DE102012012021A1

DE102012012021A1 - Lichtsammler

Info

Publication number: DE102012012021A1
Application number: DE201210012021
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-06-16
Filing date: 2012-06-16
Publication date: 2013-12-19

Abstract

Lichtsammler, bestehend aus einem vorzugsweise prismatisch geformten Körper mit optischen Eigenschaften 1, dessen Funktion darin besteht, dass unter den Bedingungen einer Dachmontage einfallende Sonnenlicht in seiner Ausbreitung derart zu beeinflussen, dass es möglichst unabhängig vom Sonnenstand in einem definierten Bereich zur Verfügung steht.

Description

Es sind Lichtleitsysteme bekannt und beispielhaft in den Schriften CH 690 139 A5 , DE 20 2009 010 837 U1 und WO 99/31 536 beschrieben, bei denen eine Leitung des Lichts infolge der Verwendung von Materialien mit voneinander abweichenden Brechungsindizes, der Nutzung der Reflexion an spiegelnden Flächen in einem geschlossenen System oder der Nutzung der optischen Eigenschaften von Flüssigkeiten, realisiert wird. Alle benannten Möglichkeiten bedürfen spezieller Hilfsvorrichtungen zur Einspeisung des zu transportierenden Lichts in die jeweilige Anordnung.
CH 697 873 B1 beschreibt einen optischen Lichtleiter, der aus einem transparenten Material besteht und Licht einer LED, beispielsweise von einer Leiterplatte zur Frontseite eines Gerätes, transportiert. Hierbei wird das Licht unmittelbar in die Stirnseite des lichttransportierenden Materials eingekoppelt.
Für die Homogenisierung der Abstrahlungseigenschaften einer Straßenleuchte mit LED-Bestückung wird in der Schrift DE 20 2009 002 499 U1 ein Lichtleiter-Reflektor-Extraktor-System dargestellt, das auf der Anwendung einer lichtleitenden Folie mit einer Prismenstruktur auf der Außenseite und einem Reflektor basiert.
Nachteilig an den bekannten Lösungen ist, dass sie von feststehenden optischen Bedingungen ausgehen und nur unter diesen Voraussetzungen die geforderte Funktionalität erfüllen können.
Aufgabe der erfindungsgemäßen Lösung eines Lichtsammlers soll es demzufolge sein, unter realen Umgebungsbedingungen, beispielsweise von Dachanordnungen mit unterschiedlichen Neigungswinkeln und unter den Bedingungen eines variablen und temporären Sonnenstands, eine Möglichkeit der flächenförmigen Aufnahme des Sonnenlichts zu realisieren und das aufgenommene Sonnenlicht in möglichst konzentrierter Form an eine Anordnung zur Energieumwandlung zu führen.
Beispiele erfindungsgemäßer Ausführungen von Lichtsammlern sind in den Abbildungen 1 bis 3 dargestellt.
1 zeigt beispielhaft einen Körper mit optischen Eigenschaften 1 und dessen Begrenzungslinien 2, 3 und 4, der im Querschnitt vorzugsweise die Form eines unsymmetrischen Prismas aufweist. Die Begrenzungslinie 2 ist dem Licht zugewandt, während durch die Begrenzungslinie 3 die Seite des Lichtaustritts gebildet wird. Die Begrenzungslinie 4 bildet die Unterseite des Körpers mit optischen Eigenschaften 1, an die eine Schicht mit vermindertem Brechungsindex 5, eine Spiegelschicht 6 und eine Abschlussplatte 7 angeordnet ist.
Das über die Begrenzungslinie 2 in den Körper mit optischen Eigenschaften 1 einfallende Licht wird entsprechend den optischen Gesetzmäßigkeiten, die bei Änderung des Brechungsindex gelten, abgelenkt, durchläuft den Körper mit optischen Eigenschaften 1 in Richtung der Begrenzungslinie 4 und wird hier am Übergang zur Schicht mit vermindertem Brechungsindex 5, je nach Erfüllung der optischen Winkelbedingungen, reflektiert in Richtung der Begrenzungslinie 2 oder gebrochen und bei Auftreffen auf die Spiegelschicht 6 derart reflektiert, dass das Licht erneut den Körper mit optischen Eigenschaften 1 in Richtung der Begrenzungslinie 2 durchläuft, hier aufgrund vorhandener Geometrien und Materialeigenschaften erneut reflektiert wird und eine Ablenkung in Richtung der Begrenzungslinie 4 erfolgt. Dieser Vorgang wiederholt sich im Wechsel solange, bis ein Lichtaustritt an der Begrenzungslinie 3 erfolgt.
2 stellt beispielhaft einen analogen Aufbau gemäß 1 dar. Abweichend ist hier die Begrenzungslinie 4 in Form einer abgeschrägten Stufung ausgebildet. Lichtkomponenten mit einem großen Einfallwinkel werden bei Überschreiten des kritischen Winkes bereits hier vollständig reflektiert, ohne auf die Spiegelschicht 6 zu treffen. Lichtstrahlen mit einem geringeren Einfallswinkel durchlaufen dagegen diese Begrenzungslinie 4 und die Schicht mit vermindertem Brechungsindex 5, treffen auf die Spiegelschicht 6 und werden von dort erneut in den Körper mit optischen Eigenschaften 1 reflektiert. Dieser Vorgang wiederholt sich im Wechsel solange, bis ein Lichtaustritt an der Begrenzungslinie 3 erfolgt.
3 stellt gleichfalls beispielhaft einen erfindungsgemäßen Lichtsammler dar. Ein vorzugsweise prismatisch gestalteter Körper mit optischen Eigenschaften 1, beschrieben durch die Begrenzungslinien 2 an der Oberseite, 3 an der Seite und 4 an der Unterseite wird hier nachfölgend durch eine Spiegelschicht 6 begrenzt. Innerhalb des Körpers mit optischen Eigenschaften 1 ist durch die Begrenzungen 8 und 9 eine Kammer 10 ausgebildet, die durch eine Trennwand 11 in die optischen Körper 12 und 13 aufgeteilt ist.
Wie bereits in den Ausführungen zu den 1 und 2 dargestellt durchläuft das einfallende Licht, über die Begrenzungslinie 2, den Körper mit optischen Eigenschaften 1 bis zum Erreichen der Kammer 10 und wird hier, je nach Befüllungsstand der optischen Körper 12 und 13, abgelenkt und trifft nachfolgend auf die Spiegelschicht 6 an der unteren Begrenzungslinie 4 der Anordnung. Nach erfolgter Reflektion durchläuft das Licht teilweise den Körper mit optischen Eigenschaften 1, die Kammer 10, wird hier wiederum entsprechend der Eigenschaften der optischen Körper 12 und 13 abgelenkt und trifft auf die Begrenzungslinie 2 und wird hier, bei Vorliegen der Bedingungen für eine Totalreflexion, wiederum in Richtung der Begrenzungslinie 4 gelenkt. Dieser Vorgang wiederholt sich im Wechsel solange, bis ein Lichtaustritt an der Begrenzungslinie 3 erfolgt.
In der 4 wird beispielhaft die Anordnung eines erfindungsgemäßen Lichtsammlers dargestellt, bei der die bereits in den 1, 2 und 3 dargestellten und beschriebenen Anordnungen so positioniert werden, dass die Begrenzungslinie 3 der jeweiligen Anordnungen sich jeweils gegenüber liegend befinden, wobei der Lichteintritt über die Begrenzungslinie 2 erfolgt. Somit steht im Bereich, der durch die Begrenzungslinien 3 gebildeten wird, das Licht von zwei Lichtsammlern zur Verfügung.
Bezugszeichenliste

1: Körper mit optischen Eigenschaften
2: Begrenzungslinie
3: Begrenzungslinie
4: Begrenzungslinie
5: Schicht mit vermindertem Brechungsindex
6: Spiegelschicht
7: Abschlussplatte
8: Begrenzung
9: Begrenzung
10: Kammer
11: Trennwand
12: Optischer Körper
13: Optischer Körper

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

CH 690139 A5 [0001]
DE 202009010837 U1 [0001]
WO 99/31536 [0001]
CH 697873 B1 [0002]
DE 202009002499 U1 [0003]

Claims

Lichtsammler, bestehend aus einem Körper mit optischen Eigenschaften 1, der Bereiche und/oder Schichten mit voneinander abweichenden Brechungsindizes aufweist und mindestens für eine Richtung seiner Ausdehnung die Bedingungen für einen Lichttransport infolge der Reflexion an Schichten mit unterschiedlichen Brechungsindizes und/oder der Reflexion an Spiegelschichten 6 erfüllt.
Anspruch gemäß dem Punkt 1., gekennzeichnet dadurch, dass die Form der Begrenzungslinie 4, die Schicht mit verminderten Brechungsindex 5 und die Spiegelschicht 6 derart gestaltet ist, dass das Licht abhängig vom Einfallswinkel durchgelassen oder reflektiert wird.
Anspruch gemäß der Punkte 1. und 2., dadurch gekennzeichnet, dass der Körper mit optischen Eigenschaften 1 Kammern 10 enthält, die die Masse des Körpers mit optischen Eigenschaften 1 verringern.
Anspruch gemäß der Punkte 1. bis 3., dadurch gekennzeichnet, dass der Weg des Lichts durch den Körper mit optischen Eigenschaften 1 durch optische Körper 12 und 13 beeinflusst wird.
Anspruch gemäß der Punkte 1. bis 4., gekennzeichnet dadurch, dass die Grenzschichten mit Totalreflexion lineare als auch exponentiale Form aufweisen.
Anspruch gemäß der Punkte 1. bis 5., gekennzeichnet dadurch, dass der Körper mit optischen Eigenschaften 1 derart gestaltet ist, dass das Licht in einem großen Bereich des Einfallswinkels entlang der Begrenzungslinie 3 austritt.
Anspruch gemäß der Punkte 1. bis 6., gekennzeichnet dadurch, dass der Körper mit optischen Eigenschaften 1 und ein Element zur Lichtumwandlung sowohl miteinander zu einer funktionalen Einheit verbunden sind und/oder voneinander getrennte Einheiten darstellen.
Anspruch gemäß der Punkte 1. bis 7., gekennzeichnet dadurch, dass die Kösper mit optischen Eigenschaften 1 mit voneinander abweichendem Aufbau beliebig miteinander kombinierbar sind.