EP1201986B1 - Vorrichtung zur Lichtumlenkung sowie -ausblendung für den stationären Einsatz bei einer transluzenten Gebäudefassade zur gezielten Beleuchtung eines Innenraumes - Google Patents
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- EP1201986B1 EP1201986B1 EP01118806A EP01118806A EP1201986B1 EP 1201986 B1 EP1201986 B1 EP 1201986B1 EP 01118806 A EP01118806 A EP 01118806A EP 01118806 A EP01118806 A EP 01118806A EP 1201986 B1 EP1201986 B1 EP 1201986B1
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- light
- optical elements
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- solid angle
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- 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
Definitions
- the invention relates to a device for light deflection as well Suppression for stationary use in a translucent building façade for targeted illumination of an interior with at least one translucent optical element having a newly formed light entrance side and a Light exit side provides, by a first curved interface as well is bounded at least by a second interface, wherein the curvature of the first interface is formed such that light rays from a first Solid angle range incident on the light entrance side and into the optical element couple by total reflection at the first interface to the area be concentrated at the second interface and that light rays coming from a second solid angle range incident on the light entrance side and in the optical Coupling element, through the first interface of the optical element escape.
- the invention relates to an element that in open and closed spaces as Sun protection element and can be used as a light-guiding element.
- To fulfill these claims come in many buildings sensor-controlled, tracked blind systems are used. It occurs in addition to unwanted interference effects by the permanent control of such Systems additionally have the problem that in shallow sun the interior darkens too much and the use of artificial light is required.
- Prismatic systems also often have the disadvantageous or disturbing felt Property that the radiation when passing through the prism spectrally in different directions is split, creating a color separation in the visible range of radiation occurs.
- the device shown in the above document is the targeted Shading of sunlight on translucent building facades Interior lighting hits.
- the optical principle of operation is characterized by the spatial geometry of one that converts sunlight. or blanking optical element specified and is basically based on the light concentration and the light deflection of solar radiation within a defined angle of incidence range, d. H. the optical element is capable of all those To focus on sunbeams coming from a given first Solid angle range incident on the optical element and all others Sunbeams are redirected accordingly.
- Figure 2 referenced in which the principle of operation of the known optical Element is shown.
- FIG. 2 shows four longitudinal sections, juxtaposed optical elements C, each having a common Light entrance side A have.
- Each individual optical element C has steadily curved side walls, each with a newly formed Close light exit side D.
- the optical element C can be either uniaxial linear as well as rotationally symmetric or biaxially or diagonally blended be formed.
- the curvature of the side walls of the optical element C is formed such that light rays on the light entrance side A from a Solid angle area B impinge, by way of total reflection at the side surfaces in the Be concentrated inside the optical element on the light exit side D.
- the light exit side D is provided with a coating E, which is the radiation either absorbed or reflected back into the entrance compartment B.
- the invention is based on the object, a device for light deflection and suppression for stationary use in a translucent Building facade for the targeted illumination of an interior with at least one translucent optical element, according to the preamble of claim 1 in such a way that a fürsicht Schemekeit by the linear or should consist of arrayed optical elements therethrough. Especially It applies a simple and inexpensive device for light suppression and redirecting the light.
- a device for light deflection and suppression for the stationary use in a translucent building façade for targeted Illumination of an interior space with at least two translucent optical Elements designed such that the optical elements are arranged in such a linear or arrayed manner next to each other, that the light exit sides of the individual optical elements from each other are spaced, and that in which between the light exit sides forming intermediate area a light-reflecting or at least partially light-absorbing agent is provided.
- the light-reflecting or at least partially or partially light-absorbing agent By providing the light-reflecting or at least partially or partially light-absorbing agent, not as in the case of the German patent application DE 196 13 222 A1 directly in the area of the light exit side, but in the Intermediate areas of the respective light exit sides of the linear or Be included arrayed optical elements is flat that light specifically faded out on the light entry side of the individual optical elements from the second solid angle range is incident.
- Light that however, within the first solid angle range to the respective Light entry side of the optical elements arrives, passes almost unhindered Light exit side on which it accordingly emerge from the optical element can. This ensures that the optical element at least on the surfaces the light exit side is completely transparent, provided that the Light entry side and exit side are flat and parallel.
- FIG. 1 shows a longitudinal section through four linearly arranged side by side optical elements C, whose light entry sides A each in a uniform Lie flat.
- the light entry sides A are opposite free Light exit sides D arranged, compared to the prior art no having light-absorbing layer. Rather, in the intermediate areas between the light exit sides D light-absorbing or reflective means, For example, in the form of apertures BL, the light provided by the sides Light entrance side to the aperture BL falls, absorb or in the light entry space reflect back again. In particular, this applies to those portions of light that are on the Light entry sides of the optical elements from the second solid angle range come to mind.
- FIG. 5 shows a further embodiment for a linear or array-shaped one Arrangement consisting of a plurality of optical elements C shown.
- the individual optical elements C have a uniform light entrance side A. and are with their respective light exit sides with a transparent Carrier substrate T connected.
- the preferably plate-shaped, optically transparent carrier substrate T, which is preferably integral with the optical Elements C is connected, facing away from the optical elements on its Side a flat, planar surface T1 on. Together with the likewise plan formed light entrance side A is at least in the region of the light exit sides the individual optical elements C the direct view through the optical Arrangement given.
- Air inclusions L provided if the arrangement is formed array-shaped.
- the Apertures BL themselves preferably have at their the light entry side facing Surface a reflective layer so that it is incident on it Sunlight is reflected back into the entrance half-space.
- the interior side facing visible surface N of the aperture BL individually be colored, so that on the one hand, the visual appeal of the entire optical arrangement is improved and, moreover, the see-through characteristics of can be improved inside out.
- the Passage area, on the optical elements of incident light in the interior is the transparent support structure T on its side facing the interior preferably formed with surface structures S according to FIG.
- the Surface structures S are able to do this through the light exit sides Carrier substrate T incidental light in the interior continue to lead, eg. for the purpose of targeted optical room lighting.
- Carrier structure T is provided with diaphragms BL, for example, as opaque Surface strips are formed, wherein the support structure T as a movable Element O is executed (see FIG. 7).
- the aperture areas BL in shape and size of the spaces between adapted to the individual light exit sides of the individual optical elements and correspond beyond the light exit sides D of the individual optical Elements C for example, by moving the element O by one Period of the angular range can be switched within the on the optical Element incident radiation is reflected, d. H. the transmission behavior of the optical element can by moving the aperture in the area of individual light exit sides of the individual optical elements are reversed.
- the appearance of the façade is from the outside strongly dependent on the viewing direction of the viewer.
- direct Solar radiation is the external effect of the facade within the Blanking range from the relative angle of incidence to the optical axis of each determined individual optical element.
- This effect can for example be used that not completely absorbent or opaque occupancy the panels BL in the interior a changeable with the position of the sun color effect the elements can be generated.
- the color temperature in the Interior set by the angular position of the elements to the sun.
- the Color change can also serve to correct the position of the elements Sun check or as a rule criterion for automatic control be used.
- the color design can be conscious as be used as a creative element that the internal and external effect of Facade shapes and a relation between viewing location, line of sight and generated external light conditions.
- linear or arrayed optical Form elements in principle, it is possible for the linear or arrayed optical Form elements as a horizontal or vertical lamella system, flat in Facades or in roofs, canopies and other roofing too integrate.
- the use in the interior and exterior, in the space of Double facades or the integration in the space between the panes of Insulating glazing is possible.
- FIG. 8 shows a further possible combination of the optical elements C.
- the formed according to Figure 1 element is connected to a further optical element C in mirror image arrangement as shown combined. Get in this way Light, on the one hand on the light entrance side A from the first solid angle area B falls into the interior of the optical arrangement, on the other hand over the Light entrance side A 'in the first Jardinwinkelbreich B' from the arrangement again.
- FIG. 9 shows a concrete application form of the invention Device for the interior lighting of an atrium shown.
- the direct To block radiation components in order to avoid overheating in the interior, and on the other hand enough diffuse light to let through lighting.
- the optical element By use of the inventively embodied optical element in the roof surface of the Atriums 2, this can be ensured by the optical element such is aligned that the occurring sun angles do not or at least lie outside the passband or the first solid angle range.
- the passing zenith light which consists of angular areas within the Passage area encounters the element is largely transmitted and occurs the light exit side in the area 4 diffuse.
- each optical Element with another optically transparent body, such as the Carrier structure T connected.
- the transmitted light should be redirected in a way that determined Lighting situations is adjusted.
- the light it is possible for the light to be detected using the method shown in FIG. 8 illustrated arrangement for illuminating the interior of the atrium according to FIG 9 incident on the optical elements in the passband, down through the transmitted optical arrangement of Figure 8, whereby the bottom of the atrium in Cone area 4 is illuminated more.
- the Carrier structure T has suitable deflection S, so the transmitted Redirected light so that it emerges at a shallower angle.
- FIG. 10 A further advantageous use of the inventively designed optical element is shown in FIG.
- Optical element C in a multiple linear arrangement an optical circuit board LE arranged.
- the light is through the optical PCB LE deflected by total reflection at their surfaces and guided.
- a reflective layer coated aperture BL can also those light components thrown back into the light guide plate LE, the total reflection angle exceed.
- the Apertures BL are not optically coupled to the surface of the light guide plate LE to the To get total reflection for shallower angles. On those surfaces where the optical elements with their light exit sides to the surface of Coupling circuit board LE, light can escape from the light guide targeted.
- the element can also be used without a light guide as Verblendungsraster by being placed directly in front of a light source.
- a light guide as Verblendungsraster by being placed directly in front of a light source.
- not only linear, but also especially 3d structures make sense.
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Lichtumlenkung sowie
-ausblendung für den stationären Einsatz bei einer transluzenten Gebäudefassade
zur gezielten Beleuchtung eines Innenraumes mit wenigstens einem transluzenten
optischen Element, das eine eben ausgebildete Lichteintrittsseite sowie eine
Lichtaustrittsseite vorsieht, die von einer ersten gekrümmten Grenzfläche sowie
zumindest von einer zweiten Grenzfläche begrenzt ist, wobei die Krümmung der
ersten Grenzfläche derart ausgebildet ist, dass Lichtstrahlen, die aus einem ersten
Raumwinkelbereich auf die Lichteintrittsseite auftreffen und in das optische Element
einkoppeln im Wege der Totalreflexion an der ersten Grenzfläche auf den Bereich
der zweiten Grenzfläche konzentriert werden und dass Lichtstrahlen, die aus einem
zweiten Raumwinkelbereich auf die Lichteintrittsseite auftreffen und in das optische
Element einkoppeln, durch die erste Grenzfläche aus dem optischen Element
austreten.
Die Erfindung betrifft ein Element, das in offenen und geschlossenen Räumen als
Sonnenschutzelement und als Lichtlenkelement eingesetzt werden kann. Die
heutigen lichttechnischen und thermischen Anforderungen an Gebäude, speziell im
Bereich der Büronutzung, insbesondere bei Bildschirmarbeitsplätzen, stellen hohe
Anforderungen an den Sonnenschutz sowie an die Tageslichtversorgung an
Arbeitsplätzen. Zur Erfüllung dieser Ansprüche kommen in vielen Gebäuden
sensorisch gesteuerte, nachgeführte Jalousiensysteme zum Einsatz. Dabei tritt
neben unerwünschten Störeffekten durch die permanente Nachsteuerung solcher
Systeme zusätzlich das Problem auf, dass bei flachstehender Sonne der Innenraum
zu stark abgedunkelt wird und die Verwendung von Kunstlicht erforderlich ist.
Durch transparente prismatische Sonnenschutzelemente kann der direkte
Strahlungsanteil der Sonne wirkungsvoll zurückreflektiert werden und gleichzeitig
eine hohe Restlichttransmission des diffusen Himmelslichtes erreicht werden, so
dass der mittels prismatischer Sonnenschutzelemente verschattete Raum nicht zu
stark abgedunkelt werden muß. Um jedoch einen wirkungsvollen Sonnenschutz für
alle auftretenden Sonnenwinkel zu gewährleisten, müssen prismatische Systeme
ebenfalls präzise dem aktuellen Sonnenstand nachgeführt werden, da die
Prismastruktur die auf diese auftreffende Strahlung nur innerhalb eines kleinen
Winkelbereiches reflektiert. Der technische Aufwand für solche System ist
dementsprechend hoch.
Prismatische Systeme haben zudem die oft als nachteilig oder störend empfundene
Eigenschaft, daß die Strahlung beim Durchgang durch das Prisma spektral in
verschiedene Richtungen aufgespalten wird, wodurch eine Farbzerlegung im
sichtbaren Bereich der Strahlung auftritt.
Ein weiteres Problem bei der Verwendung prismatischer Elemente tritt häufig
dadurch auf, dass die durch das prismatische Element zurückgeworfene Strahlung
spiegelnd in den Aussenraum zurückreflektiert wird. Das kann beim Einsatz solcher
Elemente in Fassadenbereichen von Gebäuden zu Blendungsproblemen in der
Umgebung des Gebäudes führen. Einen Überblick über die bisherige Entwicklung ist
im OTTI-Energie-Kolleg: 1.-6. Tagungsband "Innovative Lichttechnik in Gebäuden"
zusammengestellt.
Durch Verwendung sogenannter lichttransparenter CPC-Strukturen (Compound
Parabolic Concentrators) kann der Einfallswinkelbereich, innerhalb dessen die
auftreffende direkte Sonnenstrahlung in den Einfallshalbraum zurückreflektiert wird,
im Gegensatz zu prismatischen Systemen durch die Formgebung innerhalb eines
weiten Winkelbereiches angepasst werden. So können auf der Basis derartiger CPC-Strukturen
auch nicht bewegliche, stationäre Systeme hergestellt werden, die einen
wirkungsvollen Sonnenschutz und gleichzeitig eine hohe Diffuslichttransmission
erlauben. Ein solches System, das auf der Basis transparenter, CPC-Strukturen als
stationärer, saisonal wirksamer Sonnenschutz einsetzbar ist, ist in der
Offenlegungsschrift DE 196 13 222 A1 beschrieben.
Die in der vorstehenden Druckschrift dargestellte Vorrichtung dient der gezielten
Abschattung von Sonnenlicht, das auf transluzente Gebäudefassaden zur
Innenraumbeleuchtung auftrifft. Das der bekannten Vorrichtung zugrundeliegende,
optische Funktionsprinzip ist durch die Raumgeometrie eines, das Sonnenlicht um-
bzw. ausblendende optischen Elementes vorgegeben und basiert grundsätzlich auf
der Lichtkonzentration sowie der Lichtumlenkung von Sonnenstrahlung innerhalb
eines definierten Einfallswinkelbereiches, d. h. das optische Element vermag all jene
Sonnenstrahlen zu konzentrieren, die aus einem vorgegebenen ersten
Raumwinkelbereich auf das optische Element einfallen und alle weiteren
Sonnenstrahlen werden entsprechend umgelenkt. Zur näheren Erläuterung wird auf
die Figur 2 verwiesen, in der das Funktionsprinzip des bekannten optischen
Elementes dargestellt ist. Figur 2 zeigt vier im Längsschnitt dargestellte,
nebeneinander angeordnete optische Elemente C, die jeweils über eine gemeinsame
Lichteintrittsseite A verfügen. Jedes einzelne optische Element C weist stetig
gekrümmte Seitenwände auf, die jeweils mit einer eben ausgebildeten
Lichtaustrittsseite D abschließen. Das optische Element C kann entweder einachsig
linear als auch rotationssymmetrisch oder zweiachsig oder diagonal verschnitten
ausgeformt sein. Die Krümmung der Seitenwände des optischen Elementes C ist
derart ausgebildet, dass Lichtstrahlen, die auf die Lichteintrittsseite A aus einem
Raumwinkelbereich B auftreffen, im Wege der Totalreflexion an den Seitenflächen im
Inneren des optischen Elementes auf die Lichtaustrittsseite D konzentriert werden.
Die Lichtaustrittsseite D ist mit einer Beschichtung E versehen, die die Strahlung
entweder absorbiert oder in den Eintrittshalbraum B zurückreflektiert. Auf diese
Weise werden alle Lichtstrahlen, die aus dem Raumwinkelbereich B auf die
Lichteintrittsseite des jeweiligen optischen Elementes C auftreffen, vor dem
ungehinderten Hindurchtreten durch das optische Element C gehindert, sie werden
demzufolge gezielt ausgeblendet. Lichtstrahlen, die auf die Lichteintrittsseite A
auftreffen, die außerhalb des Raumwinkels B liegen, gelangen hingegen in das
optische Element C und treten aus den Seitenwänden aus dem Element aus und
erfahren dabei eine Umlenkung bzw. Auffächerung.
Sind derartige optische Elemente entsprechend längs einer transluzenten
Gebäudefassade F angebracht, wie es in Figur 3 dargestellt ist, so vermögen die
optischen Elemente, die auf die Lichteintrittsseite einfallenden Lichtstrahlen
entsprechend umzulenken, zu reflektieren bzw. zu absorbieren. In Figur 3 sind
Möglichkeiten einer entsprechenden Lichtumlenkung durch das optische Element vor
einer Gebäudenfassade F dargestellt. Je nach Orientierung der optischen Elemente
gegenüber der einfallenden Lichtstrahlen können somit Lichtstrahlen gezielt in das
Innere von Gebäuden umgelenkt oder wieder zurück in die freie Atmosphäre
reflektiert werden.
Die vorstehend beschriebene bekannte Vorrichtung hat jedoch den Nachteil, dass sie
bei entsprechender Anbringung an eine transluzente Gebäudefassade keine
Durchsichteigenschaften besitzt, wodurch ihre Verwendung gerade in
Fensterbereichen unattraktiv ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Lichtumlenkung
sowie -ausblendung für den stationären Einsatz bei einer transluzenten
Gebäudefassade zur gezielten Beleuchtung eines Innenraums mit wenigstens einem
transluzenten optischen Elementes, gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1
derart weiterzubilden, dass eine Durchsichtmöglichkeit durch die linear oder
arrayförmig angeordneten optischen Elemente hindurch bestehen soll. Insbesondere
gilt es eine möglichst einfache und kostengünstige Vorrichtung zur Lichtausblendung
sowie Lichtumlenkung anzugeben.
Die Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe ist im Anspruch 1
angegeben. Den Erfindungsgedanken vorteilhaft weiterbildenden Merkmale sind
Gegenstand der Unteransprüche sowie der übrigen Beschreibung insbesondere
unter Bezugnahme auf die Ausführungsbeispiele zu entnehmen.
Erfindungsgemäß ist eine Vorrichtung zur Lichtumlenkung sowie -ausblendung für
den stationären Einsatz bei einer transluzenten Gebäudefassade zur gezielten
Beleuchtung eines Innenraumes mit wenigstens zwei transluzenten optischen
Elementen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart ausgebildet, dass die
optischen Elemente derart linear oder arrayförmig nebeneinander angeordnet sind,
dass die Lichtaustrittsseiten der einzelnen optischen Elemente voneinander
beabstandet sind, und dass in dem sich zwischen den Lichtaustrittsseiten
ausbildenden Zwischenbereich ein lichtreflektierendes oder wenigstens partiell
lichtabsorbierendes Mittel vorgesehen ist.
Durch das Vorsehen der lichtreflektierenden bzw. wenigstens partiell oder teilweise
lichtabsorbierenden Mittel, nicht wie im Falle der deutschen Offenlegungsschrift DE
196 13 222 A1 unmittelbar im Bereich der Lichtaustrittsseite, sondern in den
Zwischenbereichen, die von den jeweiligen Lichtaustrittsseiten der linear bzw.
arrayförmig angeordneten optischen Elementen eingeschlossen werden, wird eben
jenes Licht gezielt ausgeblendet, das auf die Lichteintrittsseite der einzelnen
optischen Elemente aus dem zweiten Raumwinkelbereich einfällt. Licht, das
hingegen innerhalb des ersten Raumwinkelbereiches auf die jeweilige
Lichteintrittsseite der optischen Elemente eintrifft, gelangt nahezu ungehindert zur
Lichtaustrittsseite, an der es entsprechend aus dem optischen Element austreten
kann. Somit ist gewährleistet, dass das optische Element zumindest an den Flächen
der Lichtaustrittsseite vollständig durchsichtig ist, sofern vorausgesetzt ist, dass die
Lichteintrittsseite als auch -austrittsseite eben und parallel ausgebildet sind.
Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen
Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die
Zeichnung exemplarisch beschrieben. Es zeigen:
- Figur 1
- Längsschnitt durch vier linear nebeneinander angeordnete optische Elemente,
- Figur 2
- Darstellung zum Stand der Technik,
- Figur 3
- Darstellung zum Stand der Technik,
- Figur 4
- schematische Darstellung zur Durchsicht,
- Figur 5
- optische Elemente mit transparentem Zusatzkörper,
- Figur 6
- optische Elemente mit optisch transparentem Zusatzkörper mit reliefartig ausgebildeten Strukturen,
- Figur 7
- optische Elemente mit bewegbarem Zusatzkörper,
- Figur 8
- spiegelbildliche Anordnung von optischen Elementen,
- Figur 9
- schematisierte Darstellung zur Beleuchtung des Innenraums eines Atriums sowie
- Figur 10
- optische Elemente in Kontakt zu einem lichtleitenden Körper.
Figur 1 zeigt einen Längsschnitt durch vier linear nebeneinander angeordneten
optischen Elemente C, deren Lichteintrittsseiten A jeweils in einer einheitlichen
Ebene liegen. Den Lichteintrittsseiten A gegenüberliegend sind freie
Lichtaustrittsseiten D angeordnet, die verglichen zum Stand der Technik keine
lichtabsorbierende Schicht aufweisen. Vielmehr sind in den Zwischenbereichen
zwischen den Lichtaustrittsseiten D lichtabsorbierende bzw. reflektierende Mittel,
bspw. in Form von Blenden BL vorgesehen, die Licht, das von Seiten der
Lichteintrittsseite auf die Blenden BL fällt, absorbieren bzw. in den Lichteintrittsraum
wieder zurück reflektieren. Insbesondere trifft dies für jene Lichtanteile zu, die auf die
Lichteintrittsseiten der optischen Elemente aus dem zweiten Raumwinkelbereich
einfallen. Fällt hingegen Licht innerhalb des ersten Raumwinkelbereiches, also aus
dem Bereich B (siehe Figur 2), auf die optischen Elemente ein, so werden diese
Lichtanteile durch das optische Element nahezu verlustfrei transmittiert. Der
wesentliche Vorteil der in Figur 1 dargestellten optischen Elemente ist die Möglichkeit
der direkten Durchsicht durch die optischen Elemente zumindest im Bereich ihrer
Lichtaustrittsflächen D. In Figur 4 geht dieser Zusammenhang graphisch hervor. Bei
vertikaler Anordnung einer Vielzahl arrayförmig angeordneter optischer Elemente
bspw. innerhalb eines Fensterelementes, ist es für einen Betrachter im Innenraum I
möglich, durch die Lichtaustrittsseiten der jeweiligen optischen Elemente nach außen
zu sehen (Durchlassbereich). Fällt hingegen Sonnenlicht von außen auf die
Lichteintrittsseiten der optischen Elemente innerhalb des zweiten
Raumwinkelbereiches, dem sogenannten Ausbelendbereich, so wird dieses
Sonnenlicht durch die Präsenz der Blenden BL ausgeblendet.
In Figur 5 ist eine weitere Ausführungsform für eine lineare oder arrayförmige
Anordnung bestehend aus einer Vielzahl optischer Elemente C dargestellt. Die
einzelnen optischen Elemente C verfügen über eine einheitliche Lichteintrittsseite A
und sind mit ihren jeweiligen Lichtaustrittsseiten mit einem transparenten
Trägersubstrat T verbunden. Das vorzugsweise plattenförmig ausgebildete, optisch
transparente Trägersubstrat T, das vorzugsweise einstückig mit den optischen
Elementen C verbunden ist, weist an seiner den optischen Elementen abgewandten
Seite eine ebene, plane Oberfläche T1 auf. Zusammen mit der ebenfalls plan
ausgebildeten Lichteintrittsseite A ist zumindest im Bereich der Lichtaustrittsseiten
der einzelnen optischen Elemente C der direkte Durchblick durch die optische
Anordnung gegeben.
In den Zwischenräumen, in denen die Blenden BL vorgesehen sind, sind
Lufteinschlüsse L vorgesehen, sofern die Anordnung arrayförmig ausgebildet ist. Die
Blenden BL selbst weisen vorzugsweise an ihrer der Lichteintrittsseite zugewandten
Oberfläche eine reflektierende Schicht auf, so dass das auf diese einfallende
Sonnenlicht wieder in den Eintrittshalbraum zurück reflektiert wird. Demgegenüber
kann die innenraumseitig zugewandte, sichtbare Fläche N der Blenden BL individuell
farblich gestaltet sein, so dass zum einen die optische Attraktivität der gesamten
optischen Anordnung verbessert wird und überdies die Durchsichteigenschaften von
innen nach außen verbessert werden können.
Zur individuellen Lichtweiterleitung von aus dem ersten Raumwinkelbereich, dem
Durchlassbereich, auf die optischen Elemente einfallenden Lichtes in den Innenraum
ist die transparente Trägerstruktur T an ihrer dem Innenraum zugewandten Seite
vorzugsweise mit Oberflächenstrukturen S gemäß Figur 6 ausgebildet. Die
Oberflächenstrukturen S vermögen das durch die Lichtaustrittsseiten in das
Trägersubstrat T einfallende Licht gezielt in den Innenraum weiter zu führen, bspw.
zu Zwecken gezielter optischer Raumbeleuchtung.
Die Einsatzmöglichkeiten der optischen Elemente können auch dadurch erweitert
werden, dass die in den Ausführungsbeispielen gemäß Figur 5 und 6 dargestellte
Trägerstruktur T mit Blenden BL versehen ist, die beispielsweise als opake
Oberflächenstreifen ausgebildet sind, wobei die Trägerstruktur T als bewegliches
Element O ausgeführt ist (siehe hierzu Figur 7).
Durch die beweglich ausgebildete Trägerplatte T ergeben sich grundsätzlich zwei
Anwendungsmöglichkeiten:
Sind die Blendenbereiche BL in Form und Größe an die Zwischenräume zwischen
den einzelnen Lichtaustrittsseiten der einzelnen optischen Elemente angepasst und
entsprechen darüber hinaus den Lichtaustrittsseiten D der einzelnen optischen
Elemente C, so kann durch Verschieben des Elementes O beispielsweise um eine
Periode der Winkelbereich umgeschaltet werden, innerhalb dem die auf das optische
Element einfallende Strahlung reflektiert wird, d. h. das Transmissionsverhalten des
optischen Elementes kann durch Verschieben der Blenden in den Bereich der
einzelnen Lichtaustrittsseiten der einzelnen optischen Elemente umgekehrt werden.
Ferner kann im Falle einer schmäleren Ausführung der Blenden BL als der jeweilige
Zwischenbereich bei entsprechender Verschiebung das Element O gegenüber den
Lichtaustrittsseiten eine gezielte Ausblendung der Direktstrahlung bei gesteigerter
Diffuslichttransmission erreicht werden, zumal die Strahlung in einem bestimmten
Winkelbereich weitgehend fokussiert auf die Lichtaustrittsseiten der jeweiligen
optischen Elemente einfällt.
Da die räumliche Verteilung der auf die Blenden BL auftreffenden Lichtintensität
sowie auch die Rückstrahlung in den Außenraum mit Änderung der
Einstrahlrichtungen variiert, kann durch gezieltes Aufbringen beispielsweise eines
Farbstreifencodes auf die Blenden BL eine richtungsabhängige Farbwirkung erzielt
werden. Auf diese Weise kann sowohl die Außenraumwirkung als auch die
Innenraumwirkung einer Fassade richtungsabhängig veränderlich farblich gestaltet
werden.
Bei einer diffusen Einstrahlung ist das Erscheinungsbild der Fassade von außen
stark von der Blickrichtung des Betrachters abhängig. Bei direkter
Sonneneinstrahlung wird die Außenwirkung der Fassade innerhalb des
Ausblendbereiches vom relativen Einstrahlungswinkel zur optischen Achse jedes
einzelnen optischen Elementes bestimmt. Dieser Effekt kann beispielsweise dazu
genutzt werden, dass bei nicht vollkommen absorbierenden bzw. opaker Belegung
der Blenden BL im Innenraum eine mit dem Sonnenstand veränderlich Farbwirkung
der Elemente erzeugt werden kann. Gleichermaßen kann die Farbtemperatur im
Innenraum durch die Winkelstellung der Elemente zur Sonne eingestellt werden. Die
farbliche Veränderung kann auch dazu dienen, die richtige Stellung der Elemente zur
Sonne zu überprüfen oder als Regelkriterium für eine automatische Steuerung
genutzt werden. Darüber hinaus kann die farbliche Gestaltung bewusst als
gestalterisches Element eingesetzt werden, das die Innen- und Außenwirkung der
Fassade prägt und einen Bezug zwischen Betrachtungsort, Blickrichtung und
äußeren Lichtverhältnissen erzeugt.
Grundsätzlich ist es möglich, die linear oder arrayförmig angeordneten optischen
Elemente als horizontales oder vertikales Lamellensystem auszubilden, flächig in
Fassaden oder in Dächern, Vordächern und sonstigen Überdachungen zu
integrieren. Der Einsatz im Innen- und Außenbereich, im Zwischenraum von
Doppelfassaden oder auch die Integration im Scheibenzwischenraum von
Isolierverglasungen ist möglich.
Figur 8 zeigt eine weitere Kombinationsmöglichkeit der optischen Elemente C. Das
gemäß Figur 1 ausgebildete Element ist mit einem weiteren optischen Element C in
spiegelbildlicher Anordnung wie dargestellt kombiniert. Auf diese Weise gelangt
Licht, das einerseits über die Lichteintrittsseite A aus dem ersten Raumwinkelbereich
B in das Innere der optischen Anordnung einfällt, andereseits über die
Lichteintrittsseite A' im ersten Raumwinkelbreich B' aus der Anordnung wieder aus.
In Figur 9 ist eine konkrete Anwendungsform der erfindungsgemäß ausgebildeten
Vorrichtung für die Innenraumbeleuchtung eines Atriums dargestellt. Bei der
energetischen Optimierung eines zwischen zwei Gebäuden 1 liegenden überdachten
Atriums 2 besteht die Aufgabenstellung oft darin, einerseits die direkten
Strahlungsanteile abzublocken, um die Überhitzung im Innenraum zu vermeiden, und
andererseits genug Diffuslicht zur Beleuchtung hindurch zu lassen. Durch Einsatz
des erfindungsgemäß ausgebildeten optischen Elementes in der Dachfläche des
Atriums 2 kann dies gewährleistet werden, indem das optische Element derart
ausgerichtet wird, dass die auftretenden Sonnenwinkel nicht oder wenigstens
außerhalb des Durchlassbereiches bzw. des ersten Raumwinkelbereiches liegen.
Das hindurchtretende Zenithlicht, das aus Winkelbereichen innerhalb des
Durchlassbereiches auf das Element trifft, wird weitgehend transmittiert und tritt auf
der Lichtaustrittsseite im Bereich 4 diffus aus.
Um das Transmissionsverhalten des erfindungsgemäß ausgebildeten optischen
Elementes zu verbessern, ist wie bereits vorstehend in einigen
Ausführungsbeispielen angegeben, die Lichtaustrittsseite jedes einzelnen optischen
Elementes mit einem weiteren optisch transparenten Körper, beispielsweise der
Trägerstruktur T verbunden. Durch eine derartige optische Ankopplung kann das
transmittierte Licht zusätzlich in einer Art umgelenkt werden, die bestimmten
Beleuchtungssituationen angepasst ist.
So ist es beispielsweise möglich, dass das Licht unter Verwendung der in Figur 8
dargestellten Anordnung zur Beleuchtung des Innenraums des Atriums gemäß Figur
9, das im Durchlassbereich auf die optischen Elemente einfällt, nach unten durch die
optische Anordnung gemäß Figur 8 transmittiert, wodurch der Boden des Atriums im
Kegelbereich 4 stärker beleuchtet wird. Verwendet man hingegen eine optische
Elementanordnung gemäß der Ausführungsform der Figur 6, bei der die
Trägerstruktur T geeignete Umlenkstrukturen S aufweist, so wird das transmittierte
Licht derart umgelenkt, dass es eher unter einem flachen Winkel austritt. Für die in
Figur 9 dargestellte Beleuchtungssituation bedeutet dies, dass die Innenfassaden
des Atriums 3 stärker beleuchtet werden.
Eine weitere vorteilhafte Verwendungsweise des erfindungsgemäß ausgebildeten
optischen Elementes ist in Figur 10 wiedergegeben. Hierbei ist das
erfindungsgemäße optische Element C in einer Vielfachlinearanordnung gegenüber
einer optischen Leiterplatte LE angeordnet. Das Licht wird durch die optische
Leiterplatte LE im Wege der Totalreflexion an ihren Oberflächen umgelenkt und
geführt. Durch die unmittelbar an der Oberfläche der Lichtleiterplatte LE anliegenden,
mit einer Reflexionsschicht überzogenen Blenden BL können auch jene Lichtanteile
in die Lichtleiterplatte LE zurück geworfen werden, die den Totalreflexionswinkel
überschreiten. Vorzugsweise sind bei der in Figur 10 dargestellten Anordnung die
Blenden BL nicht optisch an die Oberfläche der Lichtleiterplatte LE gekoppelt, um die
Totalreflexion für flachere Winkel erhalten zu können. An jenen Flächen, an denen
die optischen Elemente mit ihren Lichtaustrittsseiten an die Oberfläche der
Leiterplatte LE ankoppeln, kann Licht aus dem Lichtleiter gezielt austreten. Die in das
Innere der optischen Elemente einfallenden Lichtstrahlen erfahren durch
Totalreflexion an den gekrümmten Seitenwänden der optischen Elemente eine
entsprechende Umlenkung zur Flächennormalen NO. Durch diese Anordnung kann
gezielt Licht aus einer Lichtleiterplatte LE bzw. einem lichtleitenden Material
ausgekoppelt werden.
Das Element kann auch ohne Lichtleiter als Entblendungsraster verwendet werden,
indem es direkt vor einer Lichtquelle angeordnet wird.
Bei dieser Anwendung sind nicht nur lineare, sondern auch besonders 3d-Strukturen (rotationssymmetrisch, kreuzweise verschnitten) sinnvoll.
Bei dieser Anwendung sind nicht nur lineare, sondern auch besonders 3d-Strukturen (rotationssymmetrisch, kreuzweise verschnitten) sinnvoll.
- A
- Lichteintrittsseite
- B
- erster Raumwinkelbereich = Durchlassbereich
- BL
- Blende
- C
- optisches Element
- D
- Lichtsaustrittsseite
- E
- Beschichtung
- F
- Fensterfassade
- L
- Lufteinschluss
- LE
- Lichtleiterplatte
- T
- Trägerplatte, Trägersubstrat
- T1
- Oberseite der Trägerplatte
- N
- Blendenoberfläche
- NO
- Flächennormale
- 1
- Gebäude
- 2
- Atrium
- 3
- Innenseite des Gebäudes
- 4
- zentraler Lichtkegel
- 5
- Seitenbereich
Claims (16)
- Vorrichtung zur Lichtumlenkung sowie -ausblendung für den stationären Einsatz bei einer transluzenten Gebäudefassade zur gezielten Beleuchtung eines Innenraumes mit wenigstens zwei transluzenten optischen Elementen C, die jeweils eine eben ausgebildete Lichteintrittsseite A aufweisen sowie eine Lichtaustrittsseite D vorsehen, die von einer ersten gekrümmten Grenzfläche sowie zumindest von einer zweiten Grenzfläche begrenzt ist, wobei die Krümmung der ersten Grenzfläche derart ausgebildet ist, dass Lichtstrahlen, die aus einem ersten Raumwinkelbereich B auf die Lichteintrittsseite A auftreffen und in das optische Element C einkoppeln im Wege der Totalreflexion an der ersten Grenzfläche auf den Bereich der zweiten Grenzfläche konzentriert werden und dass Lichtstrahlen, die aus einem zweiten Raumwinkelbereich auf die Lichteintrittsseitete A auftreffen und in das optische Element C einkoppeln durch die erste Grenzfläche aus dem optischen Element C austreten,
dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Element C derart linear oder arrayförmig nebeneinander angeordnet sind, dass die Lichtaustrittsseite D der einzelnen optischen Element C voneinander beabstandet sind, und dass in dem sich zwischen den Lichtaustrittsseiten D ausbildenden Zwischenbereich ein lichtreflektierendes oder wenigstens partiell lichtabsorbierendes Mittel vorgesehen ist. - Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel eine Blende BL ist. - Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel ein transluzentes Trägersubstrat T ist, auf dessen Oberseite in Form und Größe an den Zwischenbereich angepaßt wenigstens ein lichtreflektierender oder wenigstens ein partiell lichtabsorbierender Schichtbereich aufgetragen ist. - Vorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass das transluzente Trägersubstrat T einstückig mit den Lichtaustrittsflächen D verbunden ist. - Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet, dass das Trägersubstrat T eine den optischen Elementen C abgewandte Oberseite aufweist, die eben oder strukturiert ausgebildet ist. - Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel ein transluzentes Flächenelement ist, das in Form und Größe an den Zwischenbereich angepaßt, wenigstens einen lichtreflektierenden oder wenigstens partiell lichtabsorbierenden Bereich aufweist, und dass das Flächenelement gegenüber der Lichtaustrittsflächen D der optischen Elemente C verschiebbar ist. - Vorrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass die Form und Größe des Zwischenbereiches gleich der Form und Größe der Lichtaustrittsseiten D ist. - Vorrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass die Form und Größe des Zwischenbereiches kleiner der Form und Größe der Lichtaustrittsseiten D ist. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass der lichtreflektierender oder der wenigstens partiell lichtabsorbierende Schichtbereich eingefärbt ist. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, dass der lichtreflektierende oder der wenigstens partiell lichtabsorbierende Bereich eingefärbt ist. - Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10,
dadurch gekennzeichnet, dass die Einfärbung graduell erfolgt. - Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10,
dadurch gekennzeichnet, dass die Einfärbung stufenweise, mit aus mehreren angrenzenden Farben erfolgt. - Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12 als Innenraumbeleuchtungsmittel, das derart in eine transluzente Gebäudefassade integriert ist, dass das direkte Sonnenlicht nicht in den ersten Raumwinkelbereich B, sondern lediglich aus dem zweiten Raumwinkelbereich auf die Lichteintrittsseite A einfällt.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, dass an den Lichtaustrittsseiten D der optischen Elemente C spiegelbildlich weitere optische Elemente C mit ihren jeweiligen Lichtaustrittsseiten D angeordnet sind. - Verwendung der Vorrichtung nach Anspruch 14 als Innenraumbeleuchtungsmittel, das derart in eine transluzente Gebäudefassade integriert ist, dass das in den ersten Raumwinkelbereich B auf die Lichteintrittsseite A der zur Sonne gerichteten optischen Elemente C einfallende Licht durch die Anordnung der optischen Elemente C hindurchtritt und aus den Lichteintrittsseiten A der der Sonne abgewandten optischen Elemente C in gleicher Weise innerhalb ihres ersten Raumwinkelbereiches B austritt.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtaustrittsseiten D der optischen Elemente C optisch an eine Oberfläche eines lichtleitenden Körpers LE gekoppelt ist.
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