DE1998251U - Vorrichtung fuer die steuerung von waerme- und lichtstrahlung - Google Patents

Description

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Υ2Εϊ!^£^1ϊ?ε _für .die_Steuerung_νοη Wärme- und_Lichtstrahlung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die
Steuerung von Wärme- und Lichtstrahlung. Bedingt durch
die zunehmende Verglasung von Gebäuden gewinnt der Schutz
von Innenräumen grien gerichtete Wänne-und Lichtstrahlung
zunehmend an Bedeutung.

Man hat bekanntlich bisher schon verschiedene Wege
zur Lösung der Aufgabe bescnritten, für die zu schützenden Räume eir-? geeignete Abschirmung gegen unerwünschte

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Dr. Carl Otto Meiners, PUssen f

I Heinrich Pfannkuch, München I

Fritz Schnebel,Greimelberg Ϊ

Adolf Saxberger, München- Allach |

direkte Sonneneinstrahlung und die dadurch bedingte Blendung und Aufheizung zu erzielen, Ein häufig verwendetes Mittel bestehe in Jalousien oder sogenannten Jalousetten, das sind parallele, meist horizontal angeordnete und in ihrer Winkellage verstellbare, lichtundurchlässige Lamellenanordnungen. Durch Jalousetten wird der Lichteinfall in die zu schützenden Räume erheblich vermindert. Dabei wird allerdings nicht nur der auszuschließende gerichtete Strahlungsanteil, sondern auch der an sich nicht störende und für die Raumaufhellung gewünschte diffuse Lichtanteil ausgeschlossen.

Eine andere Möglichkeit zum Schutz gegen gerichtet auffallende Strahlung besteht in der Verwendung von Matt- oder Trübgläsern, d.h. von mechanisch oder chemisch auf ihrer Oberfläche oder im Schmelzfluß durch geeignete Zusätze behandelten Gläsern, die eine lichtstreuenäe Wirkung haben. Da solche Gläser undurchsichtig sind, haben sie nur eine beschränkte Einsatzmöglichkeit, ütn Fenster herzustellen, die gleichzeitig eine Reflexion für gerichtete Wärmestrahlung bei klarer Durchsichtigkeit aufweisen, wurden Gläser geschaffen, die teilweise durch geeignete Zusätze zur Glasschmelze oder durch nachträgliche Oberflächenbehandlung, insbesondere Bedampfang mit reflexerhöhenden Schichten, einen erhöhten Reflexionsgrad aufweisen.

Bei Verwendung von aus solchen Gläsern hergestellten Fenstern ergab sich meist in unerwünschter Weise eine Beeinträchtigung des natürlichen Tageslichtspektrums, Auch bieten derartige Fensterscheiben keinen genügenden Schutz gegen direktes Sonnenlicht. Darüber hinaus führt die gerichtet einfallende und von derartigen Gläsern reflektierte Strahlung auch häufig zu lokalen Blendungen oder gar überhitzungen (Verbrennung von im Reflexionsbereich liegenden Grünanlagen u.dgl.).

Um einen geeigneten Schutz gegen die gerichtet einfallende Licht- und Wärmestrahlung zu schaffen, xvurde von den Anmeldern bereits \xrgesehlagen., eine aus Tripelspiegellamellen aus diichsiehtigem Material in Streifenform bestehende Jalousette zu verwenden, bei welcher die Tripelspiegellamälenbänder über einen gewissen Winkelbereich um ihre horizontalen Achsen verstellbar sind. Diese Konstruktion ermöglicht eine sehr gute Reflexion der gerichtet einfallenden Wärme- und Lichtstrahlen bei weitgehender Durchlässigkeit des für die Raumhelligkeit wichtigen diffusen Außenlichts.

Ein gewisser Nachteil der letztbeschriebenen Konstruktion liegt darin, daß die Lamellen zwar durch ihre Winkelverstellung um die horizontalen Achsen der Deklina-

tion der Sonne folgend nachgestellt werden können, daß eine Verstellung nach dem Azimut der Sonne jedoch nicht möglich ist.

Daraus folgt eine Wirksamkeit der Tripelspiegellamellenbänder für die Reflexion der gerichtet einfallenden Strahlung nur über einen Winkelbereich von etwa 45 j der sich aus zwei Teilwinkeln von 22,5° beiderseits de,." Vertikalebenen zur glatten Re flex ions fläche des eingebauten Lamellenstabs ergibt. Dadurch ist zwar eine relativ hohe Reflexion bei entsprechend geringer Durchlässigkeit für die Gesamtstrahlung (Licht- und Wärmestrahlung) in den genannten Winkelbereich des Azimut gewährleistet= ÄuEeraalD fles %3 -Eerelciis nlsst; die Reflexion jedoch unter gleichzeitiger Erhöhung der Durchlässigkeit stark ab.

Es ist daher das Ziel der Erfindung, eine Vorrichtung für die Steuerung von Wärme- und Lichtstrahlung zu schaffen, bei welcher die erwünschte Schutzfunktion einer derartigen Anordnung auch für Azimutzustände der Sonne außerhalb des genannten Bereichs erreicht wird. Erfindungsgemäß wird dieses Ziel mit einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art erreicht, die sich dadurch

auszeichnet, daß dieselbe aus mehreren um senkrechte Achsen voll verdrehbaren, in gleichem Abstand nebeneinander in einem Rahmen angeordneten Reflektorsäulen besteht, die von je einer Welle mit darauf niittig unter einem Winkel befestigten, miteinander fluchtenden und äquidistanten Tripelspiegellamellenabsehnitten gebildet sind.

Zweckmäßigerweise sind die senkrechten Reflektorsäulen mit den Tripelspiegellamellenabschnitten in einem Abstand voneinander angeordnet, der der Breite aer Tripelspiegellamellenabschnitte entspricht. Bei Rundung der Abschnitts· kanten läßt sich eine freie Drehbeweglihkeit der Reflektorsäulen auch dann erreichen, wenn der Abstand der Drehachsen genau der Breite der Tripelspiegellamellen entspricht. In der Praxis wird man einen gewissen Sicherheitsäbstand von etwa 0,2 mm zwischen den Rändern zweier benachbarter, gleich hoher Tripelspiegellamellenabschnitte bei vollgeschlossener Stellung (Nullstellung) zulassen.

Die Drehbewegung der einzelnen Reflektorsäulen erfolgt zweckmäßigerweise über eine gemeinsame Antriebseinrichtung, beispielsweise eine Gewinde- oder Zahnstange, die auf an den /nden der Reflektorsäuenwellen befestigte Schnecken- bzw. Zahnräder einwirkt. Der Antrieb dieser

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Antriebseinrichtung kann vorzugsweise mit Hilfe eines elektrischen Motors erfolgen, der entweder von Hand oder automatisch mit Hilfe einer Potozellenanordnung gesteuert ist.

ι Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchgeführte, j

erste Messungen zeigen, daß nur ein Anteil von etwa 20 % j

der Gesamtstrahlung (gemessen zwischen 320 und 2800 nm) bei j

j optimaler Einstellung der Vorrichtung relativ zur Sonne

I durchgelassen wird. Unter optimaler Einstellung versteht i

man diejenige Stellung der Säulen, bei der die Sonne senkrecht unter Einschluß der zulässigen Seiten- und Höhenab-

lenkung von + 22,5° auf die glatte, der mit Tripelspiegeln | versehenen Oberfläche der L&mellenblättchen gegenüberlie- ;

gende Fläche auftrifft.

Es versteht sich, daß durch die erfindungsgemäße Vorrichtung eine bei Verwendung horizontaler Lamellenstreifen mögliche Winkelverstellung um horizontale Achsen und damit eine Einstellung der Lamellen entsprechend der Sonnenhöhe bzw. Deklination nicht mehr möglich ist, Es hat sich jedoch gezeigt, daß insbesondere in äquatorfernen Zonen für den Schutz von Räumlichkeiten gegen gerichtete Wärme- und Lichtstrahlung ein Folgen der Refle-

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xionselemente nach dem Sonnenazimut wichtiger ist als ein Polgen nach der Deklination, so daß durch die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den verstellbaren Reflektorsäulen eine bessere Abschirmung der zu schützenden Räumlichkeiten gewährleistet ist.

Durch eine Verstellmöglichkeit der Eeflektorsäulen um 36O⁰ ergibt sich die Möglichkeit, in Übergangszeiten oder in der kalten Jahreszeit die Wärme-und Lichtstrahlung in die zu schützenden Räumlichkeiten absichtlich hereinzulassen, indem die Reflektorsäulen gegenüber der Sommers te llung einfach um + 90° oder urr. 1oö° verdreht werden. Dadurch läßt sich gegebenenfalls sogar der Beginn der Heizperiode im Herbst oder das Ende der Heizperiode im Frühjahr verschieben.

Bei der soeben beschriebenen 18O°- bzw. Winter-

stellung der Reflektorsäulen verhindert man gleichzeitig, daß die im Raum befindliche Wärme, die bekanntlch

1! infolge der natürlichen Konvektion eher im oberen Be-

reich des Raumes vorhanden ist, nach außen abgestrahlt wird. In dieser Stellung gelangt die Wärmestrahlung auf die reflexionswirksame Fläche der Tripelspiegellamellen und wird von dieser wieder in dem Innenraum reflektiert.

Lichttechnische Messungen haben gezeigt, daß bei trübem Wetter, d.h. bei vorwiegend diffuser Licht- und

Wärmeelnstranlungj sich ein mit der erfindungsgemäßen Vor- vi: t;ung geschützter Innenraum durch Verstellung der Reflekto^uittii von 0 auf j- 90° etwa ura 15 % aufhellen läßt, wobei dieser Wert im wesentlichen der Strahlungsabsorption durch die Tripelspiegellamellenabschnitte entspricht.

Um den Sperrbereich von 2 χ 22^5 in der Höhe oben und unten noch etwas zu erweitern kann gemäß einem besonderen Ausführungsbeispiel der Erfindung die Oberfläche der Tripelspiegellamellenabschnitte um eine horizontale Achse leicht gekrümmt oder mit horizontalen Riffelungen versehen sein.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann als selbständige Einheit in geeigneten Größen gefertigt und für den genannten Zweck beispielsweise zwischen Doppelscheiben beliebiger Bauarten eingesetzt werden. Sie kann jedoch auch mit beiderseits am Rahmen befestigten Glasscheiben versehen und so zu einem kompletten Scheibenkörper kombiniert werden. Durch entsprechende Dimensionierung der die Säulen führenden und tragenden Stege lassen sich mehrere Rahmen innerhalb zweier planparalleler Scheiben unterbringen, die durch einen dampfdiffusionsdichten Ranusteg miteinander verbunden und evakuiert werden können. Jn jedem Fall erhöht sich der Gebrauchswert vorhandener bzw. neu anzufertigender

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Scheibenkörper durch den Einbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die einen Schutz gegen gerichtet einfallende Licht- und Wärmestrahlung über praktisch den gesamten Azimut der Sonne bei entsprechender Stellung der Reflektor= säulen gewährleistet.

Im folgenden soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert und beschrieben werden, wobei auf die beigefügte Zeichnung Bezug genommen ist. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht der erfindungsgernäßen Vorrichtung.

Pig. 2 eine Texlschnittansicht entlang der Linie

IX-Ix Trost Pig. 1.

Pig. 3 eine Texlschnittansicht entlang der Linie III-III von Pig. 1.

Fig. 4 eine Meßanordnung zur Peststellung der Lichi durchlässigkeit der verwendeten Tripelspiegellatnellenabschnitte.

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Fig. 5 eine Kurvendarstellung der Lichtdurchlässigkeit der verwendeten Tripelspiegellamellenabschnitte, und

Fig. β eine Darstellung zur Erläuterung des Wirkungsbereichs der erfindungsgemäßen "Vorrichtung.

Im folgenden soll auf die Zeichnung,, insbesondere auf Fig. 1, Be&g genommen werden, in welcher eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung wiedergegeben ist. Wie man anhand von Fig. 1 erkennen kann, besteht die erfindungsgemäße Vorrichtung aus einem viereckigen Rahmen 1, in welchem eine Reihe senkrecht angeordneter Reflektorsäulen 2 drehbar nebeneinander eingesetzt sind.

Wie besser aus Fig. 2 eisLchtlich ist., bestehen die einzelnen Reflektorsäulen 2 aus vertikalen Wellen ~5, auf welchen rechteckige Tripelspiegellamellenabschnitte 4 unter einem Winkel von etwa 45° untereinander angeordnet sind. Während die Tripelspiegellamellenabschnitte 4 an ihrer oberen Fläche glatt sind, weisen sie an ihrer unteren Fläche Tripelspiegelflächen auf, die die optischen Eigenschaften der Abschnitte 4 bestimmen.

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Wie aus Pig. J5 ersichtlich, sind die einzelnen Reflefctorsäulen 2 so nebeneinander angeordnet, daß sich die einzelnen Tripelspiegellamellenabschnitte 4 in ihrer nicht verschwenkten und in der Zeichnung dargestellten Nullage beinahe berühren. Um eine bessere Verschwenkung der Tr ipelspfegellamellenabschnitte 4 zu ermöglichen, sind die Kanten der Tripelspiegellamellenabschnitte 4 abgerundet. Aufgrund dieser Abrundung ergibt sich die Möglichkeit, die Reflektorsäulen 2 auch dann noch zu verschwenken, wenn der Abstand zwischen den einzelnen Wellen 3 nur der Breite der Tripelspiegellamellenabschnitte 4 entspricht.

Die Länge der Tripelspiegellamellenabschnitte 4 ist im allgemeinen derart gewählt, da Q sich die untereinander angeordneten Tripelspiegellamellenabschnitte 4 bei horizontaler Draufsicht auf die Reflektorsäulen 2 nicht überlappen. Vorzugsweise sind jedoch diese Tripelspiegellamellenabschnitte 4 etwas kürzer, damit bei horizontaler Draufsicht eine beschränkte streifenweise Durchsicht durch die erfindungsgemäße Vorrichtung möglich ist. Dies bedeutet, daß bei einer 45°-Anordnung der Tripelspiegeliamellenabschnitte 4 gegenüber den Wellen 3 die Länge dieser Abschnitte 4 kleiner alsVif mal deren Breite sein sollte.

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Wie man aus Pig. 1 und 2 erkennt ₅ erfolgt der gleich·=- zeitige Antrieb der einzelnen Reflektorsäulen 2 mithilfe von Schneckenrädern 5.» die mit einer durch einen Motor6 angetriebenen Gewindeschnecke 7 angetrieben werden. Der Antriebsmechanismus liegt vorzugsweise innerhalb einer kanalförmigen Erweiterung 8 des Rahmens 1 und ist somit gegen Staub und Verunreinigung geschützt. Zum Schutz der relativ empfindlichen Reflektorsäulen 2 sind ferner zwei Glasscheiben 9 und Io auf beiden Seiten der Reflektorsäulen 2 angeordnet, die gegenüber dem Rahmen 1 staubdicht abgedichtet sind. Die oben beschriebene Wirkung der Reflektorsäulen 2 ergibt sich jedoch unabhängig von der Verwendung von Glasscheiben 9 und ίο. Bei der Anordnung dieser Glasscheiben ist lediglich die Gefahr einer Verschmutzung der Lamellenabschnitte geringer.

Der Wirkungsbereich, der &ct ijidung.gtg,e zc& Sg>

soll im folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 4 bis 6 erörtert werden.

Fig. K dient zur Erläuterung der Art der Bestimuung der Durchlässigkeit gerichtet einfallender Strahlung durch die erfindungsgemäße Vorrichtung. Zur Vereinfachung ist in Fig. 4 ein einziger Lamellenabschnitt 4 gezeichnet. Im Lauf eines Tages verändert sich der Winkel α zwischen dem auf den

Punkt A gericateten Sonnenstraal S und der senkrechten Achse \L auf die Tripelspiegellamelle.

Die in Fig. 5 in Abhängigkeit vora Winkel α eingetragene Durchlässigkeit D wurde mithilfe einer in der Zeichnung nicht dargestellten Fotozellenanordnung durchgeführt, die auf der der Sonne abgewandten Seite des Lamellenabschnitts 4 angeordnet ist. Wie man aus Fig.5 erkennt, beträgt die Lichtdurchlässigkeit in dem Bereich zwischen + 22,5° etwa 22 % und steigt bei größeren Winkeln α sehr si-ark an. Dies bedeutet, daß ein derartiger Tripelspiegellämellenabschnitt 4 in einem Bereich von etwa 45° optimal einsetzbar ist, was einem in Pig. 4 durch gestrichelte Linien angedeuteten Raumkegel entspricht.

Fig. 6 zeigt in schematischer Darstellung den durch die Messung gemäß Fig. 5 festgestellten Bereich mit minimaler Lichtdurchlässigkeit + 22,5°, der sich in Fig. ξ> in Form eines Kreises abbildet. Dieser Kreis entspricht in etwa der Basisfläche des in Fig. 4 dargestellten, gestrichelt angedeuteten Raumkegels, wobei die Mittelachse Z sich als Pnnkt abbildet.

Die einzelnen Tripelspiegellameilenabschnitte 4 seien - wie bereits erwähnt - unter 45° gegenüber den senkrecht stehenden Wellen 3 angeordnet. Da in unseren Breitengraden j d.h. bei 48° nördlicher Breite., die Sonne zum Zeitpunkt der Tag- und Nachtgleiche, d.h. im Frühjahr und Herbst, um die Mittagszeit bekanntermaßen 42° Über dem Horizont steht, falle ι die Sonnenstrahlen praktisch, senkrecht auf die einzelnen Tripelspiegellamellenabschnitte 4 bei Ausrichtung derselben gegen Süden, wobei die Verbinäungslinie zwischen Sonne und Tripelspiegellamellenabschnitten 4 einen Punkt P etwas unterhalb des Punktes Z auf Fig. 6 ergibt. Dadurch wird wie gewünschteine minimale Lichtdurchlässigkeit erreicht. Da die Sonne bis zum Erreichen des Kulminationspunktes P bogenförmig ansteigt und anschließend wieder absinkt, ergibt sich ein Kurvenverlauf, der in etwa durch die Kurve a in Fig. 6 wiedergegeben werden kann. Da einerseits die Krümmung dieser Kurve im Bereich des 45°-Kugelsektors (entsprechend dem Rand des Kreises in Fig. 6) relativ gering ist und da die Sonne andererseits bekanntermaßen 15 'Winkelgrade in der Stunde vorrückt, benötigt die Sonne für den Durchlauf durch den 45°-Kugelsektor etwa j5 Stunden.

Im Sommer ergibt sich bekanntlich eine gegenüber der Sonnenbahn bei Tag- und Nachtgleiche höhere Sonnenbahn.Daraus ergibt sich eine Schar von in Fig. 6 gegenüber der Bahn a nach oben verschobener Kurven. Eine Bahn a' aus dieser Kurvenschar ist in Fig. 6 eingezeichnet.

ϊίι Winter ergibt sich dagegen eine gegenüber der Sonnenbahn bei Tag- und Nachtgleiche (Kurve a in Fig. 6) nach unten verschobene Kurvenschar. Eine Kurve a" aus dieser Kurvenschar ist in Fig. 6 dargestellt.

In den Morgenstunden bzw. am Nachmittag müssen die einzelnen Reflektorsäulen 2 in die Südost- bzw. Südwest Richtung geschwenkt werden) da die Sonnenbahn während dieser Tageszeiten relativ stark ansteigt bzw. stark abfällt, ergeben sich je nach der Jahreszeit Kurvenverläufe, die in Fig. 6 durch strichpunktierte bzw. gestrichelte Linien b, b'j b" bzw. c, c', c" angedeutet sind. Man erkennt, daß durch eine geeignete Einstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in unseren Breitengraden bei der Anordnung der einzelnen Tripelspiegellamellenabschnitte unter 45° gegenüber der Vertikalen eine optimale SonnenabsGhirniung unabhängig von der Jahreszeit praktisch immer möglich ist.

Zu manchen Jahres- und Tageszeiten mag es erwünscht ri, das Sonnenlicht ungebrochen in die zu schützenden Räume i.i- len zu lassen. In diesem Fall ergibt sich die Möglichkeit, den liotor 6 einzuschalten und die einzelnen Reflektorsäulen um 18O° zu wenden, so daß das Sonnenlicht praktisch ohne Behinderung durch die schräggestellten Reflektorsäulen 2» di,h. parallel zur Längsachse der Tripelspiegellamellenabschnitte 4, hindurchfallen kann.

Aus dem bisher Gesagten geht hervor, daß die einzelnen Tripelspiegellamellenabschnitte 4 unter 45° gegenüber der Vertikalen an den Wellen 3 befestigt sein sollten. Es soll jedoch in diesem Zusammenhang festgestellt werden, daß in relativ polnahen Gebieten, 'wie Kanada und Schweden, in Vielehen die Sonnenbahn vc-sentlich flacher entlang des Horizonts verlauft_s es vorteilhaft sein kann, die einzelnen Tripelspiegellatnellombschnitte 4 steiler, beispielsweise unter einem Winkel von nur ^0° odor weniger gegenüber den Wellen 5 zu befestigen» wodurch sich in diesen Gebieten bessere Sonnenabschirmungseigenschaften ergeben, ^fäererseits kann es sich in subtropischen Gebieten als vorteilhaft erweisen, den Winkel zwischen den Tripelspiegellamellenabschnitten 4 und den Weilen 3 flacher, d.h. größer als

45 , beispielsweise etwa 6θ° zu wählen, da in diesen. Gebieten die Sonne wesentlich höher als in unseren Breitengraden über den Horizont ansteigt.

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Claims (1)

1. a nspr_üehe

   1. Vorrichtung für die Steuerung von Wärme- und Lichtstrahlung, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung aus mehreren um senkrechte Achsen vollverdrehbaren, in gleichem Abstand nebeneinander in einem Rahmen (i) angeordneten Reflektorsäulen (2) besteht, die von je einer Welle (3) darauf mittig unter einem Winkel befestigten, miteinander fluchtenden und äquidistanken Tripelspiegellamellenabschnitten (4) gebildet sind.

   2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel zwischen den Tripelspiegellamellenabschnitten (¹O und der Horizontalen in etwa dem Breitengrad entspricht, auf welchen die Vorrichtung eingesetzt werden soll.

   J5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Tripelspiegellamellenabschnitte (4) auf den Wellen (5) äer Reflektorsäulen (2) einander bei horizontaler Durchsicht durch den vertikal angeordneten Fahmen (1) nicht überlappend befestigt sind.

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   k. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis j5, dad ■_; "ch gekennzeichnet, daß der Abstand zwiscaeii den Wellen (3) benachbarter Reflektorsäulen (2) etwas größer als die Breite der Tripelspiegellatrellenabschnitte (4) ist.

   5» Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Tripelspiegellamellenabschnitte (4) an ihren Kanten abgeschrägt bzw. abgerundet sind.

   6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Tripelspiegellamellenabschnitte (²O in Längsrichtung auf der Oberseite leicht gekrümmt sind.

   7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn ze i chne t, daß die nebeneinander angeordneten Reflektorsäulen (2) zwischen zwei Glasscheiben (9t 10) angeordnet sind,

   8. Vorrichtung nach Anspruch ¹J₃ dadurch gekennzeichnet, daß die Refl-sktorsäulen (2) mithilfe eines Schneckenantriebs (B) über eine Gewindeschnecke (7) von einem Elektromotor- (d) angetrieben sind.