichts den Hohlkörper durch seine Wandung verlässt, wobei der Hohlkörper als Zylinder mit mindestens einer der Länge des Zylinders nach ausgebildeten spaltartigen Lichtaustrittsöffnung ausgebildet ist.
Der Leuchtkörper hat die Form eines länglichen Zylinders aus lichttransparentem Material, z. B. aus klarem PMMA, PC oder Glas (ein runder Querschnitt ist am günstigsten, aber nicht unbedingt erforderlich), und weist an der Innenseite Lichtdiffusionsmaterial mit einem hohen Reflexionsgrad auf. An einer oder mehreren Seiten wird das Diffusionsmaterial stellenweise weggelassen, sodass Lichtaustrittsöffnungen entstehen, durch die Licht mit hoher Konzentration austreten kann. Dieses Licht kann dann anhand von optischen Systemen (z. B.
Spiegel oder Reflektoroptiken oder prismatische Refraktoroptiken) wie sie bei klassischen Beleuchtungsgeräten üblich sind, noch weiter behandelt werden. Zweck dieser Optiken ist es, das Licht an den gewünschten Stellen zu bündeln und so zu vermeiden, dass die Benutzer durch Blendung gestört werden.
Die Innenverkleidung des Zylinders, die der Lichtdiffusion dient, hat nicht nur einen höchstmöglichen Lichtreflexionsgrad, sondern vorzugsweise auch einen schwachen Transmissionsfaktor (Lichtdurchlassgrad). Das heisst, dass eine geringe streuende Durchlässigkeit durch die Materialmasse selbst oder durch sehr kleine Löcher in der Innenverkleidung (mikroperforierte Verkleidung) vorhanden ist.
Bei Bedarf wird Kunstlicht als Ersatz für das Sonnenlicht von einer oder mehreren Lampen gespendet, die in der Leuchte montiert sind. Leuchtstofflampen eignen sich bestens dafür, da sie sich - falls entsprechend ausgerüstet - sehr gut bedienen und/oder schalten lassen und so leichter als energiesparende Ersatzbeleuchung benutzt werden können. Andere Lampen (Punktquellen) sind im Prinzip auch möglich und können dann an passenden Stellen und unter Verwendung eines optischen Systems, welches das Licht vor allem in die Längsrichtung der Leuchte bündelt, in die Leuchte eingebaut werden. Selbstverständlich kann man stets Kunstlicht zentral oder halbzentral mit Hilfe von starken Punktlichtquellen einführen. Es besteht natürlich auch die Möglichkeit, das Beleuchtungsgerät nur als Kunstlichtquelle zu benutzen.
Aufgrund der günstigen optischen Eigenschaften und Leistungswerte ist ein solcher Gebrauch hundertprozentig vertretbar. Um die Lichtausbeute der Leuchte höchstmöglich zu halten, werden bei der Herstellung bzw. Endbearbeitung der
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internen Verdrahtung (Lampenhalter und Baustoffe) sowenig wie möglich lichtabsorbierende Materialien benutzt.
Durch diese Merkmale weist die erfindungsgemässe Leuchte eine relativ hohe Lichtausbeute sowohl für Sonnenlicht als auch für Kunstlicht auf. Bei Kunstlicht wird eine Lichtausbeute grösser als 70 % mit Leuchtstofflampen erreicht. Dies ist vergleichbar mit der sehr guten Lichtausbeute der meist üblichen künstlichen Beleuchtungen in Büroräumen u. dgl. Durch die erfindungsgemässe Ausführung ist eine ergonomisch gute Lichtverteilung im Raum erreicht. Die Bündelung auf den Arbeitsbereich ist möglich ohne störende Blendung des Benutzers dank der Verwendung von optimalen und geprüften optischen Systemen im Bereich der Lichtaustrittsöffnungen der Leuchte. Mit einer getrennten, abschaltbaren (z.
B. durch Verwendung von Anwesenheits- oder Bewegungsdetektoren) künstlichen Beleuchtung pro Raum oder Teilraum anstelle einer grossen zentralen Lichtquelle werden Energieeinsparungen erreicht. Diese Energieeinsparungen sind vor allem durch die
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die Innenverkleidung der erfindungsgemässen Leuchte erreicht. Bei der erfindungsgemässen hochreflektierenden Innenverkleidung des Hohlkörpers und der Verwendung von z. B. 2 x 80 Watt Leuchtstofflampen in einer 1, 8 m langen Leuchte eignet sich die Helligkeit (bei einer Leuchtdichte der erfindungsgemässen Leuchte unter 1000 cd/m2) durchaus für eine ausreichende und nichtblendende Raumbeleuchtung. Die durch die erfindungsgemässe Leuchte erreichte milde und gleichmässige Leuchtdichte ist sehr gut geeignet als Aktivierungsmittel für das Regelsystem des Kunstlichts.
Durch die Ausformung des Leuchtkörpers können mehrere Lampen in einem Modul benutzt werden, ohne dass die Lampen sichtbar sind. Darüber hinaus können sowohl Röhren als auch punktförmige Lampen benutzt werden. Die ausreichende Helligkeit der Innenverkleidung der Leuchte sorgt von den Fenstern aus für eine ausreichend brillante Beleuchtung. Mit den obengenannten 2 x 80 Watt Leuchtstofflampen pro 1, 8 m Modul werden hierbei mehr als 25. 000 cd/m2 erreicht. Durch die erfindungsgemässe Ausprägung der Leuchte wird erreicht, dass ein kaum merkbarer Übergang von Kunstlicht auf Sonnenlicht und umgekehrt dank der fast gleichen Lichtdiffusion Im Raum sowie der Verwendung eines schnell und proportional reagierenden Regelsystems für das Dimmen des Kunstlicht erreicht wird.
Optional kann ein Teil des gebündelten, fast parallelen Sonnenlichts mit Hilfe von kleinen, eventuell verstellbaren Spiegeln abgeleitet werden, die das Licht durch angepasste Fensterchen im Schacht richten. Dieses System kann als zusätzliche Akzentbeleuchtung dienen, jedoch auch die Sonne
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ersetzen und so einen von der Aussenwelt abgeschnittenen Raum trotz allem etwas Dynamik verleihen.
Die Grösse der obengenannten Lichtaustrittsöffnungen bestimmt das Verhältnis des Lichtaustritts durch die Lichtaustrittsöffnung zur Lichtmenge, die durch die Wandungen des Hohlkörpers dringt. Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass mindestens 75 % des aus der Leuchte austretenden Lichtes über Lichtaustrittsöffnungen aus dem Hohlkörper austritt. Dies bedeutet bei zu vernachlässigender Lichtabsorption der selbstreflektierenden Innenwandung und Wandung des Hohlkörpers, dass trotz des hohen Reflexionsgrades der Innenwandung durch die Mehrfachreflexion insgesamt ca. ein Viertel des abgegeben Lichts durch die Wandung der Leuchte transmittiert und als diffuses, angenehmes Streulicht an den Raum abgegeben wird.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel sieht vor, dass mindestens eine vorzugsweise parabolisch geformte Spiegelrasteroptik oder mindestens eine prismatische Optik, vorzugsweise Refraktoroptik, im Bereich der Lichtaustrittsöffnungen des Hohlkörpers angeordnet ist. Hierdurch kann das austretende Licht winkelmässig begrenzt oder eine Effektbeleuchtung erreicht werden. Durch eine geeignete Spiegelrasteroptik kann das aus dem Hohlkörper austretende diffuse Streulicht gezielt und je nach Aufgabenstellung auf eine zu beleuchtende Fläche gelenkt werden. Hierbei ist noch zu erwähnen, dass durch die Spiegelrasteroptik und ihre Beeinflussung des austretenden Lichts eine Blendung von Personen ebenfalls vermieden wird.
Die Spiegelrasteroptik und die Refraktoroptik können auswechselbar ausgebildet sein, sodass je nach Aufgabenstellung und Bedarf eine genau angepasste Spiegelrasteroptik oder Refraktoroptik an die Lichtaustrittsöffnungen angebracht werden kann.
Der Transport von Sonnenlicht zur Leuchte und von dort zur eventuell nächsten Leuchte erfolgt, wie beim Stand der Technik bekannt, in einem Kanal aus vollreflektierenden Prismenfolien oder in Lichtwellenleitern. Als Alternative sind auch hochreflektierende Spiegelmaterialien möglich. Als System zum Auffangen, Bündeln und Transportieren des Sonnenlichts bis zu dem zu beleuchtenden Raum können Vorrichtungen nach dem Stand der Technik verwendet werden. Eine bevorzugte Ausführungsform hierzu sieht vor, dass die Leuchte über eine Lichtleitung mit einem Heliostaten optisch verbunden ist, welcher das Sonnenlicht über die Lichtleitung in die Leuchte leitet.
Der Heliostat besteht dabei gemäss dem Stand der Technik im wesentlichen aus einer Anordnung von Spiegeln, deren
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Ausrichtung dem Lauf der Sonne nachgesteuert wird, sodass solange wie möglich die optimale Menge Licht in die Lichtleitung eingekoppelt wird.
Die Wandung des Zylinders kann transparent ausgebildet und an ihrer Innenfläche mit reflektierender Folie ausgekleidet sein. Die Innenverkleidung bzw. -wandung kann beispielsweise aus einer Klebefolie oder einer Farbschicht bestehen, welche die erforderlichen Lichtreflexions- und Durchlasseigenschaften hat. Hier kann z. B. das Material von Gore, Type Whitestar TM Reflektors verwendet werden. Diese Polytetrafluoroethylenfolie (PTFE) weist beispielsweise einen Reflexionsgrad von 98 % und einen Transmissionsfaktor von 1 % auf, was sowohl die Lichtausbeute als auch die gleichmässige Lichtverteilung über die Länge des Zylinders, als auch eine angenehme, in der Wahrnehmung milde Helligkeit der Leuchte selbst gewährleistet.
Konstruktiv besonders einfach ist es, wenn eine Deckelfläche des Zylinders als Lichteintrittsöffnung ausgebildet ist und die gegenüberliegende Deckelfläche des Zylinders und dessen Seitenwände mit reflektierender Folie ausgekleidet sind. Gemäss dieser Ausbildungsform wird das Sonnenlicht an einem Ende der Leuchte aus dem daran in Längsrichtung angeschlossenen Transportschacht bzw. -kanal eingeführt. Das andere Ende kann dann mit reflektierendem Diffusionsmaterial abgeschlossen werden (dabei kann es sich um dasselbe Material wie bei der Innenverkleidung handeln). Alternativ kann das andere Ende an eine folgende Leuchte bzw. einen weiter durchlaufenden Transportkanal angeschlossen werden.
Weitere Merkmale und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung. Dabei zeigt Fig. 1 einen Querschnitt durch die erfindungsgemässe Leuchte, Fig. 2 eine längsseitige Aussenansicht auf die erfindungsgemässe Leuchte, Fig. 3 eine schematische Darstellung der im Leuchtkörper angeordneten künstlichen
Lichtquellen, und Fig. 4 eine erfindungsgemässe Leuchte mit prismatischer Refraktoroptik.
Die in Fig. 1 dargestellte erfindungsgemässe Leuchte besteht aus einem transparenten zylinderförmigen, an einem Ende abgeschlossenen Hohlkörper 1 mit dem Durchmesser d und der Länge) mit einer oder mehreren darin befindlichen Lichtquellen 2 (vorzugsweise
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Leuchtstofflampen) und einer im Bereich der Lichtaustrittsöffnung 11 mit der Breite b entlang der Zylinderwand des zylinderförmigen Hohlkörpers 1 angebrachten Spiegelrasteroptik 3. Hierbei kann der Hohlkörper 1 aus einem vorzugsweise klaren Acrylzylinder bestehen. Die im Hohlkörper befindlichen Lichtquellen 2 können aus zwei 16 mm dicken 80 Watt Leuchtstoffröhren bestehen, welche durch einen Lampenhalter 4 getragen und in ihrer Lage fixiert werden.
Die Spiegelrasteroptik 3 weist in der Regel Lamellen 12 auf und ist derart angeordnet, dass die Lichtquellen 2 nicht direkt von aussen einsehbar sind. Die reflektierende Innenwandung 5 des Hohlkörpers kann durch Auskleiden mit einer geeigneten hochreflektierenden, diffus streuenden Folie, deren Reflexionsgrad ca.
98 % und deren diffuser Transmissionsgrad ca. 1 bis 2 % beträgt, wie z. B. der von Gore produzierten Folie des Typs Whitestar TM Reflektors realisiert werden. Zur Befestigung der erfindungsgemässen Leuchte sind Montageösen 6 vorgesehen. Durch eine geeignete Regeleinrichtung 7 können die künstlichen Lichtquellen 2 in der erfindungsgemässen Leuchte in ihrer Lichtintensität derart gesteuert werden, dass die tageszeitabhängige und wetterunabhängige Variation des Sonnenlichtanteils durch Nachregelung der künstlichen Lichtquellen ausgeglichen wird. Hierdurch wird eine sehr gleichmässige, tageszeitunabhängige Ausleuchtung von Innenräumen mit angenehmem, diffus gestreutem Licht erreicht.
Die Position der Leuchtstofflampen ist mit der Breite b des offenen Streifens der Lichtaustrittsöffnung 11 und der Geometrie der Spiegelrasteroptik 3 so abgestimmt, dass die künstlichen Lichtquellen 2 wie auch die Lichteintrittsöffnung 9 von aussen nicht sichtbar sind.
Durch die geeignete Wahl der Spiegelrasteroptik 3 kann in Kombination mit der erfindungsgemässen Leuchte eine Blendungsbegrenzung in alle Richtungen erreicht werden, sodass in einem Winkelbereich über 65 auf die Vertikale nicht mehr als 1000 cd/m2 abgestrahlt werden.
Insgesamt ist die erfindungsgemässe Leuchte sowohl zur Auskopplung von durch das offene Ende des Zylinders 9 eingestrahltem (annähernd) parallelen Sonnenlicht als auch von Licht der integrierten künstlichen Lichtquellen geeignet, wobei das zur Raumbeleuchtung abgestrahlte Licht in beiden Fällen grösstenteils über die Spiegelrasteroptik 3 und ergänzend über die teiltransparente Folie 5 und durch die Wandung des Hohlkörpers 1 abgestrahlt wird.
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Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht der erfindungsgemässen Leuchte. Hierbei ist der vorzugsweise aus einem Acrylzylinder bestehende Hohlkörper 1 der Länge i wie auch die an seiner Innenseite vorzugsweise angebrachte reflektierende für Restlicht durchlässige Folie 5 gezeigt. Die Breite b der Lichtaustrittsöffnung beträgt in diesem Fall 50 mm.
Die Deckelfläche 9 dient als Lichteintrittsöffnung. Die Deckelfläche 10 kann durch einen hochreflektierende Eigenschaften aufweisenden Verschluss abgeschlossen sein, oder als Anschlussstück für einen Lichttransportkanal (hier nicht dargestellt) zum Weitertransport des Lichts in eine weitere Leuchte dienen.
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung der Halterung 4 für zwei als Leuchtstoffröhren ausgebildete künstliche Lichtquellen 2. Hierbei hat sich die Verwendung von 80 Watt Leuchtstoffröhren als vorteilhaft erwiesen. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Lampenhalter 4 transparent ausgebildet. Über die Fassung 8 werden die Lichtquellen, vorzugsweise Leuchtstoffröhren, am Lampenhalter angebracht.
In Fig. 4 ist eine Variante von der in Fig. 1 abgebildeten Leuchte gezeigt, bei der an Stelle der Spiegelrasteroptik 3 eine prismatische Refraktoroptik 13 im Bereich der Lichtaustrittsöffnung 11 angeordnet ist. Über den optionalen Reflektor 14 (hier verkippbar) kann zusätzlich Licht auf die Refraktoroptik 13 gelenkt werden, falls dies gewünscht ist. Durch die prismatische Refraktoroptik 13 kann z. B. durch Farbzerlegung eine Effektbeleuchtung, vorzugsweise für direkt umgelenkte Sonnenstrahlung, oder eine Längsausblendung an Stelle der Querlamellen einer Spiegelrasteroptik erreicht werden.