DE102012212848A1

DE102012212848A1 - Sonnenschutzvorrichtung

Info

Publication number: DE102012212848A1
Application number: DE102012212848.4A
Authority: DE
Inventors: Andreas Schmohl; Dr. Breuer Klaus; Christoph Schwitalla
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2012-07-23
Filing date: 2012-07-23
Publication date: 2014-01-23
Also published as: US20150191959A1; EP2885481A1; WO2014016254A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sonnenschutzvorrichtung (1) mit einer Mehrzahl von beweglichen Sonnenschutzelementen (10), welche von einer geöffneten in eine geschlossene Stellung bewegbar sind, wobei die Sonnenschutzelemente (10) durch Wärmeeinwirkung bewegbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Sonnenschutzvorrichtung mit einer Mehrzahl von beweglichen Sonnenschutzelementen, welche von einer geöffneten in eine geschlossene Stellung bewegbar sind.
Aus der Praxis ist bekannt, Gebäude mit Fenstern und/oder Glasfassaden auszustatten. Diese erlauben einerseits den Blick der Benutzer des Gebäudes in die Umgebung, bewirken andererseits aber auch den Eintrag von Sonnenenergie in das Gebäude. Dies kann im Winter vorteilhaft sein, um Heizkosten einzusparen. Im Sommer, bei höheren Außentemperaturen und/oder bei sehr starker Sonneneinstrahlung heizen sich die hinter den Fenstern liegenden Räume jedoch stark auf, so dass zusätzlicher Energiebedarf für die Klimatisierung bzw. Kühlung entsteht. Dies verschlechtert die Energiebilanz des Gebäudes erheblich, so dass oftmals eine temporäre Verschattung zumindest einer Fensteröffnung erwünscht ist.
Bekannte Sonnenschutzelemente bestehen aus einem Flächengebilde aus einem metallischen oder textilen Werkstoff, welches entweder vom Benutzer mechanisch oder elektromotorisch von einer geöffneten in eine geschlossene Stellung bewegbar sind. Elektromotorische Sonnenschutzvorrichtungen können mit einer Steuer- oder Regeleinrichtung versehen sein, so dass diese witterungsgeführt ohne Benutzereingriff in die jeweils optimal geeignete Stellung bewegt werden können.
Diese bekannte Sonnenschutzvorrichtung weist den Nachteil auf, dass diese entweder in Abwesenheit der Bewohner bzw. Benutzer des Gebäudes nicht bedient werden können oder aber ständig elektrische Energie für die Steuerung und elektromotorische Verstellung benötigen, was die Energiebilanz des Gebäudes weiter verschlechtert.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine einfache und kostengünstige Sonnenschutzvorrichtung zu schaffen, welche ohne äußere Energiezufuhr und ohne Benutzereingriff gesteuert werden kann.
Die Aufgabe wird durch eine Sonnenschutzvorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, eine Fensteröffnung mit einer Sonnenschutzvorrichtung auszustatten, welche autonom adaptive Sonnenschutzelemente enthält. Die Fensteröffnung kann mit einer transparenten oder transluzenten Verglasung versehen sein. Die Verglasung kann feststehend oder in einem Fensterflügel eingesetzt sein, so dass das Fenster temporär geöffnet werden kann oder als Glasfassade unbeweglich am Gebäude angeordnet ist. Die Verglasung kann mehrere in etwa parallel zueinander stehende Scheiben aufweisen. Das Fenster kann den Innenraum und den Außenraum eines Gebäudes, eines Fahrzeuges, eines Schiffes oder eines Flugzeuges voneinander trennen.
Zumindest Vor der Fensteröffnung sind entweder auf der Innen- oder auf der Außenseite oder zwischen zwei Scheiben der Verglasung bewegliche Sonnenschutzelemente angeordnet. Die Sonnenschutzelemente können von einer geöffneten in eine geschlossene Stellung bewegbar sein. Dies ist dahingehend zu verstehen, dass die geschlossenen Sonnenschutzelemente einen Schattenwurf im Inneren des Raumes erzielen und dementsprechend Sonnenstrahlung in den Außenbereich zurück reflektiert, diffus reflektiert oder aber vom Sonnenschutzelement absorbiert wird. Eine Mehrzahl von Schutzelementen kann so angeordnet sein, dass diese in geschlossener Stellung einen einzigen Schatten im Innenraum produzieren, d.h. der Schatten weist kein Flecken- oder Streifenmuster der einzelnen Sonnenschutzelemente auf. In der geöffneten Stellung können die Sonnenschutzelemente entweder keinen Schattenwurf im Innenraum bewirken oder aber der von den einzelnen Sonnenschutzelementen erzeugte Schatten ist zumindest kleiner, so dass die Verschattung kontinuierlich mit der Sonneneinstrahlung bis zu einem Maximalwert zunimmt.
Die Sonnenschutzelemente sind erfindungsgemäß autonom adaptiv ausgeführt. Dies bedeutet, die Sonnenschutzelemente reagieren auf Feuchtigkeit, Temperatur, Lichtintensität und/oder Wärme, so dass sich die Sonnenschutzelemente selbstständig von einer geschlossenen in eine geöffnete Stellung bewegen, wenn die Sonneneinstrahlung und damit die Wärmeeinwirkung in den Raum hoch ist und sich die Sonnenschutzelemente von der geöffneten in eine geschlossene Stellung bewegen, wenn die Sonneneinstrahlung und damit die Wärmeeinwirkung in den Raum gering ist. Da die Sonnenschutzelemente die für die Bewegung erforderliche Energie aus der Umgebung beziehen, sind kein elektrischer Anschluss der Sonnenschutzvorrichtung und kein Benutzereingriff erforderlich, wie beispielsweise das Betätigen einer Kurbel. Die Sonnenschutzelemente bewegen sich in Abhängigkeit der Umwelteinflüsse stets entsprechend den Bedürfnissen der Bewohner bzw. Benutzer der dahinter liegenden Räume und ohne zusätzlichen Energieverbrauch.
Die Sonnenschutzelemente können vor der Fensteröffnung horizontal oder vertikal oder in einem anderen Winkel, also diagonal angeordnet sein. In einigen Ausführungsformen der Erfindung können die Sonnenschutzelemente sowohl horizontal als auch vertikal unterteilt sein. Die Sonnenschutzelemente können in einer Haltevorrichtung angeordnet sein, welche neben der autonom adaptiven Bewegung auch eine elektromotorische oder mechanische Bewegung der Sonnenschutzvorrichtung ermöglicht. Dadurch kann die Sonnenschutzvorrichtung sowohl autonom von einer offenen in eine geschlossene Stellung bewegt werden als auch manuell.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung können die Sonnenschutzelemente durch eine Mechanik und/oder Hydraulik bewegbar sein. In diesem Fall kann die thermische Ausdehnung eines mechanischen Bauteils und/oder eines Hydraulikfluides dazu verwendet werden, die Sonnenschutzelemente von einer geöffneten in eine geschlossene Stellung zu bewegen. Das Hydraulikfluid kann beispielsweise ein Alkohol oder ein Öl sein oder enthalten. In einigen Ausführungsformen der Erfindung wird ein Hydraulikfluid verwendet, welches einen großen Dichteunterschied in Abhängigkeit von der Temperatur zeigt. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das Hydraulikfluid über einen Kolben auf eine Mechanik wirken, beispielsweise eine Schubstange oder ein Getriebe, um auf diese Weise die Sonnenschutzelemente von der geöffneten in die geschlossene Stellung und umgekehrt zu bewegen. Um die erforderlichen Betätigungskräfte und/oder den erforderlichen Betätigungsweg zu ermöglichen, kann die Mechanik und/oder Hydraulik ein Getriebe, einen Schwenkhebel oder Kolben-/Zylinderpaarungen unterschiedlichen Durchmessers eine Übersetzung erzielen.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das Hydraulikfluid in der Hydraulik mittels zumindest eines solaren Absorbers erwärmbar sein. Der solare Absorber kann eine Beschichtung aufweisen, welche selektiv einen vorgebbaren Anteil des Sonnenspektrums absorbiert, um auf diese Weise zu einer raschen Erwärmung des Hydraulikfluides beizutragen. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann Infrarotstrahlung selektiv absorbiert werden. Dies kann in einigen Ausführungsformen der Erfindung dazu führen, dass das Hydraulikfluid schneller erwärmt wird als die Verglasung der Fensteröffnung bzw. der hinter der Fensteröffnung liegende Raum, so dass die Sonnenschutzvorrichtung den Raum beschattet, ehe sich dieser unerwünscht aufheizt. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann durch vermehrte Absorption sichtbarer Strahlung ein Ansprechen bei bewölktem Himmel reduziert sein oder verhindert werden, so dass bei bewölktem Himmel eine unerwünschte Beschattung vermieden wird.
Um dem Benutzer eine zusätzliche Möglichkeit zu geben, die Sonnenschutzelemente selbst zu öffnen oder zu schließen, kann das Hydraulikfluid über eine weitere Wärmequelle beheizt sein, beispielsweise eine elektrische Heizpatrone und/oder einen Gasbrenner. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann der Benutzer die Sonnenschutzelemente über eine Mechanik öffnen und schließen, welche parallel zur Hydraulik auf die Sonnenschutzelemente wirkt und/oder die Hydraulikelemente können auf einem mechanisch beweglichen Träger angeordnet sein.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das Sonnenschutzelement einen Materialstreifen aus einem festen Material enthalten, beispielsweise ein Metall, eine Legierung oder einen Kunststoff. Das Sonnenschutzelement kann um seine Längsachse gedreht werden, um es von einer geöffneten in eine geschlossene Stellung zu bewegen. Ein Sonnenschutzelement aus Kunststoffmaterial kann Kohlefasern enthalten oder daraus bestehen. Daneben kann ein solches Sonnenschutzelement ein Thermoplast oder ein Duroplast oder ein Elastomer enthalten, beispielsweise ein Epoxidharz oder ein Polyesterharz. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das Sonnenschutzelement ein fluoriertes Polymer enthalten oder daraus bestehen. Ein solches Sonnenschutzelement kann aufgrund des geringen Gewichtes mit geringen Betätigungskräften bedient werden und/oder eine gute Witterungsbeständigkeit aufweisen.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann zumindest ein Sonnenschutzelement eine in einem Gehäuse befindliche Membran enthalten, welche durch eine Mechanik und/oder Hydraulik reversibel aus dem Gehäuse ausfahrbar ist. Das Gehäuse kann beispielsweise aus Metall oder Kunststoff gefertigt sein, wie vorstehend bereits anhand der flächigen Sonnenschutzelemente beschrieben. Beispielsweise kann das Gehäuse in etwa zylinderförmig sein, so dass eine im Inneren angeordnete Rolle die Membran aufwickeln kann. Die Membran selbst kann aus einem flexiblen Kunststoffmaterial gefertigt sein, beispielsweise einem kohlefaserverstärkten Laminat. Die Membran kann ein fluoriertes Polymer enthalten oder daraus bestehen, so dass die Witterungsbeständigkeit der Membran erhöht sein kann.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das Sonnenschutzelement zumindest aus einer ersten Materiallage mit einem ersten Wärmeausdehnungskoeffizient und einer dritten Materiallage mit einem dritten Wärmeausdehnungskoeffizient zusammengesetzt sein, wobei beide Materiallagen an zumindest zwei gegenüberliegenden Begrenzungskanten miteinander verbunden sind. Aufgrund des unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten tritt in den Sonnenschutzelementen bei Erwärmung eine mechanische Spannung auf, welche zu einer Wölbung der Sonnenschutzelemente führt. Hierdurch kann die vom Sonnenschutzelement projizierte Fläche in einer Betrachtungsrichtung ansteigen, so dass die gewölbte Stellung des Sonnenschutzelementes die geschlossene Stellung darstellt. Die Erwärmung des Sonnenschutzelementes kann durch Sonneneinstrahlung auf eine Kollektorfläche erfolgen. An kalten Tagen wird die Kollektorfläche durch die Sonneneinstrahlung weniger erwärmt als an heißen Tagen, so dass die Außentemperatur als zusätzliche Regelgröße genutzt werden kann. Das Sonnenschutzelement gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung weist eine ähnliche Funktionsweise auf, wie an sich bekannte Bimetallelemente. Das Sonnenschutzelement muss jedoch nicht zwingend aus einem Metall oder einer Legierung gefertigt sein, sondern kann auch unterschiedliche Kunststoffmaterialien und/oder Keramik enthalten oder daraus bestehen. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das Sonnenschutzelement ein Verbundmaterial aus einem Metall, einer Keramik, einer Legierung und/oder einem Kunststoff enthalten oder daraus bestehen.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann zwischen der ersten Materiallage und der dritten Materiallage eine zweite Materiallage mit einem zweiten Wärmeausdehnungskoeffizient angeordnet sein. Die zweite Materiallage kann zur mechanischen Versteifung der Sonnenschutzelemente herangezogen werden, so dass diese zuverlässig in der gewünschten Stellung gehalten werden, welche eine effiziente Abschattung des hinter der Fensteröffnung gelegenen Raumes bewirkt.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die zweite Materiallage Kohlenstofffasern enthalten oder daraus bestehen. Kohlenstofffasern weisen den Vorteil auf, weitgehend opak zu sein, so dass eine effiziente Beschattung ermöglicht wird. Weiterhin sind Kohlenstofffasern unempfindlich gegen UV-Bestrahlung, so dass die Sonnenschutzvorrichtung viele Jahre wartungsfrei und zuverlässig funktionieren kann.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die zweite Materiallage Kohlenstofffasern enthalten oder daraus bestehen, welche entlang der Längserstreckung der Sonnenschutzelemente angeordnet sind. Auf diese Weise verändert die zweite Materiallage den Elastizitätsmodul der Sonnenschutzelemente in einer Richtung quer zur Längserstreckung nicht, so dass die Sonnenschutzelemente weiterhin durch die aufgrund der unterschiedlichen thermischen Ausdehnung entstehenden mechanischen Spannungen gewölbt werden kann. Gleichzeitig ist das Sonnenschutzelement entlang seiner Längserstreckung hinreichend steif, um auch große Spannweiten bzw. große Fensteröffnungen zuverlässig überbrücken zu können.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann der Abstand zwischen der ersten und der dritten Materiallage etwa 1 µm bis etwa 200 µm betragen. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann der Abstand zwischen der ersten und der dritten Materiallage etwa 5 µm bis etwa 50 µm betragen. Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass die Verformung der Sonnenschutzelemente umso größer wird, je geringer der Abstand zwischen den beiden Schichten ist. Gleichzeitig ist der angegebene Bereich so gewählt, dass die Sonnenschutzelemente eine hinreichende mechanische Stabilität aufweisen.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung enthält die erste Materiallage beispielsweise Polytetrafluorethylen und/oder zumindest ein teilfluoriertes Polymer und/oder Polyvinylchlorid und/oder Polypropylen und/oder Silikonkautschuk und/oder silikongefüllte Acetal-Copolymere und/oder Epoxidharz. Diese Materialien haben eine vergleichsweise große Wärmeausdehnung mit einem Wärmeausdehnungskoeffizient zwischen etwa 5 × 10^–5 K^–1 und etwa 2 × 10^–4 K^–1.
Dementsprechend kann in einigen Ausführungsformen der Erfindung die dritte Materiallage Siliciumdioxid und/oder Glasfasern und/oder eine Eisen-Nickel-Legierung und/oder Basaltfasern und/oder Aluminiumtitanat und/oder Tonerde und/oder Kohlefasern und/oder ein Material mit negativem thermischen Ausdehnungskoeffizienten enthalten oder daraus bestehen. Ein Material mit negativem thermischen Ausdehnungskoeffizienten kann ZrW₂O₈ sein oder enthalten, beispielsweise in Form von Fasern oder Füllstoffen. Eine solche Materiallage kann in einigen Ausführungsformen einen Wärmeausdehnungskoeffizient zwischen etwa –5 × 10^–6 K^–1 und etwa 1,5 × 10^–5 K^–1 aufweisen. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann der Wärmeausdehnungskoeffizient zwischen etwa 5 × 10^–7 K^–1 und etwa 5 × 10^–6 K^–1 betragen. Diese Unterschiede sind hinreichend, um eine entsprechende Verformung des Sonnenschutzelementes zu erzielen, damit bei Erwärmung eine geschlossene bzw. teilweise geschlossene Stellung der Sonnenschutzvorrichtung erreicht werden kann.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann zumindest die der Außenseite des Gebäudes zugewandte Seite der Sonnenschutzelemente diffus reflektierend ausgestaltet sein. Dieses Merkmal hat die Wirkung, dass eine Außenblendung vermieden wird. Hierzu trägt auch bei, dass die Sonnenschutzelemente in der geschlossenen Stellung eine gewölbte Form haben, so dass reflektierte Lichtstrahlen defokussiert werden.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann zumindest die der Außenseite zugewandte Seite der Sonnenschutzelemente zumindest auf einer Teilfläche mit einer photoelektrischen Zelle ausgestattet sein. Auf diese Weise kann die Sonnenschutzvorrichtung in der geschlossenen Stellung elektrische Energie produzieren, welche beispielsweise zur Belüftung des Gebäudes eingesetzt werden kann.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung können die Sonnenschutzelemente mit zumindest einer Begrenzungskante mit einem solaren Absorber in Kontakt stehen. Dies ermöglicht die kontrollierte Erwärmung und Abkühlung der Sonnenschutzelemente. Der solare Absorber kann eine spektral selektiv absorbierende Beschichtung aufweisen, um ein vorgebbares Aufheizverhalten bei Sonneneinstrahlung zu erzielen.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Sonnenschutzvorrichtung weiterhin zumindest zwei transparente oder transluzente Scheiben enthalten, welche beabstandet zueinander angeordnet sind, wobei zumindest die Sonnenschutzelemente zwischen den Scheiben angeordnet sind. Dies vermeidet die mechanische Beschädigung der Sonnenschutzelemente, beispielsweise durch unachtsame Benutzer oder einwirkenden Wind.
Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden. Dabei zeigt:
1 den Querschnitt durch eine Sonnenschutzvorrichtung in einer ersten Ausführungsform.
2 zeigt den Querschnitt durch eine Sonnenschutzvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform.
3 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus 1 bzw. 2.
4 zeigt die Funktionsweise eines Sonnenschutzelementes.
5 zeigt eine Fensteröffnung mit der Sonnenschutzvorrichtung gemäß 1 in geöffneter Stellung.
6 zeigt die Sonnenschutzvorrichtung nach 5 in geschlossener Stellung.
7 zeigt den Aufbau eines Sonnenschutzelementes in einer ersten Ausführungsform.
8 zeigt einen Ausschnitt aus 7.
9 zeigt den Aufbau eines Sonnenschutzelementes in einer zweiten Ausführungsform.
10 zeigt das Verhalten der Sonnenschutzvorrichtung gemäß 1 bei unterschiedlichen Temperaturen.
11 zeigt eine dritte Ausführungsform der Sonnenschutzvorrichtung in geöffneter Stellung.
12 zeigt die Sonnenschutzvorrichtung nach 11 in geschlossener Stellung.
13 zeigt eine vierte Ausführungsform der Sonnenschutzvorrichtung
1 zeigt eine erfindungsgemäße Sonnenschutzvorrichtung in einer ersten Ausführungsform. Die Sonnenschutzvorrichtung 1 umfasst eine Mehrzahl von Sonnenschutzelementen 10. Diese sind zwischen zwei transparenten oder transluzenten Scheiben 15 angeordnet. Hierdurch wird eine mechanische Beschädigung oder die Einwirkung von Niederschlag auf die Sonnenschutzelemente 10 vermieden. Die Sonnenschutzelemente weisen eine Stirnseite mit vergleichsweise geringem Querschnitt auf. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann dieser zwischen etwa 1 mm und etwa 10 mm liegen. Weiterhin weisen die Sonnenschutzelemente in einer Richtung orthogonal zu den Scheiben 15 eine Breite von etwa 10 mm auf. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann diese von etwa 3 mm bis etwa 50 mm variieren. Dies führt dazu, dass in der geöffneten Stellung der Sonnenschutzelemente 10 nur deren schmale Stirnseite sichtbar ist. Erst in der geschlossenen Stellung füllen die Sonnenschutzelemente 10 den Zwischenraum 16 aus und verschatten den dahinter liegenden Raum zunehmend, wie anhand von 10 noch ausgeführt werden wird. Im Ausführungsbeispiel gemäß 1 sind die Sonnenschutzelemente 10 in etwa orthogonal zur Ebene der Scheiben 15 angeordnet und äquidistant. In anderen Ausführungsbeispielen der Erfindung können die Sonnenschutzelemente 10 auch geneigt sein und/oder unterschiedliche Abstände zueinander aufweisen.
Anhand von 2 wird eine zweite Ausführungsform der Erfindung erläutert. Auch in diesem Fall sind die Sonnenschutzelemente 10 zwischen zwei Scheiben 15 angeordnet. Jedoch sind die Sonnenschutzelemente 10 nicht parallel zueinander angeordnet sondern mit unterschiedlichem Neigungswinkel. Weiterhin enthält die Sonnenschutzvorrichtung 1 gemäß 2 neben den adaptiven Sonnenschutzelementen 10, welche anhand von 4 erläutert werden, noch konventionelle Sonnenschutzelemente 11 mit konstantem Querschnitt. Die Fensteröffnung ist gemäß 2 in unterschiedliche Abschnitte unterteilt, welche in 2 mit A und B gekennzeichnet sind. In den Abschnitten B sind adaptive Sonnenschutzelemente 10 eingesetzt, welche in Abhängigkeit der einwirkenden Wärme einen größeren oder geringeren Flächenanteil der Scheiben 15 beschatten. In den Abschnitten A sind hingegen konventionelle Sonnenschutzelemente 11 eingesetzt, welche einen konstanten Anteil der Fensterfläche beschatten.
Anhand von 3 wird die Funktionsweise eines Sonnenschutzelementes 10 näher erläutert. Das Sonnenschutzelement 10 zeigt einen Grundkörper 105, beispielsweise aus einem Metall oder einer Legierung. Der Grundkörper 105 ist mit einer guten Wärmeleitfähigkeit ausgestattet und kann beispielsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung oder einer Kupferlegierung gefertigt sein. Die Stirnseite 102 des Grundkörpers 105 ist als solarer Absorber ausgeführt. Beispielsweise kann die Stirnseite 102 geschwärzt sein. Alternativ kann die Stirnseite 102 mit einer selektiv absorbierenden Beschichtung ausgestattet sein, welche bevorzugt ein vorgebbares Teilspektrum des Sonnenlichtes absorbiert.
Beiderseits des Grundkörpers 105 sind Membranen 101 angeordnet. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann auch nur eine Membran 101 vorhanden sein, welche einseitig am Grundkörper 105 befestigt ist. Die Membran 101 ist mit ihrer Längskante an der Stirnseite 103 des Grundkörpers 105 befestigt. Einwirkende Sonnenstrahlung führt somit zur Erwärmung des Grundkörpers 105, welcher die Wärme über Konvektion, Wärmestrahlung und Wärmeleitung an die Membran 101 abgibt. Die Membran 101 verformt sich mit zunehmender Temperatur, so dass diese den Zwischenraum 16 zwischen zwei benachbarten Sonnenschutzelementen 10 zunehmend ausfüllt. Dies wird für die Zwecke der vorliegenden Beschreibung als geschlossene Stellung der Sonnenschutzvorrichtung bezeichnet.
Selbstverständlich kann die Erfindung auch in einer Variante realisiert werden, bei welcher die Stirnseite 103 des Grundkörpers 105 als solarer Absorber verwendet wird.
13 zeigt eine Variante der in den 1 bis 3 gezeigten Ausführungsform. Der Zwischenraum 16 zwischen den Scheiben 15 kann durchlüftet sein, indem unten und oben im Fensterrahmen bzw. in der Haltevorrichtung der Scheiben 15 Öffnungen angebracht sind. Die Luft im Zwischenraum 16 erwärmt sich bei Sonneneinstrahlung und steigt nach oben auf. Durch Konvektion erfolgt während des Energieeintrags ein Austausch der Luftmasse, wobei die strömende Luft auf zumindest ein Flügelrad 51 zumindest eines Ventilators 50 trifft. Das Flügelrad 51 kann mittels eines nicht dargestellten Elektromotors in Rotation versetzt werden bzw. bei Antrieb des Flügelrades rotiert der Rotor des Elektromotors.
Während des Energieeintrags kann mittels des als Generator betriebenen Ventilators 50 die kinetische Energie der strömenden Luft in elektrische Energie umgewandelt werden. Die elektrische Energie kann in Akkumulatoren gespeichert werden. Bei sehr starker Sonneneinstrahlung, die zu einer Überhitzung des Systems führen könnte, kann die in den Akkumulatoren zuvor gespeicherte Energie zur Kühlung genutzt werden. Dies kann entweder über eine verstärkte Lüftung mit Hilfe der Ventilatoren 50 und/oder durch Nutzung des thermoelektrischen Effekts und/oder durch Nutzung von Kompressionskältemaschinen erreicht werden.
Anhand von 4 wird die Funktion eines Sonnenschutzelementes 10 nochmals erläutert. Wie bereits vorstehend beschrieben, umfasst das Sonnenschutzelement 10 einen Grundkörper 105, dessen Stirnseite 102 dazu eingerichtet ist, Sonnenstrahlung zu absorbieren. Die beiderseits angeordneten Membranen 101 sind bei Temperaturen unterhalb von etwa 20°C oder unterhalb von etwa 15°C in etwa plan und befinden sich daher in der in 4 schwarz dargestellten Stellung. Die Membranen 101 liegen dann etwa parallel zum Grundkörper 105. Das Sonnenschutzelement weist dadurch die Breite b auf. Dies wird als geöffnete Stellung bezeichnet.
Als gestrichelte Linie ist die Stellung einer Membran 101 bei zunehmender Erwärmung dargestellt. Der Aufbau der Membran 101 wird anhand der 7 bis 9 näher erläutert. Grundprinzip dieser Ausführungsform der Erfindung ist jedoch, dass sich die Membran mit zunehmender Erwärmung verformt, so dass diese eine konkave Innenfläche 1011 und eine konvexe Außenfläche 1012 aufweist. Dies führt aufgrund des Befestigungspunktes 1013 zu einer größeren projizierten Breite B des Sonnenschutzelementes 10. Hierdurch kann das Sonnenschutzelement 10 einen größeren Teil der Fensteröffnung verdecken, so dass die Beschattung wie gewünscht eintritt. Selbstverständlich ist 4 nur schematisch zu verstehen. In der Praxis werden sich die beiderseits des Grundkörpers 105 angeordneten Membranen symmetrisch zueinander vom Grundkörper 105 weg bewegen.
Auf der Außenseite 1012 kann eine optionale photovoltaische Zelle 40 angeordnet sein.
Die 5 und 6 zeigen die Wirkung der vorgeschlagenen Sonnenschutzvorrichtung anhand einer Fensteröffnung 20. Die Fensteröffnung 20 ist mit einer Mehrzahl von Sonnenschutzelementen 10 ausgestattet, welche in 5 in der geöffneten Stellung dargestellt sind. In der geöffneten Stellung der Sonnenschutzelemente 10 weisen diese eine vergleichsweise geringe Breite b auf, so dass zwischen den Sonnenschutzelementen 10 eine freie Fensterfläche 25 verbleibt, durch welche der Benutzer aus dem Raum in die Umgebung blicken kann.
6 zeigt den Zustand der Sonnenschutzvorrichtung bei größerer Erwärmung. In diesem Fall vergrößert sich die Breite B der Sonnenschutzelemente 10 wie vorstehend anhand von 4 beschrieben. Die Zwischenräume 16 zwischen zwei benachbarten Sonnenschutzelementen werden dadurch kleiner, so dass der Ausblick aus dem Fenster 20 eingeschränkt ist. Gleichzeitig führt dies jedoch zu einem geringeren Energieeintrag aus der Sonnenstrahlung in den hinter der Fensteröffnung 20 liegenden Raum.
Anhand der 7, 8 und 9 wird beispielhaft der Aufbau einer Membran 101 erläutert. Die in den Figuren dargestellten Membranen 101 weisen den Aufbau eines dreilagigen, biaxialen Nähgewirkes auf. Wie aus 7 ersichtlich ist, grenzt die Membran mit ihrer Längskante 1013 an die Stirnseite 103 des Grundkörpers 105. Die erste Materiallage 1111 und die dritte Materiallage 1113 sind dort so befestigt, dass die jeweiligen Längskanten 1013 der ersten Materiallage 1111 und der dritten Materiallage 1113 nicht gegeneinander verschiebbar sind. In gleicher Weise ist die erste und dritte Materiallage an der gegenüberliegenden Längskante 1114 so miteinander befestigt, dass sich die Enden der Filamente, Fasern oder Folienstreifen nicht gegeneinander verschieben können. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann dies durch eine Verklebung oder eine Verschweißung erzielt werden.
Zwischen der ersten Materiallage 1111 und der dritten Materiallage 1113 ist eine zweite Materiallage 1112 angeordnet. Die zweite Materiallage 1112 kann Kohlefasern enthalten oder daraus bestehen, so dass die Membran 101 einerseits witterungsbeständig ist und andererseits große Zugkräfte bei geringer Dicke aufnehmen kann. Um die in 4 dargestellte Wölbung der Membran 101 zu ermöglichen, können die Kohlenstofffasern in der zweiten Schicht 1112 entlang der Längserstreckung der Membran 101 angeordnet sein. Innerhalb der Membranebene sind die Filamente, Fasern oder Folienstreifen untereinander und mit der zweiten Lage 1112 einerseits und der ersten Lage 1111 bzw. der dritten Materiallage 1113 andererseits so miteinander verwirkt, dass sich die Abstände aufgrund der thermischen Ausdehnung vergrößern oder verkleinern können. Bei einer unterschiedlichen thermischen Ausdehnung der ersten Materiallage 1111 und der dritten Materiallage 1113 ergibt sich somit die in 4 dargestellte Krümmung. Um eine Überhitzung der Membran 101 zu vermeiden, kann zumindest die nach außen zeigende Seite 1012 reflektierend ausgebildet sein. Um eine Außenblendung zu vermeiden, kann eine diffus reflektierende Beschichtung zumindest der zweiten Seite 1012 gewählt werden. Durch den Abstand der Kohlenstofffasern in der zweiten Lage 1112 können die Transmissionseigenschaften der Membran 101 variiert werden.
Die erste Materiallage 1111 kann einen Wärmeausdehnungskoeffizient zwischen 5 × 10^–5 und 2 × 10^–4 K^–1 aufweisen. Demgegenüber kann die dritte Materiallage 1113 einen Wärmeausdehnungskoeffizient zwischen etwa 5 × 10^–7 K^–1 und etwa 5 × 10^–6 K^–1 aufweisen.
In gleicher Weise wie anhand der 7 und 8 für ein biaxiales Nähgewirk gezeigt, kann die Membran 101 auch wie in 9 gezeigt jeweils zumindest eine Folienlage in der ersten Materiallage 1111 und der dritten Materiallage 1113 enthalten. Solche Folienlagen können beispielsweise aus einem Kunststoffmaterial oder einem dünn ausgewalzten Metall oder einer Legierung gefertigt werden.
10 zeigt eine Computersimulation der erfindungsgemäßen Sonnenschutzvorrichtung. Dargestellt ist eine Sonnenschutzvorrichtung 1 mit einer Mehrzahl von Sonnenschutzelementen 10. Im Ausführungsbeispiel sind sechs Sonnenschutzelemente 10 in etwa parallel zueinander angeordnet. Jedes Sonnenschutzelement 10 enthält zwei Membranen 101, welche beiderseits eines Grundkörpers 105 angeordnet sind. Der Wärmeausdehnungskoeffizient der ersten Materiallage der Membran beträgt 1,2·10^–4 K^–1. Der Wärmeausdehnungskoeffizient der dritten Materiallage der Membran beträgt 1·10^–5 K^–1. Die Differenz der Wärmeausdehnungskoeffizienten ist demnach 1,1·10^–4 K^–1. Die Membranen weisen eine Dicke von 60 µm auf, wobei der Abstand zwischen der ersten Materiallage und der dritten Materiallage 20 µm beträgt.
Jedes Sonnenschutzelement 10 weist eine Tiefe von 10 mm und eine Breite b von 2 mm auf. Zwei benachbarte Sonnenschutzelemente 10 sind mit einem Abstand von 17 mm zueinander angeordnet.

In den Zeilen A bis L gemäß 10 ist die Sonnenschutzvorrichtung bei jeweils unterschiedlichen Temperaturen dargestellt. Wie aus 10 ersichtlich ist, führt eine steigende Temperatur zur zunehmenden Krümmung der Membranen, so dass der Zwischenraum 16 zwischen zwei benachbarten Sonnenschutzelementen 10 zunehmend von den Membranen 101 verschattet wird. Die Verschattung und die jeweilige Temperatur für die 12 Darstellungen sind in nachfolgender Tabelle wiedergegeben.

Figur	Verschattung	Temperatur
A	10 %	< 15°C
B	17 %	20°C
C	33 %	25°C
D	47 %	30°C
E	60 %	35°C
F	70 %	40°C
G	78 %	45°C
H	84 %	50°C
I	86 %	55°C
J	86 %	60°C
K	84 %	65°C
L	79 %	70°C

Anhand der 11 wird eine dritte Ausführungsform der Erfindung näher erläutert. 11 zeigt eine Sonnenschutzvorrichtung 1 mit einer Mehrzahl von Sonnenschutzelementen 10. Jedes Sonnenschutzelement 10 weist ein Gehäuse 32 auf, in welchem eine flexible Membran 33 angeordnet ist. Jedes Sonnenschutzelement 10 ist über eine Hydraulikleitung 31 mit einem Reservoir 30 verbunden, in welchem sich ein Hydraulikfluid befindet. Das Reservoir 30 ist mit einem solaren Absorber 301 versehen. Wie in 12 gezeigt, nimmt der solare Absorber 301 bei günstiger Witterung thermische Energie auf und erwärmt dadurch das Hydraulikfluid im Reservoir 30. Dies führt zu einer thermischen Ausdehnung, so dass ein Druck in der Hydraulikleitung 31 aufgebaut wird. Dieser Druck führt zum Ausfahren der Membran 33 aus dem Gehäuse 32. Hierdurch wird die mit der Sonnenschutzvorrichtung 1 versehene Fensteröffnung zunehmend beschattet.
Selbstverständlich ist die Erfindung daher nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Ansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Ansprüche und die vorstehende Beschreibung „erste“ und „zweite“ Merkmale definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen.

Claims

Sonnenschutzvorrichtung (1), mit einer Mehrzahl von beweglichen Sonnenschutzelementen (10), welche von einer geöffneten in eine geschlossene Stellung bewegbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonnenschutzelemente (10) durch Wärmeeinwirkung bewegbar sind.
Sonnenschutzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonnenschutzelemente (10) durch eine Mechanik und/oder Hydraulik (30) bewegbar sind.
Sonnenschutzvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Hydraulikfluid in der Hydraulik (30) mittels zumindest einem solaren Absorber (301) erwärmbar ist.
Sonnenschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Sonnenschutzelement (10) eine in einem Gehäuse (32) befindliche Membran (33) enthält, welche durch eine Mechanik und/oder Hydraulik (30) reversibel aus dem Gehäuse ausfahrbar ist.
Sonnenschutzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonnenschutzelemente (10) zumindest aus einer ersten Materiallage (1111) mit einem ersten Wärmeausdehnungskoeffizient (α₁) und einer dritten Materiallage (1113) mit einem dritten Wärmeausdehnungskoeffizient (α₃) zusammengesetzt sind, wobei beide Materiallagen an zumindest zwei gegenüberliegenden Begrenzungskanten (1013, 1014) miteinander verbunden sind.
Sonnenschutzvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ersten Materiallage (1111) und der dritten Materiallage (1113) eine zweite Materiallage (1112) angeordnet ist.
Sonnenschutzvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Materiallage (1112) Kohlenstofffasern enthält oder daraus besteht und/oder dass die zweite Materiallage (1112) Kohlenstofffasern enthält oder daraus besteht, welche entlang der Längserstreckung der Sonnenschutzelemente (10) angeordnet sind.
Sonnenschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen der ersten und der dritten Materiallage (1111, 1113) etwa 1 µm bis etwa 200 µm beträgt oder dass der Abstand zwischen der ersten und der dritten Materiallage (1111, 1113) etwa 5 µm bis etwa 50 µm beträgt.
Sonnenschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Materiallage (1111) Polytetrafluorethylen und/oder zumindest ein teilfluoriertes Polymer und/oder Polyvinylchlorid und/oder Polypropylen und/oder Silikonkautschuk und/oder silikongefüllte Acetal-Copolymere und/oder ein Epoxidharz und/oder Acrylnitril-Butadienstyrol und/oder Polyacrylate enthält oder daraus besteht und/oder dass die dritte Materiallage (1113) ein Siliciumoxid und/oder Glasfasern und/oder eine Eisen-Nickel-Legierung und/oder Basaltfasern und/oder Aluminiumtitanat und/oder Tonerde und/oder Kohlefasern und/oder ein Material mit negativem thermischen Ausdehnungskoeffizienten enthält oder daraus besteht.
Sonnenschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Wärmeausdehnungskoeffizient (α₃) weniger als etwa 1.5·10^–5 K^–1 beträgt und/oder dass der erste Wärmeausdehnungskoeffizient (α₁) zwischen etwa 5.0·10^–5 K^–1 und etwa 2·10^–4 K^–1 beträgt.
Sonnenschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die der Außenseite (1012) zugewandete Seite der Sonnenschutzelemente (10) diffus reflektierend ausgestaltet ist.
Sonnenschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die der Außenseite (1012) zugewandete Seite der Sonnenschutzelemente (10) zumindest auf einer Teilfläche mit einer photoelektrischen Zelle (40) ausgestattet ist.
Sonnenschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonnenschutzelemente (10) mit zumindest einer Begrenzungskante (1013) mit einem solaren Absorber (102) in Kontakt stehen.
Sonnenschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, weiterhin enthaltend zumindest zwei transparente oder transluzente Scheiben (15), welche beabstandet zueinander angeordnet sind, wobei zumindest die Sonnenschutzelemente (10) zwischen den Scheiben (15) angeordnet sind.