CH686634A5

CH686634A5 - Lichtlenkelemente fur Tageslicht.

Info

Publication number: CH686634A5
Application number: CH101693A
Authority: CH
Inventors: Helmut Koster
Original assignee: Helmut Koster
Priority date: 1992-04-03
Filing date: 1993-04-02
Publication date: 1996-05-15
Also published as: DE4211085A1

Description

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CH 686 634 A5

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft Gegenstände gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Stand der Technik

Es ist bekannt, mittels Spiegeln Lichtlenkung im Luftzwischenraum von Isoliergläsern zu betreiben. Derartige Systeme sind z.B. in EP 0 029 442 dargestellt. Es ist auch bekannt, durch eine vertikale Scheibe in der Fassade eines Gebäudes einfallendes Licht durch Zweifachreflektion auf der Oberseite eines unteren Lichtlenkprofils und auf der Unterseite eines oberen Lichtlenkprofils so umzulenken, dass das Licht im wesentlichen horizontal in den Innenraum geführt wird (siehe Deutsches Architektenblatt 7791, Seite 1104). Es ist auch bekannt, das Tageslicht schräg nach oben an die Decke oder vom Oberlichtbereich aus horizontal in den Innenraum zu führen.

Kritik am Stand der Technik

Obgleich grundsätzlich bekannt ist, das Licht über eine oder zwei Reflektionen an die Decke und in die Tiefe des Innenraumes umzulenken, ist durchaus nicht bekannt, wie dies in Hinblick auf die unterschiedlichen Sonnenhöhenwinkel der Sonne zu gewährleisten ist. Insbesondere die horizontale Lichteinflutung in den Innenraum funktioniert bei den bekannten Lichtlenksystemen vorzugsweise bei höheren Sonneneinfallswinkeln, während bei den sehr flacheren winterlichen Sonneneinfallswinkeln das Licht durch einmalige Reflektion an der Oberseite eines Lichtlenkelementes lediglich schräg an die Decke geflutet wird. Es gelingt bei den bekannten Konstruktionen nicht, die winterliche flache Sonneneinstrahlung horizontal in die Tiefe umzulenken. Ausserdem ist die Lichtumlenkung bei den bekannten Elementen meist sehr unpräzise. Es ist keine Konstruktionsmethode bekannt, durch die sicherzustellen wäre, dass die Lichtumlenkung in den Innenraum so erfolgt, dass eine unbeabsichtigte Blendung garantiert vermieden ist. Eine solche Blendung entsteht, wenn Lichtstrahlung nicht horizontal sondern schräg nach unten in das Auge eines Betrachters geführt wird. Bei Lichtlenkgläsern, die in Augenhöhe eingebaut werden, muss sichergestellt sein, dass die Lichtstrahlung in einem bestimmten Winkel an die Decke geführt wird.

Aufgabe der Erfindung

Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, Lichtlenkprofile zu schaffen, durch die das gewünschte Ergebnis einer Lichtumlenkung garantiert werden kann.

Lösung

Die Lösung erfolgt gemäss den Merkmalen des Patentanspruches 1.

Vorteile

Der Vorteil der Innovation liegt in einer genau zu bestimmenden Lichtabstrahlung der umgelenkten Strahlen in den Innenraum insbesondere bezüglich der Lichteinfallswinkel in den Innenraum. Vorteilhaft ist weiterhin die grosse Durchlässigkeit der Elemente für diffuse Strahlung durch Einbeziehung der Bodenstrahlung, die in einem Einfallswinkel < 0° bezogen auf die Horizontale einfällt. Weiterer Vorteil ist die weitgehend blendfreie Lichtabstrahlung nach aussen, indem das Licht entweder in einem steilen Winkel nach unten oder in einem steilen Winkel nach oben geführt wird. Ausserdem erlaubt die Konstruktionsmethode der Lichtlenkelemente diese sehr schmal bezüglich ihrer Ansichthöhe von Innen zu konstruieren, so dass der Ausblick durch die Lichtlenkelemente nur geringfügig blockiert ist.

Figurenbeschreibung

Es zeigt:

Fig. 1 den perspektivischen Querschnitt durch einen Isolierglasverbund mit im Luftzwischenraum angeordneten Lichtlenkelementen.

Fig. 2 die Konstruktionsmethode der erfindungs-gemässen Lichtlenkelemente bezogen auf eine horizontale Lichtabstrahlung zum Innenraum und

Fig. 3 bezogen auf eine schräg nach oben geführte Lichtabstrahlung in den Innenraum

Fig. 4 einen Querschnitt durch die Fensterzone eines Innenraumes und der Anordnung der Lichtlenkelemente im Oberlichtbereich und Fig. 5 die Anordnung der Lichtlenkelemente im Fensterbereich.

Fig. 1 zeigt zwei Scheiben 11, 12 zwischen denen ein Lichtlenksystem angeordnet ist, das sich aus den einzelnen Lichtlenkelementen 13, 14, 15, 16 aufbaut. Die Lichtlenkelemente bilden auf der Einstrahlungseite einen Einstrahlungsquerschnitt E, auf der Ausstrahlungsseite zum Innenraum einen Ausstrahlungsquerschnitt A und zwischen den Elementen einen Konzentrationsquerschnitt K. Die Oberseiten 17, 17' der Lichtlenkprofile 14, 15 bestehen aus zwei Teilstücken 18, 19, 20, 21, wobei die Teilstücke 18, 20, die sich vom Einstrahlungsquerschnitt ausgehend erstrecken, die flach einfallende Lichtstrahlung ai und die in einem höheren Lichteinfallswinkel einfallende Strahlung 02 durch den Konzentrationsquerschnitt zum Innenraum reflektieren, und das jeweils zweite Teilstück 19, 21 vorzugsweise in einem höheren Einstrahlungswinkel einfallende Strahlung nach aussen zurückreflektiert.

Am Beispiel der Lichtlenkelemente 13, 16 ist ein Strahl 22 dargestellt, der in den Endpunkt 30 des zweiten Teilstücks 23 der Oberseite der Lichtlenkelemente fällt und von diesem Teilstück in den Endpunkt 25 zweier Teilstücke 28, 29 der Unterseite des Lichtlenkelementes 16 reflektiert wird. Der reflektierte Strahl 24 wird, fällt er jenseits des Endpunktes auf das innenraumorientierte Teilstück 28, horizontal in den Innenraum reflektiert. Fällt der reflektierte Strahl 24 diesseits des Endpunktes 25 auf

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das Teilstück 29, wird der Strahl in einem Winkel 0C3 < 70° zur Vertikalen nach unten reflektiert.

Der einfallende Strahl 22 in den Endpunkt 30 auf der Oberseite der Lichtlenkelemente im Austrah-lungsquerschnitt stellt den ungünstigsten Strahlungseinfall dar. Die Tangentenneigungen der Teilstück 29, 28 sind so zu bestimmen, dass die vorgegebenen Grenzwinkel nicht unter- bzw. überschritten werden. Dies gilt auch für den weiteren Verlauf der Spiegelteilstücke 28, 29. Diese Bedingungen müssen erfüllt sein, um Blendwirkungen im Aussen-raum bzw. im Innenraum zu vermeiden.

Der Verlauf des Spiegelteilstückes 28 bzw. 32 wird durch die Tangentenneigung im Endpunkt im Ausstrahlungsquerschnitt 31 bestimmt. Die Tangente wird so gewählt, dass ein flachster einfallender Strahl 33 in einem Winkel kleiner als 0° höchstens jedoch horizontal in den Innenraum reflektiert wird. Bodenstrahlung 34 wird an der Unterseite der Elemente in den Innenraum geführt (35).

Das Spiegelsystem wird durch die oben definierten Grenzwinkel berechnet. Aus Gründen der Gleichmässigkeit der Schattenbildung ist es vorteilhaft, die Elemente sehr klein z.B. mit einem umschriebenen Kreis von 10 mm und kleiner herzustellen. Die Kernschattenzonen der Elemente verschwimmen mit den belichteten Zonen zwischen den Elementen so, dass es zu einer gleichmässi-gen Halbschattenbildung ohne Streifenbildung im Innenraum kommt. Derart kleine Elemente lassen sich vorteilhaft im Spritzgussverfahren aus Kunststoff oder aus einem Draht walzen. Hierfür kommen Reinstaluminiumdrähte oder Edelstahldrähte in Frage, die nach dem Walzen durch eine Polieranlage geführt werden. Das Polieren erfolgt entweder mechanisch oder elektrolytisch oder mittels Ultraschall. Spritzgegossene Teile werden metallisiert, z.B. durch Bedampfung mit Aluminium oder Silber oder durch Lackierung.

Die Kleinstelemente erlauben es auch, mehrere Spiegelsysteme als Schichten hintereinander anzuordnen. Hierdurch sind weitere Lichtlenkmöglichkeiten vorhanden. Die Spiegelsysteme können dabei parallel zueinander verlaufen oder orthogonal, so dass z.B. das erste, zum Aussenraum gelegene Spiegelsystem den Lichteinfall der azimutalen Einfallswinkel regelt, während das dahinter gelegene Spiegelsystem den Lichtdurchgang bezüglich der Elevationswinkel regelt. Denkbar ist auch eine umgekehrte Anordnung.

Es ist vorteilhaft, die Lichtlenksysteme in einem Isolierglas einzubauen. Der Scheibenabstand sollte dabei so bemessen sein, dass sich genügend Distanz der Scheiben zum Glas ergibt, damit eine Berührung nicht stattfindet, auch nicht im Winter, wenn sich im Isoliergals ein Unterdruck ausbildet. Die Distanz kann bis 10 mm betragen, so dass Gasfüllungen in den Luftzwischenraum z.B. aus Argon oder Krypton leicht eingebracht werden können.

Werden die Elemente im Spritzgussverfahren hergestellt, ist es vorteilhaft, wenn die Elemente z.B. in senkrechter und waagrechter Richtung sich gegenseitig durchdringen - also in einer Ebene angeordnet sind. Die Elemente werden dann als ein

Lichtraster hergestellt, das aus kleineren Einheiten besteht und zu einem grösseren, flächenförmigen Gebilde vereint werden kann.

Fig. 2 zeigt noch einmal die genaue Konstruktion der Spiegel: Die Oberseite der Elemente wird aus zwei Parabeln Pi und P2 gebildet, wobei die Parabel Pi einen Brennpunkt Fi im Konzentrationsquerschnitt und die Parabel P2 einen Brennpunkt F2 im Austrahlungsquerschnitt hat. Die Neigung der Parabelachsen xi und X2 wird nach den Anforderungen der Lichttechnik bestimmt. Wird das System gemäss Fig. 4 im Oberlichtbereich 50 einer Fassade eingesetzt, soll das Licht möglichst horizontal in den Innenraum umgelenkt werden, um eine gute Raumtie-fenausleuchtung zu erhalten. In diesem Fall wird X2 in einem sehr flachen winterlichen Sonnenwinkel angelegt z.B. in einem Winkel von 10°. Die Tangente t an den Punkt 52 des Spiegels 51 wird so angeordnet, dass die Lichtumlenkung horizontal erfolgt.

Die x-Achse der Parabel Pi wird in einem solchen Winkel angeordnet, bei dem das System verschaffen soll. Fallen Strahlen in einem Winkel > ai ein, werden die auf die Unterseite 53 des oberen Elementes gespiegelt und von diesem direkt nach aussen oder durch eine zweite Reflektion an der parabel Pi.

In der Fig. 3 ist ein weiteres Element dargestellt, das vorzugsweise im Fensterbereich 55 eingebaut wird, wie in Fig. 5 dargestellt. Lichtlenksysteme im Fensterbereich müssen das Licht anders in den Innenraum führen als im Oberlichtbereich. Die Lichtumlenkung zum Innenraum muss steiler sein, um Blendwirkungen der Nutzer zu vermeiden. Gläser in Brüstungsbereich müssten wieder anders konstruiert sein. Die Unterschiede der Profilausformung ergeben sich im wesentlichen duch die Unterseite 56 der Spiegelelemente zum Innenraum. Die Neigung dieser Spiegelfläche wird gemäss dem geforderten Abstrahlwinkel festgelegt. Pi und P2 wird so festgelegt, dass eine direkte Einstrahlung durch Reflektion an diesen Spiegeln grundsätzlich in einem Winkel a < 04 stattfindet. Der kritische Punkt ist die Tangentenneigung im Einstrahlungsquerschnitt.

Ist gewünscht, die Elemente hoch, d.h. schmaler in ihrer Ansichtshöhe auszubilden, könnte der Endpunkt der Parabel Pi und der Anfangspunkt der Parabel P2 versetzt angeordnet werden, indem die Parabel P2 tiefer gelegt wird. Die Oberseite der Lichtlenkelemente sind in ihrer Ausformung nicht auf reine Parabeln beschränkt und können auch kreisbogenförmig ausgebildet sein.

Claims

Patentansprüche

1. Lichtlenksystem für Tageslicht mit Lichtlenkelementen (13, 14, 15, 16), die im Abstand zueinander und parallel untereinander angeordnet sind und die jeweils eine dem Lichteinfall zugewandte reflektierende Oberseite (17, 17') und eine Unterseite aufweisen, wobei die Unterseite mindestens einen, einem Innenraum zugewandten Reflektor (28, 32) und mindestens einen zweiten Reflektor (29) aufweist, der der Oberseite (17, 17') eines benachbarten unteren Lichtlenkelementes zugewandt ist und wobei sich zwischen der Oberseite (17, 17') eines

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Lichtlenkelementes und der Unterseite eines benachbarten oberen Lichtlenkelementes jeweils ein Einstrahlungsquerschnitt (E), ein Konzentrationsquerschnitt (K) und ein Ausstrahlungsquerschnitt (A) ausbildet, dadurch gekennzeichnet, dass a) die Oberseite jedes Lichtlenkelementes (14) mindestens zwei Teilstücke (18, 19) umfasst, wobei ein erstes Teilstück (18), welches einstrah-lungsquerschnitt-seitig angeordnet ist, unter einem ersten Einfallswinkelbereich einfallendes Licht so auf die Unterseite des benachbarten oberen Lichtlenkelementes (13) reflektiert, dass das Licht vom Innenraum ferngehalten ist, und wobei ein zweites Teilstück (19), welches aus-strahlungsquerschnitt-seitig angeordnet ist, unter einem Einfallswinkelbereich, der kleinere Einfallswinkel aufweist als der erste Einfallswinkelbereich, einfallendes Licht so auf die Unterseite des benachbarten oberen Lichtlenkelementes (13) reflektiert, dass das Licht vom Innenraum ferngehalten ist,

b) dass der der Oberseite (23) eines benachbarten unteren Lichtlenkelementes (15) zugewandte Reflektor (29) so angeordnet und angeformt ist, dass er das auf ihn auftreffende, von der Oberseite (23) des unteren Lichtlenkelementes (15) reflektierte Tageslicht in einem Winkel von kleiner als 70° bezogen auf die Vertikale nach unten reflektiert,

c) dass der dem Innenraum zugewandte Reflektor (28) der Unterseite jedes Lichtlenkelementes (16) Tageslicht, das auf diesen Reflektor durch die Oberseite eines benachbarten unteren Lichtlenkelementes (13) reflektiert wird, oberhalb der oder entlang der Horizontalen in den Innenraum reflektiert, wobei das Tageslicht im Einstrahlungsquerschnitt unter einem Lichteinfallswinkel von grösser als 20° einfällt,

d) dass die Tangentenneigung (t) der Oberseite der Lichtlenkelemente so festgelegt ist, dass der Einfallswinkel des umgelenkten Lichtes in den Innenraum gleich oder grösser als ein vorgegebener minimaler Einfallswinkel 04 und grösser oder gleich 0°, gemessen von der Horizontalen, ist.

2. Lichtlenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Teilstück (18) der Oberseite der Lichtlenkelemente parabelförmig ausgebildet ist und einen Brennpunkt Fi im Endpunkt (25) eines innenraumseitigen Spiegelteilstücks im Bereich des Konzentrationsquerschnitts (K) hat und dass die Parabelachse parallel zu einem höchsten, einzufangenden Sonneneinfallswinkel verläuft.

3. Lichtlenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Teilstück der Oberseite der Lichtlenkelemente parabelförmig ausgebildet ist und einen Brennpunkt F2 im Endpunkt eines innenraumseitigen Spiegelteilstücks im Bereich des Ausstrahlungsquerschnitts (A) hat und dass die Parabelachse parallel zu einem niedrigsten, einzufangenden Lichteinfallswinkel verläuft.

4. Lichtlenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Unterseite eines Elementes auftreffende Bodenstrahlung in einem flachen Winkel kleiner als 25° bezogen auf die Horizontale in den Innenraum reflektiert wird.

5. Lichtlenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass über den gesamten Einfallswinkelbereich, des winterlichen, flachen Sonneneinfalls bis hin zu jenen Einfallswinkeln, bei denen Sonnenstrahlung nicht mehr in den Innenraum eindringt und nach aussen zurückreflektiert wird, mindestens jeweils der grössere, für die Lichteinstrahlung wirksame Teilbereich der Oberseite der Lichtlenkelemente, Strahlung auf die innenraumseitige Unterseite (28, 32, 51, 56) der Lichtlenkelemente führt.

6. Lichtlenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtlenkelemente innerhalb eines umschriebenen imaginären Kreis von 10 mm liegen.

7. Lichtlenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der Lichtlenkelemente (13, 14, 15, 16) zueinander das Zweifache ihrer Ansichtsbreite aus horizontaler Sicht nicht überschreiten.

8. Lichtlenksystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtlenkelemente (13, 14, 15, 16) von orthogonalen Lichtlenkelementen durchdrungen werden und die orthogonalen Lichtlenkelemente einen Konzentrationsquerschnitt bilden.

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