DE10161938A1

DE10161938A1 - Sonnenschutzvorrichtung

Info

Publication number: DE10161938A1
Application number: DE10161938A
Authority: DE
Inventors: Peter Nitz; Christopher Buehler; Andreas Gombert; Benedikt Blaesi
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2001-12-17
Filing date: 2001-12-17
Publication date: 2003-06-18
Also published as: US20050068630A1; WO2003052232A1; EP1456497A1

Abstract

Beschrieben wird eine Sonnenschutzvorrichtung für lichttransparente Gebäudeöffnungen gegen direkten Sonnenlichteinfall in das Gebäudeinnere mit wenigstens einem aus wenigstens teilweise lichttransparentem Material bestehenden optischen Flächenelement (F), das im Bereich der Gebäudeöffnung anbringbar ist und zwei sich gegenüberliegende Flächenelementseiten aufweist, von denen eine (E) unstrukturiert eben ausgebildet ist und die andere (S) parallel zueinander verlaufende, sich linear erstreckende und in lateraler Richtung sich periodisch wiederholende prismatische Strukturelemente (SE) vorsieht. DOLLAR A Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die strukturierte Flächenelementseite (S) eine zur unstrukturiert eben ausgebildeten Flächenelementseite (E) zumindest weitgehend koparallele Oberfläche (D) aufweist, die von den Strukturelementen (SE) überragt ist, dass die Strukturelemente (SE) jeweils eine dreieckige Querschnittsfläche mit einer Seitenkante (C), die mit der Oberfläche (O) zusammenfällt, sowie zwei über die Oberfläche erhabene Seitenflanken (A, B) aufweisen, wobei der Seitenflanke (A) eine Begrenzungsfläche (A*) und der Seitenflanke (B) eine Begrenzungsfläche (B*) zugeordnet ist, und dass wenigstens zwei benachbarte Strukturelemente durch einen Flächenabschnitt (D) der Oberfläche (O) lateral voneinander getrennt sind.

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf eine Sonnenschutzvorrichtung für lichttransparente Gebäudeöffnungen gegen direkten Sonnenlichteinfall in das Gebäudeinnere mit wenigstens einem, aus wenigstens teilweise lichttransparentem Material bestehenden optischen Flächenelement, das im Bereich der Gebäudeöffnung anbringbar ist und zwei sich gegenüberliegende Flächenelementseiten aufweist, von denen eine unstrukturiert eben ausgebildet ist und die andere parallel zueinander verlaufende, sich linear erstreckende und in lateraler Richtung sich periodisch wiederholende prismatische Strukturelemente vorsieht.

Stand der Technik

In der modernen Architektur werden zunehmend große verglaste Flächen eingesetzt, ein architektonisches Stilmittel, das prinzipiell wünschenswert ist, zumal dadurch einerseits in der Heizperiode die durch die Fenster transmittierte Solarstrahlung/Solarenergie wirksam zur Deckung des Heizwärmebedarfes beiträgt und sich zum anderen die Lichtsituation durch eine erhöhte Ausleuchtung mit Tageslicht merklich verbessert.

Bei Fenstern sowie Sonnenlicht transmittierenden Verglasungen kann es jedoch durchaus auch zu unerwünschten Effekten kommen. So führt ein intensiver, direkter Sonnenlichteinfall zu Blendungserscheinungen im Rauminneren, insbesondere in Verbindung mit Bildschirmarbeitsplätzen. Hinzukommt, dass zu hohe Solarenergieeinträge vornehmlich an warmen Sommertagen zu unkomfortabel hohen Raumtemperaturen führen.

Insbesondere im gewerblichen Objektbau (Verwaltungs- und Bürogebäude, . . .) übersteigt heutzutage der Primärenergiebedarf für Kühlung im Sommer oftmals den für Heizwärme im Winter. Es besteht daher der berechtigte Wunsch, im Sommer unerwünschte Solarenergieeinträge möglichst zu vermeiden sowie, falls in dem verglasten Raum Bildschirmarbeitsplätze angesiedelt sind, Blendungseffekte zu verringern.

Neben klassischen Lösungsansätzen wie das Vorsehen von Markisen- oder Balkonvorbauten vor Fensterflächen, mechanischen Verschattungs- bzw. Sonnenschutzsystemen mit beweglichen Teilen wie Jalousien und Raffstoren, als auch technisch aufwändiger optisch schaltbarer Schichten - allesamt Lösungswege, die mit unterschiedlichen Nachteilen behaftet sind, wie unflexible Innenraumausleuchtung, zu kostenaufwändig oder für große Fensterflächen technisch nicht lösbar - sind lichtlenkende optische Elemente bekannt, die auf der Grundlage optischer Brechung, Reflexion und/oder interner Totalreflexion arbeiten und somit Elemente für Sonnen- und Blendschutz darstellen oder auch zur Verbesserung der Tageslichtausbeute in Innenräumen beitragen.

Derartige optische Elemente sind typischerweise als lichttransparente Flächenelemente ausgebildet und weisen wenigstens an einer ihrer Oberflächen prismatisch ausgebildete Strukturen auf, die je nach Einfallswinkel die einfallende Strahlung transmittieren, umlenken, streuen oder reflektieren. Bei fest installierten derartigen Flächenelemente führt der saisonal variierende Sonnenstand dazu, dass direktes Sonnenlicht während einer bestimmten zeitlichen Periode, z. B. während der Sommermonate, gezielt reflektiert wird, während der verbleibenden Zeit aber nahezu ungehindert das Lichtumlenksystem passieren kann.

Man kann die Funktion von lichtlenkenden Prismen erweitern, indem man die strukturierte Fläche derart beweglich anbringt, dass die Ausrichtung der Struktur zur Lichtquelle gezielt variiert werden kann. Aus der DE 14 97 348, DE 31 38 262 A1, US 4,773,733, DE 195 42 832 A1 oder DE 197 00 111 A1 sind derartige Systeme bekannt, bei denen strukturierte Lamellen oder Prismenstäbe um eine im wesentlichen waagerechte Achse drehbar gelagert sind, wodurch sich die lichtlenkenden Strukturen gezielt ausrichten oder der Sonne nachführen lassen. Für diese beweglichen Systeme treffen jedoch die Nachteile klassischer Lamellenjalousien oder Raffstoren zu, hinsichtlich teurer Anschaffungskosten und Anfälligkeit gegen Störungen durch mechanisches Versagen.

In anderen Systemen ist die lichtlenkende bzw. optisch wirksame Struktur flächig auf einer transparenten Scheibe, Platte oder Verglasung stationär aufgebracht. Die Struktur, die den Lichtweg beeinflusst, kann dabei sowohl auf der der Lichtquelle zugewandten Seite liegen ("außen") oder aber auf der der Lichtquelle abgewandten Seite ("innen") einer transparenten oder transluzenten Platte oder Verglasung. Aus der DE 83 14 49 oder FR 2 463 254 sind derartige Systeme mit außenliegenden prismatischen Strukturen bekannt, die die gewünschten Funktionen erfüllen.

Innenliegende prismatische Systeme sind bekannt z. B. aus der DE 11 33 91, US 2,812,691, US 4,519,675, DE 35 17 610 A1, DE 195 38 651 A1 oder DE 198 34 050 A1. Systeme mit Strukturen sowohl innen wie außen sind zudem z. B. in DE 15 03 65 beschrieben.

In der DE 26 15 379 A1, DE 32 27 118 C2 und US 4,498,455 sind lichtlenkende Systeme beschrieben, in denen die Wirkung eines lichtlenkenden Prismensystems bzw. prismatisch angeordneten Lamellensystems dadurch noch weiter verbessert wird, dass eine oder mehrere Flanken der betreffenden Prismenstruktur bzw. Lamellen mit einer hochreflektierenden, absorbierenden oder stark streuenden Beschichtung versehen sind, also z. B. verspiegelt sind. Lediglich die lamellaren, drehbar gelagerten Systeme, wie Lamellen, Prismenstäbe, erlauben in gewissen Stellungen eine teilweise Durchsicht durch das Verglasungssystem zwischen zwei angrenzenden Lamellen/Stäben.

Alle genannten flächig aufgebrachten Systeme weisen jedoch den Nachteil auf, dass durch die Strukturierung eine Durchsicht durch die flächigen Systeme nicht möglich ist. Bei den flächig aufgebrachten Strukturen verbietet sich daher der Einsatz in Fassadenbereichen, in denen eine Durchsicht erwünscht oder gar zwingend notwendig ist.

Ein weiteres System, bei dem optische Teildurchsicht gegeben ist, besteht aus Komplementärstrukturen, bei denen man sich zunutze macht, dass bei Durchtritt durch einen dünnen, planparalellen Spalt lediglich ein minimal kleiner paralleler Strahlversatz stattfindet. Somit kann ein Element, das aufgrund von Totalreflexion unter gewissen Einfallswinkeln eine Sonnenschutzfunktion erfüllt, mit Durchsichteigenschaften versehen werden, indem eine Komplementärstruktur an das Element hinzugefügt wird. Derartige Systeme sind bspw., aus DE 17 40 553, DE 11 71 370, US 2,976,759, US 3,393,034, US 4,148,563, US 4,519,675, US 5,880,886, DE 195 42 832 A1 oder DE 196 22 670 bekannt. Diejenigen Komplementärstrukturen, die mit geneigten Dreiecksprismen als Grundstruktur ausgebildet sind, weisen jedoch den Nachteil auf, dass keine Fügeflächen zur Verfügung stehen, an denen Struktur und Komplementärstruktur aneinandergeheftet bzw. geklebt werden könnten. Bei bekannten Strukturen, deren Grundstruktur im Querschnitt jeweils "viereckig" ausgebildet ist, wie dies aus der DE 17 40 553 und DE 196 22 670 hervorgeht, bieten sich als Klebefläche jeweils die Stirnflächen an.

Eine Möglichkeit bzw. ein Verfahren, wie Struktur und Komplementärstruktur zusammengefügt und verbunden werden können, ist insbesondere der DE 196 22 670 entnehmbar.

Lediglich in US 5,880,886 (Milner, 1994) sind zusammengesetzte Strukturen und Komplementärstrukturen mit einer Teildurchsicht beschrieben, die sich für eine flächige Anbringung u. a. in vertikalen Verglasungen eignen. Bei den zusammengesetzten Strukturen ist gegenüber einem Dreiecksprisma die Prismenspitze durch eine Teilfläche "ersetzt", die i.w. planparallel zur durchgehenden "rückseitigen" ebenen Fläche ausgerichtet ist und eine Teildurchsicht erlaubt. Der Durchsichtbereich bzw. die Teilfläche, die eine Teildurchsicht potenziell erlaubt, befindet sich also in jedem Fall auf der "erhabenen Seite" der Struktur. Die in der US 5,880,886 aufgeführten Komplementärstrukturen hingegen weisen keinen unmittelbaren Durchsichtsbereich auf, sondern (Teil-)Durchsicht wird alleine und ausschließlich durch die Komplementäreigenschaft der beiden eingesetzten Strukturen erzielt.

Die bekannten Komplementärstrukturen mit optischen Durchsichteigenschaften sind aufgrund ihres Zwei-Komponenten-Aufbaus aufwändig in der Herstellung und verursachen entsprechend Mehrkosten in der Fertigung. Darüber hinaus weisen sie allesamt lediglich Lichtumlenkeigenschaften auf, die einfallendes Sonnenlicht lediglich in das Rauminnere, vorzugsweise an den Deckenbereich umzulenken vermögen. Eine Ablenkung nach Außen, bspw. durch Reflexion nach Außen findet nicht oder nur in einem beschränkten Rahmen satt.

Darstellung der Erfindung

Es besteht die Aufgabe eine Sonnenschutzvorrichtung für lichttransparente Gebäudeöffnungen gegen direkten Sonnenlichteinfall in das Gebäudeinnere derart anzugeben, dass ein effektiver Sonnenschutz bei optischen Durchsichteigenschaften gewährleistet wird, wobei die Sonnenschutzvorrichtung eine möglichst einfache Geometrie und einen einfachen Aufbau aufweisen soll, um auf diese Weise die mit der Herstellung verbundenen Produktionskosten gering zu halten. Der Sonnenschutz soll überdies auch entscheidend zur Reduzierung des Lichteinfalls in das Gebäudeinnere beitragen, insbesondere bei hohen Sonnenständen, wie sie vor allem in warmen Jahreszeiten auftreten.

Die Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Den Erfindungsgedanken vorteilhaft weiterbildende Merkmale sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der gesamten Beschreibung, insbesondere unter Bezugnahme auf die Ausführungsbeispiele, zu entnehmen.

Erfindungsgemäß ist eine Sonnenschutzvorrichtung für lichttransparente Gebäudeöffnungen gegen direkten Sonnenlichteinfall in das Gebäudeinnere mit wenigstens einem, aus wenigstens teilweise lichttransparentem Material bestehenden optischen Flächenelement, das im Bereich der Gebäude anbringbar ist und zwei sich gegenüberliegende Flächenelementseiten aufweist, von denen eine unstrukturiert eben ausgebildet ist und die andere parallel zueinander verlaufende, sich linear erstreckende und in lateraler Richtung sich periodisch wiederholende prismatische Strukturelemente vorsieht, derart ausgebildet, dass die strukturierte Flächenelementseite eine zur unstrukturiert eben ausgebildeten Flächenelementseite zumindest weitgehend koparallele Oberfläche aufweist, die von den einzelnen Strukturelementen überragt ist. Die einzelnen Strukturelemente weisen jeweils eine dreieckige Querschnittsfläche auf, die von einer Seitenkante, die mit der Oberfläche zusammenfällt, sowie von zwei über die Oberfläche erhabene Seitenflanken umschlossen ist. Die einzelnen Strukturelemente stellen somit dreidimensionale prismatische Formkörper dar, die durch zwei freie Begrenzungsflächen definiert sind, die jeweils den beiden über die Oberfläche erhabenen Seitenflanken zugeordnet sind. Um die optischen Durchsichteigenschaften durch das erfindungsgemäße Flächenelement zu gewährleisten, sind wenigstens zwei benachbarte Strukturelemente durch einen Flächenabschnitt der Oberfläche lateral voneinander getrennt angeordnet. Durch jeweils diese Flächenabschnitte ist eine nahezu ungehinderte Durchsicht durch das aus lichttransparentem Material bestehende optische Flächenelement gewährleistet.

Der erfindungsgemäß ausgebildeten Sonnenschutzvorrichtung, die gleichbedeutend mit den Begriffen Lichtumlenk- oder Blendschutzvorrichtung betitelbar ist, liegt die Idee zugrunde, eine optisch wirksame Oberflächenstrukturierung auf einem, aus lichttransparentem Material bestehenden optischen Flächenelement zu schaffen, deren in periodischer Abfolge an einer Oberfläche des Flächenelementes angeordneten Strukturelemente gerade derart voneinander beabstandet angeordnet sind, dass im Falle einer Schräglichtbeleuchtung der Schattenwurf jedes einzelnen Strukturelementes das jeweils benachbarte Strukturelement nicht abzudecken vermag. Würden nämlich die Strukturelemente unmittelbar nebeneinander angrenzend aneinandergereiht, so fiele der Schatten jedes einzelnen Strukturelementes auf das jeweils benachbarte Strukturelement, wodurch zumindest in diesem abgeschatteten Bereich die optische Wirkung des Strukturelementes verlorenginge. Sind jedoch die einzelnen Strukturelemente separiert derart voneinander angeordnet, dass kein bzw. eine nur geringe Schattenüberdeckung zwischen den einzelnen benachbarten Strukturelementen erfolgt, und wird überdies der durch die Beabstandung zweier unmittelbar benachbarter Strukturelemente frei gewordene Flächenabschnitt unstrukturiert und vorzugsweise eben belassen, so entsteht in diesen Flächenabschnitten die optische Situation zweier exakt oder nahezu planparalleler Platten - betrachtet man den jeweiligen Flächenabschnitt und die ohnehin eben ausgebildete Rückseite des Flächenelementes -, wodurch eine ungehinderte und vor allem bilderhaltende Durchsicht ermöglicht wird.

Selbst in Ausbildungsformen der erfindungsgemäßen Sonnenschutzvorrichtung, in denen die jeweiligen, zwei Strukturelemente gegenseitig lateral beabstandende Flächenabschnitte einen kleinen Winkel mit der plan ausgebildeten Rückseite des Flächenelementes einschließen, bleiben die optischen Durchsichteigenschaften dennoch erhalten, wenngleich das Durchsichtsbild leicht versetzt abgebildet wird, was unter Umständen tolerierbar oder in manchen Fällen gar erwünscht ist.

In vorteilhafter Weise ist das Flächenelement mit seiner strukturiert ausgebildeten Flächenelementseite derart im Bereich der Gebäudeöffnung anzubringen, dass die strukturierte Flächenelementseite dem Sonnenlichteinfall zugewandt ist. Wie im Einzelnen jedoch noch gezeigt werden wird, vermag das erfindungsgemäß ausgebildete Flächenelement jedoch auch eine gewünschte entblendende bzw. schützende Wirkung in umgekehrter Einbauform, d. h. die strukturierte Flächenelementseite ist dem Gebäudeinneren zugewandt, entfalten.

Wenngleich auch die Integration der erfindungsgemäß ausgebildeten Sonnenschutzwirkung in vertikal orientierte Gebäudeöffnungen dem Hauptinteresse und Hauptanwendungsgebiet derartiger Flächenelemente gilt, bspw. durch Integration der Sonnenschutzvorrichtung in vertikalen Fensterflächen, so ist ihr Einsatz grundsätzlich auch an geneigten Gebäudeöffnungen, wie bspw. in Dachbereichen oder schrägen Fassadenflanken möglich und denkbar.

Die genaue geometrische Ausbildung und Anordnung der Seitenflanken bzw. Begrenzungsflächen der einzelnen Strukturelemente richtet sich grundsätzlich nach Art und Zweck ihre Einsatzes, d. h. je nachdem, ob es sich um eine vertikale oder eine schräg geneigte Anordnung des Flächenelementes handelt oder ob die strukturierte Flächenelementseite dem Sonnenlichteinfall zu- oder abgewandt ist. In besonderer Weise sind die lokalen Beleuchtungsverhältnisse zu beachten, die sich durch die vom Breitengrad auf der Erde sowie von den Jahreszeiten abhängigen Sonnenbahnen bzw. Sonnenstandswinkel ergeben.

Eingedenk der vorstehenden, individuell zu berücksichtigenden Rahmenbedingungen sind die Seitenkanten respektive Begrenzungsflächen der einzelnen Strukturelemente vorzugsweise derart geneigt zueinander und gegenüber dem Sonnenlichteinfall zu orientieren, dass das auf die Strukturelemente auftreffende Sonnenlicht, das aus einem bestimmten Winkelbereich auf die einzelnen Strukturelemente auftrifft, nahezu vollständig ausgeblendet wird, d. h. im Wege innerer Totalreflexion nach außen umgelenkt bzw. in einen vom Gebäudeinneren abgewandten Außenbereich zurückgeworfen wird. Trifft hingegen Sonnenlicht aus den übrigen Raumwinkelbereichen auf die entsprechenden Strukturelemente auf, so wird das Sonnenlicht in das Rauminnere weitergeleitet bzw. umgelenkt. Die erfindungsgemäß ausgebildete Sonnenschutzvorrichtung, bei der die strukturierte Seite S der Lichtquelle zugewandt ist, zeichnet sich demzufolge in ihren Transmissionseigenschaften durch einen charakteristischen Einbruch der hemisphärischen optischen Transmission für direktes auf die Strukturelemente einfallendes Sonnenlicht aus. Ausführlichere Einzelheiten sind im Weiteren unter Bezugnahme auf die Ausführungsbeispiele zu entnehmen.

Kurze Beschreibung der Erfindung

Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung exemplarisch beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1a, b schematisierte Schnittbilder zur Erläuterung der erfindungsgemäß ausgebildeten Strukturelemente (1a: Stand der Technik),

Fig. 2 Beleuchtungssituation, in der die strukturierte Flächenelementseite dem Gebäudeinneren zugewandt ist, zur Erläuterung der erfindungsgemäßen Funktion Fig. 3 Querschnittsdarstellung einer erfindungsgemäß ausgebildeten Sonnenschutzvorrichtung,

Fig. 4 typische Strahlverläufe (qualitativ) innerhalb der Sonnenschutzvorrichtung während der Ausblendung Fig. 5 Transmissionsdiagramm zu den qualitativ in Fig. 4 dargestellten Beleuchtungssituationen,

Fig. 6 Querschnittsdarstellung einer Sonnenschutzvorrichtung mit gekrümmten Flächen und verrundeten Kantenverläufen,

Fig. 7, 8 Sonnenschutzvorrichtungen in Komplementäranordnung sowie

Fig. 9-11 Diagrammdarstellungen bezüglich der Transmission für unterschiedliche Ausführungsbeispiele.

Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche Verwendbarkeit

In Fig. 1a ist die Situation gemäß dem Stand der Technik dargestellt, in der ein einseitig strukturiertes Flächenelement F von Sonnenlicht hν bestrahlt wird. Die einzelnen Strukturelemente SE grenzen in Art einer Sägezahnstruktur unmittelbar aneinander und führen bei Schrägbestrahlung zu einer gegenseitigen Selbstabschattung (siehe schraffierter Bereich). In Bereichen, in denen Selbstabschattung auftritt, verlieren jedoch die einzelnen Strukturelemente ihre optische Wirkung. Demgegenüber ist in Fig. 1b erfindungsgemäß ein Flächenelement F derart ausgestaltet ist, dass in Bereichen, in denen wie im Fall gemäß Fig. 1a gegenseitige Selbstabschattung auftreten würde, zwei benachbarte Strukturelemente SE durch jeweils einen Flächenabschnitte D lateral gegenseitig beabstandet sind. Die Flächenabschnitte sind vorzugsweise koparallel zu der ansonsten eben ausgebildeten Flächenelementseite E angeordnet. Eben in diesen Bereichen der Flächenelementabschnitte D, die koparallel zur Flächenelementseite E orientiert sind, herrschen optische Durchsichtbedingungen, so dass ein gemäß Fig. 1b im Querschnitt ausgestaltetes, aus einem lichttransparenten Material gefertigtes Flächenelement F zu Sonnenschutzzwecken im Gebäudefassadenbereich integriert werden kann, in denen der Wunsch nach zumindest teilweise vorhandener optischer Durchsicht besteht.

Im Gegensatz zu der in Fig. 1b dargestellten Anordnung des Flächenelementes F, bei dem die strukturierte Flächenelementseite S dem Sonnenlichteinfall hν zugewandt ist, ist in Fig. 2 eine Situation dargestellt, in der das Flächenelement F mit seiner strukturierten Flächenelementseite S dem Sonnenlichteinfall hν abgewandt und dem Gebäudeinneren zugewandt ist. Auch in diesem Fall verhelfen die Flächenelemente D zwischen jeweils benachbarten Strukturelementen SE zur optischen Durchsicht des Flächenelementes F. Durch den schraffierten Bereich wird hier angedeutet, dass auch in dieser Situation die Strukturelemente SE so ausgebildet werden können, dass kein Licht ausschließlich regulär durch koparallel verlaufende Grenzflächen transmittiert wird, sondern ein Auftreffen auf Flanken des SE und damit eine erfindungsgemäße optische Wirkung trotz Durchsichtbereich D gewährleistet wird.

Zum Verständnis der optischen Wirkung der erfindungsgemäß ausgebildeten Sonnenschutzvorrichtung ist diese in einer Querschnittsdarstellung in Fig. 3 dargestellt und mit entsprechenden Bezugsgrößen bzw. -zeichen versehen. Das Flächenelement F besteht grundsätzlich, wie bereits vorstehend erwähnt, aus einer ebenen, unstrukturierten Flächenelementseite E und einer ihr gegenüber befindlichen strukturierten Flächenelementseite S. Zu Seiten der strukturierten Flächenelementseite S sind in periodischer Abfolge Strukturelemente SE vorgesehen, die eine dreieckförmige Querschnittsform aufweisen. Jedes einzelne Strukturelement SE ist von zwei Seitenflanken A, B begrenzt, die sich über eine Oberfläche O der Flächenelementseite S erheben. Nur aus Gründen der geometrischen Vollständigkeit sei erwähnt, dass jedes einzelne Strukturelement SE virtuell von einer Seitenkante C begrenzt ist, wobei selbstverständlich die Strukturelemente SE einstückig mit dem Flächenelement F aus dem lichttransparenten Material verbunden und gefertigt sind. Da die Strukturelemente SE in ihrer dreidimensionalen Raumform prismenartige Dreieckskörper darstellen, werden sie korrespondierend zu ihren Querschnitts-Seitenflanken A, B jeweils von Begrenzungsflächen bzw. Flankenflächen A* und B* begrenzt. Benachbarte Strukturelemente SE sind ferner durch Flächenelementabschnitte D lateral voneinander beabstandet, wobei die Flächenabschnitte D zumindest weitgehend mit der Oberfläche O zusammen fallen. In bevorzugter Weise sind die Flächenabschnitte D eben ausgebildet und koparallel in Bezug zur Flächenelementseite E orientiert. In speziellen Ausbildungsformen können die Flächenabschnitte D jedoch auch leicht schräg relativ zur Flächenelementseite E geneigt sein. Typische Neigungswinkel betragen bspw. zwischen 0 und 10°.

Im Weiteren wird angenommen, dass das Flächenelement F vorzugsweise vertikal in einer Gebäudefassadenöffnung integriert und Richtung Süden orientiert ist. In gleicher Weise ist denkbar, das Flächenelement F auch in schräg geneigte Positionen sowie mit Ausrichtungen zwischen Südost bis Südwest zu orientieren. Je nach Orientierung und Anbringung der Sonnenschutzvorrichtung sind die geometrischen Ausgestaltungen und Neigungen der Begrenzungsflächen A* und B* geeignet vorzunehmen. Diese nämlich werden entscheidend durch den sogenannten Sonnenprofilwinkel α_P bestimmt, der dem Winkel zwischen einer Flächennormalen bezüglich einer vertikalen Fläche und der Projektion der Sonnenrichtung auf jene Ebene, die von der Flächennormalen und einer vertikalen Gerade aufgespannt wird, entspricht. So nimmt bspw. der Sonnenprofilwinkel α_P für eine exakt nach Süden ausgerichtete, vertikale Fläche Werte zwischen einem minimalen α_Pu und einem maximalen Winkel α_Po an, die jeweils von der geographischen Breite sowie der Ekliptik in folgender Weise abhängen:

α_Pu= 90°- Φ - δ_{max <} α_P < 90° - Φ + δ_max = α_Po

In obiger Beziehung beschreibt Φ den geographischen Breitengrad und δ_max = 23,45° die maximale Deklination bzw. Ekliptik, die sich durch die Neigung der Erdachse in Bezug auf die Sonnenumlaufbahn ergibt.

Um nun das Design der Strukturelemente SE festlegen zu können sind die vorstehend genannten Rahmenbedingungen zu berücksichtigen, will man mit der erfindungsgemäß ausgebildeten Sonnenschutzvorrichtung den direkten Sonnenlichteinfall in das Rauminnere nahezu weitgehend vermeiden.

Im Falle einer vertikalen Einbaulage des Flächenelementes F und vorzugsweise einer exakten Südausrichtung lassen sich folgende Designkriterien in Bezug auf die geometrische Auslegung jedes einzelnen Strukturelementes festlegen: Setzt man gemäß Darstellung in Fig. 3 voraus, dass die Seitenflanken A und B von den Winkeln α und β in der in Fig. 3 angegebenen Weise eingeschlossen werden, so sind diese, um eine effektive Lichtausblendung bei direktem Sonnenlichteinfall auf jeweils die Begrenzungsfläche A* mit steigenden Einfallswinkeln erstmals zu erhalten, derart zu wählen, dass ein durch die Begrenzungsfläche A* des Strukturelementes SE eintretender Sonnenlichtstrahl derart gebrochen wird, dass dieser an der rückwärtigen Flächenelementseite E totalreflektiert wird.

Dieser Fall ist gegeben, wenn die Sonnenstrahlung wenigstens den kleinsten Sonnenprofilwinkel α_Pu1 einnimmt, der durch die nachstehende Beziehung gegeben ist:

α_pu1= 90°- α + arcsin[n sin(arcsin(1/n) - (90° - α))]

Dieser Fall ist in Fig. 4 dargestellt und durch den Lichtweg I beschrieben. Der über die Begrenzungsfläche A* eintretende Lichtstrahl wird derart an A* gebrochen, dass der eingekoppelte Lichtstrahl an der unstrukturierten eben ausgebildeten Flächenelementseite E totalreflektiert wird und im Weiteren über die strukturierte Flächenelementseite S nach außen austritt.

Der Abschattungseffekt durch Rückreflexion wird darüber hinaus verstärkt, wenn zusätzlich ein Lichtstrahl, der durch die obere Begrenzungsfläche A* in das Flächenelement F eintritt, anschließend an der unmittelbar angrenzenden Begrenzungsfläche B* totalreflektiert wird, so dass der Lichtstrahl schließlich unter einem Winkel auf die rückwärtige Flächenelementseite E tritt, unter dem ebenfalls Totalreflexion auftritt. Ein derartiger Fall ist gegeben, falls die Sonnenstrahlung wenigstens einen unteren Sonnenprofilwinkel in der folgenden Form annimmt:

α_pu2 = 90°- α + arcsin[n sin(arcsin(1/n) + α +2β - 90°)]

Vorstehende Bedingung ist ebenfalls in Fig. 4 unter Bezugnahme auf den Strahlengang II dargestellt. Der zweifach mittels Totalreflexion umgelenkte Lichtstrahl verlässt ebenso über die strukturierte Flächenelementseite S das Flächenelement F nach außen, ohne dabei in das Rauminnere einzutreten.

Die obere Grenze des Ausblendbereiches ist bestimmt durch einen Strahlengang, der ebenfalls durch die Begrenzungsfläche A* in das Flächenelement F eintritt und von innen auf die untere Begrenzungsfläche B* trifft. Tritt aber im Gegensatz zum vorstehenden Fall an der Begrenzungsfläche B* keine Totalreflexion mehr auf, so wird ein beträchtlicher Teil der Sonnenlichtstrahlung durch das Flächenelement transmittiert. Der diesbezüglich obere Grenzwinkel nimmt somit folgende Form an:

α_po = 90° - α + arcsin[n sin(arcsin(α + β - arcsin(1/n)))].

Mit Hilfe der vorstehenden drei Grenzwinkel bzw. Gleichungen kann der Abblendbereich der erfindungsgemäß ausgebildeten Sonnenschutzvorrichtung über die Wahl der Winkel a und β sowie der Begrenzungsflächen A* und B* an unterschiedliche Beleuchtungssituationen individuell angepasst werden.

In Fig. 6 ist ein typisches Transmissionsdiagramm dargestellt, längs dessen Ordinate (halbräumliche bzw. hemisphärische) Transmissionswerte und längs dessen Abszisse die Sonnenprofilwinkel vorgesehen sind. So zeigt sich, dass im Winkelbereich von etwa 42° die Transmission deutlich abnimmt. Im Bereich von etwa 48° erfolgt eine weitere charakteristische Reduzierung der Transmission. Erst im Bereich von etwa 68° beginnt die Transmission des Flächenelementes charakteristisch anzusteigen, so dass das helle Zenithlicht wieder transmittiert wird und zur Ausleuchtung mit Tageslicht beiträgt.

Eine weitere Optimierungsmöglichkeit stellt die Wahl der Strukturhöhe h der einzelnen Strukturelemente SE dar. Soll bspw. das Flächenelement bei einer möglichst maximalen Teildurchsicht Sonnenlicht im Bereich zwischen α_Pu2 und α_Po ausblenden, so bestimmt sich die Mindesthöhe h der einzelnen Strukturelemente SE aus der Bedingung, dass an der Winkeluntergrenzen α_Pu2 des Ausblendbereiches gerade noch Selbstverschattung auftritt, also folgender Formelzusammenhang gilt:

h ≍ P / [tan (α) + tan (α_Pu2)].

Hierbei entspricht P die Periodenlänge jeweils eines Strukturelementes SE, die sich aus der Summe der Länge der Seitenkante C sowie der lichten Weite des Flächenelementes D ergibt (siehe Fig. 3).

Eine ähnliche Beziehung kann ebenso für den unteren Sonnenprofilwinkel α_Pu1 bestimmt werden.

Wird die Höhe h der Strukturelemente SE kleiner gewählt, so erhöht sich der Durchsichtbereich auf Kosten der Verschattungs- bzw. Abblendwirkung. Wird die Höhe h größer gewählt, so verbessert sich u. U. die Abblendwirkung noch weiter, dafür nimmt aber im Gegenzug die Durchsicht ab.

Die Auswahl einer geeigneten Struktur richtet sich (wie den vorgenannten Gleichungen zu entnehmen ist) auch nach dem Brechungsindex des verwendeten Materials. Hierzu kann bemerkt werden, dass der Spielraum in der Gestaltung/Ausführung sowie die zu erwartende optische Funktionalität und Wirkung des Sonnenschutzelementes umso größer ist, je höher die Brechzahl ist. Typischerweise sind heutzutage Materialien mit etwa 1.4 < n < 1.7 verfügbar, wobei sich für ein erfindungsgemäßes Sonnenschutzelement bevorzugt hochbrechende Kunststoffe mit n > 1.55 eignen.

Vorstehende Ausführungen beziehen sich, wie eingangs erwähnt auf ein Flächenelement, dessen strukturierte Flächenelementseite S dem Sonnenlichteinfall zugewandt ist. Ist jedoch die strukturierte Seite des Flächenelementes von der Lichtquelle, respektive vom Sonnenlichteinfall abgewandt, so ergeben sich andere Grenzwinkel, die sich jedoch durch äquivalente Überlegungen einem Fachmann auf Basis vorstehender Überlegungen erschließen.

Bezugnehmend auf die Darstellung gemäß Fig. 3 sind zwischen den einzelnen Flächen A*, B*, D Kantenzüge K, L, M vorgesehen, die idealerweise geradlinig bzw. scharfkantig ausgebildet sind, wenn eine optimale Abschattungswirkung erzielt werden soll. Ebenso sei idealerweise angenommen, dass die Begrenzungsflächen A*, B* sowie die Flächenabschnitte D exakt eben ausgebildet sind.

Ist aber erwünscht, dass die Abschattung nur moderat und im Gegenzug eine stark verbesserte Raumausleuchtung mit Tageslicht vorliegen soll, können die Kanten vorzugsweise verrundet oder eine der beiden geneigten Begrenzungsflächen A* oder B* oder beide zusammen gekrümmt ausgebildet werden. Eine derartige Struktur mit gekrümmten Begrenzungsflächen sowie verrundeten Kanten ist der Fig. 6 zu entnehmen. Erwartungsgemäß wird die gewünschte optische Ausblendung durch derartige Verrundungen weniger effektiv, zumal an den runden Kanten K, L, M Licht nahezu isotrop umgelenkt bzw. gebrochen wird. Diese Rundungen können durch unterschiedliche Produktionstechniken auch als konvex oder konkav oder wellige Oberflächen gestaltet werden. Durch derartige Maßnahmen wird in erster Linie die Tageslichtwirkung der Sonnenschutzvorrichtung verbessert. So wird grundsätzlich an konisch oder gekrümmten Flächen einfallendes Sonnenlicht umgelenkt. In einigen Fällen kann dieses Licht zwar zu unerwünschten Effekten im Rauminneren führen, doch kann bei geeigneter Wahl derartiger Strukturen das an gekrümmt oder konisch ausgebildeten Flächen umgelenkte Licht auch zur besseren oder gleichmäßigeren Ausleuchtung des Rauminneren aufgrund der einem derartigen Flächenelement innewohnenden Diffusorwirkung führen.

Lichtumlenkung an Konen oder gekrümmten Flächen führt im Allgemeinen zum Auftreten eines vertikalen Glanzbandes in Transmission, d. h. die horizontale Komponente der Strahlrichtung wird durch Ablenkung an der Verrundung nicht geändert aber durchaus die vertikale Komponente. Dies führt zu dem genannten Effekt eines hell leuchtenden, i.w. vertikalen Streifenbandes. Dieser Effekt kann gleichwohl abgeschwächt bzw. vollständig verhindert werden, indem die einzelnen Strukturelemente in Richtung ihrer Translationsachse ebenfalls nicht exakt eben, sondern längs ihrer Translationsachse eine leichte Welligkeit bzw. leichte Krümmungen aufweisen. Dadurch wird das Licht des Glanzbandes auf einen größeren Winkelbereich verteilt und die unter Umständen störende Blendwirkung verringert. Die Welligkeit der Strukturelemente längs der Translationsachse hat vorzugsweise stochastischen Charakter, da sich ansonsten unter Umständen schräge Glanzbänder oder andere hell sichtbare Strukturen ausbilden können.

Die optische Funktionalität der einzelnen Strukturelemente SE kann gegenüber dem vorstehend Geschilderten dadurch noch verbessert werden, dass eine oder mehrere Begrenzungsflächen oder Teilflächen der Strukturelemente SE mit einer optisch wirksamen Schicht versehen werden. Eine derartige optisch wirksame Schicht kann bspw. reflektierende, streuende oder absorbierende Wirkung entfalten. Zur Herstellung derartiger optisch wirksamer Schichten wird die strukturierte Flächenelementseite S einer PVD (Physical Vapour Deposition, z. B. Aufdampfen oder Besputtern) oder CVD (Chemical Vapour Deposition) -Beschichtung ausgesetzt. In besonders bevorzugter Weise kann ein derartiger Beschichtungsprozess im Wege einer Schrägbeschattung vorgenommen werden, so dass nur Teile bzw. Teilflächen der Strukturelemente SE gezielt oberflächenbehandelt werden. Hierbei wird ausgenutzt, dass die Partikel des Abscheideprozesses in der Gasphase (z. B. beim Aufdampfen die Dampfpartikel, beim Besputtern die zerstäubten Partikel) in ihrer Bewegung eine Vorzugsrichtung haben und sich so beim Beschichten von strukturierten Oberflächen Schatten, d. h. Bereiche mit im Vergleich zu benachbarten Bereichen geringer Abscheiderate, bilden.

Um die optischen Durchsichtseigenschaften des vorstehend erläuterten Flächenelementes F weiter zu verbessern, insbesondere im Falle eines Vorsehens einer dielektrischen Grenzfläche längs bspw. der Begrenzungsfläche B*, sieht ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 die Kombination eines Flächenelementes F mit einem hierzu komplementär strukturierten Flächenelement F' vor. Das Flächenelement F' sieht eine zur strukturierten Flächenelementseite S des Flächenelementes F komplementär strukturierte Flächenelementseite S' vor. Das Zusammenfügen beider Flächenelemente F' und S' erfolgt vorzugsweise derart, dass das Verfügen beider Elemente F und F' unter Verwendung einer haftvermittelnden Schicht G jeweils längs der Flächenabschnitte D erfolgt.

In den in den Fig. 7 und 8 dargestellten Ausführungsformen werden neben dem Durchsichtbereich D insbesondere auch in Bereichen der Begrenzungsflächen A* und B* Durchsichtseigenschaften in Blickrichtungen erzielt, in denen Licht an den Begrenzungsflächen B* und/oder E keine Totalreflexion erfährt.

Bei Kombinationen mit komplementären Flächenelementstrukturen ist jedoch zu beachten, dass das ursprüngliche Flächenelement F das im Lichtweg erste und damit für das einfallende Licht zuerst optisch wirksame optische Element ist. Dadurch unterscheidet sich die Wirkung eines derartigen Systems im allgemeinen stark von der Blendschutzvorrichtung in Alleinstellung, wie vorstehend beschrieben. Dies hat zur Konsequenz, dass ein komplementäres Flächenelementsystem F/F', bei dem das Komplementärflächenelement F' zur Lichtquelle als nächstes liegt, eines speziellen Strukturdesigns bedarf. Waren die Strukturelemente des ursprünglichen Flächenelementes F auf der von der Lichtquelle abgewandten Seite vorgesehen, so werden bei Hinzufügen eines Komplementärflächenelementes die wesentlichen optischen Wirkungen des ursprünglichen Flächenelementes nicht beeinflusst.

In bevorzugter Ausführungsform kann eine oder beide der zusammen zu fügenden Flächenelemente aus einem lichttransparenten, flexiblen Material gefertigt sein, bspw. in Art einer flexiblen Folie oder dünnen Platte. Zur Herstellung derartiger, flexibler Komplementärflächenelemente dienen geeignete Walz- bzw. Rollverfahren, mit denen die komplementären Strukturen ineinander gefügt werden können.

Aus Gründen von Materialersparnis, geringerer Absorptionseffekte sowie erleichterter Integration der Sonnenschutzvorrichtung bspw. in einen Isolierglasverbund, sowie letztlich aus Gründen einer merklichen Kostenreduktion ist es von besonderem Vorteil, die lichtlenkenden prismatisch ausgebildeten Strukturelemente zu miniaturisieren. Ein derartig mikrostrukturiertes Flächenelement kann bspw. in Form einer mikrostrukturierten Folie auf eine Glasscheibe aufkaschiert werden. Ebenfalls ist es denkbar, eine Scheibe, bspw. eine Fensterscheibe direkt oberflächig zu strukturieren. Ein weiterer Vorteil von Mikrostrukturen liegt insbesondere darin, dass sie unter Umständen nicht mehr vom menschlichen Auge aufgelöst werden können, sodass ein quasi-homogenes Erscheinungsbild entsteht.

Dieses quasi-homogene Erscheinungsbild ist insbesondere dann von Vorteil, wenn das Sonnenschutzelement nicht an einer süd-, sondern an einer anders orientierten Fläche oder Fassade eingesetzt werden soll. Dann kann eine wunschgemäße, vom Sonnenprofilwinkel abhängige Sonnenschutzfunktion auch dadurch gewährleistet werden, wenn die ausgedehnten Strukturelemente SE nicht mehr wie im südorientierten Fall horizontal, sondern gekippt orientiert sind. Zeigt das Sonnenschutzelement ein quasi-homogenes Erscheinungsbild, so stellt diese notwendige Verkippung keine architektonische oder ästhetische Einschränkung an einen möglichen Einsatz des Elementes mehr dar.

Zur Herstellung derartiger Mikrostrukturen eignet sich besonders die Grautonlithographie, wobei dieses Verfahren typischerweise auf Flächen kleiner 10 cm² beschränkt ist. Prismatische Strukturen können jedoch auch mittels materialabhebender Verfahren bzw. spanabhebender Präzisionsbearbeitung hergestellt werden, bspw. durch Mikrofräsen oder Mikrostoßen. Zwar sind bei einem derartigen Verfahren größere Flächen zu bearbeiten, jedoch für gewünschte Flächengrößen von größer 25 cm² steigt der damit verbundene verfahrenstechnische Aufwand beträchtlich. Jedoch bieten Interferenzlithographische Verfahren bereits heute die Möglichkeit, auch größere Flächen von bis zu 2500 cm² erfolgreich in der gewünschten Weise homogen zu strukturieren.

Liegt eine miniaturisierte Struktur in Form einer Masterstruktur vor, so kann diese durch Abformverfahren auf große Flächen appliziert werden, wodurch eine Replikation der Mikrostruktur möglich wird. Oberflächenstrukturen können auf diese Weise in verschiedensten organischen oder anorganischen Materialien, in Formteile oder Folien beliebiger Art und Oberfläche übertragen bzw. geprägt werden. In diesem Zusammenhang zu nennende, mögliche Replikationsprozesse sind bspw. das Wälzprägeverfahren, Stempelprägeverfahren oder Spritzgussprozesse. Mit den vorstehenden Verfahren ist es insbesondere möglich, die strukturierte Oberfläche kostengünstig herzustellen.

Eine besonders bevorzugte Einsatzform für die erfindungsgemäße Sonnenschutzvorrichtung sieht die Integration in ein Isolierglasverbundsystem vor. So wird ein auf der nach innen gerichteten Seite strukturiertes Flächenelement oder eine Folie im Allgemeinen auf der Innenseite der Außenscheibe (oder bei Dreifachverglasungen auf der Innenseite der mittleren Scheibe) angebracht, während ein außen strukturiertes Flächenelement im Allgemeinen auf der Außenseite einer innenliegenden Scheibe aufgebracht wird. Je nach Erfordernissen kann im Einzelfall auch eine dritte, vierte oder weitere Schicht bzw. Scheibe im Isolierglasverbund nötig sein bzw. realisiert werden.

In den Fig. 9 bis 11 sind abschließend einige Transmissionsdiagramme in Abhängigkeit der Beleuchtungssituation für folgende konkrete Ausführungsbeispiele dargestellt:

Eine vertikal ausgerichtete, der Lichtquelle zugewandte Sonnenschutzvorrichtung mit den Parametern α = 48°, β = 6°, h/P = 0.5, n = 1.59 (Brechungsindex des lichttransparenten Materials) besitzt die Eigenschaft, dass gerichtete Strahlung, die aus einem Profilwinkelbereich zwischen 57° und 66° einschließlich einfällt, nur zu maximal 1.7% transmittiert wird. Der Durchsichtanteil beträgt bei einer derartigen Struktur ca. 39% der Gesamtfläche.

Die Abhängigkeit der totalen Transmission vom Einfallswinkel bei Einstrahlung in der Profilebene (Profilwinkel) für einen derartigen Strukturtyp ist in Fig. 9 gezeigt. Deutlich sichtbar ist der ausgeprägte Ausblendbereich bei hochsommerlichen Sonnenständen bis ca. 67° und eine mäßige Reduktion um etwa 50% in einem Übergangsbereich. Gleichzeitig ist die Transmission für sehr hohe Profilwinkel bis über 80° sehr hoch, was sich wegen des hellen Himmelslichtes im Zenithbereich positiv auf die Ausleuchtung des rückwärtigen Raumes auswirkt. Ebenso auch für Einfallswinkel von kleiner als etwa 35°.

Damit eignet sich dieser Strukturtyp ideal als saisonaler Sonnenschutz für Südfassaden in geografischen Breiten, in denen die höchsten Sommersonnenstände kleiner als 67° sind, also z. B. die geografische Breite von Freiburg i. Br. (φ = 48°). In einem Zeitraum vom 2. Mai bis 11. August wird die gerichtete direkte Sonnenstrahlung durch das Element also zu über 98% reflektiert oder absorbiert. In den Übergangszeiten etwa vom 12.3.-1.5. und 12.8.-30.9. wird nur maximal 40-50% der Direktstrahlung durch das Element transmittiert. Gleichzeitig ist eine hohe Transmission und damit ein Beitrag zur Raumheizung durch Solarenergieeinträge während des Winters gewährleistet. Zu allen Zeiten ist in einem rückwärtigen Raum eine gute Ausleuchtung mit Tageslicht durch die hohe Transmission bei hohen Einfallswinkeln gegeben.

Das nächste Beispiel, dargestellt in Fig. 10, betrifft einen saisonalen, d. h. zeitlich begrenzten Sonnenschutz mit Teildurchsicht, wobei sich die Struktur auf der der Lichtquelle zugewandten Seite befindet und mit Profilwinkel eine stetig zunehmende Abschattung in der Verschattungsperiode stattfindet.

In der Fig. 10 ist das Transmissionsdiagramm für eine Sonnenschutzvorrichtung dargestellt, die eine vertikal ausgerichtete, der Lichtquelle zugewandte Struktur mit den Parametern α = 60°, β = 1.5° und h/P = 0.27 aufweist und die Eigenschaft besitzt, dass gerichtete Strahlung, die aus einem Profilwinkelbereich zwischen 43° und 67° einfällt mit zunehmendem Einfallswinkel immer stärker abgeschwächt wird. Der Durchsichtanteil beträgt bei dieser Idealstruktur ca. 52% der Gesamtfläche. Deutlich ist in Fig. 10 die bei 42° (Equinoxe) einsetzende und bis zum maximalen Sonnenstand von ca. 67° stetig zunehmende Abschattung und eine mäßige Reduktion um etwa 50% in einem Übergangsbereich sichtbar. Gleichzeitig ist die Transmission für sehr hohe Profilwinkel ab etwa 80° sehr hoch, was sich wegen des hellen Himmelslichtes im Zenithbereich positiv auf die Ausleuchtung des rückwärtigen Raumes auswirkt. Auch für Einfallswinkel kleiner als 42° zeigt das Element eine sehr hohe Transmission, wodurch Licht- und Wärmeeinträge in der Heizperiode und den Übergangsjahreszeiten möglich sind.

In Fig. 11 ist schließlich ein Transmissionsdiagramm einer Sonnenschutzvorrichtung mit verrundeten bzw. gekrümmt verlaufenden Kanten (K, L, M) und gekrümmten Flanken (A*, B*) dargestellt, die als Diffusor oder Streuscheibe zur Verbesserung der Raumausleuchtung mit Teildurchsicht und saisonaler Sonnenschutzfunktion einsetzbar ist.

Die Flanken und Kanten sind derart gekrümmt bzw. verrundet, dass nicht mehr wie in den vorstehenden Fällen ein Teil der einfallenden Strahlung exakt ausgeblendet wird, sondern dass in jeder Einstrahlsituation, also auch im Einfallswinkelbereich, in dem prinzipiell eine Verschattungswirkung vorliegt, stets ein Teil des einfallenden Lichtes in die Tiefe des rückwärtigen Raumes gestreut wird. Die Höhe der Transmission hängt dabei jeweils stark von Art und Ausmaß der Krümmungen und Welligkeiten gegenüber einer eben und scharfkantig ausgeführten Struktur ab.

Das der Fig. 11 zugrundeliegende Element eignet sich durch seinen spezifischen Abblendwinkelbereich z. B. für einen Einsatz im nördlichen Mitteleuropa. Als Beispiele seien genannt: Berlin mit φ = 52.5° und max. Sonnenhöhenwinkel 61°, Hamburg mit φ = 53.5° und max. Sonnenhöhenwinkel 60° oder Moskau mit φ = 56° und max.Sonnenhöhenwinkel 57.5°. Alternativ läßt sich das Element in leicht nach Norden geneigten Südfassaden im zentralen und südlichen Mittelleuropa einsetzen. Bezugszeichenliste F, F' Flächenelement
E unstrukturierte ebene Flächenelementseite
S Strukturierte Flächenelementseite
SE Strukturelement
O Oberfläche
A, B Seitenflanken
A*, B* Begrenzungsflächen
D Flächenabschnitt
K, L, M Kanten
P Periodenlänge

Claims

1. Sonnenschutzvorrichtung für lichttransparente Gebäudeöffnungen gegen direkten Sonnenlichteinfall in das Gebäudeinnere mit wenigstens einem, aus wenigstens teilweise lichttransparenten Material bestehenden optischen Flächenelement (F), das im Bereich der Gebäudeöffnung anbringbar ist und zwei sich gegenüberliegende Flächenelementseiten aufweist, von denen eine (E) unstrukturiert eben ausgebildet ist und die andere (S) parallel zueinander verlaufende, sich linear erstreckende und in lateraler Richtung sich periodisch wiederholende prismatische Strukturelemente (SE) vorsieht, dadurch gekennzeichnet, dass die strukturierte Flächenelementseite (S) eine zur unstrukturiert eben ausgebildeten Flächenelementseite (E) zumindest weitgehend koparallele Oberfläche (O) aufweist, die von den Strukturelementen (SE) überragt ist, dass die Strukturelemente (SE) jeweils eine dreieckige Querschnittsfläche mit einer Seitenkante (C), die mit der Oberfläche (O) zusammenfällt, sowie zwei über die Oberfläche erhabene Seitenflanken (A, B) aufweisen, wobei der Seitenflanke (A) eine Begrenzungsfläche (A*) und der Seitenflanke (B) eine Begrenzungsfläche (B*) zugeordnet ist, und
dass wenigstens zwei benachbarte Strukturelemente durch einen Flächenabschnitt (D) der Oberfläche (O) lateral voneinander getrennt sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Flächenelement derart im Bereich der Gebäudeöffnung angebracht ist, dass die strukturierte Flächenelementseite dem Sonnenlichteinfall zugewandt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenflanke (A) mit der Oberfläche einen Winkel 90°-α, mit der Seitenflanke (B) einen Winkel α + β einschließt und dass die Seitenflanke (B) mit der Oberfläche einen Winkel 90°-β einschließt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenflanke (A) mit der Oberfläche über eine Kante (M), die Seitenflanke (A) und die Seitenflanke (B) über eine Kante (K) sowie die Seitenflanke (B) mit der Oberfläche über eine Kante (L) verbunden sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Flächenelement (F) in eine sich vertikal erstreckende Gebäudeöffnung integriert ist und die Flächenelementseiten (E) und (S) vertikal orientiert sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenflanke (A) derart gegenüber der vertikal ausgerichteten Oberfläche geneigt ist, dass ab einem kleinsten Sonnenprofilwinkel ctpui, der einem Winkel entspricht zwischen der Flächennormalen auf die Oberfläche sowie der Projektion der Sonnenrichtung auf eine Ebene, die von der Flächennormalen und einer exakt vertikalen Geraden aufgespannt wird, die durch die Vorrichtung transmittierte Strahlung reduziert wird, indem Strahlen, die durch die Begrenzungsfläche (A*) eintreten und anschließend auf die unstrukturierte Fläche (E) treffen und dort totalreflektiert werden, wobei folgende Beziehung gilt:
α_pu1 = 90° - α + arcsin[n sin(arcsin(1/n) - (90° - α))]
mit n: Brechungsindex des lichttransparenten Materials.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenflanken (A, B) derart gegenüber der vertikal ausgerichteten Oberfläche geneigt sind, dass ab einem kleinsten Sonnenprofilwinkel α_pu2, der einem Winkel entspricht zwischen der Flächennormalen auf die Oberfläche sowie der Projektion der Sonnenrichtung auf eine Ebene, die von der Flächennormalen und einer vertikalen Geraden aufgespannt wird, die durch die Vorrichtung transmittierte Strahlung reduziert wird, indem Strahlen, die durch die Begrenzungsfläche (A*) eintreten, anschließend auf die Begrenzungsfläche (B*) treffen, dort totalreflektiert werden und anschließend auf die unstrukturierte Fläche (E) treffen und dort wieder totalreflektiert werden, wobei folgende Beziehung gilt:
α_pu2 = 90° - α + arcsin[n sin(arcsin(1/n) + α +2β - 90°)]
mit n: Brechungsindex des lichttransparenten Materials.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenflanken (A, B) derart gegenüber der vertikal ausgerichteten Oberfläche geneigt sind, dass bis zu einem größten Sonnenprofilwinkel α_po, der einem Winkel zwischen der Flächennormalen auf die Oberfläche sowie der Projektion der Sonnenrichtung auf eine Ebene, die von der Flächennormalen und einer vertikalen Geraden aufgespannt wird, die durch die Vorrichtung transmittierte Strahlung reduziert, indem Strahlen, die durch die Begrenzungsfläche (A*) eintreten, anschließend auf die Begrenzungsfläche (B*) treffen, dort gerade noch totalreflektiert werden und anschließend auf die unstrukturierte Fläche (E) treffen und dort wieder totalreflektiert werden, wobei folgende Beziehung gilt:
α_po = 90° - α + arcsin[n sin(arcsin(α + β - arcsin(1/n)))]
mit n: Brechungsindex des lichttransparenten Materials.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenflanken (A) und (B) einen gemeinsamen Schnittpunkt aufweisen, der von der Oberfläche einen Abstand h vorsieht, für den gilt:
h ≍ P / [tan (α) + tan (_pu1)]
oder
h ≍ P / [tan (α) + tan (α_pu2)].
mit P: = Periodenlänge eines Strukturelementes bzw. einer Wiederholungseinheit
= Länge der Seitenkante (C) + lichte Weite des Flächenabschnitts (D)

10. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanten (M, K, L) wenigstens teilweise als scharfe Kanten ausgebildet sind, oder wenigstens teilweise konkav oder konvex verrundet sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanten (M, K, L) wenigstens teilweise eine stochastische oder periodische Oberflächenwelligkeit aufweisen.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenflanken bzw. Begrenzungsflächen (A) und/oder (B), der Flächenabschnitt (D) und/oder die unstrukturierte Flächenelementseite (E) wenigstens teilweise als optisch wirksame Flächen ausgebildet sind, an denen Licht reflektiert, gestreut oder absorbiert wird.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzungsflächen (A, B) eben oder als wenigstens teilweise konvex, konkav, konvex-wellig oder konkav-wellig gekrümmte Flächen ausgebildet sind.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet,
dass der Flächenabschnitt (D) eben oder als wenigstens teilweise gekrümmte Fläche ausgebildet ist, und
dass der Flächenabschnitt (D) koparallel zur unstrukturierten Flächenelementseite (E) orientiert ist oder zu dieser um einen Winkel zwischen 0° und etwa 10° geneigt angeordnet ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 3 bis 5 oder 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Flächenelement (F) derart im Bereich der Gebäudeöffnung angebracht ist, dass die strukturierte Flächenelementseite (S) dem Gebäudeinneren zugewandt ist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die strukturierte Flächenelementseite (S) eines ersten Flächenelementes (F1) mit einer komplementär strukturierten Flächenelementseite eines zweiten Flächenelementes (F') verfügt ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Fügung beider Flächenelemente (F1, F') jeweils an jenen Flächen mittels eines Fügemittels erfolgt, die den Flächenabschnitten (D) des ersten Flächenelementes (F1) entsprechen.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Flächenelement (F) aus einem flexiblen Material gefertigt ist, das folienartig auf eine flächige lichttransparente Trägerstruktur aufbringbar ist.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Flächenelement (F) als Fensterscheibe ausgebildet ist.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Flächenelement (F) als Bestandteil einer Mehrscheiben-Isolierverglasung ausgebildet ist.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 oder 10 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Flächenelement (F) in eine gegenüber der Vertikalen schräg geneigte Gebäudeöffnung integrierbar ist.

22. Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die optisch funktionalen Flächen im Wege eines PVD- oder CVD-Prozesses hergestellt werden.

23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass mittels Aufdampfen mit bevorzugter Bewegungsrichtung der Dampfpartikel im Wege einer Selbstverschattung wenigstens Teilbereiche der der strukturierten Flächenelementseite (S) Oberflächen-behandelt werden.

24. Verwendung der Sonnenschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21 als Lichtumlenk- oder als Blendschutzvorrichtung.