CH712480B1 - Nodale Refraktions-Sonnenuhr. - Google Patents

Abstract

Eine nodale Sonnenuhr (20), bei welcher zwischen einer Nodusfläche (24) und einem Skalenfeld (27) ein refraktierender Grundkörper (21) vorgesehen ist, welcher die Form eines mindestens zwei parallel liegende Planflächen umfassenden stereometrischen Körpers aufweist. Diese Nodusfläche (24) ist von einer Perinodalfläche (31) umschlossen und liegt gemeinsam mit dieser auf einer planen Einfallfläche (22). In einer Ausführungsform ist die Perinodalfläche (31) als schattenwerfende Fläche ausgebildet und die Nodusfläche (24) transparent. In einer anderen Ausführungsform ist die Nodusfläche (24) als schattenwerfende Fläche ausgebildet und die Perinodalfläche (31) transparent. In beiden Fällen weist die transparente Fläche eine deutlich höhere Durchlässigkeit für Lichtstrahlen als die schattenbildende Fläche auf. Das Skalenfeld (27) ist auf einer planen Bildfläche (23) dieses Grundkörpers (21) angeordnet und weist gleichmässig verteilte, bei Streiflicht nicht divergierende, gerade und/oder schleifenförmige (26) und/oder bogenlinienförmige (28) Stundenlinien auf.

Description

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine nodale Sonnenuhr gemäss Oberbegriff des Anspruchs 1.

[0002] Sonnenuhren sind seit alters her bekannt und zeigen die lokale Tageszeit auf einem geeignet skalierten Feld mit Hilfe eines Schattenwerfers. Beliebt sind sie heute besonders aufgrund ihrer Kombination von Naturbeobachtung und dekorativem Design. Oft werden Sonnenuhren als gestalterisches Element im Garten aufgestellt oder lassen sich in vielfältigen Ausführungen auch an den Fassaden herrschaftlicher oder öffentlicher Gebäude finden.

[0003] Für den Schattenwerfer sind verschiedenste Formen bekannt. Sie reichen vom ausgerichteten Schattenstab oder Gnomon, über Kugeln, Scheiben, Lochscheiben oder Walzen bis hin zu einem aufgespannten Drahtkreuz. Oft dient nur ein ausgezeichneter Punkt des Schattenwerfers zur Anzeige der Zeit. Dieser Punkt heisst Nodus der Sonnenuhr. Sein Abbild wird gewöhnlich mittels einstrahlungsparalleler Projektion auf einer Projektionsfläche aufgefangen. Solche Sonnenuhren werden im Folgenden auch nodale Sonnenuhren bezeichnet. Diese Projektionsflächen sind je nach Konstruktionsart plan oder gekrümmt und umfassen ein Skalenfeld zur Bestimmung der Zeit. Das Skalenfeld einer nodalen Sonnenuhr weist Markierungen auf, welche die wahre Ortszeit, die mittlere Ortszeit, die Zonenzeit oder andere Zeiteinheiten angeben können - bspw. die verbleibenden Stunden bis Sonnenuntergang. Weiterführende Erläuterungen zu den unterschiedlichen Zeiteinheiten lassen sich auch im „Handbuch für Sternenfreunde“, Band 1, Springer Verlag, ISBN 3-540-19436-3, von G.D. Roth, finden. Die Gesamtheit der Markierungen definiert die Lineatur der Sonnenuhr.

[0004] Eine gut verständliche Einführung zu derartigen Sonnenuhren ist bspw. in „Faszination Sonnenuhren“, Verlag Harri Deutsch, ISBN 3-8171-1665-9, Arnold Zenkert, oder in „Die Sonnenuhr und ihre Theorie“, Verlag Harri Deutsch, ISBN 978-3-8171-1824-3, Dr. Jörg Meyer, zu finden. Diese Publikationen erklären anschaulich den Unterschied zwischen der „wahren Ortszeit“ (auch „wahre Sonnenzeit“ genannt und auf dem Skalenfeld durch gerade Stundenlinien angezeigt, die durch den Stundenwinkel der Sonne bestimmt sind), der „mittleren Ortszeit“ (angezeigt durch Stundenlinien in Schleifenform, auch Achterschleifen oder Zeitgleichungsschleifen genannt, die den Stundenwinkel einer fiktiven, mittleren Sonne anzeigen) und der „Zonenzeit“ (angezeigt durch seitlich verschobene, schleifenförmige Stundenlinien, die eine Ablesegenauigkeit der bürgerlichen Zeit im Bereich der Minute ermöglichen). So zeigen nodale Sonnenuhren mittels Achterschleifen die Zonenzeit an. Der Liebhaber erfreut sich jedoch ebenso an der Anzeige der wahren Ortszeit, die bis weit ins 19. Jahrhundert eine wichtige Zeiteinheit darstellte. Obwohl nicht weit verbreitet geben Sonnenuhren für jede der oben genannten Zeiteinheiten eine für den Alltag geeignete Zeitangabe mit zuverlässiger Genauigkeit über viele Jahrhunderte hinweg an, ohne dass eine Kompensation irgendwelcher äusserer Einflüsse nötig wäre (z.B. Temperaturkompensationen bei Quarzuhren oder Laufkorrekturen der Unruh bei mechanischen Uhren), da das Uhrwerk der Sonnenuhr - die Mechanik der Himmelskörper - ohne irdische Einflüsse abläuft.

[0005] Das Zifferblatt einer konventionellen Sonnenuhr mit planer Projektionsfläche zeigt deutlich, wie sich die Stundenlinien der mittleren Zeit in den Randbereichen stark verlängern und verzerren und auf dem Skalenfeld nicht mehr vollständig dargestellt werden können. So sind die Stundenlinien (Zeitgleichungsschleifen) bei senkrechtem Einfallswinkel der Sonnenstrahlen auf das Skalenfeld am kürzesten und liegen dicht aneinander, während sich diese bei flachem Sonnen-Einfallswinkel (Streiflicht) verlängern und voneinander weiter beabstandet liegen. Diese Verzerrung der Stundenlinien erweist sich beim Bau einer Sonnenuhr als sehr nachteilig, insbesondere wenn für das Skalenfeld nur wenig Platz zur Verfügung steht.

[0006] Wegen der besonderen Attraktivität (Kombination von Naturbeobachtung und Design) dieser Projektions-Sonnenuhren, besteht der Wunsch, eine Sonnenuhr zu schaffen, welche auch im Innern eines Gebäudes aufgestellt werden kann. Es ist deshalb bspw. mit der US-4'384'408 schon vorgeschlagen worden, einen zylindrischen oder ähnlich geformten Hohlkörper auf seiner Deckelseite mit einer Lochöffnung zu versehen und die Mantelseite mit Schleifen-Linien zu versehen, derart, dass das durch die Lochöffnung hindurchtretende Sonnenlicht auf diesem Skalenfeld abgebildet wird. Die Zeit kann damit auf der sonnenabgewandten Seite abgelesen werden, was erlaubt diese Sonnenuhr bspw. auf einem Fensterbrett im Innern eines Gebäudes aufzustellen. Leider erweist sich deren gekrümmtes Skalenfeld als äusserst nachteilig, weil dieses ein einfaches Ablesen der Zeit aus verschiedenen Raumrichtungen erschwert oder sogar verunmöglicht.

[0007] Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine nodale Sonnenuhr zu schaffen, die ein planes Skalenfeld ohne Divergenzen aufweist. Das heisst, dass das zeitanzeigende Abbild des Nodus stets innerhalb eines Kreises auf dem Skalenfeld bleiben soll, insbesondere auch für die Randstunden. Der Radius dieses Kreises soll wählbar sein. Sein Mittelpunkt bildet das Zentrum der Sonnenuhr. Darüber hinaus soll das Skalenfeld weitgehendst gleichförmige und gleichmässig verteilte Stundenlinien aufweisen, so dass der Eindruck vermittelt wird, dass die Zeit gleichmässig fliesst. Ausserdem soll die Möglichkeit gegeben sein, dass die Sonnenuhr auch im Innern eines Gebäudes verwendet werden kann.

[0008] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch eine nodale Sonnenuhr mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, insbesondere durch eine nodale Sonnenuhr mit einem, zwischen einem Nodus (besonders ausgezeichnete punktförmige Stelle einer schatten- oder lichtwerfenden Nodusfläche) und einem planen Skalenfeld angeordneten, refraktierenden Grundkörper, welcher die Form eines von mindestens zwei im Wesentlichen parallelen Planflächen begrenzten stereometrischen Körpers (Planplatte) aufweist. Naturgemäss liegt die Nodusfläche mit ihrem Nodus auf der sonnenseitigen Planfläche (im Folgenden auch Einfallfläche genannt) dieses Grundkörpers und ist die bildseitige Planfläche (im Folgenden auch Bildfläche genannt) des Grundkörpers mit einem planen Skalenfeld versehen. Dieses plane Skalenfeld ist vorzugsweise als Mattscheibe ausgebildet und mit mehreren Stundenlinien versehen, derart, dass die Nodusfläche mit dem Nodus in Abhängigkeit vom Sonnenstand auf oder zwischen diese Stundenlinien refraktiert wird. Sowohl das Skalenfeld als auch die Nodusfläche mit Nodus können mit Hilfe einer geeigneten Behandlung (ätzen, schleifen, beschichten, aufdrucken, satinieren, polieren, etc.) auf den Grundkörper aufgebracht werden. Es gehört zum gewöhnlichen Wissen und Können des Fachmanns die Stundenlinien - unter Berücksichtigung des genauen geographischen Ortes und der Ausrichtung des Grundkörpers, der genauen Lage des Nodus, des Brechungsindexes des Grundkörpers und der geometrischen Abmessungen (Dicke) desselben - zu berechnen und in der gewünschten Grösse und Anordnung auf dem Skalenfeld anzubringen. Dabei erweist sich der Brechungsindex des refraktierenden Grundkörpers als wesentlich für die geometrische Gestaltung der Stundenlinien, wie später noch ausführlicher dargelegt wird. Dieser Grundkörper weist erfindungsgemäss zwei parallele Planflächen auf. Dabei bildet eine dieser Planflächen (nämlich die Einfallsfläche) eine Refraktionsfläche für die einfallenden Sonnenstrahlen, während die andere Planfläche (nämlich die Bildfläche) der Abbildung der Nodusfläche, resp. des Nodus auf dem Skalenfeld dient. Die Einfallsfläche umfasst erfindungsgemäss eine Nodusfläche (welche den Nodus umfasst) und eine Perinodalfläche (welche einen die Nodusfläche umgebenden Flächenbereich umfasst und in der Regel den gesamten Flächenbereich von Einfallsfläche abzüglich Nodusfläche umfasst). Die übrigen Flächen des Grundkörpers spielen für die Schattenbildung der Nodusfläche und/oder des Nodus keine physikalische Rolle und können beliebig gestaltet sein. Der Grundkörper kann also jede Form eines stereometrischen Körpers mit mindestens zwei einander gegenüberliegenden planen Flächen aufweisen (bspw. Polyeder, Prisma, Antiprisma, Pyramide, Quader, Würfel und Abschnitte davon, etc.). In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Grundkörper die Form eines Quaders mit planparallelen Seitenflächen auf. Ebenso kann die Nodusfläche mit dem dazugehörigen Nodus einen frei gestalteten Umriss aufweisen, d.h. insbesondere kreis-, stern-, herz- oder kreuzförmig ausgebildet sein und/oder mit einer Antireflexionsbeschichtung oder einer Färbung versehen sein.

[0009] Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemässen nodalen Refraktions-Sonnenuhr weisen die Merkmale der abhängigen Ansprüche auf. Diese haben keinen Einfluss auf Position und Gestalt der Stundenlinien.

[0010] In einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemässen Refraktions-Sonnenuhr ist die Perinodalfläche als schattenwerfende Fläche ausgebildet, d.h. undurchsichtig, diffus streuend oder opak für einfallendes Sonnenlicht. Demgegenüber ist die dazugehörige Nodusfläche transparent, d.h. durchsichtig, resp. klarsichtig und erzeugt keine oder nur eine geringe Streuung. Diese transparente Nodusfläche bildet in der schattenwerfenden Perinodalfläche einen klaren Bereich und weist gegenüber der sie umgebenden Perinodalfläche eine deutlich höhere Durchlässigkeit für Lichtstrahlen auf, sodass bei Sonneneinstrahlung ein heller Lichtfleck auf dem gegenüberliegenden Skalenfeld in Erscheinung tritt. Die Position dieses Lichtflecks wird durch den Brechungsindex und die Grösse (Dicke) des Grundkörpers beeinflusst.

[0011] In einer zweiten Ausführungsform ist die Nodusfläche als schattenwerfende Fläche ausgebildet. Demgegenüber ist die dazugehörende Perinodalfläche transparent. Die transparente Perinodalfläche weist gegenüber der umschlossenen Nodusfläche eine erhöhte Durchlässigkeit für Lichtstrahlen auf, sodass bei Sonneneinstrahlung ein dunkler Schattenfleck auf dem gegenüberliegenden Skalenfeld in Erscheinung tritt. Die Position dieses Schattenflecks wird wie in der ersten Ausführungsform durch den Brechungsindex und die Grösse (Dicke) des Grundkörpers beeinflusst.

[0012] In einer weiteren Ausführungsform weist der Grundkörper einfall- und/oder bildflächenseitig ein transparentes Schutzblatt auf, um die behandelten Oberflächen des Grundkörpers (aufgerauht, satiniert, mattiert, lackiert, beschichtet, bedruckt, etc.) vor Verunreinigungen und/oder mechanischen Verletzungen zu schützen, resp. diese mit einem UV-Schutz, thermischer Isolierung, etc. zu versehen. Dieses Schutzblatt kann aus einer dünnen Kunststoff-Folie oder einer Glas-Platte bestehen und von der jeweiligen Oberfläche beliebig beabstandet angeordnet sein, ohne deren optische Wirkung zu beeinträchtigen. Je nach Beschaffenheit und Design ist dieses Schutzblatt wenige µm dünn oder bis mehrere mm dick.

[0013] Vorteilhafterweise ist der refraktierende Grundkörper aus Glas, insbesondere aus Weissglas, oder aus Kunststoff, insbesondere aus PMMA (Acrylglas, Plexiglas<®>) gefertigt. Es versteht sich, dass diese Materialien auch eingefärbt sein können. Der Brechungsindex des refraktierenden Grundkörpers ist erfindungsgemäss so gewählt, dass die vom Einfallswinkel (Sonnenstand) abhängige stündliche Verschiebung der Nodusprojektion (Schattenfleck oder Lichtfleck) weitgehend konstant ist, insbesondere auch unter Berücksichtigung der nichtlinearen Abhängigkeit von Einfallswinkel und Brechungswinkel. Der Fachmann wählt dazu ein Material mit einem Brechungsindex n > 1.3, insbesondere erweist sich ein Brechungsindex im Bereich von 1.4 < n < 1.7 als optimal.

[0014] Aufgabengemäss findet die vorliegende Sonnenuhr ihre Verwendung vorwiegend als justierfreie Uhr und gleichzeitig auch als gestalterisches Dekorationselement im Garten und im Innern von Gebäuden. Eine besonders attraktive Verwendung ist in deren Einsatz als architektonisches Gestaltungselement beim Einbau in Fenster, als Dachfenster oder in anderen Fassadenöffnungen zu sehen.

[0015] Im Folgenden soll die vorliegende Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und mit Hilfe der Figuren näher erläutert werden. Dabei zeigt: <tb>Fig. 1<SEP>ein Skalenfeld einer konventionellen Sonnenuhr; <tb>Fig. 2:<SEP>eine räumliche Ansicht einer erfindungsgemässen Sonnenuhr mit Skalenfeld; <tb>Fig. 3:<SEP>einen Querschnitt durch eine erfindungsgemässe Sonnenuhr; <tb>Fig. 4a, 4b:<SEP>Darstellungen zum verwendeten Wirkungsprinzip; <tb>Fig. 5:<SEP>eine Kurvenschar zum Verlauf der zeitabhängigen Bildpunktverschiebung; <tb>Fig. 6:<SEP>eine räumliche Ansicht einer erfindungsgemässen Sonnenuhr mit einem erweiterten Skalenfeld, welches die Lage der Erdkugel im Raum andeutet.

[0016] Fig. 1 zeigt ein Skalenfeld (13), wie es von konventionellen, an Gebäudefassaden angebrachten Projektions-Sonnenuhren bekannt ist. Dieses Skalenfeld (13) weist mehrere Stundenlinien (14) in Schleifenform auf, welche die genaue Sonnenposition abbilden, jeweils über den Verlauf eines ganzen Jahres und immer zur selben Stunde. Je nach Ausführungsform kann auch die wahre Ortszeitstunde, die mittlere Ortszeitstunde oder die Zonenzeitstunde angezeigt werden. Die Stundenlinien (14) werden begrenzt durch die Wintersonnenwend-Datumslinie (15) und Sommersonnenwend-Datumslinie (16). Hilfsweise sind auf diesem Skalenfeld (13) weitere Datumslinien (17) aufgezeichnet und sind die Stundenlinien (14) mit Stundenangaben (18) nummeriert. Dekorative Elemente (19) machen solche Sonnenuhren zum Schmuckstück eines Gebäudes. Dieses Skalenfeld (13) macht deutlich, wie die Stundenlinien (14) in den Randzeiten geometrisch verzogen sind.

[0017] Demgegenüber sind die Stundenlinien (26) auf dem planen Skalenfeld (27) der in Fig. 2 dargestellten erfindungsgemässen Refraktions-Sonnenuhr (20) regelmässiger verteilt und gleichförmiger ausgebildet. Diese nodale Sonnenuhr (20) umfasst im Wesentlichen einen refraktierenden Grundkörper (21) mit einer sonnenseitigen Einfallfläche (22) und mit einer abbildungsseitigen Bildfläche (23). Die Einfallfläche (22) ist aufgeteilt in eine Nodusfläche (24) und eine Perinodalfläche (31), wovon je nach oben beschriebener Ausführungsform die eine transparent und die andere schattenwerfend ausgebildet ist. Die Perinodalfläche (31) umfasst einen die Nodalfläche (24) unmittelbar umgebenden Flächenbereich und dehnt sich in der Regel über den gesamten Flächenbereich der Einfallfläche (22) aus, d.h. umfasst in der Regel den Bereich von Einfallfläche (22) abzüglich Nodalfläche (24). Auf der abbildungsseitigen Bildfläche (23) sind Stundenlinien (26) aufgetragen, welche ein erfindungsgemäss verteiltes Skalenfeld (27) bilden und auch jahreszeitengemäss eingefärbt sein können. Die lichtstreuende Bildfläche (23) ist erfindungsgemäss als plane Fläche ausgebildet, was die Berechnung der Position, Gestalt, Ausrichtung, Grösse und Abstand der Stundenlinien (26) auf der Bildfläche (23) wesentlich vereinfacht. Im funktionsbereiten Zustand, d.h. bei Sonnenschein und korrekter Ausrichtung der vorliegenden Sonnenuhr, erlaubt der von Nodusfläche (24) und Perinodalfläche (31) gebildete und auf das Skalenfeld (27) geworfene Schatten das Ablesen der genauen Zeit.

[0018] Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch eine erfindungsgemässe Sonnenuhr (20) und macht das Funktionsprinzip derselben deutlich. Erfindungswesentlich ist der Grundkörper (21), welcher aus einem transparenten Material mit geeignetem Brechungsindex (n2) besteht. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist die sonnenseitige Einfallfläche (22) dieses Grundkörpers (21) plan ausgebildet und bis auf die Nodusfläche (24) mit einer schattenwerfenden Beschichtung (30) versehen, bspw. mit einer lichtstreuenden Farbschicht. Die auf dieser Einfallfläche (22) angebrachte Nodusfläche (24) wird hier durch einen beschichtungsfreien Fleck gebildet, durch welchen das auftreffende Sonnenlicht ungehindert in den Grundkörper (21) eindringen und auf die Bildfläche (23) auftreffen kann. Es versteht sich, dass das Lichtbündel an der Grenzschicht zum Grundkörper (21) um einen vom Brechungsindex (n2) des Grundkörpers (21) abhängigen Ablenkungswinkel (ε) abgelenkt wird. Dazu soll später mehr ausgeführt werden. Die plane Bildfläche (23) wirkt hier als Mattscheibe, d.h. ist lichtstreuend bearbeitet, bspw. aufgerauht, mattiert, beschichtet oder geeignet lackiert und lässt einen gut erkennbaren Bildfleck (25), nämlich das Bild der Nodusfläche (24), deutlich sichtbar werden. Auf der Bildfläche (23) sind die einzelnen Stundenlinien, wie in Fig. 2 dargestellt, aufgebracht, derart, dass die gewünschte Zeit (wahre Ortszeit, mittlere Ortszeit oder Zonenzeit) mit Hilfe des refraktierten Bildflecks (25) mit einer Genauigkeit im Bereich der Minute abgelesen werden kann. Vorteilhafterweise sind die beiden bearbeiteten Flächen, d.h. die Einfallfläche (22) und die Bildfläche (23) je mit einem Schutzblatt (32, 33) versehen, um diese Flächen vor Verunreinigungen oder Beschädigungen, bspw. Kratzern zu schützen.

[0019] Figuren 4a, 4b zeigen das angewendete Wirkungsprinzip. Dieses basiert auf dem Refraktionsgesetz von Snell-Descartes, nach welchem sich der Refraktionswinkel δ aus dem Einfallswinkel θ und den Brechungsindizes n1, n2der aneinandergrenzenden Medien, wie folgt ergibt: n1· sin θ = n2· sin δ

[0020] Dabei ist: n1: Brechungsindex des 1. Mediums, n2: Brechungsindex des 2. Mediums, θ: Einfallswinkel δ: Refraktionswinkel

[0021] Fig. 4a macht den Nachteil bei konventionellen Sonnenuhren deutlich. Betrachtet man ein in die Luft (mit Brechungsindex n1) ragendes Gnomon, dessen Nodus um eine Distanz (D) vom Skalenfeld, resp. der Bildfläche (23) beabstandet ist, so ergibt sich bei steilem Einfallswinkel (β) der Sonnenstrahlen eine auf dem Skalenfeld der Bildfläche (23) gut darstellbarer Zentrumsabstand (x), während in den Randstunden bei flachem Einfallswinkel (θ) der Bildpunkt des Nodus in grosser Entfernung zum Fusspunkt des Gnomon zu liegen kommt, d.h. auf einem räumlich begrenzten Skalenfeld nicht mehr darstellbar ist. Im Folgenden soll unter Zentrumsabstand (x) der Abstand des Nodusbildes zum Zentrum des Skalenfeldes verstanden werden, wobei das Zentrum des Skalenfeldes der Fusspunkt des Nodus auf der Bildfläche ist. Darüber hinaus divergiert dabei auch der Abstand zwischen den einzelnen Stundenmarkierungen (Stundenlinien) unerwünscht stark. Aus demselben Grund werden die zu den Randstunden gehörenden Achterschleifen stark verzerrt.

[0022] Durch die in Fig. 4b schematisch dargestellte, erfindungsgemässe Verwendung eines refraktierenden Grundkörpers (21) mit Brechungsindex n2> n1, fällt das Bild des auf der Einfallfläche (22) liegenden Nodus, bei demselben flachen Einfallswinkel (θ) und bei gleicher Distanz (D) von der Bildfläche (23), wegen der Refraktion mit einem Refraktionswinkels (δ) in einem Abstand x' vom Fusspunkt, auf die Bildfläche (23), wobei x' umso kleiner ausfällt, je grösser der Brechungsindex gewählt wird. Bei ausreichend grossem Brechungsindex n2erlaubt die Refraktion das Ablesen der Zeit auch in den Randstunden. In einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Brechungsindex n2 so gewählt, dass sich zudem eine möglichst gleichmässige Verteilung der Stundenlinien ergibt und die Ortszeit-Stundenlinien (28) die Erdkugel und ihre Lage im Weltraum andeuten.

[0023] Die in Fig. 5 dargestellte Kurvenschar zeigt die Einfallwinkelabhängigkeit der normierten Nodusbildverschiebung (X/θ), d.h. den winkelabhängigen Verlauf des normierten Abstandes (X) des Nodusbildes zum Fusspunkt des Nodus bei Medien mit unterschiedlichem Brechungsindex ni, wobei: X = x/D

[0024] Diese Fig. 5 macht die Verschiebung des Nodusbildes bei unterschiedlichen Zeiten deutlich. Der Einfallswinkel θ ist in dieser Graphik im Stundenmass (h) angegeben. So läuft die normierte Nodusbildverschiebung (X/θ) in einem Medium mit dem Brechungsindex n2= 1.0 (Luft) in den Randstunden ins Grenzenlose, während dieser in einem Medium mit einem Brechungsindex n2= 1.5 (Plexiglas<®>, resp. Acrylglas oder Weissglas) weitgehend konstant bleibt.

[0025] Wählt man den Brechungsindex n2nahe bei 1.5 (und n1= 1 für Luft), erscheinen die Stundenlinien (26), wie in Fig. 6 dargestellt, mit gleichförmigen Abständen und ohne wesentliche Verzerrungen auf dem Skalenfeld (27), als ob sie auf einer Kugel lägen, welche die Erdkugel und ihre Lage im Weltraum andeutet. Die genaue Zeit kann also auch während der Randstunden präzis abgelesen werden.

[0026] Es versteht sich, dass der Grundkörper (21) auch aus mehreren transparenten Medien aufgebaut sein kann, bspw. aus einer Schichtung von Glas-Acrylglas-Glas, Glas-Luft-Glas, Glas-Wasser-Acrylglas, etc. Darüber hinaus kann sowohl die sonnenseitige Einfallfläche (22), insbesondere ausserhalb der Perinodalfläche, in ansprechender Weise verziert und/oder mit einer Umrahmung versehen sein. Insbesondere kann der Grundkörper (21) auch mehrere unterschiedlich ausgerichtete Einfallflächen und korrespondierende unterschiedlich gestaltete Bildflächen aufweisen.

[0027] Die Vorteile der erfindungsgemässen nodalen Refraktions-Sonnenuhr sind dem Fachmann unmittelbar ersichtlich und insbesondere darin zu sehen, dass die Stundenlinien auf dem planen Skalenfeld keine wesentlichen geometrische Divergenzen und keine wesentlichen Verzerrungen aufweisen. Das zeitgebende Abbild des Nodus bleibt stets innerhalb eines Kreises mit Radius R = D·tan[arcsin(n1/n2)]. So entsteht ein zugleich platzsparendes und ästhetisch ansprechendes Skalenfeld. Die Fertigung erfordert keinen besonderen Aufwand (keine erforderlichen gekrümmte Flächen) und erweist sich als überraschend einfach. Der einfache Aufbau der vorliegenden nodalen Refraktions-Sonnenuhr erweist sich als langzeitstabile Uhr und weist gleichzeitig eine erhöhte Gestaltungsfreiheit für die Schaffung eines dekorativen „Conversation Piece“ auf.

Referenzzeichen:

[0028] 13 Skalenfeld einer konventionellen Vertikal-Sonnenuhr 14 Stundenlinie 15 Linie der Wintersonnenwende 16 Linie der Sommersonnenwende 17 Datumslinie 18 Stundenangabe 19 Dekor-Element 20 Nodale Refraktions-Sonnenuhr 21 Grundkörper 22 Einfallfläche bestehend aus Nodusfläche und Perinodalfläche 23 Bildfläche mit Skalenfeld 24 Nodusfläche 25 Bildfleck 26 Stundenlinie einer mittleren Zeit (z.B. Zonenzeit) 27 Skalenfeld 28 Stundenlinie der wahren Ortszeit (Sonnenzeit) 30 Beschichtung 31 Perinodalfläche 32,33 Schutzblatt n, n1, n2Brechungsindex ε Ablenkungswinkel β, θ Einfallswinkel δ Refraktionswinkel D Distanz zwischen Einfall- und Bildfläche x, x' Zentrumsabstand X normierter Zentrumsabstand X/θ normierte Nodusbildverschiebung

Claims (11)

1. Nodale Sonnenuhr (20) mit einer Nodusfläche (24) und einem Skalenfeld (27), dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Nodusfläche (24) und dem Skalenfeld (27) ein refraktierender Grundkörper (21) vorgesehen ist, welcher die Form eines stereometrischen Körpers mit mindestens zwei zueinander parallel liegenden Planflächen aufweist, welche eine Einfallfläche (22) und eine Bildfläche (23) bilden, wobei die Nodusfläche (24) auf der planen Einfallfläche (22) und das Skalenfeld (27) auf der planen Bildfläche (23) dieses Grundkörpers (21) angeordnet sind.

2. Nodale Sonnenuhr (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einfallfläche (22) eine Perinodalfläche (31) aufweist, welche die Nodusfläche (24) umgibt, und die Bildfläche (23) mit mehreren Stundenlinien (26) versehen ist, derart, dass im funktionsbereiten Zustand der Umriss der Nodusfläche (24) auf oder zwischen diese Stundenlinien (26) refraktiert wird.

3. Nodale Sonnenuhr (20) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nodusfläche (24) transparent ist und gegenüber der angrenzenden Perinodalfläche (31) eine höhere Durchlässigkeit für Lichtstrahlen aufweist.

4. Nodale Sonnenuhr (20) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Perinodalfläche (31) transparent ist und gegenüber der angrenzenden Nodusfläche (24) eine höhere Durchlässigkeit für Lichtstrahlen aufweist.

5. Nodale Sonnenuhr (20) nach einem der vorgehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (21) in Form eines Quaders mit planparallelen Seiten ausgebildet ist.

6. Nodale Sonnenuhr (20) nach einem der Ansprüche 2 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Stundenlinien (26) die Form von Schleifen, Geraden oder Bogenlinien aufweisen, deren Verlauf und Anordnung im Wesentlichen durch den Brechungsindex und die Dicke des Grundkörpers (21) bestimmt sind, und jahreszeitengemäss eingefärbt sind.

7. Nodale Sonnenuhr (20) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Einfallfläche (22) und/oder die Bildfläche (23) des Grundkörpers (21) mindestens teilweise mit einem transparenten Schutzblatt (32, 33) abgedeckt ist.

8. Nodale Sonnenuhr (20) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Schutzblatt (32, 33) von der Einfallfläche (22) und/oder der Bildfläche (23) beabstandet angeordnet ist.

9. Nodale Sonnenuhr (20) nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der refraktierende Grundkörper (21) einen Brechungsindex n > 1.3 aufweist, vorzugsweise im Bereich von 1.4 < n < 1.7.

10. Nodale Sonnenuhr (20) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (21) aus Glas, insbesondere Weissglas, oder aus einem klaren und/oder gefärbten Kunststoff, insbesondere aus PMMA oder aus einer Schichtung mehrerer transparenter Materialien gefertigt ist.

11. Verwendung einer nodalen Sonnenuhr (20) mit den Merkmalen des Anspruchs 1 als Dekorationselement im Garten oder im Innern von Gebänden oder als architektonisches Gestaltungselement.