EP2470826B1

EP2470826B1 - Lichtleitvorrichtung

Info

Publication number: EP2470826B1
Application number: EP10742729.6A
Authority: EP
Inventors: Christian Bartenbach
Original assignee: Bartenbach Holding GmbH
Current assignee: Bartenbach Holding GmbH
Priority date: 2009-07-31
Filing date: 2010-07-28
Publication date: 2015-02-25
Anticipated expiration: 2030-07-28
Also published as: KR20120065324A; WO2011012301A1; IN2012DN00814A; BR112012008207A8; EA021589B1; US20120126098A1; US8723092B2; EP2470826A1; EA201200221A1; BR112012008207A2; DE102009039136A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lichtleitvorrichtung zum Einleiten von Sonnenlicht in das Innere eines Gebäudes, mit mehreren beweglich gelagerten Lichtumlenkflächen, die von einer Steuervorrichtung in Abhängigkeit des Sonnenstands ausrichtbar sind.
Aufgrund der positiven Auswirkungen des natürlichen Tageslichts auf die menschliche Physiologie und das wahrnehmungspsychologische Empfinden wird in der Architektur seit geraumer Zeit versucht, Tages- bzw. Sonnenlicht möglichst tief in das Innere von Gebäuden zu leiten, um auch in gebäudeinnenseitig liegenden Räumen möglichst viel Tageslicht zu haben und möglichst wenig Kunstlicht zu benötigen.
Um das Einleiten von Sonnenlicht in das Gebäudeinnere zu erreichen, wurden beispielsweise bereits sog. Lichtrohre vorgeschlagen, die im Wesentlichen aus zylindrischen Rohren mit verspiegelter Innenwandung bestehen, um Tageslicht möglichst verlustfrei tief in das Innere eines Gebäudes zu führen. Die Effizienz derartiger Lichtrohre ist jedoch vom Sonnenstand abhängig und leidet ohne aufwändige Maßnahmen insbesondere bei tiefem Sonnenstand am Abend oder frühmorgens.
Andererseits wurden bereits Heliostate vorgeschlagen, die über Umlenkflächen das Tageslicht in die gewünschte Richtung umlenken und ggf. auch fokussieren, um ein starkes Lichtbündel gezielt in das Gebäudeinnere zu lenken. Derartige Heliostatsysteme sind bislang jedoch üblicherweise sehr aufwändig, großflächig und kostspielig. Beispielsweise zeigt die DE 101 29 745 A1 eine Lichtleitvorrichtung der eingangs genannten Art, bei der das Sonnenlicht über einen verschwenk- und drehbaren ersten Spiegel auf einen zweiten, parabolischen Spiegel gelenkt wird, der das umgelenkte Licht in das Gebäudeinnere lenkt. Zwischengeschaltet ist hierbei eine Fresnel-Linse, um das Licht vor dem Parabolspiegel zu fokussieren.
Aus der US 5,493,824 ist weiterhin ein Heliostat bekannt, der einerseits insgesamt um eine vertikale Achse verdrehbar ist und andererseits eine Vielzahl von liegend ausgerichteten Lamellen umfasst, die jeweils um eine liegende Achse in ihrem Anstellwinkel verstellbar sind. Ferner ist aus der JP 6-67079 ein Heliostat bekannt, der ebenfalls insgesamt um eine aufrechte Achse verdrehbar ist und dessen Lamellen feststehende und verkippbare Lamellen umfassen, wobei die verkippbaren Lamellen das Sonnenlicht einfangen und horizontal auf die feststehenden Lamellen leiten, von welchen das Sonnenlicht vertikal nach unten geleitet wird. Die Schrift US 2004/0231715 zeigt ferner einen Lamellenheliostaten, bei dem das Lamellenarray um eine schräg verlaufende Kippachse verkippbar ist. Die Schrift DE 20 2009 001 664 zeigt einen Heliostaten, dessen Lamellen im Querschnitt linsenförmig ausgebildet sind, wobei die gesamte Anordnung um eine aufrechte Achse verdrehbar ist, um der Sonne von Ost nach West nachgeführt zu werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt hiervon ausgehend die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Lichtleitvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die Nachteile des Standes der Technik vermeidet und Letzteren in vorteilhafter Weise weiterbildet. Vorzugsweise soll mit einer einfachen, möglichst wartungsfreien und kostengünstigen Lichtleitvorrichtung ein effizientes Einleiten von Tageslicht tief in das Innere von Gebäuden ermöglicht werden.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Lichtleitvorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Es wird also vorgeschlagen, mit einer kompakt bauenden, leichten Lamellenanordnung das Sonnenlicht in das Gebäudeinnere zu lenken. Erfindungsgemäß werden die Lichtumlenkflächen der Lichtleitvorrichtung von reihenförmig angeordneten, um zueinander etwa parallelen Schwenkachsen verschwenkbaren Umlenklamellen gebildet, die an einem Lamellenträger gelagert sind, der um eine zur Richtung der Schwenkachsen etwa senkrechte Drehachse verdrehbar ist. Vorteilhafterweise kann die Lichtleitvorrichtung die Lichteinleitung in das Gebäude alleine durch die Lichtlamellen bewirken und auf die bei herkömmlichen Heliostaten bekannten, voneinander beabstandeten, großflächigen Spiegel verzichten, wodurch eine kurze Baulänge erzielt werden kann. Insbesondere kann die Lichtleitvorrichtung im Wesentlichen aus nur einem Trägerring und den Umlenklamellen bestehen, die näherungsweise in einer Querschnittsebene des Trägerrings liegend angeordnet sind, so dass die gewünschte kurze Baulänge erzielt wird. Neben den genannten Hauptkomponenten Trägerring und Umlenklamellen können noch Zusatzkomponenten wie Antriebe und Steuerungsbausteine die Lichtleitvorrichtung komplettieren. Gegebenenfalls können natürlich auch noch im Gebäudeinneren zusätzliche Umlenkschaufeln bzw. andere Umlenkmittel hinzukommen, um den durch die Lichtleitvorrichtung in das Gebäudeinnere geleiteten Sonnenlichtstrom in einzelne Gebäudeteile abzulenken. Durch die Parallelanordnung der Schwenkachsen der Lamellen ist eine einfache motorische Betätigung möglich. Zudem sind die Lamellen einfach zu fertigen und nahezu wartungsfrei. Die Umlenklamellen können vorteilhafterweise lediglich aus länglichen, streifenförmigen Umlenkstegen bestehen, die an ihrer Oberfläche auf zumindest einer Seite verspiegelt sind.
In Weiterbildung der Erfindung kann der genannte Lamellenträger von einem ringförmigen Lichtleitrohrabschnitt gebildet sein, durch den hindurch das von den Umlenklamellen umgelenkte Licht hindurchgeleitet wird. Vorteilhafterweise sind die Umlenklamellen also an einem Abschnitt eines Lichtrohres gelagert, um das Tageslicht vorteilhafterweise parallel zur Längsrichtung des Lichtleitrohres in dieses einzuleiten.
Um die Umlenklamellen bei Lagerung an dem ringförmigen Lichtleitrohrabschnitt dem Sonnenstand nachführen zu können, ist in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung der genannte ringförmige Lichtleitrohrabschnitt um seine zentrale Achse drehbar, wobei die Verdrehung vorteilhafterweise durch einen geeigneten motorischen Stellantrieb bewirkt wird, der von der eingangs genannten Steuervorrichtung angesteuert wird. Beispielsweise kann der Lichtleitrohrabschnitt über einen Ritzel- oder Reibradantrieb gedreht werden, der umfangsseitig oder stirnseitig an dem Lichtleitrohrabschnitt angreift.
Die Umlenklamellen sind hierbei vorteilhafterweise an einem stirnseitigen Endabschnitt des Lichtleitrohrs in dessen Inneren angeordnet. Die Umlenklamellen sind vorteilhafterweise innerhalb des Umrisses des Lichtleitrohrabschnitts positioniert. Vorteilhafterweise sind die Umlenklamellen hierbei an der Wandung des genannten Lichtleitrohrabschnitts drehbar gelagert. Die Wandung des Lichtleitrohrabschnitts kann hierbei Lagerstellen aufweisen, an denen die Umlenklamellen um die genannten etwa parallelen Schwenkachsen gelagert sind. Beispielsweise kann die umfangsseitige Wandung des Lichtleitrohrabschnitts vorzugsweise bohrlochförmige Ausnehmungen zur Lagerung von Schwenkachsabschnitten besitzen, wobei jedoch auch andere Schwenklager vorgesehen werden können. Die mit ihren Schwenkachsen parallel ausgerichteten Umlenklamellen erstrecken sich hierbei vorteilhafterweise im Wesentlichen über die gesamte Quererstreckung des ringförmigen Lichtleitrohrabschnitts, wobei je nach Position in dem Lichtleitrohrabschnitt die Umlenklamellen unterschiedliche Längen besitzen. Die Länge der Umlenklamellen ist an die Umfangskontur des Lichtleitrohrabschnitts und die jeweilige Position der Umlenklamelle angepasst.
Die Umlenklamellen werden hierbei von der Steuervorrichtung über entsprechende Stellantriebe, d.h. zumindest einen Stellantrieb für die Schwenkstellung der Umlenklamellen und einen Schwenkantrieb für die Drehstellung des Lamellenträgers vorteilhafterweise derart dem Sonnenstand nachgeführt, dass das umgelenkte Licht stets parallel zur Längsachse des Lichtleitrohrabschnitts durch dieses hindurch geleitet wird. Hierdurch kann eine optimale Einleitung des Tageslichts bis tief in das Innere von Gebäuden erzielt werden.
Die Umlenklamellen können hierbei grundsätzlich verschieden ausgebildet sein. Erfindungsgemäß sind die Umlenklamellen derart paarweise zusammengefasst, dass eine erste Lamelle eines Lamellenpaares das Tages- bzw. Sonnenlicht einfängt und auf die zweite Lamelle des Lamellenpaares lenkt bzw. leitet. Diese zweite Lamelle lenkt das von der ersten Lamelle kommende Tages- bzw. Sonnenlicht dann in die gewünschte Richtung in das Innere des Gebäudes um, insbesondere parallel zur Längsachse des Lichtleitrohrabschnitts und/oder vertikal nach unten in das Gebäudeinnere.
Diese genannten ersten und zweiten Lamellen sind hierbei vorteilhafterweise in der gesamten Lamellenanordnung jeweils benachbart zueinander angeordnet, wobei die ersten und zweiten Lamellen eines jeweiligen Lamellenpaares auf einander zugewandten Seiten bzw. Oberflächen verspiegelt ausgebildet sind bzw. eine Verspiegelung tragen.
Um für verschiedene Sonnenstände stets eine optimale Lichtumlenkung und -einleitung in das Gebäudeinnere zu erzielen, sind die genannten ersten und zweiten Lamellen eines jeweiligen Lamellenpaares relativ zueinander in verschiedene Anstellwinkel bringbar und andererseits auch relativ zu dem Lamellenträger in verschiedene Anstellwinkel bringbar, d.h. die Lamellen eines Lamellenpaares können in ihrem Anstellwinkel relativ zueinander verstellt werden und zusätzlich - gemeinsam oder individuell - gegenüber dem Lamellenträger verschwenkt werden.
Die Steuervorrichtung ist hierbei derart ausgebildet, dass die genannten ersten und zweiten Lamellen eines Lamellenpaares in Abhängigkeit der Sonnenhöhe stärker oder weniger stark zueinander aufgespreizt werden. Gleichzeitig kann die Ausrichtung beider Lamellen relativ zu dem Lamellenträger in Abhängigkeit des Sonnenstands verändert werden. In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist hierbei vorgesehen, dass bei im Zenit stehender Sonne die ersten und zweiten Lamellen eines Lamellenpaares zueinander etwa parallel ausgerichtet sind. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die ersten und zweiten Lamellen eines Lamellenpaares mit zunehmend tiefer stehender Sonne einen zunehmend größer werdenden Spreizungswinkel zueinander einnehmen, d.h. entsprechend einem zunehmend stumpfer werdenden V ausgerichtet werden.
Um eine klein bauende und leichte Lamellenanordnung zu erreichen, sind in Weiterbildung der Erfindung jeweils zwei Lamellen aneinander gelagert und/oder mittels eines gemeinsamen Lamellenlagers an dem Lamellenträger gelagert, wobei die gemeinsame Lagerung vorteilhafterweise derart ausgebildet ist, dass die eine Lamelle gegenüber der anderen Lamelle verschwenkt werden kann, um den Anstellwinkel der Lamellen relativ zueinander verändern zu können.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist hierbei vorgesehen, dass zwei zusammenwirkende Lamellen um separate, voneinander beabstandete Schwenkachsen schwenkbar angeordnet sind. Zusammenwirkende Lamellen meint dabei im vorgenannten Sinne eine erste Lamelle, die das Licht einfängt und auf eine zweite Lamelle wirft, die das von der ersten Lamelle kommende Licht dann in die gewünschte Richtung umlenkt.
Um dennoch eine klein bauende und kompakte Anordnung zu erzielen, können dennoch zwei Umlenklamellen, die nicht in der vorgenannten Weise zusammenwirken, lagerungstechnisch zusammengefasst werden bzw. um eine gemeinsame Achse schwenkgelagert sein. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Lamellen lagerungstechnisch derart zusammengefasst sind, dass die erste Lamelle eines ersten Lamellenpaares an der zweiten Lamelle eines zweiten Lamellenpaares schwenkbar gelagert ist. Die beiden aneinander gelagerten Lamellen bilden also kein Lamellenpaar im vorgenannten Sinne dahingehend, dass die eine Lamelle das Sonnenlicht einfängt und auf die andere Lamelle leitet. Vielmehr leitet die eine Lamelle, die auf der genannten anderen Lamelle gelagert ist bzw. zusammen mit dieser auf einem gemeinsamen Schwenklager sitzt, das eingefangene Licht auf den Rücken einer dritten Lamelle, die eine andere Einfanglamelle trägt.
Die Lamellenkörper können grundsätzlich verschieden ausgebildet sein, beispielsweise eine leicht rinnenförmige Konturierung besitzen. In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung jedoch können die Lamellen eben ausgebildet sein. Bei geschickter Winkelsteuerung kann hierdurch mit einfach herzustellenden Lamellen eine effektive Lichtumlenkung erzielt werden.
Grundsätzlich könnten alle Lamellen in Querschnitt betrachtet dieselbe Konturierung und/oder Größe besitzen. Insbesondere dann jedoch, wenn die Lamellen in der zuvor genannten Art paarweise zusammengefasst bzw. aneinander gelagert sind, kann es in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung Lamellen unterschiedlicher Querschnittsgröße geben. Insbesondere kann die vorgenannte erste Lamelle, die das Sonnenlicht einfängt und auf die zweite Lamelle lenkt, eine geringere Querschnittserstreckung haben als die vorgenannte zweite Lamelle eines jeweiligen Lamellenpaares. Vorzugsweise beträgt die Lamellenbreite, d.h. die Längserstreckung im Querschnitt einer ersten Lamelle etwa 30 % bis 90 %, vorzugsweise etwa 50 % bis 75 % der Breite einer zugehörigen zweiten Lamelle.
Die Steuerung der Anstellwinkel der Umlenklamellen kann grundsätzlich in verschiedener Art und Weise ausgebildet sein. Nach einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung kann die Lamellenstellung zeitgesteuert sein. Die Steuervorrichtung kann hierzu einen Timer beispielsweise in Form einer Uhr besitzen und die Lamellenstellung anhand der Uhrzeit berechnen und/oder aus einer Tabelle auslesen, um entsprechende Ansteuersignale für die Stellantriebe zu erzeugen. Ist der Standort der Lichtleitvorrichtung bekannt, kann aus der Uhrzeit die optimale Stellung berechnet werden.
Alternativ oder zusätzlich kann die Anstellung der Umlenklamellen auch sensorgesteuert sein. Nach einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung kann die Steuervorrichtung eine Erfassungsvorrichtung, vorzugsweise umfassend Helligkeitssensoren, zur Erfassung des Sonnenstands relativ zu dem Lamellenträger besitzen. Anhand des ermittelten Sonnenstands regelt ein entsprechender Regler dann die Winkelstellung der Umlenklamellen relativ zum Lamellenträger und die Winkelstellung des Lamellenträgers bezüglich dessen Drehachse. Eine sensorgesteuerte Anstellung der Umlenklamellen besitzt den Vorteil, dass unabhängig vom Aufstellungsort der Lichtleitvorrichtung, d.h. unabhängig vom Längen- und Breitengrad keine unterschiedlichen Programmierungen der Steuerung zu erfolgen haben, wie es beispielsweise bei einer Zeitsteuerung der Fall wäre, wenn die Lichtleitvorrichtung einmal in Stockholm und einmal in Rio de Janeiro aufgestellt wird. Überdies werden die üblichen Probleme einer Zeitsteuerung wie beispielsweise falsch gehender Timer oder Zeitversatz durch Stromausfall vermieden. Auf einen Timer kann vollständig verzichtet werden.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann die Sensorsteuerung hierbei zumindest zwei Helligkeitssensoren, insbesondere Relativ-Helligkeitssensoren umfassen, von denen einer zur Steuerung der Verdrehung des Lamellenträgers um die vertikale Achse und der andere zur Steuerung der Lamellen um deren Schwenkachsen herangezogen wird. Vorteilhafterweise kann ein erster Helligkeitssensor an dem Lamellenträger und/oder drehfest mit dessen Drehachse verbunden vorgesehen sein, so dass dieser Lichtsensor bei Verdrehung des Lamellenträgers um dessen Drehachse je nach Drehstellung besser oder schlechter auf die Sonne ausgerichtet ist, so dass aus dem Signal dieses ersten Helligkeitssensors die Drehstellung des Lamellenträgers eingeregelt werden kann. Der zweite Helligkeitssensor kann vorteilhafterweise verschwenkbar um eine Schwenkachse angeordnet sein, die stets parallel zu den Schwenkachsen der Lamellen ausgerichtet ist, wobei die Schwenkstellung dieses zweiten Helligkeitssensors jedoch vorteilhafterweise gegenüber der Schwenkstellung der Lamellen übersetzt ist. Vorteilhaft kann es insbesondere sein, den Helligkeitssensor z. B. doppelt so schnell bzw. doppelt so weit zu verschwenken wie die Lamellen. In jedem Fall ist jedoch ein festes Schwenkwinkelverhältnis zwischen diesem zweiten Helligkeitssensor und dem Schwenkwinkel der Lamellen vorgesehen. In jedem Fall wird aus dem Signal des zweiten Helligkeitssensors die Schwenkstellung der Lamellen eingeregelt.
Die Drehstellung des Lamellenträgers wird vorteilhafterweise derart dem Sonnenstand nachgeführt, dass die am Lamellenträger gelagerten Umlenklamellen mit ihren Schwenkachsen senkrecht zur Richtung des von der Sonne her einfallenden Lichts ausgerichtet sind.
Der Schwenkwinkel der Lamellen kann hierbei vorteilhafterweise durch einen gemeinsamen Lamellenantrieb eingestellt werden, der sowohl die zuvor genannten ersten Lamellen als auch die zweiten Lamellen gleichzeitig verschwenkt. Da die ersten Lamellen und die zweiten Lamellen vorteilhafterweise in einem festen, linearen Winkelverhältnis zueinander verschwenkt werden, kann die Verschwenkung der unterschiedlich stark zu verschwenkenden Lamellen von demselben Schwenkantrieb abgeleitet werden. Beispielsweise kann dies durch eine entsprechende Wahl einer Übersetzungsstufe bzw. Untersetzungsstufe erreicht werden, die in einen der beiden Antriebsstränge vom gemeinsamen Schwenkantrieb zu den ersten Lamellen einerseits oder zu den zweiten Lamellen andererseits geschaltet ist.
Um insbesondere auch bei tief stehenden Sonnenständen noch möglichst viel Sonnenlicht einzufangen, kann es vorteilhaft sein, die von der Sonne her betrachtet weiter hinten liegenden Lamellen höher anzuordnen als die weiter vorne liegenden Lamellen. Hierzu kann beispielsweise vorgesehen sein, dass der Lamellenträger um eine weitere Schwenkachse parallel zu den Schwenkachsen der Lamellen verkippbar ist, um die gesamte Lamellenanordnung in der gewünschten Weise zu verkippen. Alternativ oder zusätzlich könnte vorgesehen sein, die weiter hinten liegenden Lamellen beispielsweise in einer Langlochführung höheneinstellbar an dem Lamellenträger zu lagern. Im Sinne einer einfachen Ausbildung der Vorrichtung kann es jedoch auch ausreichend sein, die Lamellen in einer festen Ebene anzuordnen, wobei diese Ebene beispielsweise horizontal ausgerichtet sein kann.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels und zugehöriger Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1:: eine perspektivische, schematische Ansicht einer Lichtleitvorrichtung nach einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung umfassend einen etwa zylindrischen Lichtleitrohrabschnitt, in dem Umlenklamellen schwenkbar gelagert sind,
Fig. 2:: eine schematische Schnittansicht durch die Lichtleitvorrichtung aus Fig. 1, die die Anordnung der Umlenklamellen im Inneren des Lichtleitrohrabschnitts zeigt, wobei in verschiedenen Strichdarstellungen verschiedene Winkelstellungen der Umlenklamellen gezeigt sind,
Fig. 3:: eine schematische Darstellung der verschiedenen Winkelstellungen der Umlenklamellen für verschiedene Sonnenstände,
Fig. 4:: eine ausschnittsweise, vergrößerte und perspektivische Darstellung der Lagerung zweier Lamellen aneinander, die die Verschwenkbarkeit der Lamellen zueinander zeigt,
Fig. 5:: eine grafische Darstellung des Zusammenhangs des Lamellenanstellwinkels und des Sonnenhöhenwinkels, und
Fig. 6:: eine schematische Darstellung der Lichtverteilung und -umlenkung im Inneren eines Gebäudes stromab der Lichtleitvorrichtung, die in der gezeichneten Ausführung auf dem Dach des Gebäudes montiert ist.

Die in Fig. 1 gezeichnete Lichtleitvorrichtung 1 umfasst einen im Wesentlichen zylindrischen Lichtleitrohrabschnitt 4, der beispielsweise am Ende eines Lichtschachts oder eines Lichtleitrohrs eines Gebäudes platzierbar ist, um Licht in das Innere des Gebäudes zu leiten.
Wie Fig. 6 zeigt, kann die Lichtleitvorrichtung auf dem Dach eines Gebäudes montiert sein. Durch die Umlenkung des eingefangenen Sonnenlichts mittels der Umlenklamellen in einen parallel gerichteten, im Wesentlichen vertikal nach unten gerichteten Sonnenlichtstrom ergeben sich gegenüber einem herkömmlichen Lichtrohr beachtliche Vorteile. Zum einen ergibt sich eine beträchtlich erhöhte Effizienz, d.h. es kommt auch tief unten im Gebäude sehr viel mehr Licht an als bei einem herkömmlichen Lichtrohr, da die Anzahl der Reflexionen auf dem Weg nach unten beträchtlich reduziert ist. Während bei einem herkömmlichen Lichtrohr insbesondere bei tieferem Sonnenstand sehr viele Reflexionen an den Wandungen auftreten, bis das Licht in den tieferen Stockwerken des Gebäudes angekommen ist, benötigt die vorliegende Lichtleitvorrichtung nur zwei Reflexionen im Bereich der Lamellen, da das Licht auf dem weiteren Weg nach unten durch die parallele, vertikale Ausrichtung der Lichtstrahlen auf dem weiteren Weg nach unten keine zusätzlichen Umlenkungen benötigt.
Zum anderen kann auf ein durchgehendes Lichtrohr, das ggf. durch mehrere Stockwerke hindurch geht und dort entsprechenden Raum versperrt, verzichtet werden. Es kann ausreichend sein, in Decken und Böden entsprechende transparenete Flächen einzubringen, da die parallel umgelenkten Strahlen des Sonnenlichts auch ohne durchgehendes Lichtrohr unten ankommen.
Wie dies Fig. 6 zeigt, ermöglicht dies auch in besonders einfacher Weise, in verschiedenen Bereichen verschiedene Teile des umgelenkten Sonnenlichtstroms abzuzweigen. Beispielsweise kann in jedem Stockwerk eine Umlenkschaufel 15 im Bereich des in das Gebäude gelenkten Sonnenlichtstroms angeordnet sein, um jeweils nur einen Teil dieses umgelenkten Sonnenlichtstroms in ein Stockwerk umzulenken, vorzugsweise an die Decke eines jeweiligen Stockwerks zu werfen, vgl. Fig. 6. Weiterhin ist es möglich, den in das Gebäude eingelenkten Sonnenlichtstrom horizontal umzulenken und/oder auf einen Weg mit einer horizontalen Komponente umzulenken, um seitlich versetzt zu der auf dem Dach positionierten Umlenkvorrichtung das Licht in gewünschte Untergeschossabschnitte einzuleiten, vgl. Fig. 6.
Der zuvor genannte Lichtleitrohrabschnitt 4 am oberen Ende des Lichtschachts bildet hierbei einen Lamellenträger 3, an dem eine Vielzahl von Umlenklamellen 2 gelagert sind. Wie Fig. 1 zeigt, sind die genannten Umlenklamellen 2 hierbei innerhalb des Umrisses des Lichtleitrohrabschnitts 4 positioniert, genauer gesagt am stirnseitigen Ende des Lichtleitrohrabschnitts 4 in dessen Inneren angeordnet.
Die Umlenklamellen 2 erstrecken sich hierbei entlang paralleler Achsen, die in einer Ebene quer zur Längsrichtung des Lichtleitrohrabschnitts 4 angeordnet sind. Die Umlenklamellen 2 erstrecken sich hierbei jeweils quer über die gesamte Quererstreckung des Lichtleitrohrabschnitts 4, so dass dessen Innenraum vollständig mit Umlenklamellen 2 abgedeckt ist.
Die Umlenklamellen 2 sind hierbei um Schwenkachsen 9 schwenkbar an dem Lichtleitrohrabschnitt 4 gelagert, wobei sich die genannten Schwenkachsen 9 parallel zur Längsachse der jeweiligen Umlenklamellen 2 erstrecken. Wie Fig. 1 verdeutlicht, können die Umlenklamellen 2 an der Wandung des Lichtleitrohrabschnitts 4 gelagert sein, die entsprechende Schwenklagerabschnitte 5 besitzt.
Der genannte Lichtleitrohrabschnitt 4 ist hierbei selbst wiederum schwenkbar bzw. drehbar, und zwar um eine Drehachse 8, die im Wesentlichen der zentralen Längsachse des Lichtleitrohrabschnitts 4 entspricht. Ein geeigneter Stellantrieb 12 kann den Lichtleitrohrabschnitt 4 verdrehen, wie der Pfeil 13 angibt. Gleichermaßen sind den Umlenklamellen 2 Stellantriebe 14 zugeordnet, um die Umlenklamellen 2 gegenüber dem Lamellenträger 3 zu verschwenken.
Wie die Fig. 4 zeigt, sind hierbei jeweils zwei Umlenklamellen 2 aneinander gelagert bzw. gemeinsam auf einer Schwenkachse 9 gelagert derart, dass die beiden Lamellen unter einem festen Anstellwinkel zueinander im Raum, d.h. gegenüber dem Lichtleitrohrabschnitt 4 verschwenkt werden können und andererseits gleichzeitig die beiden Lamellen auch relativ zueinander verschwenkt werden können, so dass beispielsweise nur eine der Lamellen gegenüber dem Lichtleitrohrabschnitt 4 verschwenkt wird. Wie Fig. 4 zeigt, kann dies in einfacher Weise dadurch erzielt werden, dass eine der Lamellen mittels eines Lagerauges 6 auf der mit der anderen Lamelle fest verbundenen Schwenkachse 9 sitzt.
Fig. 2 zeigt die Anordnung der Umlenklamellen 2 in einer Schnittansicht, aus der zu erkennen ist, dass die Umlenklamellen 2 jeweils paarweise zusammengefasst sind. Eine erste Lamelle 2a, die zum Einfangen des Sonnenlichts vorgesehen ist, überragt hierbei eine damit zusammenwirkende zweite Lamelle 2b. Die genannte erste Lamelle 2a besitzt hierbei eine dem Sonnenlicht zugewandte Spiegelfläche 7a, während die zweite Lamelle 2b eine der Sonne abgewandte, jedoch der ersten Lamelle 2a zugewandte Spiegelfläche 7b besitzt.
Wie Fig. 2 zeigt, wird die erste Lamelle 2a eines jeweiligen Lamellenpaars gegenüber der Vertikalen um einen Winkel α geneigt, während die zweite Lamelle 2b gegenüber der Vertikalen um den Winkel β geneigt wird. Diese Winkeleinstellung der ersten und zweiten Lamellen wird hierbei in Abhängigkeit des Sonnenstands, genauer gesagt des Sonnenhöhenwinkels vorgenommen, wie dies Fig. 5 zeigt und in Fig. 3 veranschaulicht ist. Steht die Sonne im Zenit, werden die beiden zusammenwirkenden ersten und zweiten Lamellen 2a und 2b zueinander parallel ausgerichtet und gegenüber der Vertikalen im gleichen Winkel angestellt. Dieser Winkel kann grundsätzlich verändert werden, um ein Dimmen zu erreichen, wie dies in Fig. 3 die beiden Darstellungen zum 0°-Einfallswinkel zeigen. Werden die Lamellen 2a und 2b so stark verkippt (in paralleler Stellung zueinander), dass die erste Lamelle 2a einen Teil des eingefangenen Sonnenlichts an der zweiten Lamelle 2b vorbei zurück in die Umgebung wirft, gelangt nur ein Teil des möglichen Lichts in den Innenraum. Die rechte Stellung indes zeigt die vollständige Einleitung des Sonnenlichts in den Innenraum.
Je tiefer indes die Sonne steht, desto stärker werden die beiden zusammenwirkenden Lamellen 2a und 2b aus der parallelen Stellung zueinander heraus V-artig aufgespreizt, d.h. unter unterschiedlichen Anstellwinkeln β und α geneigt. Vorteilhafterweise kann hierbei für die Anstellwinkel α und β jeweils ein linearer Zusammenhang mit dem Sonnenhöhenwinkel vorgesehen werden, jedoch unter unterschiedlicher Steigung des Verlaufs, vgl. Fig. 5.
Wie Fig. 5 und Fig. 3 verdeutlichen, wird hierbei vorteilhafterweise die erste Lamelle, die das Sonnenlicht einfängt, stärker verstellt, je tiefer die Sonne wandert.
Der in Fig. 5 gezeigte lineare Zusammenhang der Anstellwinkel α und β ermöglicht es vorteilhafterweise, wie in Fig. 4 gezeigt, die unterschiedlich stark zu verstellenden Lamellen 2a und 2b trotz unterschiedlicher Verstellung von einem gemeinsamen Stellantrieb 14 her anzutreiben. Wie Fig. 4 zeigt, kann dies beispielsweise dadurch erreicht werden, dass zwischen der Antriebswelle 16 des Stellantriebs 14 und der Schwenkachse der ersten Lamelle 2a eine erste Übersetzungsstufe 17 vorgesehen ist, die ein anderes Übersetzungs- bzw. Untersetzungsverhältnis besitzt als die zweite Übersetzungsstufe 18 zwischen der genannten Antriebswelle 16 und der Schwenkachse der zweiten Lamelle 2b. Die Übersetzungsverhältnisse der beiden Übersetzungsstufen 17 und 18 werden hierbei derart gewählt, dass die in Fig. 5 gezeigte Spreizung der Anstellwinkel α und β zueinander eintritt.
Der Lamellenträger 3 insgesamt wird hierbei vorteilhafterweise ebenfalls in Abhängigkeit vom Sonnenstand um die Drehachse 8 gedreht, vorzugsweise derart, dass die Lamellen 2 mit ihren Schwenkachsen 9 stets senkrecht zur Lichteinfallsrichtung ausgerichtet sind.
Die Steuervorrichtung 10 kann die Lamellenausrichtung vorteilhafterweise automatisch in Abhängigkeit des Sonnenstands verändern.
Wenn die Position der Vorrichtung auf der Erde bekannt ist, kann der Stand der Sonne in Abhängigkeit von der jeweiligen Uhrzeit berechnet und dementsprechend auch die optimale Ausrichtung der Umlenklamellen 2 bestimmt werden. Nach einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung kann hierbei die Steuervorrichtung die Stellantriebe 12 und 14 zeitabhängig steuern. Die entsprechende Prozessorsteuerung kann bei Bekanntsein des Aufstellungsorts die Verschwenkwinkel entsprechend zeitabhängig berechnen bzw. aus einer Tabelle auslesen.
Alternativ kann auch eine Sensorregelung der Stellung der Umlenklamellen vorgesehen sein. Wie Fig. 1 zeigt, kann mittels Licht- und/oder Helligkeitssensoren 11 und 19 der Sonnenstand relativ zu der Lichtleitvorrichtung erfasst werden. Auf Basis der erfassten Position der Sonne kann die Verschwenkung der Umlenklamellen 2 durch einen Regler der Steuervorrichtung 10 geregelt werden. Vorteilhafterweise ist hierbei ein erster Helligkeitssensor 11 fest mit dem Lamellenträger 3 und/oder dessen Drehachse verbunden, so dass sich der Helligkeitssensor 11 mit dem Lamellenträger 3 mitdreht. Der genannte Helligkeitssensor ist hierbei vorteilhafterweise ein Differenz-Helligkeitssensor. Ein solcher Differenz-Helligkeitssensor weist zwei Sensorelemente auf, welche nur dann die gleiche Helligkeit messen, wenn der Sensor in eine gewisse Richtung ausgerichtet ist. Hierfür können z.B. die Hauptmessrichtungen der beiden Sensorelemente gegeneinander geneigt sein. Wird der Lamellenträger 3 hin und her gedreht und damit der Helligkeitssensor 11 einmal mehr von der linken oder rechten Seite auf die Sonne ausgerichtet, steigen und fallen die Ausgangssignale der beiden Helligkeitssensor-Hälften bzw. Sensorelemente entsprechend gegenläufig, woraus die optimale Ausrichtung des Lamellenträgers 3 herausgefunden und dessen Stellung entsprechend eingeregelt werden kann, an der beide Seiten des Sensors gleich stark zur Sonne ausgerichtet sind. Weiterhin ist vorteilhafterweise zumindest ein zweiter Helligkeitssensor 19 vorgesehen, der schwenkbar um eine Schwenkachse angeordnet ist, die sich parallel zur Schwenkachse der Lamellen erstreckt. Mittels dieses zweiten Helligkeitssensors 19 wird sozusagen die Höhe des Sonnenstands erfasst, wobei die Schwenkbewegung des Helligkeitssensors 19 vorteilhafterweise mit der Schwenkbewegung der Lamellen in einem vorbestimmten Verhältnis gekoppelt ist. Wird dieser Helligkeitssensor 19 auf und ab geschwenkt, richtet er sich ähnlich der vorgenannten Weise einmal besser und einmal schlechter auf die Sonnenhöhe aus, so dass sein Ausgangssignal entsprechend der Schwenkstellung steigt und fällt. Hieraus kann ebenfalls die optimale Ausrichtung zur Sonne ermittelt und die Schwenkstellung der Lamellen entsprechend eingeregelt werden.
Bei sensorgesteuerter bzw. -geregelter Anstellung der Umlenklamellen kann auf einen Timer gänzlich verzichtet werden, so dass auch Zeitabweichungen wie beispielsweise durch Stromausfall oder Falschgehen einer Uhr keine Rolle spielen. Auch benötigt die Steuerung keine individuelle Programmierung in Abhängigkeit des Aufstellungsorts.

Claims

Lichtleitvorrichtung zum Einleiten von Sonnenlicht in das Innere eines Gebäudes, mit mehreren beweglich gelagerten Lichtumlenkflächen, die von einer Steuervorrichtung (10) in Abhängigkeit des Sonnenstand ausrichtbar sind, wobei die Lichtumlenkflächen von reihenförmig angeordneten, um zueinander etwa parallele Schwenkachsen (9) schwenkbare Umlenklamellen (2) gebildet sind, die an einem Lamellenträger (3) gelagert sind, der um eine zur Richtung der Schwenkachsen (9) etwa senkrechte Drehachse (8) verdrehbar ist, wobei die Umlenklamellen paarweise zusammengefasst sind, wobei eine erste Lamelle (2a) eines Lamellenpaars Sonnenlicht einfängt und auf die zweite Lamelle (2b) des Lamellenpaars lenkt, die das von der ersten Lamelle (2a) kommende Licht parallel zur Längsachse des Lichtleitrohrabschnitts (4) umlenkt, wobei die ersten und zweiten Lamellen (2a, 2b) eines Lamellenpaares relativ zueinander in verschiedene Anstellwinkel (α+β) bringbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Lamellen (2a, 2b) eines Lamellenpaares jeweils relativ zu dem Lamellenträger (3) in verschiedene Anstellwinkel (α; β) bringbar sind derart, dass mit zunehmend tiefer stehender Sonne beide Lamellen (2a, 2b) in ihrem Anstellwinkel verstellt werden, wobei jedoch die erste Lamelle (2a), die das Sonnenlicht einfängt, stärker als die zweite Lamelle (2b) verstellt wird, je tiefer die Sonne wandert, so dass die ersten und zweiten Lamellen (2a, 2b) mit zunehmend tiefer stehender Sonne einen zunehmend größer werdenden Spreizungswinkel zwischen sich begrenzen.
Lichtleitvorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Lamellenträger (3) von einem ringförmigen, vorzugsweise etwa zylindrischen, Lichtleitrohrabschnitt (4) gebildet ist, der um seine zentrale Achse drehbar ist und durch den hindurch das von den Umlenklamellen umgeleitete Licht in das Gebäudeinnere leitbar ist.
Lichtleitvorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Umlenklamellen (2) im Inneren und/oder innerhalb des Umrisses des Lichtleitrohrabschnitts (4) an einem stirnseitigen Endabschnitt des Lichtleitrohrabschnitts (4) angeordnet und an der Wandung des Lichtleitrohrabschnitts (4) drehbar gelagert sind.
Lichtleitvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Umlenklamellen (2) von der Steuervorrichtung (10) derart dem Sonnenstand nachführbar sind, dass das umgelenkte Licht stets parallel zur Längsachse des Lichtleitrohrabschnitts (4) durch diesen hindurch geleitet wird.
Lichtleitvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die ersten und zweiten Lamellen (2a, 2b) bei im Zenit stehender Sonne zueinander im wesentlichen parallel ausgerichtet sind.
Lichtleitvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die ersten und zweiten Lamellen (2a, 2b) eines zusammenwirkenden Lamellenpaars um voneinander beabstandete Schwenkachsen schwenkbar gelagert sind, wobei die erste Lamelle (2a) eines ersten zusammenwirkenden Lamellenpaares an der zweiten Lamelle (2b) eines zweiten zusammenwirkenden Lamellenpaares schwenkbar gelagert ist und/oder die zweite Lamelle des zweiten zusammenwirkenden Lamellenpaares an der ersten Lamelle des ersten zusammenwirkenden Lamellenpaares schwenkbar gelagert ist und/oder die erste Lamelle des ersten zusammenwirkenden Lamellenpaares zusammen mit der zweiten Lamelle des zweiten zusammenwirkenden Lamellenpaares an einem gemeinsamen Schwenklager (5) schwenkbar gelagert ist.
Lichtleitvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Umlenklamellen (2) eben ausgebildete, plattenförmige Umlenkkörper besitzen.
Lichtleitvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die genannten ersten Lamellen (2a) schmäler ausgebildet sind als die zweiten Lamellen (2b) eines jeweiligen Lamellenpaares.
Lichtleitvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die weiter von der Sonne beabstandeten Lamellen höher angeordnet sind als näher zur Sonne angeordnete Lamellen und/oder der Lamellenträger (3) um eine liegende Kippachse parallel zur Schwenkachse der Lamellen verkippbar gelagert ist derart, dass weiter von der Sonne beabstandete Lamellen höher positionierbar sind als näher zur Sonne angeordnete Lamellen.
Lichtleitvorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei Steuermittel zur Verkippung des Lamellenträgers (3) in Abhängigkeit der Höhe des Sonnenstands vorgesehen sind derart, dass mit tiefer stehender Sonne die weiter von der Sonne beabstandeten Lamellen höher gestellt werden als die näher zur Sonne angeordneten Lamellen.
Lichtleitvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die ersten und zweiten Umlenklamellen (2a, 2b) in jeweils linearer Abhängigkeit vom Sonnenhöhenwinkel verstellt werden, wobei die lineare Abhängigkeit des Anstellwinkels der jeweils ersten Lamellen (2a) anders ausgebildet ist als die lineare Abhängigkeit der zweiten Lamellen (2b) vom Sonnenhöhenwinkel.
Lichtleitvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die ersten Lamellen (2a) und die zweiten Lamellen (2b) mittels unterschiedlicher Übesetzungsstufen (17, 18) vom selben Stellantrieb (14) her antreibbar sind.
Lichtleitvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuervorrichtung (10) einen Timer sowie einen Steuerbaustein zur Steuerung der Schwenkstellung der Umlenklamellen (2) und der Drehstellung des Lamellenträgers (3) in Abhängigkeit von einem Signal des Timers aufweist.
Lichtleitvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuervorrichtung (10) eine Erfassungsvorrichtung, vorzugsweise umfassend Helligkeitssensoren (11), zur Erfassung des Sonnenstands relativ zu dem Lamellenträger (3) und einen Steuerbaustein zur Steuerung der Schwenkstellung der Umlenklamellen (2) und der Drehstellung des Lamellenträgers (3) in Abhängigkeit des erfassten Sonnenstands aufweist.