Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Lichtlenkung, mit einem Kollektor für Sonnenlicht, mit einer Übergangsvorrichtung sowie mit einer Lichtführvorrichtung, welche das durch den Kollektor gesammelte Licht zu einem zu beleuchtenden Raum leitet und dort verteilt.
Beispielsweise in der Europäischen Patentanmeldung 85 942 ist eine Einrichtung dieser Gattung offenbart. Der Kollektor ist auf dem Dach eines Gebäudes angeordnet und er hat die Form einer Kugel, deren Oberfläche aus einer grossen Anzahl von Prismen zusammengesetzt ist. Diese Prismen leiten das anfallende Sonnenlicht in den mittleren Bereich des kugelförmigen Kollektors, von wo das Licht in einen Schacht im Gebäude geleitet wird. In diesem Schacht, dessen Durchmesser mit dem Durchmesser der Kugel vergleichbar ist, kann das Licht sowohl horizontal als auch abwärts geleitet werden. Für die Auskopplung von Licht in die seitlich vom Schacht liegenden Räume werden Lichtabstrahler verwendet, welche in jener Wand des betreffenden Raumes eingebaut sind, welche zwischen dem Raum und dem Schacht liegt.
Bekanntlich bewegt sich die Sonne entlang einer Bahn, welche im Bereich der nördlichen Hemisphäre südlich vom Zenith liegt. Das Sonnenlicht kann im Bereich der nördlichen Hemisphäre somit jene Teile des kugelförmigen Kollektors gar nicht erreichen, welche von der Sonne abgewandt sind. Folglich gilt der vorbekannte kugelförmige Kollektor wegen seiner unvollständigen Ausnutzung als zu kostspielig.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, den genannten Nachteil sowie noch weitere Nachteile des Standes der Technik zu beheben.
Diese Aufgabe wird bei der Einrichtung der eingangs genannten Gattung erfindungsgemäss so gelöst, wie dies im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 definiert ist.
Nachstehend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 in einem vertikalen Schnitt und schematisch die vorliegende Einrichtung,
Fig. 2 vergrössert den oberen Teil der Einrichtung aus Fig. 1, welcher einen Kollektor umfasst,
Fig. 3 in einer Draufsicht den oberen Teil der Einrichtung gemäss Fig. 2,
Fig. 4 in einer Draufsicht eine Übergangsvorrichtung, welche einen der Bestandteile des oberen Abschnittes der vorliegenden Einrichtung darstellt,
Fig. 5 eine erste Art von Tragvorrichtung für den Grundkörper der vorliegenden Einrichtung,
Fig. 6 eine zweite Art von Tragvorrichtung für den Grundkörper der vorliegenden Einrichtung,
Fig.
7 in einem Längsschnitt einen Abschnitt des Lichtleiters der vorliegenden Einrichtung, durch welchen die Lichtstrahlen verzweigt werden können und
Fig. 8 in einem Längsschnitt einen Abschnitt des Lichtleiters, mit dessen Hilfe die Richtung der Lichtstrahlen geändert werden kann.
Fig. 1 zeigt schematisch und in einem vertikalen Schnitt die vorliegende Einrichtung. Diese Einrichtung umfasst einen Kollektor 1 für Sonnenlicht sowie eine Vorrichtung 2 zur Führung des durch den Kollektor 1 eingefangenen Lichts bzw. Sonnenlichts. Diese Lichtführvorrichtung 2 leitet das durch den Kollektor 1 eingefangene Licht an die gewünschte Stelle in einem Gebäude, Tunnel usw. Im vorliegenden Fall wird ein mehrstöckiges Gebäude als Beispiel genommen. Die Lichtführvorrichtung 2 umfasst ein Übergangsglied 3 sowie einen Lichtleiter 4. Das Übergangsglied 3 ist zwischen dem Kollektor 1 und dem Lichtleiter 4 geschaltet. Dieser Lichtleiter 4 ist als ein hohles Profil ausgebildet, welches so lang ist, dass es sich durch jene Stockwerke des Gebäudes erstreckt, welche mit Licht zu versorgen sind.
Im Inneren des Lichtleiters 4 befinden sich Vorrichtungen 5, welche eine Auskoppelung der jeweils gewünschten bzw. erforderlichen Menge von Licht in das betreffende bzw. jeweilige Stockwerk ermöglichen.
Vom erwähnten Gebäude sind in Fig. 1 nur das Dach 6, die Etagegeböden 7 und der Kellerboden 8 desselben und zudem noch nur ausschnittsweise dargestellt. Im Dach 6 sowie in den Etageböden 7 ist jeweils eine \ffnung 9 ausgeführt. Die \ffnungen 9 im Dach 6 und in den Etageböden 7 liegen übereinander und der Lichtleiter 4 erstreckt sich durch diese \ffnungen 9 praktisch in einer vertikalen Richtung. Auf der Oberseite des Daches 6 und der Etageböden 7 ist jeweils eine Brüstung 10 ausgeführt, welche die jeweilige \ffnung 9 umgibt. Auf dem Kellerboden 8 ist ein Sockel 11 gemäss Fig. 1 unterhalb der \ffnungen 9 und koaxial mit dem Lichtleiter 4 angeordnet, auf dem lichtstreuende Elemente 12, beispielsweise Steine, angeordnet sind. Es versteht sich, dass die lichtstreuenden Elemente 12 auch direkt auf dem Boden 8 liegen können.
Der Kollektor 1 weist einen Grundkörper 15 auf, welcher aus Aluminiumblech sein kann und welcher über einen Flansch 16 auf einer horizontal verlaufenden Platte 17 befestigt ist. Diese Platte 17 verdeckt die obere Mündung der Brüstung 10 auf dem Dach 6 und die Platte 17 ist zugleich auch der oberen Mündung des Übergangsstückes 3 der vorliegenden Einrichtung zugeordnet. Die Deckplatte 17 weist eine \ffnung 18 auf, durch welche Licht in das Innere der vorliegenden Einrichtung gelangen kann. In dieser \ffnung 8 kann eine Platte aus einem durchsichtigen oder zumindest durchscheinenden Material, wie z.B. aus Glas, Plexiglas oder Ähnlichem angeordnet sein. Es ist jedoch auch möglich, die ganze Deckplatte 17 aus einem solchen Material zu machen.
Dann fällt die Herstellung der genannten \ffnung 18 weg und zudem gewinnt man den Vorteil, dass das Licht praktisch durch die gesamte Fläche der Deckplatte 17 in das Innere des Übergangsstückes 3 und somit auch in den Lichtleiter 4 gelangen kann. Der Kollektor 1 ist in Bezug auf die \ffnung 18 so angeordnet, dass er Sonnenstrahlen S durch diese \ffnung 18 in das Innere dieser Einrichtung bzw. in das Innere des Übergangsstückes 3 reflektieren kann.
Der Grundkörper 15 des Kollektors 1 ist als ein Abschnitt des Mantels bzw. der Wand eines gedachten, hohlen und schiefen Zylinders mit einer Achse A1 ausgebildet (Fig. 2). Dieser Zylinder kann unter Umständen auch einen ovalen bzw. elliptischen Querschnitt haben. Zwischen der Achse A1 und der Senkrechten R liegt ein Winkel Alpha, welcher von Null verschieden ist. Jener Abschnitt des Zylindermantels, welcher den Grundkörper 15 des Kollektors 1 darstellt, ist vom übrigen Teil des gedachten schiefen Zylinders, welcher nicht dargestellt ist, durch eine Ebene E getrennt. Ein Winkel Beta liegt zwischen dieser Ebene E und der Senkrechten R und dieser Winkel Beta ist ebenfalls von Null verschieden. Der Winkel Beta ist kleiner als der Winkel Alpha. Zumindest die Innenseite des Grundkörpers 15 ist aus einem lichtreflektierenden Material.
Oder die Innenseite des Kollektors 1 kann mit einer reflektierenden Folie versehen sein.
Die Schnittebene E verläuft hinsichtlich des gedachten schiefen Zylinders so, dass sie im Bereich der oben liegenden Grundfläche dieses Zylinders zu dieser oberen Grundfläche praktisch tangential steht und dass sie durch die untere Grundfläche des Zylinders hindurchgeht bzw. diese schneidet. Der Grundkörper 15 eines solchen Reflektors 1 weist somit eine Wand 20 auf, welche unten eine Kante 21 hat. Diese Kante 21 hat die Form eines Kreisbogens und die Wand 20 ist über diese Kante 21 an den Flansch 16 angeschlossen (Fig. 3). Dort, wo die Ebene E den Mantel des gedachten schiefen Zylinders schneidet, weist die Wand 20 eine zweite Kante 22 auf, welche die Form von etwa einer Parabel hat und welche im Nachstehenden auch Vorderkante 22 der Kollektorwand 20 bezeichnet wird.
Der Kollektor 1 ist der \ffnung 18 in der Deckplatte 17 zugeordnet. Die Form und die Abmessungen der \ffnung 18 sind mit der Form und den Abmessungen der unteren Kante 21 des Grundkörpers 15 vergleichbar. Folglich ist es möglich, den unteren Abschnitt 16 und 21 des Grundkörpers 15 der \ffnung 18 in der Deckplatte 17 zuzuordnen. Um die Lichtausbeute möglichst gross zu halten, ist die \ffnung 18 ovalförmig bzw. länglich rund. Die Krümmung dieser ovalförmigen \ffnung 18 in den Endbereichen desselben entspricht der Krümmung der unteren Kante 21 des Grundkörpers 15. Folglich ist es möglich, diese untere Kante 21 einem der Endbereiche der ovalförmigen \ffnung 18 zuzuordnen. Aus der Sicht der Lichtausbeute kann es zweckmässig sein, die Längsachse der ovalförmigen \ffnung 18 in der Nord-Süd-Richtung zu orientieren.
Die Deckplatte 17 kann jedoch auch so ausgeführt sein, dass die Lage der \ffnung, beispielsweise während eines Tages, verstellt werden kann, um das Maximum an Licht einfangen zu können. Diese Verstellung der Deckplatte 17 samt dem Kollektor 1 kann von Hand oder mit Hilfe eines gesteuerten Antriebs erreicht werden.
Die Neigung der Wand 20 bzw. der Mantellinien des Kollektors 1 bzw. seines Grundkörpers 15 bezüglich der Vertikalen R, welche durch den Winkel Alpha gegeben ist, ist mit Rücksicht auf den tiefsten Sonnenstand gewählt. Wie hier bereits einleitend erwähnt worden ist, fallen die Sonnenstrahlen S unter einem Winkel Gamma gegenüber der Senkrechten R ein. Dieser Winkel Gamma ist im Winter am grössten. Die Neigung Alpha der Achse A1 und somit auch der Mantellinien des Grundkörpers 15 ist so gewählt, dass die Sonnenstrahlen S beim tiefsten Stand der Sonne im Winter durch die Innenseite der Kollektorwand 20 in das Innere des Übergangsstückes 3 der vorliegenden Einrichtung abgelenkt bzw. reflektiert werden.
Die Neigung der Ebene E, welche den gedachten Zylinder schneidet, ist durch den Winkel Beta angegeben. Dieser Winkel Beta bestimmt somit auch die Neigung der Vorderkante 22 der Kollektorwand 20 gegenüber der Senkrechten R. Da die Sonne in den hiesigen Breitengraden nie im Zenith steht, sondern sich in einem Winkelabstand vom Zenith befindet, kann der Winkel Beta beinahe so gross gewählt werden wie der genannte Winkelabstand bei der Sommersonnenwende. Dies bietet den Vorteil, dass die Vorderkannte 22 und der sich an diese unmittelbar anschliessende Teil der Kollektorwand 20 keinen Schatten in die \ffnung 18 der Deckplatte 17 und somit auch ins Innere der vorliegenden Einrichtung wirft. Zudem fallen die Sonnenstrahlen beim Höchststand der Sonne im Sommer direkt in das Innere des Übergangsstückes 3 oder sogar direkt in das Innere des Lichtleiters 4 hinein.
Die Wand 20 des Kollektors 1 hat bei diesem Winkel Beta und beim gegebenen Durchmesser der \ffnung 18 in der Deckplatte 17 die grösste mögliche Fläche, welche das Licht in das Innere dieser Einrichtung reflektieren kann.
Die Längsachse der ovalen \ffnung 18 in der viereckigen Deckplatte 17 fällt mit einer der Diagonalen D1 dieser Platte 17 zusammen. Dabei ist diese ovale \ffnung 18 gegen eine der Eckpartien der Deckplatte 17 hin versetzt, und zwar unter Umständen sogar so weit, dass die Kontur der \ffnung 18 die sich in dieser Ecke der Brüstung 10 befindlichen und senkrecht zueinander stehenden Wände 101 und 102 dieser Brüstung 10 berührt. Dabei entsteht im Bereich der anderen Endpartie der genannten Diagonale D1 Platz für eine zweite \ffnung 24 in der Deckplatte 17. In dieser \ffnung 24 ist eine Quelle 25 von Kunstlicht eingesetzt, welche beispielsweise Glühbirnen 26 aufweist. Diese Quelle 25 ist so angeordnet, dass die von dieser abgegebenen Lichtstrahlen in das Innere der Lichtführvorrichtung 2 gerichtet sind.
Falls die ganze Deckplatte 17 aus einem durchsichtigen Material ist, dann braucht es die genannte \ffnung 24 nicht, weil die Quelle 25 auf der durchsichtigen Deckplatte 17 direkt aufgestellt sein kann.
Der Grundkörper 31 der Übergangsvorrichtung 3 (Fig. 2 bis 4) hat die Form eines viereckigen Pyramidenstumpfes, wobei dieser Pyramidenstumpf im dargestellten Fall ein schiefer ist. Der Pyramidenstumpf 31 umfasst vier Wände 32, 33, 34 und 35 sowie eine grössere Grundfläche 36 und eine kleinere Grundfläche 37. Diese Übergangsvorrichtung 3 steht auf ihrer kleineren Grundfläche 37. Die grössere Grundfläche 36 des Pyramidenstumpfes 31 ist der Deckplatte 17 und somit auch dem Kollektor 1 zuge ordnet bzw. zugewandt. Der Rand dieser grösseren Grundfläche 36 kann mit dem oberen Rand der Brüstung 10 fest verbunden sein. Die kleinere Grundfläche 37 des Pyramidenstumpfes ist der Eintrittsmündung des Lichtleiters 4 zugewandt bzw. an diese Eintrittsmündung angeschlossen.
Die Innenfläche des Übergangsstückes 3 ist aus einem lichtreflektierenden Material oder diese Innenfläche kann mit einer lichtreflektierenden Folie bedeckt sein.
Der Lichtleiter 4 ist aus einem durchsichtigen oder zumindest durchscheinenden Material, wie Glas, Plexiglas oder ähnlichem und er erstreckt sich im dargestellten Fall vom Übergangsstück 3 bis zur Decke 7 des Kellergeschosses. Die Stirnfläche des Lichtleiters 4 ist im Bereich des Kellergeschosses mithilfe einer Platte 13, beispielsweise aus Plexiglas, abgeschlossen. Die Innenseite des Grundkörpers des Lichtleiters 4 ist in jenen Bereichen desselben, wo kein Licht aus dem Lichtleiter 4 ausgekoppelt werden soll, beispielsweise im Bereich der Brüstungen 10, mit einer reflektierenden Folie 14 (Fig. 6) bedeckt. In jenen Bereichen, wo Licht ausgekoppelt werden soll, ist die Innenseite des Lichtleiters 4 mit einer Prismenfolie 19 bedeckt (Fig. 6).
Der Lichtleiter 4, wenn er sich über mehrere Stockwerke erstreckt, besteht aus Abschnitten 45, 46 usw. (Fig. 6), welche hintereinander geschaltet und durch Seile 47, 48 usw. zusammengehalten sind. Zwei benachbarte Abschnitte 45 und 46 des Lichtleiters 4 sind mithilfe von an sich bekannten Flanschen 49 miteinander verbunden. Ein so langer Lichtleiter 4 weist ein ganz beträchtliches Gewicht auf. Um so schwere Lichtleiter 4 möglichst einfach und sicher im durch die \ffnungen 9 gebildeten Schacht halten zu können, sind Haltevorrichtungen (Fig. 2 und 4 bis 6) vorgesehen.
Im Bereich des jeweiligen Stockwerkes kann jeweils eine Haltevorrichtung 40 angeordnet sein. Die Haltevorrichtung 40 umfasst zwei sich kreuzende Stäbe bzw. Profilstücke 41 und 42, die zweckmässigerweise rechtwinklig zueinander stehen. Die sich vom Kreuzungspunkt 43 dieser Stäbe 41 und 42 weg erstreckenden Schenkel 411 und 412 bzw. 421 und 422 der Stäbe 41 und 42 sind gleich lang, wenn sich die Stäbe 41 und 42 in der Mitte ihrer Länge kreuzen. Es kann jedoch zweckdienlich sein, die Stäbe 41 und 42 ausserhalb der Mitte ihrer Länge kreuzen zu lassen. In diesem Fall erreicht man nämlich mehr Raum für die Anordnung des Lichtleiters 4 im Schacht 9, wie dies beispielsweise aus Fig. 5 ersichtlich ist. Die Endpartien der Stäbe 41 und 42 sind an der Wand des Schachtes 9 befestigt. Im dargestellten Fall sind die Endpartien der Stäbe bzw.
Träger 41 und 42 in den Wänden der Brüstung 10 eingelassen bzw. an der Innenseite der Brüstungswände befestigt (Fig. 6). Die zuoberst angeordnete Haltevorrichtung 40 ist im Bereich der Unterseite der Dachbrüstung 10 befestigt und sie dient zugleich auch zur Befestigung der oberen Enden der die Abschnitte 45, 46 usw. des Lichtleiters 4 tragenden Seile 47, 48 usw. In den Trägern 41 und 42 sind \ffnungen 39 ausgeführt, durch welche die Seile 47, 48 usw. hindurchgehen.
Der Lichtleiter 4 weist im dargestellten Fall einen viereckförmigen Querschnitt auf. Der Lichtleiter 4 kann jedoch auch einen kreisrunden oder mehreckigen Querschnitt aufweisen. Im dargestellten Fall ist der Querschnitt des Lichtleiters 4 quadratisch. Zumindest im Bereich des jeweiligen Raumes bzw. Stockwerkes, wo Licht aus dem Lichtleiter 4 ausgekoppelt werden soll, ist der Grundkörper 44 des Lichtleiters 4 aus einem durchsichtigen oder zumindest durchscheinenden Material. Der Lichtleiter 4 ist der Haltevorrichtung 40 so zugeordnet, dass eine der Eckpartien des Lichtleiters 4 dem Kreuzungspunkt 43 der Stäbe 41 und 42 der Haltevorrichtung 40 zugeordnet ist (Fig. 5).
Die Seitenwände des viereckigen Lichtleiters 4 liegen in diesem Fall an den Schenkeln 411 und 422 der Träger 41 und 42 der Haltevorrichtung 40 an, sodass es verhältnismässig einfach ist, diesen Abschnitt 45, 46 usw. des Lichtleiters 4 an den Stäben 41 und 42 der Haltevorrichtung 40 sicher zu befestigen.
Bei der Verwendung der genannten Haltevorrichtungen 40 befindet sich der Lichtleiter 4 ausserhalb der Mitte des Schachtes 9. Damit Licht vom Kollektor 1 in den aussermittig angeordneten Lichtleiter 4 geleitet werden kann, muss das Übergangsstück 3 asymmetrisch geformt sein. Deswegen ist dieses Übergangsstück 3, wie dies vorstehend beschrieben ist, als ein schiefer Pyramidenstumpf ausgeführt. Die Neigung der Achse dieses schiefen Pyramidenstumpfes gegenüber der Vertikalen R muss unter anderem auch die Versetzung des Lichtleiters 4 gegenüber der Mitte des Schachtes 9. Zudem muss die genannte Neigung der Achse auch die seitliche Versetzung des Kollektors 1 gegenüber der Mitte des Schachtes 9 ausgleichen. Die Notwendigkeit dieser Versetzung ergibt sich aus der Tatsache, dass die zusätzliche Lichtquelle 25 an der Deckplatte 17 dem Lichtleiter 4 gegenüberstehen soll.
Da die zusätzliche Lichtquelle 25 einen bestimmten Raum für sich beansprucht, muss der Kollektor 1 verhältnismässig weit weg von der Mitte des Lichtleiters 4 angeordnet sein.
Auf der Höhe jener Räume bzw. Stockwerke, die mit Licht versorgt werden sollen, sind die bereits erwähnten Auskopplungsmittel 5 angeordnet, welche ermöglichen, Licht in gewünschter Menge aus dem Lichtleiter 4 für den betreffenden Raum auszukoppeln. Im zuoberst liegenden Stockwerk, welches in der unmittelbaren Nähe des Daches 6 liegt, braucht es kein Auskopplungsglied, weil am Anfang des Lichtleiters 4 noch genug Licht vorhanden ist. Das jeweilige und an sich bekannte Auskopplungsglied 5 weist einen zylinderförmigen Grundkörper auf, dessen Achse auf der Achse L des Lichtleiters 4 liegt. Der Grundkörper des Auskopplungsgliedes 5 kann als ein Rohrstück aus Glas, Plexiglas oder dergleichen ausgeführt sein, wobei dieses Rohrstück mit einer lichtreflektierenden Folie verkleidet ist.
Das jeweilige Auskopplungsglied 5 ist auf der Höhe des jeweils zu beleuchtenden Raumes im Lichtleiter 4 angeordnet. Der Durchmesser des Grundkörpers des Auskopplungszylinders 5 nimmt mit zunehmendem Abstand vom Kollektor 1 zu.
Fig. 7 zeigt in einem Längsschnitt einen Abschnitt 50 des Lichtleiters 4 der vorliegenden Einrichtung, durch welchen die Lichtstrahlen S in zwei Teilstrahlen S1 und S2 verzweigt werden können. Der hohle Grundkörper 51 dieses Leiterabschnittes 50 ist im Wesentlichen T-förmig, sodass er einen Stehteil 52 und einen Balken 53 aufweist. Der Stehteil 52 kann eine Fortsetzung des Grundkörpers 44 des Lichtleiters 4 darstellen. Der Stehteil 52 ist an der Wand des Balkens 53 angeschlossen und er steht praktisch rechtwinklig zum Balkenteil 53. An jener Stelle des Balkenteiles 53, welche der Mündung des Stehteiles 52 gegenüberliegt, sind schräg stehende Spiegel 54 und 54 angeordnet. Der Winkel, welcher zwischen dem jeweiligen Spiegel 54 bzw. 55 und der Längsachse des Balkenteiles 53 liegt, beträgt beispielsweise 45 Grad.
Die Spiegel 54 und 55 sind sich gegenseitig so zugeordnet, dass sie einen Keil bilden. Jeder der genannten Spiegel 54 bzw. 55 reflektiert einen Teil S1 bzw. S2 der Lichtstrahlen S aus dem vertikalen Teil 52 des Lichtleiters 4 in den betreffenden Schenkel des Balkenteiles 53 dieses Lichtleiters 4. Es versteht sich, dass dieses Verzweigungsglied 50 auch in einer horizontalen Ebene liegen kann. Der Stehteil 52 dieses Verzweigungsgliedes 50 braucht keine Fortsetzung des Grundkörpers 44 des Lichtleiters 4 darzustellen. Seine äussere Mündung ist in diesem Fall an den Lichtleiter 4 angekoppelt. Die Innenflächen dieses Gliedes 50 sind mit lichtreflektierenden Folien 14 ausgekleidet.
Fig. 8 zeigt in einem Längsschnitt einen Abschnitt 60 des Lichtleiters, mit dessen Hilfe die Richtung der Lichtstrahlen S geändert werden kann. Der hohle Grundkörper 61 dieses Ablen kungsgliedes 60 besteht aus zwei hohlen Schenkeln 62 und 63, welche unter einem Winkel zueinander stehen. Im dargestellten Fall ist der Winkel zwischen den zwei Schenkeln 62 und 63 ein rechter. Dort, wo die Schenkel 62 und 63 miteinander verbunden sind, befindet sich ein Spiegel 64 im Inneren dieses Ablenkungsgliedes 60. Die Neigung dieses Spiegels 64 gegenüber den Schenkeln 62 und 63 ist so gewählt, dass ein Maximum an Lichtstrahlen S in der gewünschten Richtung abgelenkt werden kann. Die Innenflächen dieses Gliedes 60 sind mit lichtreflektierenden Folien bzw. Prismenfolien 14 ausgekleidet. Die Prismenfolie kann auch in den übrigen Teilen des Lichtleiters 4 sein.
The present invention relates to a device for directing light, with a collector for sunlight, with a transition device and with a light guiding device which guides the light collected by the collector to a room to be illuminated and distributes it there.
For example, European Patent Application 85 942 discloses a device of this type. The collector is placed on the roof of a building and has the shape of a sphere, the surface of which is composed of a large number of prisms. These prisms direct the sunlight into the central area of the spherical collector, from where the light is directed into a shaft in the building. In this shaft, whose diameter is comparable to the diameter of the sphere, the light can be directed both horizontally and downwards. For the decoupling of light into the rooms located to the side of the shaft, light emitters are used, which are installed in the wall of the room in question, which lies between the room and the shaft.
As is known, the sun moves along a path that lies in the area of the northern hemisphere south of the zenith. Sunlight in the northern hemisphere cannot reach those parts of the spherical collector that face away from the sun. Consequently, the prior art spherical collector is considered to be too expensive due to its incomplete utilization.
The object of the present invention is to remedy the disadvantage mentioned and other disadvantages of the prior art.
This object is achieved according to the invention in the establishment of the type mentioned at the outset, as defined in the characterizing part of patent claim 1.
Embodiments of the present invention are explained in more detail below with reference to the accompanying drawings. It shows:
1 in a vertical section and schematically the present device,
2 enlarges the upper part of the device from FIG. 1, which comprises a collector,
3 shows a top view of the upper part of the device according to FIG. 2,
4 is a top view of a transition device which is one of the components of the upper portion of the present device;
5 shows a first type of carrying device for the base body of the present device,
6 shows a second type of carrying device for the base body of the present device,
Fig.
7 shows in a longitudinal section a section of the light guide of the present device through which the light beams can be branched and
Fig. 8 in a longitudinal section a portion of the light guide, with the help of which the direction of the light rays can be changed.
Fig. 1 shows schematically and in a vertical section the present device. This device comprises a collector 1 for sunlight and a device 2 for guiding the light or sunlight captured by the collector 1. This light guide device 2 guides the light captured by the collector 1 to the desired location in a building, tunnel, etc. In the present case, a multi-storey building is taken as an example. The light guiding device 2 comprises a transition member 3 and a light guide 4. The transition member 3 is connected between the collector 1 and the light guide 4. This light guide 4 is designed as a hollow profile, which is so long that it extends through those floors of the building that are to be supplied with light.
In the interior of the light guide 4 there are devices 5 which make it possible to couple out the desired or required amount of light into the relevant or respective floor.
Of the building mentioned, only the roof 6, the storey floors 7 and the basement floor 8 of the same are shown in FIG. 1 and also only partially. An opening 9 is made in each of the roof 6 and the floors 7. The openings 9 in the roof 6 and in the storey floors 7 lie one above the other and the light guide 4 extends through these openings 9 practically in a vertical direction. On the top of the roof 6 and the floor 7 each has a parapet 10 which surrounds the respective opening 9. On the basement floor 8, a base 11 according to FIG. 1 is arranged below the openings 9 and coaxially with the light guide 4, on which light-scattering elements 12, for example stones, are arranged. It goes without saying that the light-scattering elements 12 can also lie directly on the floor 8.
The collector 1 has a base body 15, which can be made of aluminum sheet and which is attached to a horizontally extending plate 17 via a flange 16. This plate 17 covers the upper mouth of the parapet 10 on the roof 6 and the plate 17 is also assigned to the upper mouth of the transition piece 3 of the present device. The cover plate 17 has an opening 18 through which light can enter the interior of the present device. In this opening 8, a plate made of a transparent or at least translucent material, such as e.g. be made of glass, plexiglass or the like. However, it is also possible to make the entire cover plate 17 from such a material.
Then the manufacture of the above-mentioned opening 18 is omitted and, moreover, the advantage is gained that the light can reach practically the entire surface of the cover plate 17 into the interior of the transition piece 3 and thus also into the light guide 4. The collector 1 is arranged with respect to the opening 18 such that it can reflect sun rays S through this opening 18 into the interior of this device or into the interior of the transition piece 3.
The base body 15 of the collector 1 is designed as a section of the jacket or the wall of an imaginary, hollow and oblique cylinder with an axis A1 (FIG. 2). Under certain circumstances, this cylinder can also have an oval or elliptical cross section. Between the axis A1 and the vertical R there is an angle alpha which is different from zero. That section of the cylinder jacket, which represents the base body 15 of the collector 1, is separated from the rest of the imaginary oblique cylinder, which is not shown, by a plane E. An angle beta lies between this plane E and the perpendicular R and this angle beta is also different from zero. The angle beta is smaller than the angle alpha. At least the inside of the base body 15 is made of a light-reflecting material.
Or the inside of the collector 1 can be provided with a reflective film.
The sectional plane E extends with respect to the imaginary oblique cylinder in such a way that it is practically tangential to this upper base surface in the area of the upper base surface of this cylinder and that it passes through or cuts through the lower base surface of the cylinder. The base body 15 of such a reflector 1 thus has a wall 20 which has an edge 21 at the bottom. This edge 21 has the shape of a circular arc and the wall 20 is connected to the flange 16 via this edge 21 (FIG. 3). Where the plane E intersects the jacket of the imaginary oblique cylinder, the wall 20 has a second edge 22 which has the shape of approximately a parabola and which is also referred to below as the front edge 22 of the collector wall 20.
The collector 1 is associated with the opening 18 in the cover plate 17. The shape and the dimensions of the opening 18 are comparable to the shape and the dimensions of the lower edge 21 of the base body 15. It is consequently possible to assign the lower sections 16 and 21 of the base body 15 to the opening 18 in the cover plate 17. In order to keep the light output as large as possible, the opening 18 is oval or elongated round. The curvature of this oval-shaped opening 18 in the end regions thereof corresponds to the curvature of the lower edge 21 of the base body 15. It is consequently possible to assign this lower edge 21 to one of the end regions of the oval-shaped opening 18. From the point of view of the light output, it can be expedient to orient the longitudinal axis of the oval-shaped opening 18 in the north-south direction.
However, the cover plate 17 can also be designed in such a way that the position of the opening can be adjusted, for example during a day, in order to be able to capture the maximum amount of light. This adjustment of the cover plate 17 together with the collector 1 can be achieved by hand or with the aid of a controlled drive.
The inclination of the wall 20 or the surface lines of the collector 1 or its base body 15 with respect to the vertical R, which is given by the angle alpha, is chosen with a view to the lowest position of the sun. As has already been mentioned here, the sun rays S are incident at an angle gamma with respect to the perpendicular R. This angle gamma is greatest in winter. The inclination alpha of the axis A1 and thus also the surface lines of the base body 15 is selected such that the sun rays S are deflected or reflected at the lowest position of the sun in winter through the inside of the collector wall 20 into the interior of the transition piece 3 of the present device.
The inclination of the plane E, which intersects the imaginary cylinder, is given by the angle beta. This angle beta thus also determines the inclination of the front edge 22 of the collector wall 20 with respect to the vertical R. Since the sun is never at the zenith in the latitudes here, but is at an angular distance from the zenith, the angle beta can be chosen almost as large as the specified angular distance at the summer solstice. This offers the advantage that the front edge 22 and the part of the collector wall 20 directly adjoining it do not cast a shadow into the opening 18 of the cover plate 17 and thus also into the interior of the present device. In addition, when the sun is at its highest in summer, the sun's rays fall directly into the interior of the transition piece 3 or even directly into the interior of the light guide 4.
At this angle Beta and given the diameter of the opening 18 in the cover plate 17, the wall 20 of the collector 1 has the largest possible area which the light can reflect into the interior of this device.
The longitudinal axis of the oval opening 18 in the square cover plate 17 coincides with one of the diagonals D1 of this plate 17. This oval opening 18 is offset against one of the corner parts of the cover plate 17, and in some circumstances even so far that the contour of the opening 18 is located in this corner of the parapet 10 and is perpendicular to each other walls 101 and 102 thereof Parapet 10 touches. This creates space for a second opening 24 in the cover plate 17 in the area of the other end part of the diagonal D1 mentioned. In this opening 24 a source 25 of artificial light is used, which has, for example, light bulbs 26. This source 25 is arranged such that the light rays emitted by it are directed into the interior of the light guiding device 2.
If the entire cover plate 17 is made of a transparent material, then the aforementioned opening 24 is not required because the source 25 can be placed directly on the transparent cover plate 17.
The base body 31 of the transition device 3 (FIGS. 2 to 4) has the shape of a square truncated pyramid, this truncated pyramid being a slate in the case shown. The truncated pyramid 31 comprises four walls 32, 33, 34 and 35 as well as a larger base area 36 and a smaller base area 37. This transition device 3 stands on its smaller base area 37. The larger base area 36 of the truncated pyramid 31 is the cover plate 17 and thus also the collector 1 assigned or facing. The edge of this larger base area 36 can be firmly connected to the upper edge of the parapet 10. The smaller base area 37 of the truncated pyramid faces the entry opening of the light guide 4 or is connected to this entry opening.
The inner surface of the transition piece 3 is made of a light-reflecting material or this inner surface can be covered with a light-reflecting film.
The light guide 4 is made of a transparent or at least translucent material such as glass, plexiglass or the like and in the case shown it extends from the transition piece 3 to the ceiling 7 of the basement. The end face of the light guide 4 is closed off in the area of the basement by means of a plate 13, for example made of plexiglass. The inside of the base body of the light guide 4 is covered with a reflective film 14 (FIG. 6) in those areas thereof where no light is to be coupled out of the light guide 4, for example in the area of the parapets 10. In those areas where light is to be coupled out, the inside of the light guide 4 is covered with a prism film 19 (FIG. 6).
The light guide 4, if it extends over several floors, consists of sections 45, 46, etc. (Fig. 6), which are connected in series and are held together by ropes 47, 48, etc. Two adjacent sections 45 and 46 of the light guide 4 are connected to one another using flanges 49 known per se. Such a long light guide 4 has a very considerable weight. Holding devices (FIGS. 2 and 4 to 6) are provided in order to be able to hold light guides 4 that are as heavy and simple as possible in the shaft formed by the openings 9.
A holding device 40 can be arranged in the area of the respective floor. The holding device 40 comprises two intersecting bars or profile pieces 41 and 42, which are expediently at right angles to one another. The legs 411 and 412 or 421 and 422 of the bars 41 and 42 which extend away from the crossing point 43 of these bars 41 and 42 are of the same length if the bars 41 and 42 intersect in the middle of their length. However, it may be useful to have the bars 41 and 42 crossed outside the center of their length. In this case, more space is achieved for the arrangement of the light guide 4 in the shaft 9, as can be seen, for example, from FIG. 5. The end portions of the rods 41 and 42 are attached to the wall of the shaft 9. In the case shown, the end parts of the bars or
Carriers 41 and 42 embedded in the walls of the parapet 10 or fastened to the inside of the parapet walls (FIG. 6). The holding device 40 arranged at the top is fastened in the region of the underside of the parapet 10 and at the same time it also serves to fasten the upper ends of the ropes 47, 48 carrying the sections 45, 46 etc. of the light guide 4. Openings 39 executed through which the ropes 47, 48, etc. pass.
In the case shown, the light guide 4 has a square cross section. However, the light guide 4 can also have a circular or polygonal cross section. In the case shown, the cross section of the light guide 4 is square. The base body 44 of the light guide 4 is made of a transparent or at least translucent material, at least in the area of the respective room or floor where light is to be coupled out from the light guide 4. The light guide 4 is assigned to the holding device 40 such that one of the corner parts of the light guide 4 is assigned to the crossing point 43 of the rods 41 and 42 of the holding device 40 (FIG. 5).
The side walls of the square light guide 4 are in this case on the legs 411 and 422 of the carrier 41 and 42 of the holding device 40, so that it is relatively easy to this section 45, 46, etc. of the light guide 4 on the rods 41 and 42 of the holding device 40 fasten securely.
When using the holding devices 40 mentioned, the light guide 4 is located outside the center of the shaft 9. In order for light from the collector 1 to be guided into the eccentrically arranged light guide 4, the transition piece 3 must be asymmetrically shaped. Therefore, this transition piece 3, as described above, is designed as an oblique truncated pyramid. The inclination of the axis of this oblique truncated pyramid with respect to the vertical R must also include the displacement of the light guide 4 with respect to the center of the shaft 9. In addition, the inclination of the axis must also compensate for the lateral displacement of the collector 1 with respect to the center of the shaft 9. The necessity of this displacement results from the fact that the additional light source 25 on the cover plate 17 is to face the light guide 4.
Since the additional light source 25 takes up a certain space for itself, the collector 1 must be arranged relatively far away from the center of the light guide 4.
At the level of those rooms or floors that are to be supplied with light, the coupling means 5 already mentioned are arranged, which make it possible to couple light in the desired amount from the light guide 4 for the room in question. In the uppermost floor, which is in the immediate vicinity of the roof 6, there is no need for a decoupling element, because there is still enough light at the beginning of the light guide 4. The respective and known coupling element 5 has a cylindrical base body, the axis of which lies on the axis L of the light guide 4. The base body of the coupling element 5 can be designed as a tube piece made of glass, plexiglass or the like, this tube piece being clad with a light-reflecting film.
The respective decoupling element 5 is arranged in the light guide 4 at the height of the space to be illuminated. The diameter of the base body of the coupling cylinder 5 increases with increasing distance from the collector 1.
7 shows in a longitudinal section a section 50 of the light guide 4 of the present device, through which the light beams S can be branched into two partial beams S1 and S2. The hollow base body 51 of this conductor section 50 is essentially T-shaped, so that it has a standing part 52 and a bar 53. The standing part 52 can represent a continuation of the base body 44 of the light guide 4. The standing part 52 is connected to the wall of the beam 53 and it is practically at right angles to the beam part 53. At that point of the beam part 53 which lies opposite the mouth of the standing part 52, inclined mirrors 54 and 54 are arranged. The angle which lies between the respective mirror 54 or 55 and the longitudinal axis of the beam part 53 is, for example, 45 degrees.
The mirrors 54 and 55 are mutually assigned so that they form a wedge. Each of the mentioned mirrors 54 and 55 reflects a part S1 and S2 of the light beams S from the vertical part 52 of the light guide 4 into the relevant leg of the beam part 53 of this light guide 4. It goes without saying that this branching member 50 also in a horizontal plane can lie. The standing part 52 of this branching member 50 need not represent a continuation of the base body 44 of the light guide 4. In this case, its outer mouth is coupled to the light guide 4. The inner surfaces of this link 50 are lined with light-reflecting foils 14.
8 shows in a longitudinal section a section 60 of the light guide, with the aid of which the direction of the light beams S can be changed. The hollow base body 61 of this deflection element 60 consists of two hollow legs 62 and 63 which are at an angle to one another. In the case shown, the angle between the two legs 62 and 63 is a right one. Where the legs 62 and 63 are connected to one another, there is a mirror 64 inside this deflection member 60. The inclination of this mirror 64 with respect to the legs 62 and 63 is selected such that a maximum of light beams S are deflected in the desired direction can. The inner surfaces of this link 60 are lined with light-reflecting foils or prism foils 14. The prism film can also be in the remaining parts of the light guide 4.