EP1103757A2 - Beleuchtungssystem für Räume - Google Patents

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Publication number
EP1103757A2
EP1103757A2 EP00125617A EP00125617A EP1103757A2 EP 1103757 A2 EP1103757 A2 EP 1103757A2 EP 00125617 A EP00125617 A EP 00125617A EP 00125617 A EP00125617 A EP 00125617A EP 1103757 A2 EP1103757 A2 EP 1103757A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
lighting system
light guide
light
decoupling device
lamp
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP00125617A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Paul Heinrich Neuhorst
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Spectral Gesellschaft fuer Lichttechnik mbH
Original Assignee
Spectral Gesellschaft fuer Lichttechnik mbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Spectral Gesellschaft fuer Lichttechnik mbH filed Critical Spectral Gesellschaft fuer Lichttechnik mbH
Publication of EP1103757A2 publication Critical patent/EP1103757A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S19/00—Lighting devices or systems employing combinations of electric and non-electric light sources; Replacing or exchanging electric light sources with non-electric light sources or vice versa
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S11/00—Non-electric lighting devices or systems using daylight
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V5/00—Refractors for light sources
    • F21V5/02—Refractors for light sources of prismatic shape

Definitions

  • the invention relates to a lighting system for rooms according to the preamble of the claim 1.
  • the lighting system for rooms according to the invention is a daylight control system, with the sunlight captured outside of a building inside of the building, in order to partially or completely do without artificial light can.
  • Lighting systems for rooms of the type specified at the outset are known. That's the way it is known, for example, in a translucent tube from the open end face Feed in sunlight.
  • This tube is on the inside with a structured film or the like. lined so that the captured sunlight due to reflection along the tube is directed.
  • the film is removed at predetermined points on the lateral surface, so that the light inside the tube has the option of passing through the tube wall at this point to step outside.
  • the area of the room underneath is lit with daylight illuminates.
  • the formation of such passage islands for sunlight technically very complex in the pipe.
  • the object of the invention is to create a lighting system for rooms with improved decoupling of the sunlight fed in.
  • the basic idea of the lighting system for rooms according to the invention is that the coupled sunlight is so to speak “locked” in the light guide, but on selected, desired locations are arranged adapter-like elements, which it allow the sunlight in the light guide to escape at these points can.
  • the decoupling device is designed in such a way that the sunlight can escape and arranged on the light guide that there is no total reflection at this point, but that rather the light through the interface between the light guide and the adjacent Coupling device can pass through. To make this possible, for example may be necessary in individual cases, between the surface of the light guide and the decoupling device to provide an intermediate medium, which is of consistency and the refractive index enables the total reflection to be "switched off".
  • the decoupling device or the decoupling devices do not cover the entire surface of the light guide, but that they only cover areas are arranged on the light guide, in those places where lighting is required.
  • the field of application of the lighting system according to the invention are, in particular, deep offices with a corridor area behind them.
  • decoupling the sunlight via coupling elements adapted to the light guide, which - as stated - couple the sunlight where it is needed, namely for example at a workplace.
  • the sunlight directed downwards or sideways directed.
  • the outcoupling elements which are thus arranged in modules at any point on the light guide thus couple the sunlight in the light guide at this point and illuminate the desired place in the room.
  • the further development according to claim 2 proposes different profiling options of the light guide.
  • the shape of the clear plastic rod can be cylindrical (with a round one) or with an oval cross-sectional profile.
  • the preferred profiling is a rectangular, flat plate as light guide.
  • This embodiment has the advantage that the flat plate can be integrated well into the architecture, with the light possibly over a cylindrical lens is deflected into the cross-sectional area of the light guide.
  • the order The light guide in the room can be done both horizontally and vertically.
  • Light guide uses a particularly solid, translucent body, in which the Sunlight is fed. The total reflection causes the sunlight along this conductor headed. Due to this special design of the light guide, daylight is not over long distances transported with multiple branches, so that the efficiency is great.
  • Polycarbonate for example, can be used as the material for the light guide.
  • claim 4 has the advantage that the coating applied on the outside increases the angle of total reflection.
  • it can be a Trade acrylic wrapping.
  • the light guide is colored Has sheathing so as to color the light emission.
  • a preferred arrangement of the coupling device proposes claim 6.
  • the basic principle is that the lighting system uses sunlight on the house facade records and illuminates room zones far away from the window with daylight.
  • a suitable point of the coupling device is the facade area between the Floors, i.e. the wall area above the windows. At this point, light collectors can be easily installed.
  • the coupling device is preferably outside the room arranged.
  • the coupling device it is also conceivable to place the coupling device inside to arrange the room, for example behind a window cover.
  • claim 8 proposes a lens, especially a cylindrical lens. This bundles the captured sunlight and guides it it further into the light guide. It is possible to switch between the cylindrical lens and the flat one Fiber optic to use a flexible adapter to adjust the focus at different Compensate for sun positions and feed the light into the light guide can.
  • the training according to claim 9 suggests one Sun position tracking for the coupling device before.
  • This sun position tracking is coupled to the light guide in the interior.
  • the sun position tracking is preferably self-controlling, for example by a thermohydraulic one Facility.
  • the development according to claim 10 has the advantage that when there is an optical fiber individual attachment of the decoupling devices is possible to a desired workplace to illuminate individually.
  • the development according to claim 11 has the advantage that an optimal coupling of the captured sunlight is possible.
  • a decoupling device can be a Hologram structure or a prism structure can be used. Both technologies, namely hologram technology and prism technology are equally suitable, to be able to optimally extract the sunlight. In particular, through these two Structures can be ensured that there is no glare by the beam angle towards the horizontal does not exceed a certain value.
  • the prism structure it can be a prism foil, which is on the surface of the light guide is attached. This makes it easy to position these prism foils, for example be changeable if they have a transparent, adhesive liquid on the light guide be releasably glued.
  • the basic idea here is one on the top of the light guide Arrange reflective body.
  • This reflection body is made up of the light guide made of a solid material, in particular of the same material as the light guide.
  • the flat side of the reflection body facing the light guide is in this case with the Coupled light guide that the total reflection is canceled at this contact point.
  • This can be done, for example, with a suitable plastic adhesive or with an oil, which has the same refractive index as the light guide material.
  • this decoupling device is that at the location of the reflection body Light emerges from the light guide and enters the reflection body.
  • the one facing away from the light guide The surface of the reflection body is provided with a reflection coating, so that the light is reflected back in such a way that due to a corresponding Profiling of the reflection body no more total reflection takes place with respect to the light guide and thus the light is coupled out through the light guide to the other side can be.
  • it is preferably a convexly curved reflection body.
  • the development according to claim 16 has the advantage that only in the area of the intermediate base the light from the light guide can be coupled into the reflection body. This means that - with reflecting bodies of the same size - by varying the cross-sectional area the intensity of the outcoupled light can be changed can.
  • the base consists of a transparent, massive material, preferably the same material as the reflection body (as well as the same material as the light guide).
  • the development according to claim 17 relates to various intermediate materials between the light guide and the coupling-out device in order to cancel the total reflection at this point. It is namely known plastic adhesives and oils, which essentially the same refractive index as the material of the light guide and possibly the decoupling device have.
  • a preferred further development proposes claim 18.
  • the additional lamp of the Artificial light source which can be integrated in a luminaire, is activated as soon as none Sunlight is available or if the available sunlight is not is sufficient.
  • This additional artificial light source can for example be adjacent as a separate lamp be arranged to the decoupler.
  • the lamp is assigned to the decoupling device.
  • the lamp or also a plurality of lamps
  • the basic idea is there in that the artificial light is created where it is needed. So that is in the area the provided additional artificial light source activated when the Sunlight is insufficient or is not available at all.
  • the development according to claim 20 has the advantage that the decoupling device at the same time also represents the artificial light source, which is switched on when required.
  • claim 21 proposes before that the lamp on the opposite side of the decoupling device Light guide is arranged.
  • a further preferred development proposes claim 22.
  • the advantage is that the artificial light is emitted via the decoupler so that ultimately no distinction is made whether the light comes from the sun or from the artificial light source.
  • An alternative arrangement of the lamp proposes claim 23.
  • the basic idea is there in it, the lamp (or the associated lamp) not directly of the decoupling device assign for the sunlight (for example to integrate it in the decoupling device), but to arrange the lamp on the light guide without a structural assignment.
  • the technical implementation according to claim 24 takes over the coupling from the basic principle and decoupling the sunlight.
  • the lamp can be on any Place on the light guide while the decoupling device at the desired Place of the light guide is placed, namely where lighting by means of Artificial light should be provided.
  • the decoupling device for sunlight in the same way can also be used for decoupling for artificial light.
  • the lamp can be substantially rectangular be arranged for the longitudinal extension of the light guide.
  • the one assigned to the lamp Outcoupling structure is only effective for this artificial light, while this outcoupling structure the daylight spreading along the light guide can pass.
  • the above-mentioned prismatic film serve to deflect the light.
  • the prisms of this prism sheet are there transverse to the direction of light propagation. The prisms can then be perpendicular to this the coupling device for daylight.
  • claim 27 proposes that the light guide provide additional diffuse light radiation enables.
  • the extraction of diffuse light from the light guide has the advantage that this can illuminate ceilings or walls.
  • a room 1 has a building facade 2 with two windows 3. Within this room 1 may there be a workplace 4 with a table and chair.
  • this light guide 5 opens above the window 3 in the building facade 2. It has a coupling device 6 on its end face, which, however, is only clean is indicated schematically.
  • the sunlight 9 falls on the coupling device 6 of the light guide 5.
  • this coupling device 6 can be, for example, a cylindrical lens. This can be additional equipped with a tracking to adapt to the current position of the sun his.
  • the sunlight 9 captured by the coupling device 6 is in the light guide 5 fed.
  • the lamps integrated in the decoupling device 7 8 put into operation and illuminate room 1, especially the workplace 4. This is shown in Fig. 3.
  • FIGS. 5 and 6 shows a concrete technical implementation the decoupling device 7 as well as an alternative arrangement of the lamp 8.
  • FIG. 6 shows, in enlarged detail representations, two versions of the decoupling device 7 in the form of a so-called prism film, which is on the underside of the light guide 5 is arranged. While the version on the left in the drawing is the prism the right-hand version of the prisms are negative Trapezoidal profiles. These profiles cause that when the light 9 'strikes it as Light 9 "is coupled out. The longitudinal extension of the prism profiles is transverse to Longitudinal extension of the light guide 5 and thus for the propagation of the light 9 'within it Light guide 5.
  • two lamps 8 are arranged on the side of the light guide 5, which the artificial light 10 laterally, i.e. across the light 9 'of the sunlight 9 into the light guide 5 radiate.
  • the spread of this artificial light 10 takes place by means of total reflection within of the light guide 5.
  • a decoupling device 11 provided. This is - also - by a prism structure using a Prismatic film formed. However, the alignment of the prisms is perpendicular to the alignment the prisms in the decoupling device 7 for the sunlight 9.
  • the sunlight 9 is in the manner described above by means of the decoupling device 7 uncoupled. Since the prisms of the decoupling device 11 in the direction of propagation of the Light 9 'lie, the propagation of the light 9' of the sunlight 9 through this decoupling device 11 not disturbed.
  • the decoupling device 11 only serves to decouple the light propagating perpendicular to the light 9 ′, namely that originating from the lamps 8 Artificial light 10. The deflection of the artificial light 10 thus takes place downwards.
  • the light guide 5 is designed as a vertical, flat plate.
  • the decoupling devices 7 are located on the top of this flat plate.
  • This decoupling device 7 is a convexly curved reflection body 12 preferably made of the same material as that of the light guide 5. Die convex surface of this reflection body 12 is provided with a reflection coating 13 provided, which is indicated by dashed lines in Fig. 8.
  • a base 14 is arranged, which has a smaller cross section has than the cross section of the reflection body 12.
  • This base 14 is also preferably made of the same material as that of the light guide 5 and the reflection body 12.
  • the contact surfaces on the one hand between the light guide 5 and the base 14 and on the other hand between the base 14 and the reflection body 12 are prepared such that at this point the total reflection is canceled.
  • This can be done, for example, by a Plastic adhesive or by an oil, these aforementioned materials the have the same refractive index as the materials of the aforementioned components.
  • the light 9 ' is first totally reflected in the vertical light guide 5. In the area of the base 14, the light 9 'is coupled out and reaches the reflection body 12. The light 9 ′′ is then reflected downward on the reflection coating 13.
  • the curvature of the reflection body 12 is such that no total reflection in the light guide 5th when penetrating the light 9 "can occur. This means that the light 9" the Light guide 5 shines through. This means that the radiation angle is also with regard to glare protection limited.

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Abstract

Ein Beleuchtungssystem für Räume 1 weist einen Lichtleiter 5 innerhalb dieses Raumes 1 auf. Er besitzt im Bereich der Gebäudefassade 2 oberhalb der Fenster 3 eine Einkoppeleinrichtung 6 insbesondere in Form einer Zylinderlinse, mittels der Sonnenlicht 9 in den Lichtleiter 5 eingespeist wird. Auf der Oberfläche des Lichtleiters 5 sind adaptiv Auskoppeleinrichtungen 7 angeordnet, welche an dieser Stelle des Lichtleiters 5 die Totalreflexion aufheben und das Licht 9' in den Raum abstrahlen. In den Auskoppeleinrichtungen 7 sind zusätzliche Lampen 8 für eine zusätzliche Kunstlichtbeleuchtung integriert. Dadurch ist ein kombiniertes Tageslicht-Kunstlicht-System mit dezentraler Kunstlichteinspeisung geschaffen. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Beleuchtungssystem für Räume nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei dem erfindungsgemäßen Beleuchtungssystem für Räume handelt es sich um ein Tageslichtlenksystem, mit dem außerhalb eines Gebäudes eingefangenes Sonnenlicht ins Innere des Gebäudes geleitet wird, um so teilweise oder gar vollständig auf Kunstlicht verzichten zu können.
Beleuchtungssysteme für Räume der eingangs angegebenen Art sind bekannt. So ist es beispielsweise bekannt, in eine durchscheinende Röhre von deren offenen Stirnseite her Sonnenlicht einzuspeisen. Diese Röhre ist innenseitig mit einer strukturierten Folie oder dgl. derart ausgekleidet, daß das eingefangene Sonnenlicht aufgrund Reflexion längs des Rohres geleitet wird. An vorgegebenen Stellen der Mantelfläche wird die Folie entfernt, so daß das Licht im Innern des Rohres die Möglichkeit hat, an dieser Stelle durch die Rohrwand nach außen zu treten. Der darunter befindliche Bereich des Raumes wird dadurch mit Tageslicht erhellt. Allerdings ist die Ausbildung derartiger Durchtrittsinseln für das Sonnenlicht im Rohr technisch sehr aufwendig.
Weiterhin ist es bekannt, an einer zentralen Stelle Kunstlicht in einen totalreflektierenden Leiter einzuspeisen, um an einer anderen, gewünschten Stelle das Kunstlicht zur Verfügung zu haben. Allerdings sind aufgrund der langen Lichtwege im Lichtleiter die Lichtverluste nicht unerheblich.
Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Beleuchtungssystem für Räume mit einer verbesserten Auskoppelung des eingespeisten Sonnenlichtes zu schaffen.
Die technische Lösung ist gekennzeichnet durch die Merkmale im Kennzeichen des Anspruchs 1.
Die Grundidee des erfindungsgemäßen Beleuchtungssystems für Räume besteht darin, daß das eingekoppelte Sonnenlicht gewissermaßen im Lichtleiter "eingesperrt" ist, daß aber an ausgewählten, gewünschten Stellen adapterartige Elemente angeordnet sind, welche es ermöglichen, daß das im Lichtleiter befindliche Sonnenlicht an diesen Stellen austreten kann. Damit das Sonnenlicht austreten kann, ist die Auskoppeleinrichtung derart ausgebildet und am Lichtleiter angeordnet, daß an dieser Stelle keine Totalreflexion stattfindet, sondern daß vielmehr das Licht durch die Grenzfläche zwischen dem Lichtleiter und der angrenzenden Auskoppelvorrichtung hindurchtreten kann. Um dies zu ermöglichen, kann es beispielsweise in Einzelfällen erforderlich sein, zwischen der Oberfläche des Lichtleiters und der Auskoppeleinrichtung ein Zwischenmedium vorzusehen, welches es von der Konsistenz und dem Brechungsindex her ermöglicht, daß die Totalreflexion "ausgeschaltet" wird. Wesentlich bei diesem Beleuchtungssystem ist, daß die Auskoppeleinrichtung bzw. die Auskoppeleinrichtungen nicht die gesamte Fläche des Lichtleiters abdecken, sondern daß sie nur bereichsweise am Lichtleiter angeordnet sind, und zwar an denjenigen Stellen, wo eine Beleuchtung gefordert ist. Das Einsatzgebiet des erfindungsgemäßen Beleuchtungssystems sind insbesondere tiefe Büroräume mit dahinterliegendem Flurbereich. Wie ausgeführt, erfolgt die Auskoppelung des Sonnenlichtes über am Lichtleiter adaptierte Auskoppelelemente, welche - wie ausgeführt - das Sonnenlicht dort auskoppeln, wo es gebraucht wird, nämlich beispielsweise an einem Arbeitsplatz. Somit wird an den gewünschten Stellen mit Hilfe des adaptierbaren Auskoppelelements das Sonnenlicht gerichtet nach unten oder seitlich gelenkt. Die somit an beliebigen Stellen des Lichtleiters modulartig angeordneten Auskoppelelemente koppeln somit das im Lichtleiter an dieser Stelle sich befindende Sonnenlicht aus und erhellen so die gewünschte Stelle im Raum.
Die Weiterbildung gemäß Anspruch 2 schlägt verschiedene Möglichkeiten zur Profilierung des Lichtleiters vor. Die Form des klaren Kunststoffstabes kann zylindrisch (mit einem runden) oder mit einem ovalen Querschnittsprofil sein. Die bevorzugte Profilierung ist jedoch eine rechteckige, flache Platte als Lichtleiter. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß sich die flache Platte gut in die Architektur integrieren läßt, wobei das Licht eventuell über eine Zylinderlinse in die Querschnittsfläche des Lichtleiters eingelenkt wird. Die Anordnung des Lichtleiters im Raum kann sowohl horizontal als auch vertikal erfolgen. Somit wird als Lichtleiter ein insbesondere massiver, durchscheinender Körper verwendet, in welchen das Sonnenlicht eingespeist wird. Durch Totalreflexion wird das Sonnenlicht längs dieses Leiters geleitet. Durch diese spezielle Ausbildung des Lichtleiters wird das Tageslicht nicht über große Entfernungen mit vielfachen Verzweigungen transportiert, so daß der Wirkungsgrad groß ist. Als Material für den Lichtleiter kann beispielsweise Polycarbonat verwendet werden.
Gemäß der Weiterbildung in Anspruch 3 wird als spezielle Ausbildung des Lichtleiters eine flache Platte vorgeschlagen. Diese kann entweder horizontal oder vertikal angeordnet sein. Auch eine Schräganordnung dieser flachen Platte ist möglich.
Die Weiterbildung des Anspruchs 4 hat den Vorteil, daß die außen aufgebrachte Beschichtung den Winkel der Totalreflexion vergrößert. Beispielsweise kann es sich um eine Acrylummantelung handeln.
Eine weitere Weiterbildung schlägt gemäß Anspruch 5 vor, daß der Lichtleiter eine farbige Ummantelung aufweist, um so die Lichtabstrahlung farblich zu gestalten.
Eine bevorzugte Anordnung der Einkoppeleinrichtung schlägt Anspruch 6 vor. Das Grundprinzip besteht darin, daß das Beleuchtungssystem das Sonnenlicht an der Hausfassade aufnimmt und tief von dem Fenster weit entfernte Raumzonen mit Tageslicht beleuchtet. Eine geeignete Stelle der Einkoppeleinrichtung ist der Fassadenbereich zwischen den Stockwerken, also der Wandbereich oberhalb der Fenster. An dieser Stelle können Lichtsammler problemlos montiert werden.
Vorzugsweise ist dabei gemäß Anspruch 7 die Einkoppeleinrichtung außerhalb des Raumes angeordnet. Selbstverständlich ist es aber auch denkbar, die Einkoppeleinrichtung innerhalb des Raumes anzuordnen, beispielsweise hinter einer Fensterblende.
Um das Licht optimal in den Lichtleiter einkoppeln zu können, schlägt Anspruch 8 eine Linse, insbesondere eine Zylinderlinse vor. Diese bündelt das eingefangene Sonnenlicht und leitet es in den Lichtleiter weiter. Dabei ist es möglich, zwischen der Zylinderlinse und dem flachen Lichtleiter ein flexibles Zwischenstück einzusetzen, um die Brennpunktverschiebung bei unterschiedlichen Sonnenständen auszugleichen und das Licht in den Lichtleiter einspeisen zu können.
Um das System effizient zu machen, schlägt die Weiterbildung gemäß Anspruch 9 eine Sonnenstand-Nachführung für die Einkoppeleinrichtung vor. Diese Sonnenstand-Nachführung ist mit dem Lichtleiter im Innenraum gekoppelt. Die Sonnenstands-Nachführung ist vorzugsweise selbststeuernd, beispielsweise durch eine thermohydraulische Einrichtung.
Die Weiterbildung gemäß Anspruch 10 hat den Vorteil, daß bei vorhandenem Lichtleiter eine individuelle Anbringung der Auskoppeleinrichtungen möglich ist, um einen gewünschten Arbeitsplatz individuell zu beleuchten.
Die Weiterbildung gemäß Anspruch 11 hat den Vorteil, daß dadurch eine optimale Einkopplung des eingefangenen Sonnenlichts möglich ist. Insbesondere wird die gesamte Breite des Lichtleiters genutzt.
Als Auskoppeleinrichtung kann gemäß den Weiterbildungen der Ansprüche 12 und 13 eine Hologrammstruktur oder eine Prismenstruktur verwendet werden. Beide Technologien, nämlich die Hologrammtechnologie sowie die Prismentechnologie sind gleichermaßen geeignet, um das Sonnenlicht optimal auskoppeln zu können. Insbesondere kann durch diese beiden Strukturen gewährleistet werden, daß eine Blendwirkung nicht erfolgt, indem der Abstrahlwinkel hin zur Horizontalen einen bestimmten Wert nicht überschreitet. Bei der Prismenstruktur kann es sich um eine Prismenfolie handeln, welche auf der Oberfläche des Lichtleiters befestigt wird. Diese Prismenfolien können beispielsweise dadurch leicht in ihren Positionen veränderbar sein, wenn sie mit einer transparenten, adhäsiven Flüssigkeit am Lichtleiter lösbar angeklebt werden.
Eine Alternative zu den zuvor beschriebenen Hologramm- sowie Prismenstrukturen schlägt Anspruch 14 vor. Die Grundidee hier besteht darin, auf der Oberseite des Lichtleiters einen Reflexionskörper anzuordnen. Dieser Reflexionskörper besteht ebenso wie der Lichtleiter aus einem massiven Material, insbesondere aus dem gleichen Material wie der Lichtleiter. Die dem Lichtleiter zugewandte Flachseite des Reflexionskörpers ist dabei derart mit dem Lichtleiter gekoppelt, daß an dieser Kontaktstelle die Totalreflexion aufgehoben ist. Dies kann beispielsweise durch einen geeigneten Kunststoffkleber oder durch ein Öl erfolgen, welches den gleichen Brechungsindex wie das Lichtleitermaterial aufweist. Das Grundprinzip dieser Auskoppeleinrichtung besteht darin, daß an der Stelle des Reflexionskörpers das Licht aus dem Lichtleiter austritt und in den Reflexionskörper eintritt. Die vom Lichtleiter abgewandte Oberfläche des Reflexionskörpers ist dabei mit einer Reflexionsbeschichtung versehen, so daß das Licht derart zurückreflektiert wird, daß aufgrund einer entsprechenden Profilierung des Reflexionskörpers keine Totalreflexion mehr bezüglich des Lichtleiters stattfindet und somit das Licht durch den Lichtleiter hindurch zur anderen Seite hin ausgekoppelt werden kann.
Vorzugsweise handelt es sich gemäß Anspruch 15 um einen konvex gekrümmten Reflexionskörper.
Die Weiterbildung gemäß Anspruch 16 hat den Vorteil, daß nur im Bereich des Zwischensockels das Licht aus dem Lichtleiter in den Reflexionskörper eingekoppelt werden kann. Dies bedeutet, daß - bei gleich großen Reflexionskörpern - durch Variation der Querschnittsfläche des Sockels die Intensität des ausgekoppelten Lichtes verändert werden kann. Der Sockel besteht dabei ebenso wie der Reflexionskörper aus einem durchsichtigen, massiven Material, vorzugsweise das gleiche Material wie der Reflexionskörper (sowie das gleiche Material wie der Lichtleiter).
Die Weiterbildung gemäß Anspruch 17 betrifft verschiedene Zwischenmaterialien zwischen dem Lichtleiter und der Auskoppeleinrichtung, um an dieser Stelle die Totalreflexion aufzuheben. Es sind nämlich Kunststoffklebstoffe sowie Öle bekannt, welche im wesentlichen den gleichen Brechungsindex wie das Material des Lichtleiters sowie gegebenenfalls der Auskoppeleinrichtung besitzen.
Eine bevorzugte Weiterbildung schlägt Anspruch 18 vor. Dadurch ist ein kombiniertes Tageslicht- Kunstlicht-System mit der kombinierten Verwendung von Tageslicht und Kunstlicht im Sinne einer bedarfsgerechten Raumbeleuchtung geschaffen. Die zusätzliche Lampe der Kunstlichtquelle, welche in einer Leuchte integriert sein kann, wird dann aktiviert, sobald kein Sonnenlicht zur Verfügung steht oder wenn das zur Verfügung stehende Sonnenlicht nicht ausreicht. Diese zusätzliche Kunstlichtquelle kann beispielsweise als separate Leuchte benachbart zum Auskoppler angeordnet werden.
Es ist zwar grundsätzlich denkbar, eine zentrale Kunstlichteinspeisung vorzunehmen, doch wären dann die Verluste von der Einspeisestelle bis zur Abstrahlstelle relativ hoch. Aus diesem Grunde schlägt die bevorzugte Weiterbildung gemäß Anspruch 19 vor, daß die Lampe der Auskoppeleinrichtung zugeordnet ist. Dies ist im allgemeinsten Sinne zu verstehen, daß die Lampe (oder auch mehrere Lampen) im Bereich der Auskoppeleinrichtung angeordnet ist. Dadurch ist eine dezentrale Kunstlichteinspeisung geschaffen. Die Grundidee besteht darin, daß das Kunstlicht dort erzeugt wird, wo es gebraucht wird. Somit wird die im Bereich der Auskoppelelemente vorgesehene zusätzliche Kunstlichtquelle dann aktiviert, wenn das Sonnenlicht nicht ausreicht oder gar nicht vorhanden ist.
Die Weiterbildung gemäß Anspruch 20 hat den Vorteil, daß die Auskoppeleinrichtung gleichzeitig auch die Kunstlichtquelle darstellt, welche bei Bedarf zugeschaltet wird.
Alternativ zu der Integration der Lampe in der Auskoppeleinrichtung schlägt Anspruch 21 vor, daß die Lampe auf der zu der Auskoppeleinrichtung gegenüberliegenden Seite des Lichtleiters angeordnet ist.
Eine weitere bevorzugte Weiterbildung schlägt Anspruch 22 vor. Der Vorteil liegt darin, daß die Abstrahlung des Kunstlichtes über den Auskoppler erfolgt, so daß letztendlich nicht unterschieden werden kann, ob das Licht von der Sonne oder von der Kunstlichtquelle stammt.
Eine alternative Anordnung der Lampe schlägt Anspruch 23 vor. Die Grundidee besteht darin, die Lampe (bzw. die dazugehörige Leuchte) nicht unmittelbar der Auskoppeleinrichtung für das Sonnenlicht zuzuordnen (beispielsweise sie in der Auskoppeleinrichtung zu integrieren), sondern die Lampe ohne bauliche Zuordnung am Lichtleiter anzuordnen.
Die technische Realisierung gemäß Anspruch 24 übernimmt vom Grundprinzip her die Einkoppelung sowie Auskoppelung des Sonnenlichts. Die Lampe kann dabei an einer beliebigen Stelle am Lichtleiter angeordnet werden, während die Auskoppeleinrichtung an der gewünschten Stelle des Lichtleiters plaziert wird, nämlich dort, wo eine Beleuchtung mittels Kunstlicht vorgesehen sein soll.
Grundsätzlich ist es denkbar, die Auskoppeleinrichtung für das Sonnenlicht gleichermaßen auch für die Auskoppelung für das Kunstlicht zu verwenden. Die Weiterbildung gemäß Anspruch 25 schlägt jedoch eine eigene Auskoppelstruktur für das Kunstlicht vor. Der Vorteil besteht darin, daß unabhängig von der örtlichen Abstrahlung des Sonnenlichts das Kunstlicht an einer anderen, gewünschten Stelle abgestrahlt werden kann.
Eine bevorzugte Weiterbildung hiervon schlägt Anspruch 26 vor. Die Grundidee liegt in einer Quereinspeisung des Kunstlichts. Beispielsweise kann die Lampe im wesentlichen rechtwinklig zur Längserstreckung des Lichtleiters angeordnet werden. Die der Lampe zugeordnete Auskoppelstruktur ist dabei nur für dieses Kunstlicht wirksam, während diese Auskoppelstruktur das längs des Lichtleiters sich ausbreitende Tageslicht passieren läßt. Als Auskoppeleinrichtung für das Kunstlicht kann beispielsweise die bereits zuvor erwähnte Prismenfolie dienen, um das Licht auszulenken. Die Prismen dieser Prismenfolie liegen dabei quer zur Lichtausbreitungsrichtung. Senkrecht hierzu können beispielsweise dann die Prismen der Auskoppeleinrichtung für das Tageslicht ausgerichtet sein.
Schließlich schlägt Anspruch 27 vor, daß der Lichtleiter eine zusätzliche diffuse Lichtabstrahlung ermöglicht. Die Auskoppelung von Diffuslicht aus dem Lichtleiter hat den Vorteil, daß dadurch Decken oder Wände erhellt werden können.
Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Beleuchtungssystems für Räume wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben. In diesen zeigt:
Fig. 1
eine schematische Längsschnittdarstellung durch einen Raum mit dem erfindungsgemäßen Beleuchtungssystem bei Sonnenschein;
Fig. 2
eine Draufsicht auf das System in Fig. 1;
Fig. 3
eine Darstellung entsprechend der in Fig. 1, jedoch bei Dunkelheit mit eingeschaltetem Kunstlicht;
Fig. 4
eine schematische Darstellung entsprechend Fig. 1, jedoch mit der Andeutung der Positionsveränderung eines der Auskoppelelemente;
Fig. 5
eine Draufsicht einer zweiten Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Beleuchtungssystems bei Sonnenschein;
Fig. 6
eine schematische Längsschnittdarstellung durch einen Raum des Beleuchtungssystems in Fig. 5;
Fig. 7
eine weitere Ausführungsvariante des Beleuchtungssystems mit einer senkrecht angeordneten Platte sowie mit pilzförmigen Auskoppelelementen;
Fig. 8
ein vergrößerter Detailausschnitt der Darstellung in Fig. 7 mit einer Darstellung des Strahlenganges;
Fig. 9
einen Querschnitt durch die Darstellung in Fig. 8, jedoch zusätzlich mit Lampen.
Ein Raum 1 weist eine Gebäudefassade 2 mit zwei Fenstern 3 auf. Innerhalb dieses Raumes 1 möge sich ein Arbeitsplatz 4 mit Tisch und Stuhl befinden.
Im Deckenbereich des Raumes 1 befindet sich ein plattenförmiger, rechteckiger Lichtleiter 5. Das eine Ende dieses Lichtleiters 5 mündet oberhalb des Fensters 3 in der Gebäudefassade 2. Er weist an seiner Stirnseite eine Einkoppeleinrichtung 6 auf, welche jedoch nur rein schematisch angedeutet ist.
Im Innern des Raumes 1 befinden sich an der Unterseite des plattenförmigen Lichtleiters 5 zwei Auskoppeleinrichtungen 7. In diesen sind jeweils zwei Lampen 8 integriert.
Die Funktionsweise des Beleuchtungssystems der Fig. 1 bis 3 ist wie folgt:
Das Sonnenlicht 9 fällt auf die Einkoppeleinrichtung 6 des Lichtleiters 5. Bei dieser Einkoppeleinrichtung 6 kann es sich beispielsweise um eine Zylinderlinse handeln. Diese kann zusätzlich mit einer Nachführung in Anpassung an den jeweiligen Sonnenstand ausgerüstet sein. Das von der Einkoppeleinrichtung 6 eingefangene Sonnenlicht 9 wird in den Lichtleiter 5 eingespeist. Das Licht 9' erfährt dabei innerhalb des Lichtleiters 5 eine Totalreflexion und breitet sich somit innerhalb des Lichtleiters 5 aus.
Im Bereich der Auskoppeleinrichtungen 7 ist die Totalreflexion aufgehoben. Dies bedeutet, daß das im Bereich dieser Auskoppeleinrichtungen 7 befindliche Licht 9' austreten kann. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird das Licht 9" nach unten abgestrahlt, insbesondere auf den Arbeitsplatz 4.
Sobald die Sonne nicht mehr scheint oder es gar Nacht ist, ist die Tageslichtbeleuchtung unterbrochen. In diesem Fall werden die in der Auskoppeleinrichtung 7 integrierten Lampen 8 in Betrieb gesetzt und beleuchten den Raum 1, insbesondere den Arbeitsplatz 4. Dies ist in Fig. 3 dargestellt.
Selbstverständlich ist auch ein Mittelweg denkbar, daß nämlich die Tageslichtbeleuchtung mit der Kunstlichtbeleuchtung kombiniert wird.
Die Fig. 4 soll lediglich symbolisch veranschaulichen, daß die Position der Auskoppeleinrichtung 7 nicht starr vorgegeben ist, sondern daß beispielsweise die Position der hinteren Auskoppeleinrichtung 7 nach vorne zum Fenster 3 hin veränderbar ist.
Die Ausführungsform der Fig. 5 und 6 zeigt zum einen eine konkrete technische Realisierung der Auskoppeleinrichtung 7 sowie weiterhin eine alternative Anordnung der Lampe 8.
Fig. 6 zeigt in vergrößerten Ausschnittsdarstellungen zwei Versionen der Auskoppeleinrichtung 7 in Form einer sogenannten Prismenfolie, welche an der Unterseite des Lichtleiters 5 angeordnet ist. Während bei der in der Zeichnung linken Version es sich bei den Prismen um Dreiecksprofile handelt, handelt es sich bei der rechten Version bei den Prismen um negative Trapezprofile. Diese Profile bewirken, daß beim Auftreffen des Lichtes 9' dieses als Licht 9" ausgekoppelt wird. Die Längserstreckung der Prismenprofile ist dabei quer zur Längserstreckung des Lichtleiters 5 und damit zur Ausbreitung des Lichts 9' innerhalb dieses Lichtleiters 5.
Bei diesem Ausführungsbeispiel sind seitlich am Lichtleiter 5 zwei Lampen 8 angeordnet, welche das Kunstlicht 10 seitlich, d.h. quer zum Licht 9' des Sonnenlichts 9 in den Lichtleiter 5 einstrahlen. Die Ausbreitung dieses Kunstlichts 10 erfolgt dabei mittels Totalreflexion innerhalb des Lichtleiters 5. Damit das Kunstlicht 10 abgestrahlt wird, ist eine Auskoppeleinrichtung 11 vorgesehen. Diese wird - ebenfalls - durch eine Prismenstruktur mittels einer Prismenfolie gebildet. Allerdings ist die Ausrichtung der Prismen senkrecht zur Ausrichtung der Prismen bei der Auskoppeleinrichtung 7 für das Sonnenlicht 9.
Die Funktionsweise dieses Beleuchtungssystems der Fig. 5 und 6 ist wie folgt:
Das Sonnenlicht 9 wird in der zuvor beschriebenen Weise mittels der Auskoppeleinrichtung 7 ausgekoppelt. Da die Prismen der Auskoppeleinrichtung 11 in Ausbreitungsrichtung des Lichts 9' liegen, wird die Ausbreitung des Lichts 9' des Sonnenlichts 9 durch diese Auskoppeleinrichtung 11 nicht gestört. Die Auskoppeleinrichtung 11 dient nur der Auskopplung des senkrecht zum Licht 9' sich ausbreitenden Lichts, nämlich dem von den Lampen 8 stammenden Kunstlicht 10. Die Auslenkung des Kunstlichts 10 erfolgt somit nach unten.
Die Fig. 7 bis 9 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel zur technischen Realisierung des Beleuchtungssytems. Hier ist der Lichtleiter 5 als senkrecht stehende, flache Platte ausgebildet. Auf der Oberseite dieser flachen Platte befinden sich die Auskoppeleinrichtungen 7. Dabei handelt es sich bei dieser Auskoppeleinrichtung 7 um einen konvex gekrümmten Reflexionskörper 12 vorzugsweise aus dem gleichen Material wie das des Lichtleiters 5. Die konvexe Oberfläche dieses Reflexionskörpers 12 ist mit einer Reflexionsbeschichtung 13 versehen, welche in Fig. 8 gestrichelt angedeutet ist. Zwischen dem Reflexionskörper 12 und dem Lichtleiter 5 ist ein Sockel 14 angeordnet, welcher einen geringeren Querschnitt aufweist als der Querschnitt des Reflexionskörpers 12. Auch dieser Sockel 14 besteht vorzugsweise aus dem gleichen Material wie das des Lichtleiters 5 sowie des Reflexionskörpers 12. Die Kontaktflächen einerseits zwischen dem Lichtleiter 5 und dem Sockel 14 und andererseits zwischen dem Sockel 14 und dem Reflexionskörper 12 sind derart präpariert, daß an dieser Stelle die Totalreflexion aufgehoben ist. Dies kann beispielsweise durch einen Kunststoffklebstoff oder durch ein Öl erfolgen, wobei diese vorgenannten Materialien den gleichen Brechungsindex wie die Materialien der vorgenannten Bauteile besitzen.
Die Funktionsweise dieses Beleuchtungssystems der Fig. 7 bis 9 ist wie folgt:
Das Licht 9' wird zunächst in dem senkrecht stehenden Lichtleiter 5 totalreflektiert. Im Bereich des Sockels 14 wird das Licht 9' ausgekoppelt und gelangt in den Reflexionskörper 12. An der Reflexionsbeschichtung 13 wird dann das Licht 9" nach unten reflektiert. Die Krümmung des Reflexionskörpers 12 ist dabei derart, daß keine Totalreflexion in dem Lichtleiter 5 beim Durchdringen des Lichtes 9" auftreten kann. Dies bedeutet, daß das Licht 9" den Lichtleiter 5 durchstrahlt. Damit ist auch im Hinblick auf einen Blendschutz der Abstrahlwinkel begrenzt.
Eine weiterführende Variante sieht Fig. 9 vor, und zwar dergestalt, daß zusätzlich noch zwei Lampen 8 vorgesehen sind. Diese sind neben dem Lichtleiter 5 unterhalb des überstehenden Reflexionskörpers 12 angeordnet. Das nach oben abgestrahlte Licht dringt dabei teilweise in den Reflexionskörper 12 ein und wird an der Reflexionsbeschichtung 13 in der zuvor beschriebenen Weise nach unten reflektiert.
Bezugszeichenliste
1
Raum
2
Gebäudefassade
3
Fenster
4
Arbeitsplatz
5
Lichtleiter
6
Einkoppeleinrichtung
7
Auskoppeleinrichtung
8
Lampe
9
Sonnenlicht
9'
Licht
9"
Licht
10
Kunstlicht
11
Auskoppeleinrichtung
12
Reflexionskörper
13
Reflexionsbeschichtung
14
Sockel

Claims (27)

  1. Beleuchtungssystem für Räume (1)
    mit einem im wesentlichen innerhalb des Raumes (1) befindlichen Lichtleiter (5), mit einer Einkoppeleinrichtung (6) zum Einspeisen von Sonnenlicht (9) in den Lichtleiter (5), wobei sich das Licht (9') längs des Lichtleiters (5) durch Reflexion ausbreitet, sowie mit einer Auskoppeleinrichtung (7) zum Abstrahlen des Lichts (9") in den Raum (1), dadurch gekennzeichnet,
    daß die Ausbreitung des Lichts (9') im Lichtleiter (5) durch Totalreflexion erfolgt und daß die Auskoppeleinrichtung (7) außen am Lichtleiter (5) adaptiv anordenbar ist und an dieser Stelle des Lichtleiters (5) die Totalreflexion aufhebt.
  2. Beleuchtungssystem nach dem vorhergehenden Anspruch,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Lichtleiter (5) ein im Querschnitt flaches, rechteckiges oder rundes oder ovales Profil aufweist.
  3. Beleuchtungssystem nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Lichtleiter (5) eine entweder horizontal oder vertikal oder schräg angeordnete, flache Platte ist.
  4. Beleuchtungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Lichtleiter (5) eine Ummantelung aus einem Material aufweist, welches den Grenzwinkel für die Totalreflexion vergrößert.
  5. Beleuchtungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Lichtleiter (5) eine farbige Ummantelung aufweist.
  6. Beleuchtungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Einkoppeleinrichtung (6) im Bereich der Gebäudefassade (2) angeordnet ist.
  7. Beleuchtungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Einkoppeleinrichtung (6) außerhalb des Raumes (1) angeordnet ist.
  8. Beleuchtungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Einkoppeleinrichtung (6) durch eine Linse, insbesondere eine Zylinderlinse gebildet ist.
  9. Beleuchtungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Einkoppeleinrichtung (6) eine Sonnenstand-Nachführung aufweist.
  10. Beleuchtungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Auskoppeleinrichtung (7) in ihrer Position am Lichtleiter (5) veränderbar angeordnet ist.
  11. Beleuchtungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß sich die Auskoppeleinrichtung (7) im wesentlichen über die gesamte Breite des insbesondere plattenförmigen Lichtleiters (5) erstreckt.
  12. Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Auskoppeleinrichtung (7) eine Hologrammstruktur aufweist.
  13. Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Auskoppeleinrichtung (7) eine Prismenstruktur aufweist.
  14. Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Auskoppeleinrichtung (7) durch einen Reflexionskörper (12) gebildet ist, welcher mit einer Reflexionsbeschichtung (13) versehen ist.
  15. Beleuchtungssystem nach Anspruch 14,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Reflexionskörper (12) konvex gekrümmt ist.
  16. Beleuchtungssystem nach Anspruch 14 oder 15,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß zwischen dem Reflexionskörper (12) und dem Lichtleiter (5) ein Sockel (14) mit einem kleineren Querschnitt als der Reflexionskörper (12) angeordnet ist.
  17. Beleuchtungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß zwischen dem Lichtleiter (5) und der Auskoppeleinrichtung (7) ein Klebstoff oder ein Öl mit einem Brechungsindex vorgesehen ist, welcher die Totalreflexion des Lichtleiters (5) aufhebt.
  18. Beleuchtungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß zusätzlich wenigstens eine Lampe (8) vorgesehen ist.
  19. Beleuchtungssystem nach Anspruch 18,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Lampe (8) der Auskoppeleinrichtung (7) zugeordnet ist.
  20. Beleuchtungssystem nach Anspruch 19,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Lampe (8) in der Auskoppeleinrichtung (7) integriert ist.
  21. Beleuchtungssystem nach Anspruch 19,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Lampe (8) auf der zu der Auskoppeleinrichtung (7) gegenüberliegenden Seite des Lichtleiters (5) angeordnet ist.
  22. Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 19 bis 21,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Abstrahlung der Lampe (8) durch die Auskoppeleinrichtung (7) hindurch erfolgt.
  23. Beleuchtungssystem nach Anspruch 18,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Lampe (8) separat von der Auskoppeleinrichtung (7) angeordnet ist.
  24. Beleuchtungssystem nach Anspruch 23,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Lampe (8) ihr Kunstlicht (10) in den Lichtleiter (5) einkoppelt und die Ausbreitung des Kunstlichts (10) innerhalb des Lichtleiters (5) durch Totalreflexion erfolgt und daß eine Auskoppeleinrichtung (11) außen am Lichtleiter (5) adaptiv anordenbar ist und an dieser Stelle des Lichtleiters (5) die Totalreflexion aufhebt.
  25. Beleuchtungssystem nach Anspruch 24,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die der Lampe (8) zugeordnete Auskoppeleinrichtung (11) nicht identisch mit der Auskoppeleinrichtung (7) für das Sonnenlicht (9) ist.
  26. Beleuchtungssystem nach Anspruch 25,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Einkoppeleinrichtungen einerseits für das Sonnenlicht (9) und andererseits für das Kunstlicht (10) unterschiedlich sind und daß die zugeordneten Auskoppeleinrichtungen (7,11) im wesentlichen nur für die jeweils zugeordneten Lichtquellen wirksam sind.
  27. Beleuchtungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Lichtleiter (5) derart ausgebildet ist, daß er zusätzlich eine diffuse Lichtabstrahlung besitzt.
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