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Glasplatte für Oberlicht Die Erfindung betrifft eine Glasplatte zur
Beleuchtung von Innenräumen mit natürlichem Licht durch Oberlicht.
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Es sind bereits Glasplatten zur Füllung der üblichen Fensteröffnungen
bekanntgeworden, bei denen die Richtung der einfallenden Lichtstrahlen durch Beugung
und auch Reflexion geändert wird, um eine bessere Verteilung des einfallenden Lichtes
auf den auszuleuchtenden Raum zu erzielen. Man hat hierzu vorgeschlagen, die Glasplatte
aus prismatischen, gerad- oder schiefwinkligen Glasblöcken aufzuschichten, so daß
die Lichtstrahlen an den Grenzflächen der einzelnen Blöcke abgelenkt werden, ferner
die Glasplatte mit prismatischen Höhlungen zu durchsetzen, die auch unter Fortfall
der Zwischenwände zu einem einzigen Hohlraum vereinigt werden können. Es ist weiter
bekannt, auf eine normale Glasplatte, die drehbar vor dem Fenster aufgehängt und
je nach dem Sonnenstand gedreht wird, spitzwinklige Prismen aufzusetzen. Nach einem
anderen Vorschlag wird die Auffang-oder Austrittsfläche der Glasplatte geraubt oder
geriffelt, oder diese lichtzerstreuende Fläche wird auf einer gesonderten Platte
angeordnet, die an einer Prismenplatte anliegt. Diese Riffelung erfolgt nach einem
anderen Vorschlag nur auf jeweils einer Seite symmetrischer prismenartiger Ausbildungen,
die auf einer Platte angeordnet sind. Schließlich wurde vorgeschlagen, die eine
Fläche der Glasplatte mit Riffelungen und die andere Seite senkrecht zu der Riffelung
leicht wellenförmig auszubilden.
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Es ist ferner eine Prismenglasplatte für Oberlicht bekanntgeworden,
bei welcher die die einzelnen Prismen verbindenden Flächen der Platte geschweift
oder kurvenartig ausgestaltet sind, um hierdurch eine günstigere Lichtverteilung
zu erzielen, gleichzeitig aber eine Durchsicht durch den mittleren Teil der verbindenden
Flächen zu ermöglichen.
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Alle diese bekannten Vorrichtungen ergeben eine mehr oder weniger
ungelenkte Verteilung und Zerstreuung des Lichtes über den auszuleuchtenden Innenraum.
Bei der Ausleuchtung von Innenräumen mit natürlichere Licht durch Oberlicht besteht
das Hauptproblem jedoch darin, daß das Sonnenlicht bei hohem Sonnenstand, insbesondere
in den Sommermonaten, eine übermäßig starke Licht-und Wärmemenge liefert. Es ist
daher ein Oberlicht erwünscht, das einerseits das direkte Licht der hochstehenden
Sonne nicht hindurchtreten läßt, sondern zurückwirft, andererseits das Licht des
nördlichen Himmels und sonstiges diffuses Licht hindurchläßt, bei (im Verlauf des
Tages oder Jahres) abnehmendem Sonnenstand dagegen das direkte Sonnenlicht nach
und nach immer stärker hindurchläßt. Dieses. Zurückwerfen des direkten Sonnenlichtes
bei hohem Sonnenstand und der allmähliche Übergang von vollständiger Zurückwerfung
zu vollständigem. Hindurchtritt bei abnehmender Sonnenhöhe und der Bereich des Sonnenstandes,
in welchem beides erfolgt, soll: wählbar und der geographischen Breite anpaßbar
sein. Dieses von der vorliegenden Erfindung verwirklichte Ziel wird bei den bekannten
Vorrichtungen weder angestrebt noch erreicht.
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Die Erfindung geht von einer Glasplatte für Oberlicht mit vier horizontalen,
von zwei zueinander parallelen Glasschichten gebildeten Luft-Glas-Grenzflächen aus
und besteht darin, daß die Innenfläche der äußeren Glasschickt, also die zweite
Grenzfläche in. Richtung der einfallenden Lichtstrahlen, so ausgebildet ist, daß
an ihr unter großen Höhenwinkeln einfallendes Sonnenlicht vollständig reflektiert
und zurückgeworfen und unter niedrigen Höhenwinkeln einfallendes Sonnenlicht und
das Licht des nördlichen Hirnrnels hindurchgelassen werden.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird hierzu die zweite Grenzfläche
in Form zueinander parallel verlaufender Prismen ausgebildet. Die besten Ergebnisse
werden bei einer Anordnung der Glasplatte erhalten, bei welcher die Prismen von
Ost nach West verlaufen, aber eine im wesentlichen gleich gute Wirkung wird auch
reit einer nur allgemein von Ost nach West verlaufenden Ausrichtung erzielt.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung bilden die Seitenflächen
jedes Prismas miteinander einen Winkel von 82 bis 98°, vorzugsweise 90°, wobei die
erste Seitenfläche mit der Horizontalen einen Winkel von etwa 30° einschließen kann.
Der von den Seitenflächen eingeschlossene Winkel von 90° ergibt dabei den größten
Höhenwinkelbereich, in welchem die Totalreflexion erfolgt, die bei der vorliegenden
Ausführungsform an jedem Prisma erzielt wird. Die Breite. des Bereiches großer Höhenwinkel,
in welchem eine Totalzurückwerfung des Lichtes erfolgt, bestimmt sich dabei an dem
von den Prismenseitenflächen eingeschlossenen Winkel, während der jeweils günstigste
Winkel der Seitenflächen mit der
Horizontalen sich nach der geographischen
Breite des Ortes richtet, an welchem die Glasplatte verwendet werden soll. Eine
besondere Beeinflussung der Lichtdurchlässigkeit kann erzielt werden, indem man
zwischen der ersten Seite jedes Prismas und der zweiten Seite des benachbarten Prismas
jeweils eine weitere Fläche vorsieht, die mit der Horizontalen einen Winkel von
mehr als 30° bildet.
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Es ist weiter möglich, mit der erfindungsgemäßen Glasplatte einen
Höhenwinkelbereich, in dem eine Totalreflexion erfolgt, und einen über beide Grenzen
dieses Bereiches hinausgehenden breiteren Bereich zu umfassen, in dem eine teilweise
Zurückwerfung erfolgt. Hierzu weist zumindest eines der Prismen eine Seitenfläche
auf, die mit der Horizontalen einen Winkel von mehr als 30° bildet, und zumindest
ein weiteres Prisma eine entsprechende Seitenfläche, die mit der Horizontalen einen
Winkel von weniger als 30° bildet. Ein entsprechender Effekt kann auch mit einem
Einzelprisma erzielt werden, wozu eine Seitenfläche des Prismas aus mehreren Flächen
zusammengesetzt wird, die mit der Horizontalen einen Winkel von weniger als 30°,
von 30° bzw. von mehr als 30° bilden, und die andere Seitenfläche des Prismas mit
Flächenteilen versehen wird, die je paarweise mit den Flächenteilen der ersten Seitenfläche
einen Winkel von etwa 90° bilden.
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Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Totalreflexion
und Zurückwerfung der unter großen Höhenwinkeln einfallenden Lichtstrahlen an jeweils
zwei benachbarten Prismen, wobei ein breiter Winkelbereich erzielt wird, in dem
die Totalreflexion erfolgt. Hierzu ist jedes Prisma so ausgebildet, daß seine Seiten
miteinander einen Winkel von 60 bis 87°, vorzugsweise etwa 75°, bilden, wobei die
erste Seitenfläche mit der Horizontalen einen Winkel von etwa 40° und die andere
Seitenfläche von etwa 65° bildet.
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Die Außenfläche der inneren Glasschicht kann glatt, aber auch zu Rippen
ausgebildet sein, die im allgemeinen von Nord nach Süd verlaufen. Die Innen- und
Außenfläche der inneren Glasschicht, also die dritte bzw. vierte Grenzfläche in
Richtung des einfallenden Lichtes, weist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung
optische Mittel auf, durch welche das in den zu beleuchtenden Innenraum eintretende
Licht zerstreut wird. Diese optischen Mittel können linsenartige Erhabenheiten sein,
die in zueinander parallelen Reihen angeordnet werden, wobei die Reihen auf der
einen Grenzfläche unter einem Winkel zu denjenigen der anderen Grenzfläche verlaufen
können. Ferner kann zwischen den beiden Glasschichten der Glasplatte eine lichtzerstreuende
Zwischenschicht, beispielsweise Glasfasermatte, vorgesehen werden.
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Die hier angegebenen Winkehverte beziehen sich auf ein Glas vom Brechungsindex
1,52. Im Rahmen der Erfindung kann an Stelle von Glas auch ein anderes lichtdurchlässiges
Material verwendet werden.
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In den Zeichnungen sind Ausführungsformen der Erfindung veranschaulicht.
Es zeigt Fig. 1 in Draufsicht ein aus zu Hohlblöcken ausgebildeten Glasplatten gemäß
der Erfindung aufgebautes Oberlicht, Fig.2 einen Schnitt durch einen Hohlblock nach
Linie 3-3 von Fig. 1, Fig. 3 einen Schnitt durch ein aus zwei Glasschichten zusammengesetztes
Oberlicht gemäß der Erfindung, Fig.4 und 5 in stark vergrößertem Maßstab Teilschnitte
durch Ausführungsformen der äußeren Glasschicht, Fig. 6 in graphischer Darstellung
die längs eines Großkreises gemessene Lichtdurchlässigkeit für das Sonnenlicht der
Ausführungsform nach Fig. 4, Fig.7 im Schnitt eine andere Ausführungsform der zweiten
Grenzfläche, Fig. 8 bis 10 im Schnitt weitere Prismenformen, Fig. 11 in schematischer
Darstellung die mit einem Oberlicht gemäß der Erfindung erhaltenen Ergebnisse, Fig.
12 im stark vergrößerten Maßstab einen Teilschnitt durch die äußere Glasschicht
nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung, Fig. 13 in graphischer Darstellung
die längs eines Großkreises gemessene Lichtdurchlässigkeit von Glasplatten gemäß
Fig. 12 in % (Ordinatenwerte), Fig. 14 einen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform
der zu einem Hohlblock ausgebildeten Glasplatte gemäß der Erfindung, Fig. 15 eine
Draufsicht auf die dritte Grenzfläche nach Linie 19-19 von Fig. 14, Fig. 16 einen
Schnitt nach Linie 20-20 von Fig. 15, Fig. 17 eine Draufsicht auf die vierte Grenzfläche
nach Linie 21-21 von Fig. 14, Fig. 18 einen Schnitt nach Linie 22-22 von Fig. 17
und Fig. 19 einen Schnitt durch eine andere Ausführungsform der dritten Grenzfläche.
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Die Glasplatte gemäß der Erfindung kann zu einem hohlen Glasblock
(Fig.2) ausgebildet sein, wobei das Oberlicht 23 aus einer Anzahl solcher Blöcke
24 zusammengesetzt wird (Fig. 1), aber auch von zwei im Abstand aneinandergesetzten
Glasschichten 25, 26 gebildet werden kann (Fig. 3).
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Die vier Luft-Glas-Grenzflächen sind in der üblichen Weise mit 1 (äußere
Grenzfläche), 2 und 3 (innere Grenzflächen) und 4 (dem Innenraum zugewandte Grenzfläche)
bezeichnet. Dabei ist, wie Fig. 2 zeigt, die Grenzfläche 1 glatt oder zu einer Anzahl
von Längsrippen ausgebildet (27) und die Grenzfläche 2 mit einer Anzahl zueinander
parallel verlaufender Prismen 28 besonderer Ausbildung versehen, während die Grenzflächen
3 und 4 hier mit einer Reihe von Rippen 29 bzw. 30 versehen sind, die zueinander
rechtwinklig verlaufen und so ausgebildet sind, daß durch sie hindurchtretendes
Licht in das Rauminnere zerstreut wird.
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Die Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform der Prismen der Grenzfläche
2. Die Seitenflächen 31, 32 jedes Prismas schließen den hier die zufriedenstellendsten
Ergebnisse liefernden Winkel P von 90° ein, wobei die Seitenfläche 31 mit der Horizontalen
einen Winkel b1 bildet. Die Seitenfläche 32 ist nach Süden gerichtet.
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Ein unter dem Höhenwinkel cri einfallender LichtstrahlLi wird an der
Grenzfläche 1 zur Prismenfläche 31 hin gebrochen, an ihr zur Prismenfläche 32 hin,
an dieser zur Grenzfläche 1 hin reflektiert und an dieser in die Atmosphäre gebrochen.
Der Lichtstrahl L2 (Einfallswinkel a2) wird in ähnlicher Weise zurückgeworfen. Das
gleiche gilt für in umgekehrter Richtung einfallende und auf die Prismenfläche 32
auftreffende Lichtstrahlen (hier wie auch bei späteren Ausführungsformen durch Doppelpfeile
angedeutet).
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Lichtstrahlen, die unter einem Winkel < a, oder > a2 einfallen,
unterliegen dagegen keiner Totalreflexion. So wird ein Lichtstrahl L3 (Sonnenlicht),
der unter einem kleinen Höhenwinkel a3 einfällt, an der Grenzfläche 1 gebrochen,
an der Prismenfläche 31 zu der Prismenfläche 32
hin reflektiert und
an dieser gebrochen. In ähnlicher «'eise wird ein Lichtstrahl L4 (Einfallswinkel
a3) an der Grenzfläche 1 und dann an der Prismenfläche 32 gebrochen. Ein Lichtstrahl
L5 des Lichtes des nördlichen Himmels, der unter einem Winkel a4 einfällt, wird
an der Grenzfläche 1 und dann an der Prismenfläche 31 in den Innenraum gebrochen
und der unter dem gleichen Winkel einfallende
Lichtstrahl L s ebenfalls
in den Innenraum abgelenkt.
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Die besondere Ausbildung der Prismen der Grenzfläche 2 ergibt einen
Bereich großer Höhenwinkel (a1 bis a2), in dem das Sonnenlicht vollständig zurückgeworfen
wird, während unter kleinen Höhenwinkeln einfallendes Sonnenlicht und das Licht
des nördlichen Himmels in den Innenraum eintreten kann, was in Fig. 11 mit der Zone
I (unter kleinen Höhenwinkeln einfallendes Sonnenlicht), Zone II (unter großen Höhenwinkeln
einfallendes Sonnenlicht) und Zone III (Licht des nördlichen Himmels) veranschaulicht
ist.
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Es hat sich gezeigt, daß der Winkel b für 42° nördlicher Breite vorzugsweise
29° beträgt. Mit einer Glasplatte gemäß der Erfindung mit einem Winkel .P von 90°
und einem Winkel b von 29° wird die in Fig. 6 graphisch dargestellte Durchlässigkeit
für das Sonnenlicht in % längs eines Großkreises erhalten, die in Abhängigkeit von
verschiedenen Sonnenhöhen (Abszissenwerte) dargestellt ist. V
Das Sonnenlicht
wird in dem Bereich M von etwa 59 bis 72° Sonnenhöhe am stärksten zurückgeworfen,
d. h. einem Bereich von etwa 13° (für P = 90°), der also etwas größer als der Bereich
der großen Sonnenhöhen ist, der von April bis August auftritt (711/2 - 60 = 111/,').
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Die Bedeutung der selektiven Zurückwerfung von unter einem bestimmten
Höhenwinkelbereich einfallenden Lichtstrahlen zeigt weiter die folgende Tabelle,
in welcher für 42° nördlicher Breite die bei hohen Sonnenständen auftretenden übermäßig
großen Licht- und Wärmemengen und deren starkes Schwanken mit dem Sonnenstand zusammengestellt
sind. Wie diese Tabelle I zeigt, sind die Sonnenhöhe und die Intensität der Sonnenstrahlung
im Laufe des Jahres unterschiedlich, wobei das Maximum von April bis August erreicht
wird. Ferner erfolgt die Ausleuchtung einer horizontalen Fläche zum größeren Teil
durch das Sonnenlicht und zu einem bedeutend kleineren Teil durch das Licht des
unbedeckten (nördlichen) Himmels.
| Tabelle I |
| Ausleuchtung Beleuchtung Ausführungsform nach Fig. 6 |
| Normale einer horizon- durch das Licht |
| Monat Maximale Sonnen- talen Fläche des unbedeckten Licht-
Hindurch- |
| (21. Tag) Sonnenhöhe intensität nur durch die nördlichen durchlässig-
tretende |
| Sonne Himmels keit Lichtmenge |
| Lux Lux Lux o/' Lumen/m2 |
| Juni......................... 711/20 853 810 149 14,0 113,3 |
| Mai und Juli................. 681/2 843 782 139 12,5 97,5 |
| April und August ............ 60° 829 715 130 12,5 89,2 |
| März und September.......... 481/2 820 613 112 22,0 133,7 |
| Februar und Oktober ......... 371/2 766 465 93 21,5
99,3 |
| Januar und November ........ 28° 697 325 75 18,5 61,4 |
| Dezember .................... 241/2 650 269 75 17,5
47,4 |
Mit der Ausführungsform nach Fig. 4 wird das direkte Sonnenlicht insbesondere bei
Sonnenhöhen von 60 bis
711/2' zurückgeworfen; die hindurchgelassene Lichtmenge
wird auf einen Wert verringert, der kleiner als die Ausleuchtung einer horizontalen
Fläche durch den nördlichen Himmel ist.
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Fig. 5 zeigt eine andere Ausführungsform der Prismen von Grenzfläche
2. Die Seitenflächen 33, 34 der Prismen schließen wiederum einen Winkel .P von 90°
ein, aber den Winkel bz > b1, was mit einer Drehung der Prismen um ihre Längsachse
gleichbedeutend ist. Wiederum treten unter kleinen Höhenwinkeln einfallende LichtstrahlenL7,
L8 und Lichtstrahlen des nördlichen Himmels durch die Platte hindurch, aber der
Bereich der Höhenwinkel, in dem eine vollständige Zurückwerfung erfolgt (a5 bis
as), ist gegenüber Fig. 4 verschoben, und zwar ist a5 > a1 und a6 > a2. Wenn
der Winkel b2 z. B. 311/2 beträgt, so reicht dieser Bereich der Undurchlässigkeit
von a5 = 621/2 bis a, = 751/2. In einer der Fig. 6 entsprechenden Kurve der Durchlässigkeit
längs eines Großkreises wird der Bereich der maximalen Undurchlässigkeit dabei nach
rechts verschoben. Aus meteorologischen Standardtafeln geht hervor, daß der maximale
Einfallswinkel von 751/,', für den Ausführungsform nach Fig. 5 undurchlässig ist,
einer maximalen Sonnenhöhe von 37° nördlicher Breite entspricht.
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Eine Vergrößerung des Winkels b verändert also den 13°-Bereich der
Undurchlässigkeit für unter großen Höhenwinkeln einfallende Lichtstrahlen in dem
Sinne, daß er größere Höhenwinkel einschließt (wie es in kleineren geographischen
Breiten notwendig ist), eine Verkleinerung dagegen im umgekehrten Sinne (wie es
in nördlichen geographischen Breiten notwendig ist). Auf diese Weise ist eine Abstimmung
des Prismas auf jede einzelne geographische Breite möglich.
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Eine der Drehung der Prismen um ihre Längsachse äquivalente . Wirkung
kann auch durch Veränderung der Neigung der Glasplatte gegen die Horizontale erzielt
werden.
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Gemäß der Erfindung kann die Platte auch so aufgebaut werden, daß
sie in verschiedenen geographischen Breiten universal anwendbar ist. Sie kann hierzu
mit einer Reihe von 90°-Prismen versehen werden, deren Winkel b mit der Waagerechten
jeweils verschieden groß sind. Bei der Ausführungsform nach Fig. 7 besteht jede
Reihe aus drei Prismen, dem Prisma 35 mit Winkel b1, Prisma 36 mit Winkel b2 und
Prisma 37 mit Winkel b3, wobei b3 > b2 > b1 ist. Dementsprechend ist der
maximale Einfallswinkel, bei dem das Prisma 35 das Licht zurückwirft, kleiner als
der von Prisma 36 und dieser wiederum kleiner als jener von Prisma 37. Die Lichtstrahlen
L13 und L14 (Höhen-@vinkel a1, a2) werden vom Prisma 35, die Lichtstrahlen L15 und
L" (Höhenwinkel a7, a$) vom Prisma 36 und die Lichtstrahlen L17 und L13 (Höhenwinkel
a., a6) vom Prisma 37 zurückgeworfen. Hierbei ist a5 > a7 > a, und
a6 > rze > a2.
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Das Prisma 35 wirft unter niedrigeren Höhenwinkeln einfallendes Sonnenlicht
zurück, wie es in höheren geographischen Breiten auftritt, das Prisma 36 unter mittleren
Einfallswinkeln (wie in mittleren geographischen Breiten) und das Prisma 37 unter
größten Einfallswinkeln einfallendes Licht zurück, wie es in niedrigeren geographischen
Breiten auftritt. Mittels einer Reihe solcher Prismen mit verschiedenen Winkeln
b kann also das Sonnenlicht in einem großen Bereich von Sonnenhöhen zurückgeworfen
werden. Die Tabelle II gibt die mit einer typischen
Konstruktion
erhaltenen Bereiche von Sonnenhöhen wieder, in denen das Licht zurückgeworfen wird.
| Tabelle 1I |
| Sonnen- |
| -Winkel h Zurückwerfung bei einer Sonnen- |
| höhe von |
| b, = 29° . . . . . . . . . . cri bis n2 = 581/2 bis
711/2 |
| b2 = 30° . . . . . . . . . . a7 bis n.3 = 601I2 bis
731/2 |
| b3 = 311,/2° ........ a5 bis as = 621/2 bis 751/2 |
Der Bereich der Sonnenhöhen, in denen das Licht zurückgeworfen wird, kann also verbreitert
und auf 581/2 bis 751; 2° ausgedehnt werden, indem man den Winkeln bl, b2 und b3
die angegebene Größe gibt. Dabei wird das Sonnenlicht im Bereich von 621f2 bis 711/2°
vollständig und in den Bereichen von 581(2 bis 621/2 und von 711/2 bis 751/2 teilweise
zurückgeworfen. Eine Reihe von Prismen mit verschiedenen `V inkeln b setzt also
die Menge des bei einer bestimmten Sonnenhöhe zurückgeworfenen Lichtes herab. Der
Bereich der Sonnenhöhe, in dem die teilweise Zurückwerfung erfolgt, wird größer,
aber der Bereich, in dem die vollständige Zurückwerfung erfolgt, kleiner, als wenn
alle Prismen den gleichen Winkel bilden. Er umfaßt im vorliegenden Fall an Stelle
von etwa 13° etwa 9°.
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Die Prismenreihe nach Fig. 7 dient nur der Erläuterung Im Rahmen der
Erfindung kann eine solche Prismenreihe aus einer beliebigen Anzahl von Prismen
mit unterschiedlichen Winkeln b bestehen, wobei jedes Prisma so ausgebildet ist,
daß es bei bestimmten Höhenwinkeln eine Zurückwerfung ergibt.
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Der der Prismenreihe von Fig. 7 zugrunde liegende Erfindungsgedanke
kann auch an einem einzelnen Prisma verwirklicht werden: Gemäß Fig. 8 bilden einzelne
Teile derPrismenseitenflächen miteinanderverschiedeneWinkel. Dabei entspricht dem
Teil38 auf der einen Prismenseitenfläche mit dem Winkel b. ein zu ihm etwa rechtwinklig
stehendes Teil 39 auf der anderen Prismenfläche. In entsprechenderWefse entspricht
demTeil 40 (Winkelbe) das Teil 41 und dem Teil 42 (Winkel b3) das Teil 43. Das Prisma
wirkt wie die in Fig. 7 dargestellte Prismenreihe.
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Die Prismenflächen können im Rahmen der Erfindung mit einer so großen
Zahl von Flächenteilen versehen i#verden, daß sie eine Krümmung aufweisen, wobei
jedem kleinsten Flächenteil auf der einen Seitenfläche ein kleinstes Flächenteil
auf der anderen Seitenfläche entspricht.
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Fig. 9 zeigt eine andere Prismenkonstruktion, bei welcher der Bereich
der Sonnenhöhen, in dem eine Zurückwerfung erfolgt, mit dem gleichen Ergebnis wie
bei den Ausführungsformen nach Fig. 7 und 8 erweitert ist. Dabei beträgt der von
den Prismenflächen 44,- 45 eingeschlossene Winkel nicht 90°. Die Seitenfläche 44
bildet mit der Horizontalen den Winkel b4 und die Seitenfläche 45 mit der Vertikalen
den Winkel cl, wobei der Winkel b4 ungleich dem ZVinl#:el cl, im vorliegenden Falle
größer ist.
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Ein Lichtstrahl Ll3 (Einfallswinkel a3) und ein Lichtstrahl L2o (Einfallsivi-nhel
(1lo) werden an der Prismenfläche 44 total reflektiert. Ein Lichtstrahl L21 (Einfallswinkel
% > alo und a9) wird jedoch durch die Seitenfläche 44 nicht total reflektiert. Auf
diese Weise umfaßt der Bereich der maximalen Rückstrahlung durch die Seitenfläche
44 die Winkel n.9 bis u.lo.
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An der anderen Prismenfläche 45 werden der Lichtstrahl L22 (Einfallswinkel
a") und der Lichtstrahl L23 (Einfallswinkel n13) total reflektiert, während ein
Lichtstrahl L2_1 (Einfallswinkel a9 < al. und (713) keiner Totalreflexion unterliegt.
Auf diese Weise erfolgt die maximale Rückstrahlung durch die Seitenfläche 45 im
Winkelbereich al, bis c13. In der Tabelle III sind für eine typische solche Prismenausbildung
(b4 = 29-°, cl = 31°) die Bereiche der Höhenwinkel zusammengestellt, in denen das
Sonnenlicht zurückgeworfen wird.
| Tabelle III |
| Rückstrahlung bei einer Sonnen- |
| höhe von |
| Prismenoberfläche 44 a9 bis alo = 58 bis 711/2 |
| Prismenoberfläche 45 a12 bis cr" = 62 bis 78° |
| Vollständige |
| Rückstrahlung ... alt bis ala = 62 bis 711j2' |
Das Sonnenlicht wird also bei Höhenwinkeln von 62 bis 711/2 (a" bis «lo) vollständig
zurückgestrahlt (an beiden Prismenflächen), während eine Teilrückstrahlung (an nur
einer Prismenfläche) in dem breiten Winkelbereich von 58 bis 62° und 721/2 bis 78°
erfolgt.
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Eine weitere Ausführungsform der Prismen der Grenzfläche 2 ist in
Fig. 10 dargestellt. Dabei ist zwischen den Seitenflächen 47 und 48 benachbarter
Prismen eine dritte Seitenfläche 46. unter einem Winkelf angeordnet, welche die
Seitenfläche 47 gegenüber den oben beschriebenen Ausführungsformen verkürzt, wodurch
eine Durchlässigkeit für ein unter niedrigen Höhenwinkeln einfallendes Sonnenlicht
erzielt «rird, das anderenfalls reflektiert würde. Zum Beispiel wird der Lichtstrahl
L25, der normalerweise aus dem Prisma herausreflektiert würde, hier in den Innenraum
gerichtet. Auf diese Weise ist die Menge des durchgelassenen Lichtes größer als
bei den anderen Ausführungsformen der Erfindung. Der Winkel der Prismenfläche 46
mit der Horizontalen ist vorzugsweise größer als der größte Höhenwinkel des Sonnenlichtes,
bei welchem eine Rückstrahlung erfolgen soll.
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Vorteilhafte Ergebnisse können auch durch totale Reflexion an zwei
Prismen der Grenzfläche 2 erzielt -,verden. Wie in Fig. 12 dargestellt, weisen diese
Prismen Oberflächen 51, $2_ auf,, die miteinander einen solchen Winkel P2 bilden,
daß Lichtstrahlen von großen Höhenwinkeln durch totale Reflexion an zwei Prismen
zurückgestrahlt werden. Bei der Anordnung in einer Deckenöffnung verlaufen die Prismenachsen
wieder im allgemeinen in Ost-West-Richtung, wobei ihre Seitenfläche 52 nach Süden.
gerichtet ist. So wird ein Lichtstrahl L21 (Einfallsi@rinkel aldJ an der ersten
Grenzfläche zur Prismenfläche 51 gebrochen, an- dieser zur Prismenfläche-52 reflektiert,
an der Prismenfläche 52 zur Seitenfläche 51 des benachbarten Prismas hin und an
dieser zur Seitenfläche 52 hin gebrochen, an dieser zur ersten. Grenzfläche reflektiert
und an derselben in die Atmosphäre gebrochen.. Dagegen wird ein Lichtstrahl L27
von einem kleinen Höhenwinkel a15 an der Grenzfläche 1. und dann an der Prismenfläche
52 in den. Innenraum gebrochen,. was entsprechend für einen. Lichtstrahl L" des
nördlichen Himmels (Einfallswinkel a6) gilt.
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Wiederum wird bei dieser Prismenausbildung das Sonnenlicht von großen
Höhenwinkeln zurückgeworfen, während das Sonnenlicht von kleineren Höhenwinkeln
und das Licht des nördlichen Himmels in den Innenraum eintreten kann. Es wurde gefunden,
daß bei der Rückstrahlung des Sonnenlichtes von großen Höhenwinkeln an zwei Prismen
ein sehr breiter Höhenwinkelbereich erhalten wird, in dem eine Rückstrahlung erfolgt.
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Vorzugsweise beträgt der Winkel P2 75° und für 42 nördlicher Breite
der Winkel b5 40°. Die mit diesen Winkeln bei- verschiedenen Sonnenhöhen erhaltene
Durchlässigkeit längs des Großkreises ist in der Fig. 13 als
Kurve
A (voll ausgezogen) eingezeichnet. Wie die Kurve zeigt, wird in einem Bereich von
52 bis 71° Sonnenhöhe eine maximale Rückstrahlung des direkten Sonnenlichtes erhalten.
Der Bereich der wesentlichen Rückstrahlung des Sonnenlichtes kann von 48 bis 79°
reichen, d. h. etwa 31° umfassen. Nach Tabelle I ist dieser Bereich von 31° für
42° nördlicher Breite breit genug, um von März bis September unter großen Höhenwinkeln
(nämlich von 711/z bis 481/,°, d. h. in einem Bereich von 23°) einfallendes Sonnenlicht
zurückzustrahlen.
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Wie bei der an Hand von Fig. 5 beschriebenen Ausführungsform kann
auch hier bei gleichbleibendem Winkel P2 die Neigung der Prismenflächen gegen die
Horizontale verändert werden, was mit einer Drehung der Prismen um ihre Längsachse
gleichbedeutend ist. Dabei führt eine Vergrößerung der Winkels b5 zu einer Verschiebung
des Bereiches der totalen Zurückwerfung in dem Sinne, daß er größere Höhenwinkel
umfaßt, und umgekehrt. So wird z. B. mit einem Winkel b5 von 45° die in Fig. 13
durch Kurve B dargestellte Durchlässigkeit längs eines Großkreises erhalten. Die
Größe des Winkelbereiches der Rückstrahlung entspricht der Kurve A, ist aber nach
rechts verschoben und reicht nunmehr von etwa 59 bis 90°. Aus Standardtafeln von
Sonnenhöhen ist zu ersehen, daß diese Prismenausbildung auf 30° nördlicher Breite
zufriedenstellend arbeiten würde, wo die maximale Sonnenhöhe 83° + beträgt. Mit
einem Winkel b6 von 35° wird die Durchlässigkeit längs eines Großkreises nach Kurve
C von Fig. 13 erhalten, bei welcher bei Sonnenhöhen von 33 bis 64° eine Rückstrahlung
erfolgt. Aus Tafeln der Sonnenhöhe ergibt sich, daß diese Prismenausbildung für
48° nördlicher Breite geeignet ist, wo die maximale Sonnenhöhe 65° + beträgt.
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Der Winkelbereich der Rückstrahlung kann durch Vergrößerung des Winkels
P, noch stärker erweitert werden. Eine maximale Rückstrahlung wird bei P2 gleich
75°, aber eine wesentliche Rückstrahlung auch bei einem Winkel P2 zwischen 60 und
87° erhalten, und zwar wird der Winkelbereich, in dem eine teilweise Rückstrahlung
erfolgt, verbreitert, der Bereich der totalen Rückstrahlung jedoch entsprechend
verkleinert.
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In Verbindung mit der Prismenausbildung der Grenzfläche 2 kann zwischen
den in einem Abstand voneinander angeordneten Glasschichten eine lichtzerstreuende
Matte 55 aus Glasfasern vorgesehen werden (Fig. 14).
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Die Grenzflächen 3 und 4 sollen darüber hinaus optische Mittel aufweisen,
um das durch die Grenzflächen 1 und 2 hindurchtretende Licht in den Innenraum zu
zerstreuen. Diese Mittel bestehen vorzugsweise aus einer :Mehrzahl linsenartiger
Erhabenheiten oder Linsen 56, 57 auf den Grenzflächen 3 bzw. 4. Wie in Fig. 15 und
17 dargestellt, sind die Linsen auf den Grenzflächen 3 und 4 vorzugsweise in miteinander
Winkel bildenden Reihen angeordnet. Nach Fig. 15 erstrecken sich die Linsenreihen
56 diagonal zur Grenzfläche 3, während nach Fig. 17 die Linsenreihen 57 auf der
Grenzfläche 4 in zu den Flächenseiten parallelen Reihen angeordnet sind. Dabei sind
die Linsen 56 der dritten Grenzfläche konkav (58; Fig. 16), die Linsen 57 der vierten
Grenzfläche dagegen konvex ausgebildet (59; Fig. 18).
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Durch diese Linsenstruktur der Grenzflächen 3 und 4 wird eine kreisförmige
Zerstreuung des hindurchtretenden Lichtes erzielt, während mit Parallelrippen (Fig.
2 und 3) eine nicht kreisförmige Zerstreuung erhalten wird.
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Fig.19 zeigt eine andere Form der linsenartigen Erhabenheiten der
dritten Grenzfläche, mit welcher an sich in nördlicher Richtung weitergehende Lichtstrahlen
in eine stärker vertikale Richtung in den Innenraum abgelenkt werden. Die Erhabenheiten
60 sind dazu asymmetrisch ausgebildet, und zwar ist die Basis 61 der zwischen zwei
Erhabenheiten befindlichen Flächenteile so in Richtung auf eine Seite des Glasblocks
verschoben, daß sie nach Norden versetzt ist. Es wurde gefunden, daß bei dieser
Ausführungsform Lichtstrahlen, die nicht senkrecht auf die dritte Grenzfläche auffallen,
zur Senkrechten hin abgelenkt werden. Die Oberflächenteile 62 sind konkav.
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In der Praxis wird das Oberlicht unter einer leichten Neigung von
durchschnittlich etwa 2,08 cm/m angeordnet, die nach Norden, Osten oder Westen,
jedoch nicht nach Süden gerichtet ist, um das Ablaufen von Wasser zu erleichtern.