DE7103780U - Lichtpaneel - Google Patents

Description

• * ■ · * ff.

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io. Sept* 1372

Robert A.D. Schwartz
513 Independent Road
Oakland, California 94621 U.S.A.

\ Lichtpaneel /

Die Neuerung betrifft ein Lichtpaneel, bestehend aus einer ebenen, steifen Membrane, von deren ünterflache sich parallel zueinander senkrechte, einzelne Zellen bildende Wandteile erstrecken, wobei an der Unterfläche der Membran im Inneren jeder Zelle eine Vielzahl von Prismen angeordnet sind.

Es ist an sich auf dem Gebiet der Beleuchtungstechnik bekannt, daß bestimmte Vorteile aus der Verwendung durchscheinender Paneele gezogen werden können, die mit geschlossenen Zellen ausgestattet sind. Die Anbringung solcher Paneele unterhalb einer Lichtquelle verbirgt im allge-

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meinen den Lichtstrahler bzw. den Flächenstrahler und schirmt die Lichtquelle gegenüber direktem Einblick ab, wobei eine feste Membran bzw. eine Deckfläche oder eine obere Wand als Diffusor zur Reduzierung reflektierender Elendung dient und wobei die Zellwände eine direkte Blendung ebenfalls durch A^.chattung reduzieren. Lichtpaneele dieser allgemeinen Art beispielsweise dem U.S. Patent 3 368 070 entnommen werd· hl solche Lichtpaneele unbezweifelbar in der Verwendung gej . losiener Zellensysteme Vorteile aufweisen, sind dennoch einige Nachteile zu verzeichnen. Ein solcher Nachteil ist hauptsächlich darin zu sehen, daß es sich herausgestellt hat, daß dann, wenn ausreichend Licht durch das Paneel oder durch die leuchtende Deckenverkleidung hindurchgelangt, um eine angemessene Beleuchtung von Arbeitsflächen zu ermöglichen bzw. um allgemeinen Erfordernissen der Beleuchtungstechnik zu entsprechen, daß dann eine unerwünschte rtrahlungshelligkeit vorhanden ist. Mit anderen Worten schaut eine Person auf ein solches, über ihrem Kopf in horizontaler Richtung angebrachtes Lichtpaneel innerhalb eines relativ steilen Winkels, gemessen zur Vertikalen, dann erzeugt der allgemeine Deckeneffekt eine relativ starke Blendung.

Es ist weiterhin schon vorgeschlagen worden, ein prismatisches Blatt bzw. eine prismatische Folie zu erwenden, die unterhalb der Lichtquelle angeordnet ist. Zwar ermöglicht die Verwendung einer üblichen prismatischen Oberfläche eine gute Lichtdiffusion und gute Abschirmqualitäten, aber auch hier treten eine Anzahl von Problemen auf, darunter eine beträchtliche Verringerung des Wirkungsgrades und/oder auch eine unerwünscht hohe Strahlungsheiligkeit. Beispielsweise ist es zwar möglich, durch eine Anord-

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nung von Prismen mit relativ tiefer Ausbildung , d.h. wenn entgegengesetzte Prismenoberflächen nur einen kleinen spitzen Winkel mit der Vertikalen einschließen, bei steilen Winkeln eine gut2 Abschirmung zu erzielen, aufgrund des großen Brechungsgrades resultiert jedoch nur ein relativ geringer Lichtwirkungsgrad. Auf der anderen Seite ist zwar der Wirkungsgrad, d.h. die Lichtausbeute grüßer, nämlich dann, wenn man relativ niedrige Prismen verwendet, bei denen die entgegengesetzten Prismenoberflächen einen größeren spitzen Winkel mit der Vertikalen einschließen ,dis geht jedoch nur zu Kosten einer schwachen Abschirmwirkung gegenüber einer hellen Strahlungsintensität.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Lichtpaneel bzw. eine Deckenverkleidung zu schaffen, welche die Nachteile der bekannten Anordnungen\rermeidet und in der Lage ist, eine gute Lichtausbeute mit nur sehr geringer Blendung zu vereinen, d.h. ein Lichtpaneel zu schaffen, welches eine gute Abschirmung gegen direkte Blendung und eine ausreichende Helligkeit bietet.

Die Erfindung, die von einem Lichtpaneel der eingangs beschriebenen Art ausgeht, löst die Aufgabe dadurch, daß sich senkrecht zu einer der Oberflächen der Deckfläche Wandteile erstrecken, die eine Vielzahl von aneinandergrenzenden Zellen bilden, daß jede der Zellen im wesentlichen symmetrisch um ihre Zentralachse angeordnet ist, daß eine der Oberflächen der Deckfläche mit einer Vielzahl von Prismen versehen ist, die innerhalb der peripheren Begrenzungen der jeweiligen Zelle angeordnet sind, und daß sich die Prismen gradlinig symmetrisch zu jeder Zellachse und symmetrisch zu den die Zelle bildenden Wandteilen erstrecken. Allgemein aus-

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gedrückt, besteht die Erfindung darin, ein Lichtpaneel mit geschlossenen Zellen zu schaffen, welches so abgeändert ist, daß es einen maximalen Lichteinfall mit flachen Winkeln zur Vertikalen erzeugt, um beispielsweise eine bestmögliche Beleuchtung einer Arbeitsfläche zu erzielen, und daß ein minimaler Lichteinfall mit steilem Winkel zur Vertikalen auftritt, um den allgemein in Verbindung mit einer hohen Beleuchtungsstärke auftretenden Blendungseffekt zu reduzieren.

Zu diesem Zweck weist die Erfindung insbesondere die Verwendi^ig von Prismen für jede Zelle auf, die so angeordnet sind,daß ein maximaler Wirkungsgrad hinsichtlich der Lichtübertragung erhalten wird, wohingegen das Strahlungshelligkeitsniveau reduziert wird. Wie im folgenden noch genauer ausgeführt wird, weisen die jeweiligen Prismen eine asymmetrische Querschnittsform auf, bzw. sind sägezahnförmig ausgeführt, wobei sich die Prismen konzentrisch zueinander bzw. parallel zu den Zellwänden erstrecken. Der Gesamteffekt eines solchen prismatischen Lichtpaneels ist darin zu sehen, daß ein tochwirksames Linsensystem geschaffen wird, welches ein starkes Strahlungs- Blendungsniveau eliminiert, wie im folgenden im Detail ausgeführt wird.

Weitere Ausgestaltungen und Weiterbildungen können den Unteransiprüchen entnommen werden.

Im folgenden werden Aufbau und Wirkungsweise eines Ausführungsbeispiels der Erfindung im einzelnen anhand der Figuren näher erläutert. Dabei zeigt:

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Fig.l ein prismatisches Lichtpaneel gemäß der Erfindung in Aufsicht;

Fig. 2 ausschnittsweise in vergrößerter Darstellung

vier aneinandergrenzende Zellen eines Paneels;

Fig. 3 zeigt im Querschnitt eine der Zellen bei weiterhin noch vergrößerter Darstellung- wobei der Schnitt durch einen Zellenmittelpunkt läuft;

Fig. 4 stellt aust ^ittsweise eine noch stärker vergrößerte Darstellung der in Fig. 3 gezeigten Prismastruktur dar, während

Fig. 5 in Aufsicht eine einzelne Zelle eines anderen

Ausführungsbeispiels der Erfindung mit ebenfalls geänderter Prismastruktur darstellt.

in den Figuren ist die erfindungsgemäße Täfelung, das Paneel bzw. die Verkleidung mit dem Bezugszeichen IO versehen, die Täfelung weist einen im allgemeinen ebenen Aufbau auf und ist geeignet, in der Nähe bzw. angrenzend an eine Lichtquelle angebracht zu werden. Die Täfelung kann jede erwünschte Länge, Breite bzw. ebene Form aufweisen und ist im allgemeinen dort, wo sie als Linse für einen Beleuchtungsaufsatz dient, aus einem einstückigen, integralen Teil geformt. Wird sie jedoch als leuchtende bzw. lichtgebende Decke bzw. Deckenverkleidung verwendet, dann können eine Anzahl von getrennter Paneele miteinander verbunden werden, um eine sich überlappende bzw. miteinander verbundene Decken-

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Struktur in Modulform vorzusehen, wie sie in etwa dem ermähnten Patent 3 368 070 entnommen werden kann. Die Art der Verbindung angrenzender Paneele ist jedoch nicht Bestandteil dei. vorliegenden Erfindung, so daß auf den Aufbau der Kanten der Paneele im folgenden auch nicht genauer eingegangen wirI.

Das Paneel 10 ist aus einem geeigneten Kunststoffmaterial, beispielsweise aus Acryl- Säure, Acrylglas oder ähnlichem gebildet bzw. aufgebaut, beispielsweise durch Spritzguß oder einem ähnlichen Verfahren und umfaßt eine flache, steife und seine Form aufrechterhaltende ebene Membran bzw. Wand 12 mit einer oberen Fläche 14 und e^.ner unteren Fläche 16. Die Bezeichnungen "obere" und "untere" Fläche sind im folgenden in dem Sinne gebraucht, daß unter der Annahme, daß ein Flächenstrahler bzw. eine Lichtquelle, die über der Verkleidung angebracht ist, die obere Fläche 14 anstrahlen würde, während eine Person, die sich in einem Raum befindet, die untere Fläche 16 sehen würde.

Von der unteren Fläche 16 nach außen und senkrecht zur Ebene der Wand bzw. der Membran 12 befinden sich eine Anzahl von aneinandergrenzender Zellen 18. Wie am besten den Fig. 1-3 entnommen werden kann, besteht jede Zelle aus einer ringförmigen Wand 20, die mit den angrenzenden Teilen der Fläche 16 einen nach unten gerichteten Zellbereich 22 bildet. Eine solche Anordnung ist an sich bekannt, weiterhin ist darauf hinzuweisen, daß mit Ausnahme der in dem Paneel bzw. der Verkleidung ganz außen liegenden Zellen die Wand 20 jeder Zelle mit der angrenzenden Wand von vier benachbarten Zellen gemeinsam ist; schließlich sind in dem Fall,

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in welchem die Zellen eine kreisförmige Form aufweisen, im allgemeinen rauten- bzw. rombusförmig ausgebildete Teilbereiche 24 auf der Membran 12 vorgesehen, die von vier aneinandergrenzenden, kugelförmig ausgebildeten Zellwandteiien 26 gebildet sind. Auf diese Zwischenbereiche 24 wird weiter unten noch in Verbindung mit einem anderen Merkmal der Erfindung genauer eingegangen werden.

Der von jeder Zelle gebildete Membranbextiich ist mit Prismen, die allgemein mit 28 bezeichnet sind, versehen. Beim Ausführungsbeispiel sind die Prismen an der unteren Fläche 16 der Membran 12 vorgesehen, es ist jedoch auch möglich, diese an der oberen Fläche 14 anzuordnen. Es hat sich jedoch in der Praxis als leicMer herausgestellt, die Prismen zu polieren, wenn sie innerhalb der Zelle angeordnet sind als wenn sie sich auf der kontinuierlichen oberen Fläche des Paneels befinden. Weiterhin ist darauf hinzuweisen, daß die Prismen lediglich innerhalb der Bereiche angeordnet sind, Qu-o von der Peripherie jeder Zelle begrenzt werden, während die Zwischenbereiche 24 vorzugsweise nicht prismatisch sind.

Die Ausbildung bzw. die Form der Prismen und ihre Anordnung im Hinblick auf die Zellwände 20 bildet ein wesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung. Dabei wird zunächst grundsätzlich ein Lichtvert.eilungsmuster durch die Prismen angestrebt, in der Art, daß die größte Lichtmenge nach unten zwischen den ZeIlwänden 20 geleitet wird bzw. austritt, während nur ein geringer Teil von Licht neben bzw. unterhalb der unteren Kante 34 der

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Zellw^nde in einen; spitzen Winkel zu der Ebene des Paneels selbst strahlt. Bei einer solchem Anordnung bewirken die Prismen einen Schutz bzw. einen Schild gegen direkte Blendung für eine Person, die direkt nach oben auf das Paneel schaut; weiterhin wird die Lichtquelle bzw. -3er Raum eines Flächenstrahlers abgeschirmt. Schließlich verringern die Prismen in Verbindung mit den Zellwänden auch noch ein allzu hohes Ni\^au der Strahlungshelligkeit. Erfindungsgemäß werden diese Merkmale erreicht bei einem maximalen Beleuchtungswirkungsgrad mittels eines prismatischen Licht" regelsystems.

Wie weiter vorn schon erläutert, ist ein übliches prismatisches Paneel nicht in der Lage, die erwünschten Ergebnisse zu erzielen, da sowohl flache niedrige als auch steile Prismenoberflächen bestimmte Nachteile und übelstände aufweisen. Erfindungsgemäß weisen iedc ^h die Prismen 28 eine sägezahnförmige bzw. asymmetrische Querscli . .csform auf, wie das am besten den Fig. 3 und 4 entnommen werden kann; dabei verläuft jedoch das Prisma in Längsrichtung symmetrisch mit Bezug auf die Abschirmanordnung, d.h. im vorliegenden Fall mit Bezug auf die Zellwände 20, wie das am besten der Fig. 2 entnommen werden kann. In der Fig. 2 sind ausschnittsweise vier Zellen mit Zellwänden 20 gezeigt, die ein rornbusförmiges Zwischenstück 24 einschließen. Dabei weist jede Zelle 6 in konzentrischen Ringen bzw. Kreisen angeordnete Prismen auf, die mit P₁ bis P,. bezeichnet sind. Die Prismen sind konzen-

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trisch zur Zentralachse jeder Zelle angeordnet und verlaufen in ihrer Längsausdehnung parallel zu der begrenzenden Wand 20 einer jeden Zelle.

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Die Fig. 3 zeigt die Anordnungen der Prismen in einem Querschnitt, welcher die Zentralachse der Zelle schneidet. Aus dieser Figur kann gleichzeitig auch noch die asymmetrische Anordnung der Prismenflächen mit Bezug auf-die Zentralachse selbst entnommen werden, die in Fig. 4 nochmals vergrößert dargestellt ist.

Gemäß Fig. 4 umfaßt jedes Prisma zwei Oberflächen 40 und 38, während die Grundfläche von der Deckfläche bzw. der Membran selbst gebildet ist. In dem in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel sind weiterhin die als konzentrische Ringe ausgebildeten Prismen 28 innerhalb der Zellen angeordnet, dh.sie befinden sich an der unteren Fläche 16 des Paneels 10. Dabei besteht jedes Prisma aus einem spitzwinkligen ungleichmäßigen Dreieck hinsichtlich seines Querschnittes, wobei der Winkel, den die Prismafläche 38 mit der Zentralachse einer jeden Zelle einschließt, beträchtlich größer als der Winkel ist, den die Prismafläche 40, die von der Zentralachse (bei kreisförmiger Anordnung) abgewandt ist, mit dieser einschließt. Der Aufbau eines jeden einzelnen, in s einer "Gesamtheit konzentrisch innerhalb einer Zelle angeordneten Prismas ist also so, daß eine größere, der Zentralachse der Zelle zugewandte Prismafläche 38 vorgesehen ist, die auch einen größeren Winkel mit dieser Zellenachse einschließt. Im Ausführungsbeispiel beträgt dieser Winkel 50°. Die der Zellenwand 20 zugewandte Fläche 40 jedes kreisförmigen Prismas schließt einen wesentlich geringeren Winkel, der im Ausführungsbeispiel 10 beträgt, mit der zentralen Zellenachse ein. Dabei erstrecken sich jedoch die Prismen in ihrem Längsverlauf in einem symmetrischen Muster gradlinig zu den Wandanordnungen, die jede Zelle begrenzen.

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Es ist wichtig/ darauf hinzuweisen, daß die asymmetrische Orientierung der Prismenoberflächen so ist wie soeben beschrieben, d.h. daß die mehr vertikal geneigte Prismafläche 40 auf die Zellwand gerichtet bzw. dieser zug .-wendet ist. Bei einer solchen Anordnung wird eine Strahlungshellig)' "- steilen Winkeln von der angrenzenden Zellenwand abge&v fürde die Oberfläche 40 umgekehrt werden, so daß die ObeXi. ~ae bei steilen Winkeln heller würde, dann wäre die weiter entfernte Zellenwand nicht mehr so wirkungsvoc.1 zur Erzielung der gewünschten Abschirmung .

Beispielsweise wies ein zufriedenstellende Eigenschaften aufweisendes prismatisches Paneel die folgenden Abmessungen auf: Der Zellendurchmesser betrug 2,5 cm, die Zellentiefe, gemessen von der unteren Fläche 16, betrug etwa O,6 cm, die Tiefe der Prismen selbst betrug etwa 0,14 cm, d.h. 1,4 mm, der Abstand von Prisma zu Prisma betrug ca. 1,6 cm, desgleichen die Dicke der Deckfläche 12. Die winkelmäßige Anordnung der Prismaflächen selbst entsprach den in Fig. 4 der Zeichnungen angegebenen Massen.

Der Fig. 5 kann ein anderes Ausführungsbeispiel hinsichtlich des Zellenaufbaus entnommen werden, bei welchem anstelle einer kreisförmigen Zellwand 20 eine rechteckförmige Form mit Seitenwänden 44, 46, 48 und 5O gewählt ist. Die Höhe der Wände entspricht auch in diesem Fall der Höhe der Wand 20. Auch hier sind eine Vielzahl von Prismen P_, P₀, P_n, P,_, P_n. und P, _ vorgesehen, wobei

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jedes Prisma symmetrisch zur Zentralachse der Zelle angeordnet ist und vier gradlinig und sich jeweils parallel zu den jewei-

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ligen Zellwänden erstreckende Seiten aufweist. Der sägezahnförmige Aufbau der Prismen selbst entspricht der vorhergegangen Beschreibung; ein Querschnitt durch die Zellmitte würde mit dem. in Fig. 3 dargestellten Querschnitt identisch sein.

Die vorliegende Erfindung weist jedoch noch ein zweites Merkmal auf, dergestalt, daß das beschriebene Paneel auch zur Herstellung eines einzigartigen und ornamentalen Zwei-Farben-Entwurfs verwendet werden kann. Beispielsweise können die Zellwände 20 und die Zwischenbereiche 24 mattiert sein. Fügt man dem KunsLstcif während des Gießverfahrens eine Farbschattierung bei, dann erscheinen die polierten Prismen hellstrahlend, während die ZeIiwände und die Zwischenbereichteile, insbesondere dann, wenn sie mattiert sind, die Farbe annehmen. Da im wesentlichen sämtliches nutzbare Licht durch die Prismen verläuft, reduziert das Abschattieren bzw. eine eventuelle Farbgebung des Kunsl'-.toffes den Wirkungsgrad hinsichtlich der Lichtdurchlässigkeit nicht wesentlich. Weiterhin ist eine Mattierung der Zellwände zur Erzielung einer besseren Abschirmung, unabhängig von eines zugefügter. Farbschattierung zu bevorzugen; das gleiche trifft auch für die Zwischenbereiche 24 zwischen angrenzenden Zellen zu, die ebenfalls auch dann, wenn keine Farbe dem Kunststoff beigefügt ist, mattiert werden können.

Schließlich kann noch darauf hingewiesen werden, daß zwar asymmetrische Prismen, wie hinsichtlich Fig. 4 beschrieben, optimale Resultate ergeben, daß jedoch auch solche Paneele den bekannten Anordnungen noch überlegen sind, die mit symmetrischen Prismen ausgestattet sind, die sich in symmetrischer Anordnung innerhalb der geschlossenen Zellanordnung befinden. Auch in diesem Fall

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reduzieren die Zellwände eine zu hohe Strahlungshelligkeit , jedoch nicht in dem Maß, wie das auf die sägezahnförmige asymmetrische Anordnung zutrifft.

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   S c h u t- z- a ns P-tl ü c h e :

   • 1. Lichtpaneel, bestehend aus einer ebenen, steifen Membrane, von deren Unterfläche sich parallel zueinander senkrechte,

   einzelne Zellen bildende Wandteile erstrecken, wobei an

   O der Unterfläche der Membran im Inneren jeder Zelle eine

   Vielzahl von Prismen angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Prismen (28) geradlinig symmetrisch zu

   -_%., jeder Seilenachse und zu den die jeweilige Zelle bildenden

   Wandteilen(20; 44, 46, 48, 50) erstrecken, und daß jeweils der die Prismen (28) aufweisende Membranteil poliert, die

   Wandteile (20; 44, 46, 48, 50) jedoch mattiert sind und im Vergleich zu den Prismaflächen eine glanzlose, stumpfe
   Oberfläche aufweisen.

   2. Lichtpaneel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
   jedes Prisma (28) ein Paar asymmetrischer Oberflächen (40, 38) aufweist, die sich von der Oberfläche der Deckfläche

   \ O (12) erstrecken.

   3. Paneel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
   daß jede Zelle (18) kreisförmig ausgeführt ist.

   4. Paneel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Zelle rechteckförmig ausgebildet ist.

   5. Paneel nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Prisma (28) die gleiche Querschnittsform

   aufweist.
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   6. Paneel nach ei .em der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Prismaoberfläche (38), welche cn die Zellenachse gerichtet ist, eine stärkere Abflachen, mit Bezug auf die Zellenachse als die Prismafläche aufweist, die auf die War.dteile (20) der Zelle (18) gerichtet ist.

   7. Paneel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Prismen (P,; P₆; P₇; P₁₂) in jeder Zelle in angrenzender konzentrischer Verbindung zueinander angeordnet sind.

   8. Paneel nach Anspruch 7, dadurch ^kennzeichnet, daß die eine Prismafläche (38) auf die Zentralachse der Zelle

   (18) und die andere (40) auf die Zelle bildenden Wandteile (20) ausgerichtet ist, und daß die auf die Wandteile ausgerichtete Prismenfläche einen kleineren Winkel mit der Zentralachse der Zelle einschließt als die andere Prismenfläche.

   9. Lichtpaneel nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß

   der kleinere Winkel 10° und der andere Winkel 50° zur

   λ-> ■ Zentralachse jeder Zelle beträgt.

   10. Lichtpaneel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 9 , dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen angrenzenden Prismen annähernd gleich ist der Dicke der Deck-

   ^:" '·■ fläche.

   11. Lichtpaneel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe der Zellen die Tiefe der Prismen wesentlich übersteigt.

   *~ 3 *™

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   12. Lichtpaneel nach einen oder mehreren der Ansprüche 1 ■ 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Paneelteile (24), die sich zwischen den Zellen befinden, mattiert sind.