EP1520081A1 - Sonnenschutzvorrichtung mit einer vielzahl von parallel zueinander orientierter lamellen - Google Patents

Sonnenschutzvorrichtung mit einer vielzahl von parallel zueinander orientierter lamellen

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Publication number
EP1520081A1
EP1520081A1 EP03763799A EP03763799A EP1520081A1 EP 1520081 A1 EP1520081 A1 EP 1520081A1 EP 03763799 A EP03763799 A EP 03763799A EP 03763799 A EP03763799 A EP 03763799A EP 1520081 A1 EP1520081 A1 EP 1520081A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cpcs
slats
protection device
sun protection
slat
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Withdrawn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
EP03763799A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Peter Nitz
Christopher BÜHLER
Werner Platzer
Tilmann Kuhn
Andreas Gombert
Benedikt BLÄSI
Volker Wittwer
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.)
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
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 Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV filed Critical Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Publication of EP1520081A1 publication Critical patent/EP1520081A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E06—DOORS, WINDOWS, SHUTTERS, OR ROLLER BLINDS IN GENERAL; LADDERS
    • E06B—FIXED OR MOVABLE CLOSURES FOR OPENINGS IN BUILDINGS, VEHICLES, FENCES OR LIKE ENCLOSURES IN GENERAL, e.g. DOORS, WINDOWS, BLINDS, GATES
    • E06B9/00—Screening or protective devices for wall or similar openings, with or without operating or securing mechanisms; Closures of similar construction
    • E06B9/24—Screens or other constructions affording protection against light, especially against sunshine; Similar screens for privacy or appearance; Slat blinds
    • E06B9/26—Lamellar or like blinds, e.g. venetian blinds
    • E06B9/264—Combinations of lamellar blinds with roller shutters, screen windows, windows, or double panes; Lamellar blinds with special devices
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E06—DOORS, WINDOWS, SHUTTERS, OR ROLLER BLINDS IN GENERAL; LADDERS
    • E06B—FIXED OR MOVABLE CLOSURES FOR OPENINGS IN BUILDINGS, VEHICLES, FENCES OR LIKE ENCLOSURES IN GENERAL, e.g. DOORS, WINDOWS, BLINDS, GATES
    • E06B9/00—Screening or protective devices for wall or similar openings, with or without operating or securing mechanisms; Closures of similar construction
    • E06B9/24—Screens or other constructions affording protection against light, especially against sunshine; Similar screens for privacy or appearance; Slat blinds

Definitions

  • Sun protection device with a plurality of oriented parallel to each other
  • the invention relates to a sun protection device with a number of slats, which are arranged at a distance from one another parallel to their longitudinal extension and are rotatably mounted about their longitudinal axis and each have a slat top, on which a plurality of optical concentrator structure elements made of at least partially transparent dielectric material, so-called CPCs ( Compound Parabolic Concentrators) is provided, which each have a light incidence and a flat or curved receiver surface and which are oriented with the receiver surface directed towards the top of the slats.
  • CPCs Compound Parabolic Concentrators
  • a generic device of the above type is disclosed in DE 196 13222 A1, which describes a stationary device for shading the direct sunlight in glazing using light-concentrating structures of the type of CPCs (Compound Parabolic Conentrators).
  • the CPCs are used to specifically block out direct sunlight that is directed onto the light-concentrating elements.
  • CPCs can light that hits the light incidence surface of a CPC from a certain acceptance angle range in the way of Concentrate total reflection on a receiver area that is smaller in size than the light incidence area.
  • the stationary shading system described in the above publication is characterized in that the receiver surface of the CPCs is partially or completely mirrored, as a result of which the light components totally reflected within the CPCs are reflected back into the same angular range from which they hit the CPCs.
  • the light components originating from the other solid angle areas and the light components incident on the CPCs pass through the otherwise light-transparent concentrator structures by way of light refraction.
  • the CPCs are attached to the top of straight-shaped slats, which are arranged behind a glazing, for example in the form of a slat curtain with a large number of individual slats oriented vertically one above the other, each with a horizontal longitudinal extent.
  • the individual slats are rotatably supported around their longitudinal extent in order to be able to dynamically adapt the masking areas specified by the individual CPCs to the current position of the sun.
  • the known lamella curtain provided with CPCs and having a plurality of lamellas which are horizontally oriented and vertically spaced apart has a number of disadvantages due to the system.
  • Another disruptive optical conspicuity in such a slat curtain is based on the direct illumination of the underside of the slat by light reflection on the top of the slat of the immediately adjacent slat, which is attached vertically below the illuminated underside of the slat.
  • Such disturbing reflections on the underside of the slats are particularly evident in cases in which the slats are tilted from a horizontal orientation, for example facing a low position of the sun, whereby the undersides of the individual slats inevitably come into view for an observer inside the room.
  • lamella areas can also come into view of a viewer that are directly illuminated by the incident sunlight, which can lead to severe glare.
  • the invention has for its object to develop a sun protection device with a number of slats, as described above, such that even wider glazing can be covered by the sun protection device without the effects of deflection of the aforementioned type due to the weight of the individual slats to have to take. Furthermore, the illuminations of the underside of adjacent slats caused by mutual reflection, in particular in cases in which the individual slats are tilted relative to the horizontal, must be avoided or the disruptive effects reduced.
  • a sun protection device with a number of lamellae which are spaced apart from one another parallel to their longitudinal extent and are rotatably mounted about their longitudinal axis and each have a lamella top on which a plurality of optical concentrator structure elements made of at least partially transparent dielectric material, so-called CPCs, is provided, which each have a light incidence and a flat or curved receiver surface and which are oriented with the receiver surface in each case directed towards the top of the slats, designed in such a way that the top of the slats is at least partially curved or angularly shaped transverse to its longitudinal extent.
  • CPCs optical concentrator structure elements made of at least partially transparent dielectric material
  • the top surfaces of the slats are at least partially reflective or opaque, so that it is ensured that the sunlight falling within the acceptance angle range of the CPCs is reflected in the same angular range in the opposite direction.
  • the CPCs adjoin the top surface of the slat directly or via at least one adhesion promoter layer or are spaced apart from the top surface of the slat.
  • the receiver surfaces are "directly” or indirectly “provided” with reflective properties.
  • a separate manufacturing step may be omitted, in which the receiver surfaces must be provided with a reflective coating to ensure the desired function, which can be complex, in particular in the case that the CPCs are designed as a microstructure.
  • the curvature or angular design of the top of the slat transversely to its longitudinal extension gives the slat a high degree of inherent stability in the longitudinal extent and, in addition, enables direct irradiation of the underside of the slats by means of appropriate curvature shapes and edge profiles Reduce sunlight reflection on the adjacent tops of the slats zy. Likewise, direct eye contact on directly illuminated tops of slats or undersides illuminated by reflexes can be avoided by a corresponding course of curvature despite inclined slats relative to the horizontal.
  • a particular aspect of the sun protection device designed according to the invention relates to the possibility of producing large-area distributed CPC structures in the form of sunlight-transparent films which can only be applied to the top of the slats.
  • Such CPC films are produced by means of lithographic process steps, molding processes and embossing processes, which will not be discussed in detail at this point. Rather, it should be mentioned in this context that the CPC structures themselves do not have any flat intrinsic stability and, in combination with a lamella, cannot increase the intrinsic stability of the lamella, or only to a small extent.
  • the sun protection device according to the invention also differs from the device described in the publication cited at the beginning, since it provides macroscopic CPCs which, in themselves, could represent a self-supporting CPC arrangement.
  • FIGS. 1a and b show cross-sectional representations through a curved (see FIG. 1) and an angularly shaped (see FIG. 1b) lamella L, on the lamella top side LO of which a large number of individual CPCs 1 are arranged ,
  • the individual CPCs 1 are arranged next to one another or with invariant translation, which results in a strip-like or array-like arrangement of individual CPCs covering the lamella surface LO, at least in partial areas.
  • Both the curved curvature transversely to the longitudinal direction of the lamella L, which is shown in Fig. 1 a, as well as the folded edge introduced longitudinally to the lamella L according to the embodiment in Fig. 1b, increases the longitudinal stability significantly, whereby slats with lengths of several meters can be produced, which can only be attached to the side edges or at a few stopping points without any signs of deflection.
  • FIG. 2 shows a schematic cross section through a CPC structure known per se, which has a light incidence surface LE and a receiver surface EF.
  • the light incidence surface LE and the receiver surface EF are connected by parabolic side surfaces SE, at the interface of which light rays that fall on the light incidence surface LE within the acceptance angle range are totally reflected and concentrated on the receiver surface EF.
  • the dashed line below the receiver area EF is only intended to clarify that the receiver area EF does not have to be designed exclusively as a flat area, but definitely also, e.g. can take on a continuously curved surface shape.
  • the receiver surface EF is covered with a reflective layer or is at least arranged close to the reflective top surface of the lamella, on which the light rays are reflected accordingly , So is ensures that the sunlight falling within the acceptance angle range is reflected back into this area.
  • the flat arrangement of the CPC structures can be formed as light-transparent foils by means of lithographic processes and subsequent molding and embossing processes and can be added to the correspondingly curved top side of the lamella L.
  • FIG. 3a provides the arrangement of identical CPCs 1 which, with regard to their individual acceptance angle ranges, which are represented in the drawing by the respective central direction A, are attached to the lamella surface as a function of the local curvature behavior.
  • the individual acceptance angle ranges of the individual CPCs thus point in different spatial directions.
  • FIG. 3b shows a group of CPCs 1, the spatial orientation of the individual acceptance angle regions A of which are aligned coparallel.
  • the individual CPCs are identical to one another, but have different inclinations with respect to the top side of the slats LO.
  • the light incidence surfaces LE of the individual CPCs 1 are not in a common surface O. Rather, the latter property is reflected in the exemplary embodiment according to FIG. 3c, in which the individual CPCs are spatially identically oriented with respect to their individual acceptance angle ranges and also describe a common surface O with their individual light incidence surfaces LF.
  • a surface O which is preferably smooth, and which is also coparallel to the top side of the lamella LO of the lamella L, is far less sensitive to dirt than the exemplary embodiment shown in FIG. 3b.
  • FIG. 3d shows a lamella top side LO, on which CPCs are arranged in two groups G1 and G2.
  • Group G1 is composed of CPCs 1, the spatial orientation of their acceptance angle ranges depends on the local curvature behavior of the top of the slats.
  • the group G2 provides CPC elements whose spatial alignment of their acceptance angle ranges are oriented in the same way.
  • the exemplary embodiment makes it clear that any variations and combinations of the above-mentioned possible CPC configurations are possible with reference to FIGS. 3a to c on a single lamella surface depending on the lighting situation.
  • FIG. 4 shows a detailed representation of three CPC structures 1 applied on the top of a lamella, the acceptance angle ranges ⁇ - ⁇ , ⁇ 2 and ⁇ 3 of which are selected such that they overlap. This ensures that sunlight from an incident direction in the overlap area is reflected back by all CPCs in the group by total reflection and reflection on the top of the slats. The arrangement can therefore be direct sunlight entirely reflect when the lamella (and thus the group) as a whole is oriented so that the sun is in the overlap angle range.
  • the detail representation in FIG. 4 likewise clarifies that the top of the slat LO is at least partially reflective or opaque, so that the slat designed according to the invention cannot be penetrated by diffuse sky radiation.
  • the sun protection device provides a plurality of horizontally aligned individual lamellae L arranged parallel to one another, which are arranged vertically one above the other.
  • all the slats L have an identical inclination with respect to their longitudinal axes. This situation is outlined in the cross-sectional representation according to FIG. 5a. It is also conceivable to combine groups of individual slats within such a slat curtain, which have the same inclinations with each other, but different cross-inclinations with respect to different groups. This situation is shown in Fig. 5b, in which the upper three slats have a flatter inclination than the lower three slats.
  • the CPCs 1 are arranged in the region of the longitudinal edge of the slats L facing the solar radiation in such a way that the sunlight incident on the CPCs is essentially retroreflected, in the sense of a back reflection in the solid angle range from which the light falls on the CPCs.
  • the CPCs which are arranged in the longitudinal edges facing away from the solar radiation, face in the direction of the vertically adjacent underside of the slats.
  • the advantageously curved slat covers the directly illuminated areas LB of the underside of the slat LU. To further Avoid overexposure on the underside of the lameia
  • a light-transparent adhesion promoter for example an adhesive layer on the top of the slats.
  • the CPCs are attached to the slat surface, for example, via the edge areas of the CPCs with the slat appropriate clamp or adhesive connections.
  • direct optical contact can be made using suitable transparent adhesive layers or not.
  • a further advantageous embodiment results if a bonding agent used is not transparent, but is itself reflective (white or reflective). Then the adhesion promoter takes over the mirroring of the receiver surfaces and the properties of the lamella surface LO are only secondary or only significantly responsible for the reflection of diffuse sky light that falls outside the acceptance ranges. In this case, the lamella surface can even be designed specifically according to the requirements of diffuse light reflection without impairing the retroreflective property of the lamella for direct sunlight.
  • the sun protection device designed according to the invention is suitable as a slatted curtain LBH, which can be introduced into the intermediate space of a multi-pane glazing M (see schematic diagram according to FIG. 7).
  • CPC structures ideally have a parabolic lateral boundary surface, each of which is connected to the light incidence surface via a peripheral edge.
  • the boundary surface cannot assume the ideal and theoretically exact parabolic shape due to manufacturing-related manufacturing tolerances, but rather deviates from the ideal shape.
  • the optical function and the general shape of the CPC structure are largely retained, such deviations should also be included in the technical teaching disclosed in this document.
  • G1 G2 groups of CPCs ⁇ 1, ⁇ 2, 3 acceptance angle ranges

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
  • Blinds (AREA)

Abstract

Beschrieben wird eine Sonnenschutzvorrichtung mit einer Anzahl von Lamellen, die parallel zu ihrer Längserstreckung gegenseitig beabstandet angeordnet und um ihre Längsachse drehbar gelagert sind und jeweils eine Lamellenoberseite aufweisen, auf der eine Vielzahl optischer Konzentratorstrukturelemente aus zumindest teilweise transparentem dielektrischen Material, sogenannten CPCs (Compound Parabolic Concentrators), vorgesehen ist, die jeweils eine Lichteinfalls- und eine plane oder gekrümmte Empfängerfläche aufweisen und die mit der Empfängerfläche jeweils zur Lamellenoberseite gerichtet orientiert sind. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Lamellenoberseite quer zu ihrer Längserstreckung zumindest teilweise gekrümmt oder kantig geformt ist, dass die Lamellenoberseite reflektierend oder opak ausgebildet ist, und dass die CPCs mit ihrer Empfängerfläche direkt oder über wenigstens eine Haftvermittlerschicht an die Lamellenoberseite angrenzen oder beabstandet gegenüber der Lamellenoberseite angeordnet sind.

Description

Sonnenschutzvorrichtung mit einer Vielzahl von parallel zueinander orientierter
Lamellen
Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf eine Sonnenschutzvorrichtung mit einer Anzahl von Lamellen, die parallel zu ihrer Längserstreckung gegenseitig beabstandet angeordnet und um ihre Längsachse drehbar gelagert sind und jeweils eine Lamellenoberseite aufweisen, auf der eine Vielzahl optischer Konzentratorstrukturelemente aus zumindest teilweise transparentem dielektrischen Material, sogenannten CPCs (Compound Parabolic Concentrators), vorgesehen ist, die jeweils eine Lichteinfalls- und eine plane oder gekrümmte Empfängerfläche aufweisen und die mit der Empfängerfläche jeweils zur Lamellenoberseite gerichtet orientiert sind.
Stand der Technik
Eine gattungsgemäße Vorrichtung vorstehender Art ist in der DE 196 13222 A1 offenbart, die eine stationäre Einrichtung zur Abschattung des direkten Sonnenlichts bei Verglasungen unter Verwendung lichtkonzentrierender Strukturen vom Typ der CPCs (Compound Parabolic Conentrators) beschreibt.
Hierbei dienen die CPCs zur gezielten Ausblendung von direktem Sonnenlicht, das auf die lichtkonzentrierenden Elemente gerichtet ist.
Grundsätzlich vermögen CPCs Licht, das aus einem bestimmten Akzeptanzwinkelbereich auf die Lichteinfallsfläche eines CPCs auftrifft, im Wege der Totalreflexion auf eine im Vergleich zur Lichteinfallsfläche kleiner dimensionierte Empfängerfläche zu konzentrieren. Das in der vorstehenden Druckschrift beschriebene stationäre Verschattungssystem zeichnet sich nun dadurch aus, dass jeweils die Empfängerfläche der CPCs ganz oder teilverspiegelt ist, wodurch die innerhalb der CPCs totalreflektierten Lichtanteile in den gleichen Winkelbereich zurückreflektiert werden, aus dem sie auf die CPCs auftreffen. Die aus den übrigen Raumwinkelbereichen stammenden Lichtanteile und auf die CPCs einfallen Lichtanteile passieren die ansonsten lichttransparenten Konzentratorstrukturen im Wege der Lichtbrechung.
In einem in der Druckschrift enthaltenen Ausführungsbeispiel sind die CPCs auf der Oberseite von geradlinig ausgebildeten Lamellen angebracht, die beispielsweise in Form eines Lamellenvorhanges mit einer Vielzahl vertikal übereinander, jeweils in horizontaler Längserstreckung orientierter Einzellamellen hinter einer Verglasung angeordnet sind. Die einzelnen Lamellen sind drehbar um ihrer Längserstreckung gelagert, um auf diese Weise eine dynamische Anpassung der durch die einzelnen CPCs vorgegebenen Ausblendungsbereiche an den aktuellen Sonnenstand vornehmen zu können.
Der bekannte mit CPCs versehene Lamellenvorhang mit einer Vielzahl horizontal orientierter und vertikal zueinander beabstandet angeordneter Lamellen weist jedoch systembedingt eine Reihe von Nachteilen auf.
Aufgrund der ebenen und geradlinigen Ausbildung der einzelnen Lamellen, auf deren Oberseite dem Sonnenlichteinfall zugewandt CPC-Strukturen angebracht sind, ist die Formstabilität jeder einzelnen Lamelle stark begrenzt, insbesondere in Fällen, in denen die Lamellen horizontal angeordnet sind. Da üblicherweise die einzelnen Lamellen jeweils nur an ihren beiden Außenkanten oder zumindest nur an wenigen Haltepunkten von Trage- und Verstellstrukturen, bspw. in Form von Halte- und Verstellzügen, gehalten werden, kommt es bei länger ausgebildeten Lamellen häufig zu merklichen Durchbiegungen aufgrund des an der Lamellenstruktur lastenden Eigengewichtes der Lamelle, so dass nur verhältnismäßig schmale Fensterbereiche mit entsprechend kurz ausgebildeten aber eigenstabilen Lameiienzügen verschattet werden können.
Eine weitere, störende optische Auffälligkeit bei einem derartigen Lamellenvorhang beruht auf der direkten Beleuchtung der Lamellenunterseite durch Lichtreflexion an der Lamellenoberseite der unmittelbar benachbart gelegenen Lamelle, die vertikal unter der beleuchteten Lamellenunterseite angebracht ist. Derartige störende Reflexe an den Lamellenunterseiten treten insbesondere in Fällen in Augenschein, in denen die Lamellen aus einer horizontalen Orientierung, beispielsweise einem niedrigen Sonnenstand zugewandt, gekippt sind, wodurch die Unterseiten der einzelnen Lamellen für einen Betrachter im Rauminneren unvermeidbar ins Blickfeld rücken.
Bei i.w. horizontaler Stellung ebener Lamellen können außerdem Lameilenbereiche in das Blickfeld eines Betrachters geraten, die unmittelbar vom einfallenden Sonnenlicht bestrahlt sind, was zu starken Blenderscheinungen führen kann.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sonnenschutzvorrichtung mit einer Anzahl von Lamellen, wie sie vorstehend beschrieben ist, derart weiterzubilden, dass auch breitere Verglasungen von der Sonnenschutzvorrichtung abgedeckt werden können, ohne dabei Durchbiegungseffekte der vorstehend genannten Art aufgrund des Eigengewichtes der einzelnen Lamellen in Kauf nehmen zu müssen. Ferner gilt es die durch gegenseitige Reflexion verursachten Beleuchtungen der Lamellenunterseiten benachbarter Lamellen, insbesondere in Fällen, in denen die einzelnen Lamellen gegenüber der Horizontalen verkippt sind, zu vermeiden bzw. die störenden Effekte zu verringern.
Die Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Vorteilhafte Merkmale sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Ausführungsbeispiele zu entnehmen. Erfindungsgemäß ist eine Sonnenschutzvorrichtung mit einer Anzahl von Lamβiien, die parallel zu ihrer Längserstreckung gegenseitig beabstandet angeordnet und um ihre Längsachse drehbar gelagert sind und jeweils eine Lamellenoberseite aufweisen, auf der eine Vielzahl optischer Konzentratorstrukturelemente aus zumindest teilweise transparenten dielektrischen Material, sogenannte CPCs, vorgesehen ist, die jeweils eine Lichteinfalls- und eine plane oder gekrümmte Empfänger läche aufweisen und die mit der Empfängerfläche jeweils zur Lamellenoberseite gerichtet orientiert sind, derart ausgebildet, dass die Lamellenoberseite quer zu ihrer Längserstreckung zumindest teilweise gekrümmt oder kantig geformt ist. Durch eine derartige Formgeometrie jeder einzelnen Lamelle kann die Eigenstabilität in Längserstreckung jeder einzelnen Lamelle erheblich verbessert werden, wodurch die eingangs beschriebenen eigengewichtsbedingten Durchbiegungen vermeidbar sind. Ferner sind die Lamellenoberseiten zumindest teilweise reflektierend oder opak ausgebildet, so dass gewährleistet ist, dass das innerhalb des Akzeptanzwinkelbereiches der CPCs einfallende Sonnenlicht in eben den gleichen Winkelbereich entgegengesetzt gerichtet reflektiert wird. Hierzu grenzen die CPCs mit ihrer Empfängerfläche direkt oder über wenigstens eine Haftvermittlerschicht an die Lamellenoberseite an oder sind gegenüber der Lamellenoberseite beabstandet angeordnet.
Durch Auf- oder Nahebringen der Empfängerflächen an eine zumindest teilweise reflektierende Lamellenoberseite werden die Empfängerflächen direkt oder indirekt mit reflektierenden Eigenschaften "versehen". Somit entfällt unter Umständen ein separater Fertigungsschritt, bei dem die Empfängerflächen zur Sicherstellung der gewünschten Funktion mit einer reflektierenden Beschichtung versehen werden müssen, was insbesondere in dem Fall, dass die CPCs als MikroStruktur ausgebildet sind, aufwändig sein kann.
Die Krümmung oder kantige Ausgestaltung der Lamellenoberseite quer zu ihrer Längserstreckung verleiht der Lamelle eine hohe Eigenstabilität in Längserstreckung und ermöglicht darüber hinaus durch entsprechende Krümmungsformen und Kantenverläufe eine direkte Bestrahlung der Lamellenunterseiten durch Sonnenlichtref le^ion an den Jeweils benachbarten Lamellenoberseiten zy verringern. Ebenso kann auch der direkte Blickkontakt auf unmittelbar beleuchtete Lamellenoberseiten oder durch Reflexe beleuchtete Larnellenunterseiten durch einen entsprechenden römmungsverlauf trotz geneigter Lamellen gegenüber der Horizontalen vermieden werden.
Ein besonderer Aspekt der erfindungsgemäß ausgebildeten Sonnenschutzvorrichtung betrifft die Möglichkeit der Herstellung von großflächig verteilten CPC-Strukturen in Form von Sonnenlicht-transparenten Folien, die lediglich auf die Lamellenoberseiten aufgebracht werden können. Die Herstellung derartiger CPC-Folien erfolgt im Wege lithografischer Verfahrensschritte, Abformvorgängen und Prägeverfahren, auf die an dieser Steile im einzelnen nicht eingegangen werden soll. Vielmehr sei in diesem Zusammenhang erwähnt, dass die CPC-Strukturen für sich genommen keine flächige Eigenstabilität aufweisen und in Kombination mit einer Lamelle die Eigenstabilität der Lamelle nicht oder nur in geringem Maße zu erhöhen vermögen.
In diesem Punkt unterscheidet sich die erfindungsgemäße Sonnenschutzvorrichtung zudem von der in der eingangs zitierten Druckschrift beschriebenen Vorrichtung, da diese makroskopische CPCs vorsieht, die für sich genommen eine eigentragfähige CPC-Anordnung darstellen könnten.
Kurze Beschreibung der Erfindung
Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 bis 1 fS unterschiedliche Ausführungsbeisptele für gekrümmte Lamellen mit CPCs angeordnet an den Lamellenoberseiten. Weg© zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche rwendbarkei Die Fig. 1a und b zeigen Querschnittsdarstellungen durch eine gekrümmt (siehe Fig. 1 ) sowie eine kantig geformte (siehe Fig. 1b) Lamelle L, auf deren Lamellenoberseite LO eine Vielzahl einzelner CPCs 1 angeordnet sind. In der nicht in Fig. 1 ersichtlichen Längserstreckung der Lamellen L sind die einzelnen CPCs 1 nebeneinander oder translationsinvariant angeordnet, wodurch sich zumindest in Teilbereichen eine die Lamellenoberfläche LO überdeckende, streifen- oder arrayförmige Anordnung einzelner CPCs ergibt.
Sowohl die gebogen ausgebildete Krümmung quer zur Längsrichtung der Lamelle L, die in Fig. 1 a dargestellt ist, als auch die längs zur Lamelle L eingebrachte Falzkante gemäß Ausführungsbeispiel in Fig. 1b, erhöht die in Längsrichtung gerichtete Eigenstabilität erheblich, wodurch Lamellen mit Längen von mehreren Metern hergestellt werden können, die ohne Durchbiegungserscheinungen jeweils nur an den Seitenkanten bzw. an wenigen Haltepunkten befestigbar sind.
In Fig. 2 ist ein schematisierter Querschnitt durch eine an sich bekannte CPC- Struktur dargestellt, die über eine Lichteinfallsfläche LE sowie eine Empfängerfläche EF verfügt. Die Lichteinfallsfläche LE und die Empfängerfläche EF sind durch parabelförmige Seitenflächen SE verbunden, an deren Grenzfläche Lichtstrahlen, die innerhalb des Akzeptanzwinkelbereiches auf die Lichteinfallsfläche LE einfallen, totalreflektiert und auf die Empfängerfläche EF konzentriert werden. Der unterhalb der Empfängerfläche EF strichliert angedeutete Linienzug soll lediglich verdeutlichen, dass die Empfängerfläche EF nicht ausschließlich als ebene Fläche ausgebildet sein muss, sondern durchaus auch eine, z.B. stetig gekrümmte Oberflächenform annehmen kann.
Um eine wirkungsvolle Sonnenlichtausblendung, zumindest für Sonnenstrahlen, die aus dem Akzeptanzwinkelbereich α auf die Lichteintrittsfläche LE eines CPCs einfallen, ist die Empfängerfläche EF mit einer reflektierenden Schicht überzogen oder sie ist zumindest nahe an der reflektierend ausgebildeten Lamellenoberseite angeordnet, an der die Lichtstrahlen entsprechend reflektiert werden. Somit ist gewährleistet, dass das innerhalb des Akzeptanzwinkelbereiches einfallende Sonnenlicht eben in diesen Raumbereich wieder zurückreflektiert wird.
Im Gegensatz zu den CPC-Lamellen in der DE 196 13222 A1 , bei denen Lichtanteile aus den übrigen Raumwinkelbereichen als Diffuslicht auf dem Wege der Brechung durch die CPC-Struktur hindurch in das Rauminnere gelangen, gelangen in der vorliegenden Erfindung durch die reflektierende oder zumindest weiss opake Ausbildung der gesamten Lamellenoberfläche LO Lichtanteile höchstens durch Reflexion in das Rauminnere. Dadurch erhält dieses Licht gleichzeitig eine tendenziell nach oben gerichtete Vorzugsrichtung und trägt damit zu einer verbesserten Tageslichtbeleuchtung in der Raumtiefe bei.
Wie bereits vorstehend erwähnt, können die CPC-Strukturen in ihrer flächigen Anordnung im Wege lithografischer Verfahren und anschließenden Abform- und Prägeprozesse als lichttransparente Folien ausgebildet werden und auf die entsprechend gekrümmte Lamellenoberseite der Lamelle L gefügt werden.
In den Ausführungsbeispielen gemäß der Fig. 3a bis d sind grundsätzlich unterschiedliche Anordnungsprinzipien dargestellt, mit der die einzelnen CPCs auf der Lamellenoberfläche aufbringbar sind.
So sieht Fig. 3a die Anordnung identischer CPCs 1 vor, die bezüglich ihrer einzelnen Akzeptanzwinkelbereiche, die in der zeichnerischen Darstellung durch die jeweilige Zentralrichtung A repräsentiert sind, auf der Lamellenoberfläche in Abhängigkeit des lokalen Krümmungsverhaltens angebracht sind. Somit zeigen die einzelnen Akzeptanzwinkelbereiche der einzelnen CPCs in unterschiedliche Raumrichtungen. Im Gegensatz hierzu ist in Fig. 3b eine Gruppe von CPCs 1 dargestellt, deren räumliche Orientierung der einzelnen Akzeptanzwinkelbereiche A koparallel ausgerichtet sind. Auch in diesem Fall sind die einzelnen CPCs identisch untereinander ausgebildet, weisen jedoch gegenüber der Lamellenoberseite LO unterschiedliche Neigungen auf. Bei der Herstellung einer derartigen als Folie ausgebildeten CPC-Anordnung ist daher das Krümmungsverhalten der Lamellenoberseite, auf die die Folie entsprechend aufzubringen ist, bereits bei der Herstellung der einzelnen CPCs und deren individuelle Anordnung in Bezug auf die Lamellenoberseite zu berücksichtigen.
Ferner sei darauf hingewiesen, dass im Ausführungsbeispiel gemäß der Fig. 3b die Lichteinfallsflächen LE der einzelnen CPCs 1 nicht in einer gemeinsamen Oberfläche O liegen. Die letztgenannte Eigenschaft spiegelt sich vielmehr im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3c wieder, in der die einzelnen CPCs bezüglich ihrer individuellen Akzeptanzwinkelbereiche untereinander räumlich gleich orientiert sind und ferner eine gemeinsame Oberfläche O mit ihren einzelnen Lichteinfallsflächen LF beschreiben. Eine derartige, vorzugsweise glatt ausgebildete Oberfläche O, die zudem koparallel zur Lamellenoberseite LO der Lamelle L verläuft, ist weit weniger schmutzempfindlich als das in Fig. 3b dargestellte Ausführungsbeispiel.
Fig. 3d zeigt eine Lamellenoberseite LO, auf der in zwei Gruppen G1 und G2 CPCs angeordnet sind. So setzt sich die Gruppe G1 aus CPCs 1 zusammen, deren räumliche Ausrichtung ihrer Akzeptanzwinkelbereiche vom lokalen Krümmungsverhalten der Lamellenoberseite abhängt. Demgegenüber sieht die Gruppe G2 CPC-Elemente vor, deren räumliche Ausrichtung ihrer Akzeptanzwinkelbereiche untereinander gleich orientiert sind. Das Ausführungsbeispiel macht deutlich, dass beliebige Variationen und Kombinationen der vorstehend genannten möglichen CPC-Ausbildungen unter Bezugnahme auf die Fig. 3a bis c auf einer einzigen Lamellenoberfläche je nach Beleuchtungssituation möglich ist.
In Fig. 4 ist eine Detaildarstellung dreier auf einer Lamellenoberseite aufgebrachter CPC-Strukturen 1 dargestellt, deren Akzeptanzwinkelbereiche α-ι,α2 und α3 jeweils derart gewählt sind, dass sie sich überlappen. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass Sonnenlicht aus einer im Überlappungsbereich liegenden Einfallsrichtung von allen CPCs der Gruppe durch Totalreflexion und Reflexion an der Lamellenoberseite wieder zurückreflektiert wird. Die Anordnung kann also direktes Sonnenlicht gänzlich reflektieren, wenn die Lamelle (und damit die Gruppe) als Ganzes so ausgerichtet ist, dass die Sonne im Überlappungswinkelbereich steht.
Ebenso verdeutlicht die Detaildarstellung in Fig. 4, dass die Lamellenoberseite LO zumindest teilweise reflektierend oder opak ausgebildet ist, so dass die erfindungsgemäß ausgebildete Lamelle auch nicht von diffuser Himmelsstrahlung durchsetzt werden kann.
Die Sonnenschutzvorrichtung sieht eine Vielzahl horizontal ausgerichteter und parallel zueinander angeordneter einzelner Lamellen L vor, die vertikal übereinander angeordnet sind. In einer bevorzugten Ausführungsform weisen alle Lamellen L eine identische Neigung in Bezug auf ihre Längsachsen auf. Diese Situation ist in der Querschnittsdarstellung gemäß Fig. 5a skizziert. Ebenso ist es denkbar, innerhalb eines derartigen Lamellenvorhanges Gruppen einzelner Lamellen zusammenzufassen, die untereinander gleiche Neigungen, jedoch in Bezug auf unterschiedliche Gruppen unterschiedliche Querneigungen aufweisen. Diese Situation ist in Fig. 5b dargestellt, in der die oberen drei Lamellen eine flachere Neigung aufweisen als die unteren drei Lamellen.
Fig. 6 zeigt zwei vertikal übereinander angeordnete Lamellen L mit geschwungener Lamellenkrümmung. Hierbei sind die CPCs 1 im Bereich der Sonnenstrahlung zugewandten Längskante der Lamellen L derart angeordnet, dass das auf die CPCs einfallende Sonnenlicht im wesentlichen retroreflektiert wird, im Sinne von einer Rückreflexion in jenen Raumwinkelbereich, aus dem das Licht auf die CPCs einfällt. Somit muss dem strengen Erfordernis der Retroreflexion, bei der ein Lichtstrahl in sich zurückreflektiert wird, nicht entsprochen werden. Die CPCs, die im Bereich der Sonnenstrahlung abgewandten Längskanten angeordnet sind, sind in Richtung der vertikal benachbart oberhalb liegenden Lamellenunterseiten zugewandt. Um zu vermeiden, dass direkte, beleuchtete Lamellenunterseiten dem Rauminneren sichtbar zugewandt sind, deckt die vorteilhaft geschwungen ausgebildete Lamelle die direkt beleuchteten Bereiche LB der Lamellenunterseite LU ab. Um ferner Liehtüberhellungen an der Lameiienunterseite zu vermeiden, ist die
Lerneilenunterseite diffus streueπd maft und oder dunkel ausgebildet .
Zur Befestigung der CPCs auf der Lamellenoberseite jeder einzelnen Lamelle können unterschiedliche Wege beschriften werden. So ist es zum einen möglich, die einzelnen CPCs oder im Verbund in einer Folie mit Hilfe eines lichttransparenten Haftvermittlers, beispielsweise einer Klebeschicht auf der Lamellenoberseite anzuheften. Ferner ist es möglich, die folienartige CPC-Anordnung lose auf die Lamellenoberseite aufzulegen, so dass zumindest eine dünne Luftschicht zwischen den einzelnen Empfängerflächen der CPCs und der Lamellenoberfläche verbleibt Eine Befestigung der CPCs gegenüber der Lamellenoberfläche erfolgt beispielsweise über die Randbereϊche der CPCs mit der Lamelle durch entsprechende Klemm- oder Klebeverbindungen. Je nach Ausprägung der Empfängerflächen der einzelnen CPCs, d.h. gekrümmt oder eben, kann ein unmittelbarer optischer Kontakt unter Verwendung geeigneter transparenter Haftvermittlerschichten hergestellt werden oder nicht.
Eine weitere vorteilhafte Ausführung ergibt sich, wenn ein verwendeter Haftvermittler nicht transparent, sondern selbst reflektierend (weiss oder spiegelnd) ausgebildet ist. Dann übernimmt der Haftvermittler die Verspiegelung der Empfängerflächen und die Eigenschaften der Lamellenoberfläche LO ist nur noch zweitrangig bzw. nur noch wesentlich verantwortlich für die Reflexion von diffusem Himmelslicht, das ausserhalb der Akzeptanzbereiche einfällt. Die Lamellenoberfläche kann in diesem Fall sogar speziell nach den Erfordernissen der Diffuslichtreflexion ausgebildet sein, ohne die retroreflektierende Eigenschaft der Lamelle für direktes Sonnenlicht zu beeinträchtigen.
Dieser Gedanke kann sogar soweit fortgeführt werden, dass die Zwischenräume zwischen zwei benachbarten CPCs mit reflektierendem Material RM verfüllt sind, womit an die Stelle der dielektrischen Totalreflexion an den bedeckten Bereichen der Flanken die Reflexion am Haftvermittler tritt (Fig. 0). In besonders vorteilhafter Weise eignet sich die erfindungsgemäß ausgebildete Sonnenschutzvorrichtung als Lamellenbehang LBH, der in den Zwischenraum einer Mehrscheibenverglasung M eingebracht werden kann (siehe Prinzipskizze gemäß Fig. 7).
Der Vollständigkeit halber sei abschließend darauf hingewiesen, dass CPC- Strukturen idealerweise eine parabelförmige seitliche Begrenzungsfläche aufweisen, die jeweils über eine Umlaufkante mit der Lichteinfallsfläche verbunden ist. Insbesondere wenn CPCs als MikroStrukturen ausgeführt werden, kann die Begrenzungsfläche aufgrund herstellungsbedingter Fertigungstoleranzen nicht die ideale und theoretisch exakte Parabelform annehmen, sondern weicht vielmehr von der Idealform ab. Derartige Abweichungen sollen jedoch, solange die optische Funktion und die allgemeine Form der CPC-Struktur weitgehend erhalten bleiben auch von der in dieser Schrift offenbarten technischen Lehre mitumfasst sein.
Bezugszeiehenlist®
1 CPC
L Lamelle
LO Lamellenoberseite
LE Lichteintrittsfläche
EF Empfängerfläche
A Zentrale Ausrichtung des Akzeptanzwinkelbereiches
G1 , G2 Gruppen von CPCs α 1 , α 2, 3 Akzeptanzwinkelbereiche
LB Direkt beleuchtete Lamellenunterseite
LU Lamellenunterseite
LBM Lamellenbehang
M Mehrscheibenverglasung
RM Reflektierendes Material

Claims

Patentansprüche
1. Sonnenschutzvorrichtung mit einer Anzahl von Lamellen, die parallel zu ihrer Längserstreckung gegenseitig beabstandet angeordnet und um ihre Längsachse drehbar gelagert sind und jeweils eine Lamellenoberseite aufweisen, auf der eine Vielzahl optischer Konzentratorstrukturelemente aus zumindest teilweise transparentem dielektrischen Material, sogenannten CPCs (Compound Parabolic Concentrators), vorgesehen ist, die jeweils eine Lichteinfalls- (LE) und eine plane oder gekrümmte Empfängerfläche (EF) aufweisen und die mit der Empfängerfläche (EF) jeweils zur Lamellenoberseite gerichtet orientiert sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Lamellenoberseite quer zu ihrer Längserstreckung zumindest teilweise gekrümmt oder kantig geformt ist, dass die Lamellenoberseite reflektierend oder opak ausgebildet ist, und dass die CPCs mit ihrer Empfängerfläche (EF) direkt oder über wenigstens eine Haftvermittlerschicht an die Lamellenoberseite angrenzen oder beabstandet gegenüber der Lamellenoberseite angeordnet sind.
2. Sonnenschutzvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die CPCs nebeneinander oder translationsinvariant längs zur Längserstreckung und hintereinander in der gekrümmten Querrichtung auf der Lamellenoberseite derart zumindest in einer zusammenhängenden Gruppe angeordnet sind, dass alle CPCs der Gruppe identisch ausgebildet sind, und dass die Lichteinfalls-(LE) und Empfängerflächen (EF) der CPCs der Gruppe nach Massgabe des Krümmungsverhaltens der Lamellenoberseite orientiert sind.
3. Sonnenschutzvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die CPCs nebeneinander oder translationsinvariant längs zur Längserstreckung und hintereinander in der gekrümmten Querrichtung auf der Lamellenoberseite derart zumindest in einer zusammenhängenden Gruppe angeordnet sind, dass wenigstens zwei unmittelbar hintereinander angeordnete CPCs der Gruppe unabhängig vom i rümmungsverhaiten der Lameiienoberseite in einer räumlich identischen Ausrichtung zueinander angeordnet sind.
4. Sonnenschutzvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die CPCs der Gruppe jeweils identisch ausgebildet sind.
5. Sonnenschutzvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die CPCs der Gruppe unterschiedlich ausgebildet sind, und dass die Lichteinfallsflächen der CPCs eine zur Lamellenoberseite koparallel verlaufende Fläche bilden.
6. Sonnenschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das die Lamellenoberseite Gruppen von CPCs aufweist, die nach einem der Ansprüche 2 bis 5 ausgebildet sind.
7. Sonnenschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die CPCs jeweils einen Akzeptanzwinkelbereich (AB) aufweisen, innerhalb dem Lichtstrahlen über die Lichteinfallsfläche (LE) jeweils in den CPC eindringen und im Wege einer Totalreflexion auf die Empfängerfläche (EF) konzentrierbar sind, dass der Akzeptanzwinkelbereich (AB) der CPCs in Abhängigkeit des Krümmungsverhaltens der Lamelle in Querrichtung derart gewählt ist, dass sich die Akzeptanzwinkelbereiche (AB1 und AB2) zweier benachbart hintereinanderliegender CPCs (CPC1 und CPC2) überschneiden.
8. Sonnenschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Lamellenoberseiten einer Gruppe von benachbarten Lamellen gleichgerichtet orientiert sind.
9. Sonnenschuizvorrichtung nach Anspruch S, dadurch geEcennzeiehne , dass wenigstens zwei Gruppen von benachbarten Lamellen vorgesehen sind, und dass die Lamellenoberseiten der Lamellen in der ersten Gruppe eine einheitliche Orientierung aufweisen, die sich von der einheitlichen Orientierung der Lamellenoberseiten der Lamellen in der zweiten Gruppe unterscheidet.
10. Sonnenschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Lamellen jeweils über eine diffus Licht-streuende und/oder Licht-absorbierende Lamellenunterseiten verfügt.
11. Sonnenschutzvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Lamellenunterseite mit einer diffus streuenden strukturierten Folie versehen ist.
12. Sonnenschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die CPCs als eine zusammenhängende, auf die Lamellenoberseite aufbringbare Schichtstruktur ausgebildet sind.
13. Sonnenschutzvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtstruktur in Art einer Folie ausgebildet ist, die auf die Lamellenoberseite aufklebbar oder anderweitig befestigbar ist.
14. Sonnenschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die CPCs jeweils eine die Lichteinfalls- (LE) und Empfängerfläche (EF) verbindende Begrenzungsfläche aufweist, die mit einer reflektierenden Schicht versehen ist.
15. Sonnenschutzvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfängerfläche (EF) mit einer reflektierenden Schicht versehen ist.
16. Sonnenschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Lamellen horizontal innerhalb einer Fassadenöffnung eines Gebäudes angeordnet sind.
17. Sonnenschutzvorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Lamellenoberseiten zur Sonnenstrahlung zugewandt orientiert sind, und dass CPCs im Bereich der Sonnenstrahlung zugewandten Längskanten der
Lamellen derart angeordnet sind, dass das auf die CPCs einfallende Sonnenlicht weitgehend „retro"reflektiert wird, und dass die CPCs, die im Bereich der Sonnenstrahlung abgewandten Längskanten angeordnet sind, in Richtung der vertikal benachbart oberhalb liegenden
Lamellenunterseite zugewandt sind.
18. Sonnenschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Haftvermittlerschicht transparent oder reflektierend ausgebildet ist.
19. Sonnenschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Haftvermittlerschicht Zwischenräume zwischen benachbarten CPCs ganz oder teilweise verfüllt.
20. Verwendung der Sonnenschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, nach Art eines Lamellenbehangs, der im Scheibenzwischenraum einer Mehrscheibenverglasung vorgesehen ist.
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