DE19929140A1 - Gezahnte Tageslichtlamelle - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft Lichtlenklamellen mit mindestens teilweise gezahnter Oberseite zur Ausblendung von Tageslicht, wobei die einzelnen Zähne mit einer Seite dem Sonneneinfall zugewandt und mit einer Rückseite dem Innenraum zugewandt sind. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die dem Sonneneinfall zugewandten Zahnseiten einen Neigungswinkel beta aufweisen, der im Wesentlichen vom Einstahlungsquerschnitt (44) in Richtung des Ausstrahlungsquerschnittes zunimmt und die Neigungswinkel beta im Bereich des Einstrahlungsquerschnittes kleiner und größerer Entfernung vom Einstrahlungsquerschnitt größer sind und die Neigungswinkel beta, einem konkaven Kurvenverlauf (47) folgend, zunehmen, der vom Einstrahlungsbereich zum Ausstrahlungsbereich hin zunehmend ansteigt und an der Oberseite der Lichtlenklamellen (41, 51) retroreflektierte Strahlung (82) konzentriert wird und sich eine Konzentrationszone (46, 53) in der Nähe des Einstrahlungsquerschnittes (44) bildet und die Konzentrationszone vor der Lamelle (42) bzw. im Einstrahlungsquerschnitt und/oder auf der Unterseite der oberen Lamelle (52) hinter dem Einstrahlungsquerschnitt bildet und auf der Oberseite einer Lichtlenklamelle (51, 41) Lichtstrahlung an den einzelnen Zähnen in einem Winkel alpha¶R¶ < (kleiner) alpha¶S¶ retroreflektierbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft Lichtlenklamellen gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches.

Es ist bekannt, Lamellen an ihrer Oberseite gestuft auszuformen. In der DE 195 43 811 A1 und in der DE 42 39 003 C2 sind Lamellen dargestellt, die eine gestufte bzw. gezahnte Oberseite aufweisen, durch die eine Retroreflexion der auf die Lamellen eindringenden Sonnenstrahlung bewirkt werden kann.

Weiterhin sind aus der DE 196 03 293 A1 oder aus der AT 394 883 B Lamellen bekannt, die zum Sonneneinfall ein erstes Teilstück aufweisen, das einfallende Sonnenstrahlung in den Au­ ssenraum retroreflektiert.

Nachteil all dieser bekannten Vorrichtungen, die vorzugsweise im Innenraum hinter einer Ver­ glasung angeordnet werden, ist, daß an der Oberseite der Lamellen retroreflektierte Sonnen­ strahlung mindestens teilweise in einem sehr flachen Winkel auf die Innenseite der Fassaden­ verglasung reflektiert wird. Gerade bei Wärmeschutz- und Sonnenschutzverglasungen kommt es jedoch zu einem extrem störenden und ungewünschten Blendeffekt durch Spiegelung in den Glasscheiben, da diese einen Teil der retroreflektierten Strahlung in den Innenraum zurück spiegeln. Das gespiegelte Licht fällt von der Innenseite der äußeren Glasscheibe durch die La­ mellen in den Innenraum bzw. direkt in das Auge des Betrachters. Dies ist das größte Problem bei der Verwendung von spiegelnden Lamellen. Bislang kann diesem Problem nur dadurch entgangen werden, indem die Jalousielamellen durch Drehung um eine horizontale Achse so weit geschlossen werden, daß die Glasscheibe selbst nicht mehr sichtbar ist. Dies führt jedoch automatisch zu einer weitgehenden Verdunkelung des Innenraumes, wodurch die tageslichtlen­ kenden Jalousien ihre eigentliche Funktion, die verbesserte Innenraumausleuchtung mit Tages­ licht, einbüßen. Im Aussenraum dagegen entstehen durch die spiegelnden Lamellen extreme Blendungen im Straßenverkehr sowie in der gegenüberliegenden Bebauung.

Das Problem der Blendung auf der Innenseite der Außenscheiben ist bis heute noch nicht wis­ senschaftlich untersucht worden, da dieses Problem bei den handelsüblichen, farbigen Jalousi­ en nicht entsteht. Dieses Problem ist erst entstanden, seitdem versucht wird, mit spiegelnden Lamellen Tageslicht gezielt in die Tiefe eines Innenraumes umzulenken. Blendungen in Glas­ scheiben sind von Schaufenstern bekannt und zwar bei großer Helligkeit im Aussenraum und dunklerem Innenraum. Auch für den Fachmann ist es überraschend, daß extreme Blendungen in Glasscheiben auch tagsüber bei Blick von einem dunkleren Innenraum in einen hellen Au­ ßenraum entstehen können.

Die beschriebenen Probleme bestehen insbesondere bei Oberflächen, bei denen aus Gründen der Vermeidung einer thermischen Aufladung, die Lichtstrahlung mit einer einzigen oder zwei Reflexionen zurück in den Innenraum gespiegelt werden soll. Bei jeder Reflexion entsteht näm­ lich unweigerlich eine Aufheizung, da die Reflektoren meist nur 80 bis 90% der Sonnenstrah­ lung reflektieren, der Rest wird absorbiert und führt zu einer unerwünschten Aufheizung der Fensterzone.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine blendfreie Tageslichtausleuchtung zu realisieren bei gleichzeitig minimaler Anzahl von Reflexionen. Wünschenswert sind maximal eins bis zwei Reflexionen an den Lamellenoberseiten.

Weder die Überhitzungsproblematik noch die Blendung in den Scheiben selbst ist akzeptabel.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, neue Konstruktionen von Lichtlenklamellen zu entwic­ keln, die die auf die Lichtlenklamellen eindringende Sonnenstrahlung mit eins bis zwei Reflexio­ nen so reflektieren, daß eine Spiegelung der Retroreflexion in den Fensterscheiben keine stö­ renden Blendeffekte im Innenraum auslöst. Die Aufgabe besteht also darin, die Lichtführung der Retroreflexion durch Formgebung der Lamellenoberseiten und -unterseiten so zu beherrschen, daß Spiegelungen in den Scheiben nicht in das Auge eines Nutzers in stehender oder sitzender Position im Innenraum fallen können.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt gemäß dem kennzeichnenden Teil der Erfindung.

Der Vorteil der Erfindung ist, daß durch die konkave Ausformung der gezahnten Lamellenober­ seite Bestrahlungswinkel für mit einer einzigen Reflexion retroreflektierte Strahlung grundsätz­ lich in einem Winkel α_R < α_S in den Außenraum retroreflektiert wird. α_S ist eine Verbindungslinie zwischen der Kante einer unteren Jalousielamelle im Einstrahlungsbereich und der Kante einer oberen Jalousielamelle auf der Innenraumseite. Ist α_R < α_S ist gewährleistet, daß Direktblen­ dung durch Spiegelung in den äußeren Scheiben nicht stattfindet. Für flachere Einfallswinkel bzw. für andere Lamellenpositionen ist eine blendfreie Retroreflexion auch mit zwei Reflexionen gewährleistet. Durch die erfindungsgemäße Ausformung der zur Sonne gelegenen Zahnseiten fällt das von der Oberseite einer Lamelle auf die Unterseite der oberen Lamelle reflektierte Licht in einem Winkel γ < 90°, wodurch es zu einer Lichtlenkung auf die Innenseite der äußeren Scheibe von oben her kommt, so daß eine Spiegelung der retroreflektierten Strahlung keinen störenden Blendeffekt im Innenraum auslösen kann (Fig. 4). Die an den Scheiben retroreflek­ tierte Strahlung wird von der Oberseite der unteren Lamelle wieder empfangen und nochmals retroreflektiert.

Mit der vorliegenden Erfindung liegt eine Konstruktionsrichtlinie vor, nach der gestufte oder gezahnte Lamellen so zu konstruieren sind, daß Blendung in den äußeren Scheiben weitestge­ hend unterbunden sind. Ausführungsbeispiele erläutern den Erfindungsgedanken und interes­ sante Ausgestaltungen.

Es zeigen:

Fig. 1 den Querschnitt durch einen Innenraum mit der typischen Blendung retroreflektierter Strahlung in der Fensterscheibe.

Fig. 2 zeigt eine Analyse der Strahlengänge, wie sie bei spiegelnden Lamellen üblicherweise entstehen und Blendwirkungen auslösen.

Fig. 3 und 4 zeigen eine Analyse der Strahlengänge für die innovativen Lichtlenklamellen in funktionsfähigen Lamellenpositionen.

Fig. 5, 6 und 7 zeigen weitere beispielhafte Ausführungen der erfindungsgemäßen Lamellen

Fig. 1 zeigt den Querschnitt durch einen Innenraum 10, dessen eine Seite 11 verglast ist. Hinter der Verglasung ist eine Tageslichtlenkjalousie mit spiegelnden Oberflächen 12 angeordnet. Anhand des Strahlenganges 13 wird die Problematik erläutert. Einfallende Lichtstrahlung trifft auf eine Lamelle 14 und wird von dieser in die Glasfassade 11 retroreflektiert. In der Glasfassa­ de 11 entsteht eine Spiegelung, die durch den Strahlengang 15 verdeutlicht im Auge eines Be­ trachters 16 Blendung auslöst. Alle bekannten retroreflektierenden Lamellenstrukturen mit spie­ gelnden Oberseiten - sogar prismatische Retroreflektoren - weisen Blendeffekte der beschrie­ benen Art auf. Nur durch eine Konstruktion der Lamellen gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, Lichtstrahlung 17 so in die Scheibe zurückzureflektieren, daß der Betrachter im Innenraum keine Blendung durch die Lichtspiegelung in der Glasfassade 11 erfährt. Die Lösung erfolgt durch eine Konstruktion der Zahnung mit vom Einstrahlungsquerschnitt aus zunehmen­ den Anstellwinkeln β der Zähne, durch die gewährleistet werden kann, daß α_R < α_S ist.

Fig. 2 zeigt eine Isolierverglasung 20, bestehend aus zwei Scheiben 21 und 22 sowie gezahn­ ten Lamellen 23 bis 27, mit den exakten Reflexionsverläufen, anhand derer die Blendproblema­ tik analysiert wird. Für diese Analyse wurden spezielle Lichtstrahlungsverfolgungsprogramme entwickelt, die auch für die Konstruktion erfindungsgemäßer Lamellen eingesetzt wurde. Das gestrichelte Strahlenbündel 19 auf die Lamelle 23 wird an der Oberseite der retroreflektieren­ den, gezahnten Lamelle 24, durch strichpunktierte Linien dargestellt, retroreflektiert. Nur zum Zweck der Problemanalyse werden die einzelnen, reflektierten Strahlengänge 28, 29 bzw. 30, 31 zerlegt und separiert dargestellt. Ein Teil der Retroreflexion 28 wird mit einer einzigen Refle­ xion in den Außenraum gelenkt, ein weiterer Teil 29 wird durch mehrere Reflexionen zwischen den Lamellen 24 und 25 in den Außenraum gelenkt. Die Strahlen 28 und 29 werden auf der Innenseite der Isolierglasscheiben 21, 22 zu einem bestimmten Prozentsatz gespiegelt. Die Spiegelungen an der Scheibe 21 zeigen die Strahlen 30, die Spiegelungen an der Scheibe 22 zeigen die Strahlen 31.

Die Spiegelung der Retroreflexion ist im Fall der Strahlengänge 32 vom Innenraum durch Blen­ dung in der Scheibe 21 erkennbar. Die Spiegelung der Retroreflexion ist im Fall der Strahlen­ gänge 33, 34 durch Spiegelung und Blendung an den Unterseiten 35, 36 der Lamellen 26, 27 erfahrbar. Diese erläuterten Probleme der Blendung durch Spiegelung der Retroreflexion sind bei allen zum Stand der Technik erläuterten Konstruktionen vorhanden. Diese Blendprobleme sind durch die Innovation zu beseitigen.

In Fig. 3 sind konkav ausgeformte Lamellen 40 bis 43 dargestellt, deren Zahnanstellwinkel β vom Einstrahlungsquerschnitt 44 ausgehend zunehmen. Einfallende Lichtstrahlung 45 wird mit einer einzigen Reflexion in den Einstrahlungsquerschnitt so retroreflektiert, daß sich ein Kon­ zentrationsbereich 46 ausbildet, der in Fig. 3 vor dem Einstrahlungsquerschnitt liegt. Dies wird erreicht, in dem die Anstellwinkel β beispielsweise als konkave Kurve 47 vom Einstrahlungs­ querschnitt ausgehend zum Innenraum ansteigen. Die einzelnen Zähne 48 bis 55 bilden projek­ tierte Segmente der Kurve 47. Die der einfallenden Lichtstrahlung ausgesetzten Zähne können eben oder gewölbt ausgeformt sein. Selbst wenn die Lamelle nur aus zweieinhalb Zähnen in Anlehnung an Fig. 7 aufgebaut ist, gilt die erläuterte Konstruktionsrichtlinie. Je größer die ein­ zelnen Stufen werden, desto notwendiger ist es, die Zahnoberseiten konkav auszuwölben. Idealerweise - jedoch nicht unbedingt erforderlich - ist die Kurve 47 einer Parabel angenähert, mit einem Brennpunkt im Konzentrationsbereich 46. Für kleiner Einfallswinkel ergibt sich ent­ weder die Notwendigkeit der Lamellennachführung, in dem diese steiler angestellt werden oder der Konzentrationsbereich wandert auf die Unterseite der oberen Lamelle.

Diesen Vorgang zeigt Fig. 4. Ein Lichtbündel 50 wird im wesentlichen mit einer einzigen Refle­ xion von der Oberseite der Lamelle 51 auf die Unterseite der Lamelle 52 reflektiert. Die Lamelle sollte sich in einer solchen Enkelposition befinden, daß der Konzentrationsbereich 53 im zum Einstrahlungsbereich gelegenen Teilstück 54 der Lamelle 52 liegt. In diesem Fall bilden sich Auftreffwinkel γ < 90° zwischen der Lamellenunterseite 55 und einem retroreflektierten Strahl 56 aus. Unter diesen Voraussetzungen wird das Licht als Strahlenbündel 57 von oben auf die Ver­ glasung 58, 59 geführt, so daß Spiegelungen 60, 61, 62 an einer ersten Scheibe 58 oder Spie­ gelungen 63 an einer zweiten Scheibe 59 grundsätzlich auf die Oberseite der unteren Lamellen trifft. Auf jeden Fall erfolgen die Spiegelungen in den Scheiben 58, 59 erfindungsgemäß blend­ frei für den Betrachter im Innenraum.

Auch die Spiegelungen 80, 81 in den Scheiben 70, 71 in Fig. 3 erfolgen blendfrei, da das Licht von den Scheiben 70, 71 auf die Unterseite der oberen Lamellen gespiegelt wird. Im Gegensatz zum Stand der Technik, bei dem das auf die Unterseite 35, 36 der oberen Lamellen 26, 27 ge­ spiegelte Licht in das Auge des Betrachters und auf die Bodenebene im Innenraum umgelenkt wird, wird das Licht in Fig. 3 durch die Unterseite der Lamellen 43, 44 auf die Oberseite der Lamellen 42, 43 geführt. Hierdurch ist eine Blendung in Folge der Spiegelung 80, 81 der re­ troreflektierten Strahlung 82 auch an den Unterseiten der lichtlenkenden Lamellen unterbunden. Das Spiegelbild der Spiegelung ist nicht erkennbar. Lediglich geringste Strahlungsanteile 82 werden steil - also ebenfalls blendfrei - auf die Bodenebene im Innenraum umgelenkt.

Fig. 5 und 6 zeigen weitere Ausgestaltung der Erfindung und deren optischen Funktionen bei bestimmten Einfallswinkeln. Dargestellt sind jeweils die Oberseiten 100, 101 und die Untersei­ ten 102, 103 von s-förmigen Lamellen. Fig. 5 zeigt eine Lichtlenklamelle mit einem ersten Teil­ stück 104, das der Retroreflexion dient und einem zweiten Teilstück 105, das der Lichteinflutung in den Innenraum dient. Das erste Teilstück funktioniert gemäß den Erläuterungen zu Fig. 3 und 4. Ebenso die Lamelle in Fig. 6.

Die Fig. 7 zeigt eine erfindungsgemäße Lamelle, die lediglich zwei Zähne, 106 und 107, auf­ weist. Die Zähne werden wiederum gemäß den Erläuterungen zu Fig. 3 und 4 konstruiert. In der Figurendarstellung zeigt sich, daß auch retroreflektierte Strahlung einer zweiten Reflexion an dem zum Innenraum orientierten Teilstück 109 oder auch 110 der Zähne unterliegen kann.

Ein zweites Teilstück 108 lenkt Licht in den Innenraum. Im Unterschied zu Fig. 3 bis 6 ist die Unterseite der Lamelle ebenfalls gezahnt. Für einzelne Reflexionsgänge, insbesondere für fla­ che einfallende Sonne, können durchaus Reflexionen zwischen den Lamellen sowie auf der Oberseite der Lamellen entstehen. Erfindungswesentlich ist, daß die Lamellen Sonnenein­ strahlung mit hohen Einfallswinkeln - also die überhitzende Sommersonne - nur mit einer oder zwei Reflexionen retroreflektieren kann.

Die Zahnstrukturen der Lichtumlenklamellen gemäß Fig. 3, 4, 5 und 6 werden beispielsweise im Walz- oder Prägeverfahren hergestellt und in einem nachgeordneten Rollformvorgang in ihre spezielle Konkav/Konvex-Form gebracht. Es ist auch möglich, die Lichtlenklamellen in einem einzigen Walzvorgang aus einem Dünnband an der Oberseite zahnförmig zu strukturieren und gleichzeitig durch Walzen in die gewünschte Form zu bringen. Auch das Aufziehen gezahnter Folien aus Aluminium oder verspiegelter Kunststoffolie auf ein Trägermaterial ist möglich.

Die Lichtlenklamellen gemäß Fig. 7 werden z. B. aus einem spiegelnden Dünnband gerollformt. Geeignet ist auch das Aluminiumpressverfahren und anschließendes Polieren, Lackieren, Eloxieren, Verchromen usw.

Die Lichtlenklamellen können eine Breite < 15 mm aufweisen und in den Luftzwischenraum eines Isolierglases eingebaut werden. Die Lichtlenklamellen können aber auch eine Breite von < 30 cm annehmen und mindestens von oben mit einer Scheibe oder Folie abgedeckt sein. Noch größere Lichtlenklamellen können auch aus vielen einzelnen Lamellenelementen zusammen gesetzt sein. Es ist auch denkbar, die Lamellen in einen durchsichtigen Kunststoff einzugießen und zusätzlich Prismeneffekte zur Lichtumlenkung zu nutzen. Im Prägeverfahren eingebrachte Zahnstrukturen sind mit dem bloßen Auge kaum noch sichtbar und können optisch, strahlen­ geometrisch dennoch in der beschriebenen Art funktionieren.

Claims (8)

1. Lichtlenklamellen mit mindestens teilweise gezahnter Oberseite zur Ausblendung von Tages­ licht, wobei die einzelnen Zähne mit einer Seite dem Sonneneinfall zugewandt und mit einer Rückseite dem Innenraum zugewandt sind, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) die dem Sonneneinfall zugewandten Zahnseiten einen Neigungswinkel β aufweisen, der im Wesentlichen vom Einstrahlungsquerschnitt (44) in Richtung des Ausstrahlungs­ querschnittes zunimmt und Neigungswinkel β im Bereich des Einstrahlungsquerschnit­ tes kleiner und in größerer Entfernung vom Einstrahlungsquerschnitt größer sind und
• b) die Neigungswinkel β einem konkaven Kurvenverlauf (47) folgend zunehmen, der vom Einstrahlungsbereich zum Ausstrahlungsbereich hin zunehmend ansteigt und
• c) an der Oberseite der Lichtlenklamellen (41, 51) retroreflektierte Strahlung (82) konzen­ triert wird und sich eine Konzentrationszone (46, 53) in der Nähe des Einstrahlungs­ querschnittes (44) bildet und die Konzentrationszone vor der Lamelle (42) bzw. im Ein­ strahlungsquerschnitt und/oder auf der Unterseite der oberen Lamelle (52) hinter dem Einstrahlungsquerschnitt bildet und
• d) auf der Oberseite einer Lichtlenklamelle (51, 41) Lichtstrahlung an den einzelnen Zäh­ nen in einem Winkel α_R < (kleiner) α_S retroreflektierbar ist.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtlenklamellen in einer Position nachgeführt werden, durch die an der Oberseite der Lamellen retroreflektierte Lichtstrahlung (56) in einem Winkel γ < 90° auf die Unterseite der Lamellen (55) trifft.

3. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtlenklamellen in einem Walz­ verfahren als Flachlamelle mit gleichförmiger Zahnausbildung hergestellt sind und durch konka­ ve/konvexe Ausformung der Lamelle die einzelnen Zähne in ihrer ansteigenden Winkelposition β gebracht werden.

4. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtlenklamellen in eine horizon­ tale oder zum Aussenraum geneigte Position gebracht werden und den Sonneneinfall nach­ führbar sind.

5. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtlenklamellen mindestens ein zum Innenraum orientiertes Teilstück (105, 108) aufweisen, das mindestens gegenüber einem ersten Teilstück (104) flachere Zahnwinkel β oder keine Zahnwinkel aufweist und eben oder konkav oder konvex gewölbt ausgebildet ist.

6. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Lichtlenklamellen (100 bis 103) S- förmig ausgebildet sind.

7. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtlenklamellen (Fig. 7) aus min­ destens zwei Zähnen (106, 107) bestehen, wobei der erste Zahn (106) auf der dem Sonnenlicht zugewandten Seite einen flachen Anstellwinkel β und mindestens ein weitere Zahn (107) einen steileren Anstellwinkel β aufweist und mindestens die sonnenbestrahlten Seiten der Zähne kon­ kav gewölbt sind.

8. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtlenklamellen hinter Glas in Dach- oder Fassadenflächen angeordnet sind.