EP2610425A2

EP2610425A2 - Fensterelement mit integrierter Lichtquelle

Info

Publication number: EP2610425A2
Application number: EP12194625.5A
Authority: EP
Inventors: Klaus Wammes
Original assignee: Wammes & Partner GmbH
Current assignee: Wammes & Partner GmbH
Priority date: 2011-11-28
Filing date: 2012-11-28
Publication date: 2013-07-03
Anticipated expiration: 2032-11-28
Also published as: DE102011087250A1; EP2610425B1; EP2610425A3

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Fensterelement (2) mit mindestens zwei planparallel zueinander ausgerichteten, einen mit Gas oder Flüssigkeit gefüllten oder evakuierten Zwischenraum (6) begrenzenden Flachglasscheiben (4). Das Fensterelement (4) ist für eine künstliche Beleuchtung eines angrenzenden Raumes ausgelegt, die hinsichtlich der Beleuchtungsqualität einfallendem Tageslicht ähnlich ist. Zu diesem Zweck ist mindestens eine in das Fensterelement (2) integrierte Lichtquelle (10) vorgesehen, die in einem Randabschnitt (12) des Fensterelementes (2) angeordnet ist und beim Betrieb Licht in den Zwischenraum (6) emittiert, wobei die Lichtquelle (10) eine längliche, annähernd linienförmige Gestalt besitzt und parallel zu der ihr benachbarten Kante (20) des Fensterelementes (2) ausgerichtet ist

Description

Die Erfindung betrifft ein Fensterelement mit mindestens zwei planparallel zueinander ausgerichteten und einen mit Gas gefüllten Zwischenraum begrenzenden Flachglasscheiben. Derartige Fensterelemente sind unter den Stichworten Mehrscheiben-Isolierglasfenster oder Wärmedämmfester allgemein bekannt.
In der modernen Innenarchitektur wird einerseits ein hoher Aufwand betrieben, Innenräume von Gebäuden mit durch Fenster oder Lichtschächte einfallendem Tageslicht zu auszuleuchten (zu belichten). Andererseits wird ein ähnlich hoher Aufwand betrieben, in den Abend- und Nachtstunden durch künstliches Licht, das beispielsweise von elektrischen Deckenleuchten, Wandleuchten, Stehlampen usw. ausgestrahlt wird, eine angenehme und für den menschlichen Organismus und die menschliche Psyche verträgliche oder gar förderliche Beleuchtung zu schaffen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein alternatives Ausleuchtungskonzept anzugeben, das die beiden genannten Problemkreise in einer ganzheitlichen Weise miteinander verknüpft und eine universelle Lösung bietet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Patentanspruchs 1.
Die Erfindung basiert auf mindestens einer in das Fensterelement integrierten Lichtquelle, die in einem Randabschnitt des Fensterelementes angeordnet ist und beim Betrieb Licht in den Zwischenraum emittiert.
Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass ein wie auch immer geartetes Lichtdesign für die künstliche Beleuchtung von Gebäudeinnenräumen weitgehend entfallen kann, wenn es gelingt, ein für die Tageslichtnutzung optimiertes Fensterelement derart mit künstlichem Licht "von innen" zu beleuchten, dass es bei Bedarf selber als diffuser Flächenstrahler wirksam ist und somit den Tageslichteinfall in einer Weise simuliert, die für eine im Raum befindliche Person subjektiv gar nicht vom tatsächlichen Tageslichteinfall unterscheidbar ist. Dieser Effekt wird vorliegend zumindest näherungsweise erreicht, indem das Licht einer nach Art einer indirekten Beleuchtung am Rand des Fensterelements angebrachten Lichtquelle gemäß den physikalischen Prinzipien der Brechung, Transmission, Reflektion und ggf. Totalreflektion an den Grenzflächen der beiden Flachglasscheiben über die gesamte Fensterfläche verteilt und von dort als diffuse Lichtstrahlung vorzugsweise in den zu beleuchtenden Raum ausgekoppelt wird - und nicht gleichmäßig auf beiden Seiten ausgekoppelt wird.
In diesem Zusammenhang ist es für die Erreichung des oben genannten Auslegungsziels von besonderem Vorteil, wenn die Lichtquelle ein Lambert-Strahler ist. Als Lambert-Strahler wird eine diffus und gleichförmig lichtabstrahlende Fläche bezeichnet, deren Leuchtdichte aus allen Richtungen gesehen denselben Wert hat. Die Lichtstärke fällt dabei mit dem Cosinus des Ausstrahlungswinkels gegen die Flächennormale ab.
Weiter ist von Vorteil, wenn die Lichtquelle eine längliche, vorzugsweise annähernd linienförmige Gestalt besitzt und parallel zum Randabschnitt ausgerichtet ist. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn die Lichtquelle - ohne Zusatzoptik - von jedem Punkt ihrer Linienform lambertisch abstrahlt.
Für eine besonders hohe Lichtausbeute in dem letztlich zu beleuchtenden Umgebungsraum und für eine vorteilhafte Beeinflussung der Lichtausbreitung tritt das von der Lichtquelle abgestrahlte Licht durch eine als Sammellinse wirksame, parallel zur Lichtquelle orientierte Zylinderlinse oder Zylinder-Fresnel-Linse in den Zwischenraum des Fensterelementes, oder genauer gesagt in den durch die Linse von der Beleuchtungseinheit mit der Lichtquelle separierten Teil des Zwischenraums zwischen den Flachglasscheiben.
Dabei ist es von Vorteil, wenn die Linse eine der Lichtquelle zugewandte plane Lichteintrittsfläche und eine dem Zwischenraum zugewandte konvexe Lichtaustrittsfläche oder entsprechende Fresnel-Stufen aufweist.
In einer besonders einfach und kostengünstig zu verwirklichenden Variante ist die Linse durch einen Halbrundstab aus Glas oder Kunststoff gebildet.
Zur Erzeugung einer asymmetrischen Lichtauskopplung in Bezug auf die beiden Flachglasscheiben ist die Linse vorteilhafterweise um eine parallel zu ihrer Längsrichtung angeordnete Drehachse gegenüber der symmetrischen Lage gedreht oder gekippt angeordnet. Das heißt, es ist damit möglich, das Licht überwiegend nur zu einer Seite des Fensterelementes hin zu emittieren, etwa in Richtung Innenraum bei einem in einer Gebäude-Außenwand installierten Fensterelement.
Die Linse kann in der asymmetrischen Lage fest in das Fensterelement eingebaut sein, vorzugsweise ist sie jedoch bezüglich ihrer Dreh- oder Kippstellung verstellbar montiert, also variabel einstellbar.
Vorteilhafterweise ist weiterhin ein parallel zur Lichtquelle orientierter hohlzylindrischer Reflektor vorhanden, wobei die Lichtquelle zwischen dem Reflektor und der Linse angeordnet ist. Dadurch wird das von der Lichtquelle abgestrahlte Licht möglichst vollständig zur Raumausleuchtung nutzbar gemacht.
Schließlich ist es vorteilhaft, wenn die Lichtquelle ein kontinuierliches Emissionsspektrum mit einer elektronisch verstellbaren, insbesondere stufenlos verstellbareren Farbtemperatur besitzt.
Nach gegenwärtigem Stand der Erkenntnis werden die genannten Anforderungen durch die so genannten e3-Plasmalampen, welche zugleich bei gering gehaltenem Energieverbrauch eine Helligkeit liefern, die mindestens zwölfmal höher ist als bei einer Glühlampe, in hervorragender Weise erfüllt.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass ein Fensterelement durch eine im Rand- bzw. Kantenbereich zwischen zwei planparallelen Flachglasscheiben angebrachte, vorzugsweise linienförmige und lambertisch emittierende Lichtquelle für eine künstliche Beleuchtung eines angrenzenden Raumes ertüchtigt wird, die hinsichtlich der Beleuchtungsqualität einfallendem Tageslicht ähnlich ist.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen in jeweils stark vereinfachter und schematisierter Darstellung:

FIG. 1: eine im Randbereich teilweise geschnittene Draufsicht auf ein Fensterelement,
FIG. 2: einen Längsschnitt durch das Fensterelement gemäß FIG. 1,
FIG. 3: einen Längsschnitt durch ein weiteres Fensterelement in einer ersten Konfiguration mit einem zusätzlich eingezeichneten, von einer in das Fensterelement integrierten Lichtquelle erzeugten Lichtkegel,
FIG. 4: einen Längsschnitt durch das Fensterelement gemäß FIG. 3 in einer zweiten Konfiguration mit einem zusätzlich eingezeichneten, infolge der Konfigurationsänderung modifizierten Lichtkegel,
FIG. 5: einen vergrößerten Längsschnitt durch das Fensterelement gemäß FIG. 3 in drei verschiedenen Konfigurationen (rechts) sowie durch ein doppellagiges Fensterelement (links), jeweils ohne zusätzlich eingezeichneten Lichtkegel,
FIG. 6: einen Querschnitt durch einen Linsenkörper zur Verwendung in einem der Fensterelemente, und
FIG. 7: einen Querschnitt durch einen weiteren geeigneten Linsenkörper, nämlich in Gestalt einer Fresnelschen Stufenlinse.

Das in FIG. 1 in einer Draufsicht und in FIG. 2 in einem Längsschnitt dargestellte Fensterelement 2 besitzt eine rechteckförmige Grundfläche (Fensterfläche) mit vier geradlinigen Rändern, von denen jeweils zwei einander gegenüberliegen. Die Breite des Fensterelementes 2 beträgt beispielsweise 10 cm bis 500 cm, seine Höhe liegt ebenfalls in dieser Größenordnung.
Der Begriff Fensterelement 2 soll hier auch eine mögliche Anwendung als Türelement und/oder Fasadenelement und/oder Raumteiler-Element und/oder allgemein als Wandelement und/oder Deckenelement umfassen.
Das Fensterelement 2 ist nach Art eines so genannten Zweischeiben- oder Mehrscheiben-Isolierglases aufgebaut und besitzt zwei planparallel zueinander ausgerichtete, deckungsgleiche Flachglasscheiben 4, die einen flachen quaderförmigen Zwischenraum 6 begrenzen. Der Abstand a zwischen den beiden Flachglasscheiben 4 beträgt beispielsweise 4 mm bis 40 mm und ist durch randseitig angeordnete, vorzugsweise fest mit den Flachglasscheiben 4 verbundene Abstandshalter 8 vorgegeben. Die Abstandshalter 8 wirken demnach als Verbindungselemente und verleihen der Anordnung mechanische Stabilität. An den Verbindungsstellen zwischen dem jeweiligen Abstandshalter 8 und der zugehörigen Flachglasscheibe 4 können Dichtmittel bekannter Art, etwa Butyldichtungen oder Polysulfiddichtungen, vorgesehen sein, um einen gas- bzw. diffusionsdichten Verschluss des Zwischenraumes 6 gegenüber der äußeren Umgebung zu gewährleisten. In diesem Fall kann der Zwischenraum 6 wie bei bekannten Wärmedämmverglasungen beispielsweise evakuiert (d. h. auf Unterdruck gegenüber der Umgebung befindlich) sein und/oder mit getrockneter Luft, Argon, Krypton, Schwefelhexafluorid oder einem anderen Gas, vorzugsweise mit möglichst geringer Wärmeleitfähigkeit, gefüllt sein. Es ist aber in einer vereinfachten Ausführung auch möglich, dass der Zwischenraum 6 nicht gegenüber der äußeren Umgebung abgedichtet ist, sondern mit ihr strömungsmäßig kommuniziert und daher mit normaler Umgebungsluft gefüllt ist. Die Flachglasscheiben 4 können im Prinzip aus allen üblichen Glassorten gefertigt sein. Das Fensterelement 2 kann in ebenfalls üblicher Weise in einen aus geeigneten Profilelementen zusammengesetzten, hier nicht dargestellten Fensterrahmen oder Fensterflügel eingespannt sein.
Das Fensterelement 2 ist zur Beleuchtung eines angrenzenden Raumes vorgesehen und derart konzipiert, dass die beiden Flachglasscheiben 4 als diffuse Flächenstrahler mit einer möglichst gleichmäßigen Leuchtdichte über die gesamte Fensterfläche hinweg wirksam sind. Zu diesem Zweck ist mindestens eine Lichtquelle 10 in einen Randabschnitt 12 eines der vier Ränder bzw. in eine Kantenregion des Fensterelementes 2 integriert, welche beim Betrieb Licht in den Zwischenraum 6 emittiert. Auslegungsziel ist dabei, dass das von der Lichtquelle 10 erzeugte Licht zunächst möglichst isotrop in das im Zwischenraum 6 befindliche, bevorzugt gasförmige Medium emittiert (ausgekoppelt) wird. Es wird dann an den Innenflächen 14 der beiden Flachglasscheiben 4 partiell hin und her reflektiert, dabei gleichmäßig über die komplette Fensterfläche verteilt und tritt schließlich unter geeignetem Winkel partiell in die jeweilige Flachglasscheibe 4 ein. Das Licht tritt dann entweder direkt nach außen in die Umgebung aus, oder es wird zuvor - ähnlich wie in einem Lichtwellenleiter - durch eine Vielzahl von Totalreflexionen an der Innenfläche 14 und der Außenfläche 16 der Flachglasscheibe 4 weiter über die komplette Fensterfläche verteilt, bevor es irgendwann infolge partieller oder ausbleibender Totalreflektion die Flachglasscheibe 4 nach außen verlässt. Dies ist in FIG. 2 beispielhaft anhand von einzelnen Lichtstrahlen veranschaulicht.
Im Ausführungsbeispiel ist als Lichtquelle 10 eine e3-Plasmalampe des Unternehmens Global LightZ aus der Firmengruppe Wammes und Partner vorgesehen. Das Kürzel e3 (auch: e³) steht dabei für Energy-Efficient Excitation = energieeffiziente Anregung.
Die e3-Lampen gehören in die Familie der Niederdruckentladungslampen. Sie bestehen typischerweise aus etwa 3 mm dünnen Glasröhrchen - eingebettet in Metall- oder Glaskeramikkörper -, die mechanisch bearbeitbar und daher auch verformbar sind. Die meisten dieser Leuchtmittel sind innen mit dotierten Keramiken beschichtet. Außerdem tragen sie einen so genannten Getter in sich, also ein aktives Material, das dazu dient, das Innenvolumen der e3-Glasröhrchen möglichst lange sauber zu erhalten. Hierbei kommt eine besondere Edelgasmischung mit einem Innendruck zwischen zirka 2 mbar und 0,7 bar zum Einsatz, sowie Materialien, die bei dem beschriebenen Betriebs-Regime in zumindest teilweise gasförmigem Zustand vorliegen, aus der Familie der Metalle mit Ordnungszahlen kleiner 90 aus den Gruppen 1 bis 14 des Periodensystems und deren anorganischen Metall-Verbindungen, beispielsweise aber nicht ausschließlich Yttrium-Jodid. Die Lampen können auch leistungsfähige Multiband-Phosphore enthalten, die auch einzelne rot, grün und/oder blau emittierende Lampen möglich machen. Diese werden genutzt, um das gewünschte Lichtspektrum zu erzeugen oder zu korrigieren. Standardmäßig werden die e3-Leuchtmittel mit 24 V Gleichspannung betrieben.
Das komplexe Funktionsprinzip der e3-Technologie basiert auf der Ionisierung verdampfter beziehungsweise gasförmiger Teilchen zur gesteuerten, temporär stabilen Clusterbildung und ist damit eine energieeffizientere und qualitativ verbesserte Weiterentwicklung der lange bekannten Leuchtstoffröhren, die bei gleicher Leistungsaufnahme und geringerem Volumen höhere Lichtausbeuten ermöglicht. Durch geeignete Kontrolle der Vorgänge bilden sich kurzzeitig stabile Cluster bzw. Aggregate aus zwei oder mehr Atomen oder Molekülen, von denen eines angeregt ist (sogenannten Exciplexe), die ultraviolettes, sichtbares und/oder infrarotes Licht erzeugen. Eine geeignete Kombination daraus ergibt das gewünschte Lichtspektrum (die Lichtfarbe). Zudem erzeugen die Plasmaprozesse noch eine kleine Menge an extrem langwelligem Licht, das zur Regelung und Steuerung des gesamten Systems benötigt wird. Durch Anlegen einer elektrischen Spannung entsteht ein elektrisches Feld, das Elektronen innerhalb der Glasröhre beschleunigt - was zwangsläufig zu Kollisionen führt, bei denen dann verschiedene genau gesteuerte quantenphysikalische Prozesse stattfinden. Die hierbei ausgesendeten Photonen werden in der Keramikschicht aufbereitet - durch Filterung und/oder Konversion von hochenergetischen Photonen mit 3 bis 6 eV in solche mit niedriger Energie - und verlassen dann das Glasröhrchen als das gewünschte (kontinuierliche) Lichtspektrum. Um recht einfach eine stabile Ionisierung zu erreichen, werden als Füllgas Edelgase genutzt. Je nach der Zusammenstellung der beteiligten Komponenten lassen sich unterschiedliche Arten von Clustern und beteiligten Elementarteilchen erzeugen.
Lichtausbeuten von 50 bis 100 lm/W sind bei e3 heute problemlos möglich. Dabei können e3-Lampen, je nach Version, bei Umgebungstemperaturen von -35 C oder weniger bis weit über +100 °C betrieben werden. Anders als die stets punktförmige LED strahlt die e3-Röhre von jedem Punkt ihrer Linienform lambertisch ab. Dieser im vorliegenden Zusammenhang besonders wichtige Vorteil wird weiter unten noch eingehender erläutert. Der minimale CRI (Colour Rendering Index = Farbwiedergabeindex) der Leuchtröhren liegt bei > 80. Seinen guten CRI behält e3-Licht bei jeder Lichttemperatur. Dies ist besonders vorteilhaft, weil die neueste Generation der e3-Röhren, das so genannte "V-Light", zwischen 2.000 K und 10.000 K Farbtemperatur stufenlos regelbar ist. Die benötigte Steuerungselektronik ist bereits im Leuchtmittel integriert und kann mittels Taster oder anderen Einstellstellelementen angesprochen werden. Gegenüber aktuellen LED-Produkten haben e3-Röhren in Sachen Lichtfarbe drei gravierende praktische Vorteile: Erstens können alle Lichttemperaturen mit einer einzigen Lichtquelle realisiert werden, während bei LEDs stets ein Mosaik verschiedenfarbiger Dioden notwendig ist. Zweitens bleiben e3-Lichtquellen, wenn die Lichttemperatur einmal eingestellt ist, dauerhaft farbstabil. Weil e3-Röhren sehr wenig Wärme an umgebende Bauteile abgeben, können sie drittens ohne Kühlkörper verbaut werden, was sich auch auf die Ökobilanz positiv auswirkt.
Die e3-Röhren selbst erfüllen alle EU-Normen bezüglich Energieeffizienz und Schadstoffarmut und sind zu 100 % recycelbar. Aufgrund ihrer relativ wenige Komponenten umfassenden Bauform muss für Herstellung und Recycling weniger Energie aufgewendet werden als bei anderen Leuchtmitteln.
Da die vergleichsweise dünnen Röhren der e3-Plasmalampen sich praktisch unsichtbar in Fugen verbauen lassen und - wie oben bereits erwähnt - ohne Kühlkörper auskommen, sind sie in geradezu idealer Weise für die vorliegend vorgesehene Anwendung geeignet. Wie aus FIG. 1 und FIG. 2 hervorgeht, kann eine derartige Leuchtröhre 18 mit einem Durchmesser von beispielsweise 1 mm bis 10 mm an der Innenseite des randseitig am Fensterelement 2 angeordneten Abstandshalters 8 und somit im Zwischenraum 6 zwischen den beiden Flachglasscheiben 4 befestigt sein. Die zugehörige Regelungselektronik kann in den Anstandshalter 8 integriert sein. In alternativer Ausgestaltung kann die Leuchtröhre 18 auch nach Art einer leicht zurück versetzten Anordnung in den Abstandshalter 8 integriert sein oder selber den Abstandshalter 8 bilden.
Die quasi linienförmige Lichtquelle 10 ist dabei parallel zur randseitigen Kante 20 des Fensterelementes 2 ausgerichtet und erstreckt sich vorzugsweise nahezu über deren gesamte Längsausdehnung von beispielsweise 10 cm bis 500 cm oder mehr. Alternativ kann es aber beispielsweise auch vorgesehen sein, mehrere der lichterzeugenden Leuchtröhren 18 in Längsrichtung hintereinander anzuordnen, um auf diese Weise durch Kombination mehrerer Einzellichtquellen eine sich insgesamt über annähernd die gesamte Längsausdehnung des Fensterelements erstreckende Lichtquelle 10 zu schaffen. Bei einem rechteckigen Fensterelement 2 kann für eine besonders helle, regelmäßige und symmetrische Ausleuchtung an jeder der vier Seiten eine entsprechende Lichtquelle 10 angeordnet sein. Es mag für bestimmte Zwecke auch genügen, wenn beispielsweise nur an den beiden Längsseiten oder an den beiden Querseiten sich derartige Lichtquellen 10 befinden. Andere Kombinationen sind selbstverständlich ebenfalls möglich. Schließlich mag es, wie in FIG. 1 dargestellt, in vielen Fällen ausreichen, wenn sich nur an einer einzigen der vier Seiten eine derartige Lichtquelle 10 befindet.
Besonders praktisch ist es, wenn die jeweilige Lichtquelle 10 beispielsweise mit Hilfe von Schnellverriegelungselementen oder dergleichen auswechselbar mit dem restlichen Fensterelement 2 verbunden ist. Bei Verwendung von e3-Lampen mit einer vergleichsweise langen Lebensdauer von 50.000 Betriebsstunden oder mehr kann eventuell aber auch ein Festeinbau erwogen werden.
Wie in FIG. 2 skizziert, können im Randbereich des Fensterelementes 2 beidseitig der Lichtquelle 10 oder gegebenenfalls nur auf einer Seite davon Randblenden 24 vorgesehen sein, die - im Längsschnitt betrachtet - den effektiven Öffnungswinkel des Abstrahlkeils begrenzen und eine direkte Durchsicht von außen durch die Flachglasscheibe 4 auf die Lichtquelle 10 - und dementsprechend einen direkten geradlinigen Durchtritt von emittiertem Licht durch die Flachglasscheibe 4 - unter normalen Beobachtungswinkeln verhindern. Die zum Zwischenraum 6 gewandten Blendenflächen der Randblenden 24 können auch verspiegelt sein. Alternativ können derartige Blenden auch als Auflagen auf den Flachglasscheiben 4 oder als Beschichtung derselben ausgeführt sein. Alternativ können die Randblenden 24 auch durch den Abstandshalter 8 gebildet sein. Falls auf der der Lichtquelle 10 gegenüber liegenden Seite des Fensterelementes 2 keine weitere Lichtquelle vorgesehen ist, können dort die zum Zwischenraum 6 gewandten Flächen der Abstandhalter 8 und/oder die endseitigen Stirnflächen der Flachglasscheiben 4 reflektierend ausgebildet oder mit zum Zwischenraum 6 oder zur gegenüberliegenden Seite des Fensterelementes 2 gewandten Reflektoren versehen sein, um dort auftreffendes Licht wieder zurück zu spiegeln.
Ein wesentlicher Vorteil der e3-Plasmalampen besteht darin, dass es sich bei ihnen um längliche, quasi linienförmige Lichtstrahler mit - in sehr guter Näherung - lambertscher Abstrahlungscharakteristik handelt.
Lichtquellen, welche keine Richtungsabhängigkeit der Strahlungsdichte aufweisen, nennt man bekanntlich diffuse Strahler oder lambertsche Strahler. Sie geben in alle Richtungen dieselbe Strahlungsdichte ab. Die von ihnen in eine bestimmte Richtung bzw. einen bestimmten Raumwinkelbereich abgegebene Strahlungsleistung oder Intensität variiert aufgrund eines perspektivischen Effekts nur noch mit dem Cosinus des Abstrahlwinkels gegen die Flächennormale des Licht emittierenden Flächenelements (lambertsches Cosinusgesetz). Im Polarkoordinatendiagramm liegt dementsprechend eine kreisförmige Intensitätskurve vor, und zwar für jede mögliche Ausrichtung (d. h. jeden möglichen Azimutwinkel) der die Flächennormale enthaltenden Messebene. Gilt das für jedes Oberflächenelement einer Lichtquelle, hier also für jedes Linienelement des Linienstrahlers, so liegt ein Lambert-Strahler vor, dessen diffuses Licht sich weitgehend blendfrei im Raum verteilt und bei im Strahlenweg vorhandenen Objekten nur wenig Schatten verursacht. Wie Messungen gezeigt haben, ist diese Eigenschaft bei e3-Plasmalampen in hervorragender Weise erfüllt, gleichzeitig erfolgt durch die konstruktive bedingte dünne Bauform mit Durchmessern zwischen ca. 1 mm und 10 mm oder kleiner eine wesentliche geringere Selbstabschattung im Vergleich zu herkömmlichen Leuchtstofflampen in der Allgemeinbeleuchtung - und damit ein deutliche Verbesserung des Gesamtwirkungsgrads um bis zu 20 % und mehr. Dadurch wird im Ergebnis erreicht, dass sich auch die als Flächenstrahler wirksamen Flachglasscheiben 4 des Fensterelements 2 in guter Näherung wie in der Längsachse homogene Lambert-Strahler verhalten.
Das Fensterelement 2 ist in üblicher Weise mit Hilfe eines Fensterrahmens und/oder eines Fensterflügels in eine Öffnung in der Außenwand eines Raumes oder Gebäudes eingesetzt, so dass - gegebenenfalls in Kombination mit weiteren derartigen Fensterelementen - das Innere vom Tageslicht, also vom natürlichen Licht des lichten Tages, unter Berücksichtigung von Faktoren wie Leuchtdichte, Farbtemperatur, Blendschutz, Wärmeschutz und Energieeinsparung gemäß der jeweiligen Funktion des Raumes überwiegend diffus belichtet wird. In den Stunden des Tages, in denen das Tageslicht nicht ausreicht, erfolgt dann eine Beleuchtung des Innenraumes mit künstlichem Licht, nämlich mit Hilfe der in das jeweilige Fensterelement integrierten Lichtquelle(n) 10. Gemäß der Konstruktion und Auslegung der der Fensterelemente 2 und Lichtquellen 10 ist es dabei möglich, die tagsüber vorherrschende Ausleuchtung durch Tageslicht (Belichtung) hinsichtlich der genannten Aspekte beinahe perfekt zu simulieren, ohne dabei auf zusätzliche künstliche Lichtquellen im Raum (etwa Deckenleuchten) angewiesen zu sein.
Konstruktionsbedingt erfolgt bei dem Fensterelement 2 die Lichtabstrahlung zu je 50 % nach beiden Seiten. Wenn bei einem in der Außenwand eines Gebäudes angeordneten Fenster eine ausschließliche Innenraumbeleuchtung gewünscht ist, ist es möglich, außenliegende Fensterladen, Rollladen, Jalousien, Vorhänge, optische Schichten und/oder Strukturen oder verstellbare Sonnenschutzlamellen 26 vorzusehen, die auf ihrer dem Fensterelement 2 zugewandten Innenseite mit geeigneten Reflektoren 28 bzw. mit einer reflektierenden Schicht, vorzugsweise mit diffus (idealerweise lambertisch) reflektierenden Reflektoren 28 bzw. einer entsprechenden Reflexionsschicht versehen sind. Eine derartige optionale Komponente ist in FIG. 2 gestrichelt angedeutet. Damit kann tagsüber in gewohnter Weise eine Verschattung des Innenraumes erfolgen, und während der Betriebsstunden der integrierten Lichtquelle 10 kann nahezu 100 % des emittierten Lichtes in den Innenraum gelenkt werden. Gerade bei Verwendung von e3-Licht ist durch die elektronisch einstellbare Farbtemperatur (Lichtfarbe) eine große Variabilität, etwa von gleißendem Sonnenschein über goldenblauen Mittagshimmel bis hin zu gedämpftem Abendrot, z. B. entsprechend dem natürlichen Tagesverlauf, gegeben.
Selbstverständlich ist es auch möglich, das Fensterelement 2 in eine Zwischenwand zwischen zwei Räumen eines Gebäudes einzusetzen und so bedarfsweise beide Räume zu beleuchten - oder auch nur einen davon, wenn entsprechende Jalousien, Vorhänge oder Lamellen mit reflektierenden Elementen der oben beschriebenen Art vorhanden sind. Des Weiteren kann ein derartiges Fensterelement zusammen mit einem permanenten Reflektor auf der Rückseite auch in eine Kellerwand oder dergleichen eingesetzt werden, die keinen Zugang zu Tageslicht hat, um durch die integrierte künstliche Beleuchtung die Illusion einer Ausleuchtung mit Tageslicht zu schaffen.
Eine Möglichkeit, eine asymmetrische Lichtauskopplung aus dem Fensterelement 2 auch ohne den Einsatz von Reflektoren oder Blenden zu erreichen, ist in FIG. 3 bis FIG. 5 veranschaulicht. Dieses Ausführungsbeispiel schließt sich nahtlos an die anderen Ausführungsbeispiele an, und die zugehörigen Ausführungen und Varianten sind vielfältig miteinander kombinierbar.
Wie in den Beispielen zuvor umfasst das in FIG. 3 im Längsschnitt dargestellte Fensterelement 2 zwei parallel zueinander ausgerichtete Flachglasscheiben 4, wobei hier im Beispiel die zum Gebäudeinneren gerichtete linke Flachglasscheibe 4 eine einzelne Glasscheibe und die zur äußeren Umgebung gerichtete Flachglasscheibe 4 eine Verbundglasscheibe ist, sprich ein Laminat mit mindestens zwei Glasscheiben, die durch eine klebefähige Zwischenschicht aus Kunststoff, z. B. durch ein Gießharz oder eine thermoplastische Verbundfolie, verbunden sind. Zwischen den Glasscheiben des Verbundglases kann auch eine optisch aktive Folie angeordnet sein. Darauf kommt es aber vorliegend nicht im besonderen Maße an - die rechte Flachglasscheibe kann alternativ auch eine einzelne Glasscheibe sein, oder die linke Glasscheibe kann eine Verbundglasscheibe sein etc. Der Begriff "Glasscheibe" ist hier in allgemeinster Weise zu verstehen und umfasst wie in den Beispielen zuvor neben allen möglichen Gläsersorten auch Kunststoffscheiben und dergleichen.
Durch randseitig angeordnete Abstandshalter 8, hier zum Beispiel in Gestalt länglicher Quader mit rechteckigem Querschnitt, werden die beiden Flachglasscheiben 4 im gewünschten Abstand zueinander gehalten. Die Abstandshalter 8 dienen zugleich zur Abdichtung des mit einem Gas oder einer Flüssigkeit oder einem optisch dünnen festen Medium gefüllten oder alternativ evakuierten Zwischenraums 6 gegenüber der äußeren Umgebung. Die Flachglasschreiben 4 sind optisch dichter als das Medium im Zwischenraum 6, besitzen also einen größeren Brechungsindex. Typischerweise besitzt das Medium im Zwischenraum 6 einen Brechungsindex von 1 im Fall von Vakuum bis maximal 1,45, während der Brechungsindex der Flachglasscheiben 4 größer als 1,45 ist. Natürlich gibt es hier mannigfache Variationsmöglichkeiten bezüglich der Gestaltung der Abstandshalter 8, die beispielsweise in einer alternativen Variante die Kanten der Flachglasscheiben 4 von außen umgreifen können. Gegebenenfalls wird die Dichtungsfunktion in alternativen Realisierungen teilweise oder vollständig durch separate Dichtmittel bereitgestellt, oder sie entfällt in einfachen Fällen mit Luft als Medium im Zwischenraum 6.
Zumindest an einer der Kanten - hier der oberen Kante, auch als Einbaukante bezeichnet - des Fensterelements 2 ist eine dem Zwischenraum 6 zugewandte Lichtquelle 10 zwischen den beiden Flachglasscheiben 4 angeordnet bzw. eingebaut. Es handelt sich um eine längliche, vorzugsweise annähernd linienförmige Lichtquelle 10, die parallel zu den beiden Flachglasscheiben 4 und zur Einbaukante des Fensterelements 2 ausgerichtet ist. Hier im Ausführungsbeispiel befindet sich die Lichtquelle 10 knapp unterhalb der Abstandshalters 8, in den ein - vorzugsweise abgedichteter - Bauraum für die elektrische Ansteuerung und zur Durchführung der elektrischen Kontakte der Lichtquelle 10 integriert sein kann. Die Abstrahlungscharakteristik der Lichtquelle 10 ist bevorzugt an jedem Punkt ihrer Längsausdehnung lambertisch. Zu diesem Zweck werden wie weiter oben beschrieben bevorzugt e3-Leuchtröhren eingesetzt.
In geringem Abstand zur Lichtquelle 10, ein wenig zu der der Einbaukante der Lichtquelle 10 gegenüberliegenden Kante des Fensterelements 2 hin versetzt, aber noch in der Region der Einbaukante, befindet sich innerhalb des Zwischenraums 6 eine Linsenoptik mit einer länglichen, stabförmigen Linse 40, die sich über die gesamte Längsausdehnung der Lichtquelle 10 erstreckt und beispielsweise aus Glas oder Kunststoff besteht. Das Querschnittsprofil der Linse 40 ist über ihre gesamte Längsausdehnung hinweg (hier in Richtung senkrecht zur Zeichenebene) konstant. Es umfasst auf der der Lichtquelle 10 zugewandten Seite einen flachen, geraden Abschnitt und auf der von der Lichtquelle 10 abgewandten, zur gegenüberliegenden Kante hin gerichteten Seite einen konvexen, bogenförmigen Abschnitt, hier im Ausführungsbeispiel im Wesentlichen in Gestalt eines Kreisbogens, insbesondere eines Halbkreisbogens. Damit liegt eine spezielle Form einer translationssymmetrischen, im Querschnitt plankonvexen Linsengeometrie vor, die gelegentlich auch als Zylinderlinse oder zylindrische Linse bezeichnet wird, und die parallel einfallendes Licht auf einer Brennlinie bündelt (eindimensionale Fokussierung).
Hier im Ausführungsbeispiel berührt der Halbkreisbogen den geraden Abschnitt an dessen Endpunkten, so dass die Linse 40 im Querschnitt betrachtet die Kontur eines Halbkreises besitzt. Unter Berücksichtigung ihrer Längsausdehnung besitzt die Linse 40 also die Gestalt eines sogenannten Halbrundstabes oder Halbzylinders. In der in FIG. 3 dargestellten symmetrischen Konfiguration ist die flache Seite der Linse 40 senkrecht zu den Flachglasscheiben 4 ausgerichtet, und die Linse 40 füllt bezüglich ihrer Querausdehnung zumindest annähernd den kompletten Zwischenraum 6 von der Innenfläche der linken Flachglasscheibe 4 zur Innenfläche der rechten Flachglasscheibe 4 aus.
In alternativer Ausgestaltung kann der Kreisbogen etwas weniger als einen Halbkreis abdecken, so dass die Linse 40 im Querschnitt betrachtet die Gestalt eines entsprechenden Kreissegmentes besitzt. In einer weiteren, in FIG. 6 dargestellten Variation kann zwischen den Endpunkten des Kreisbogens und des geraden Abschnitts ein Abstand bestehen, so dass die Linse im Querschnitt betrachtet die Kontur eines Rechteckes mit einem an einer seiner Seitenkanten angefügten Kreissegment besitzt.
Im Allgemeinen ist es nicht erforderlich, dass der im Querschnitt bogenförmig berandete Abschnitt der Linse 40 exakt die Kontur eines Kreisbogens besitzt, wenngleich damit in der Regel eine einfache Fertigung verbunden ist. Vielmehr kann es je nach gewünschter Kollimierung des von der Lichtquelle 10 abgestrahlten und ggf. an einem Reflektor reflektierten Lichtbündels sogar wünschenswert sein, von der Kreisform abzuweichen (im analogen Fall einer rotationssymmetrischen Linse würde man von einer asphärischen Geometrie sprechen). Parallel einfallendes Licht wird dann unter Umständen nicht exakt auf einer Brennlinie gebündelt, sondern in einem im Querschnitt aufgeweiteten Brennbereich konzentriert.
Insgesamt besitzt die Linse 40 damit bevorzugt die Gestalt einer als Sammellinse ausgebildeten Zylinderlinse mit einem im Wesentlichen entlang ihrer Längserstreckung konstanten Querschnittsprofil, vorzugsweise mit einer flachen (ebenen bzw. planen) Lichteintrittsfläche auf der der Lichtquelle 10 zugewandten Seite und mit einer Lichtaustrittsfläche in Gestalt eines Zylindermantelabschnitts oder -segments auf der von der Lichtquelle 10 abgewandten Seite, wobei die Zylinderkontur beispielsweise bereits in der Grundform und/oder durch Deformationen höherer Ordnung von einer Kreiszylinderkontur abweichen kann. Mit anderen Worten besitzt die Linse 40 bevorzugt die Form und Funktion einer sogenannten Lentikularlinse, oder genauer gesagt einer einzelnen Zelle einer Lentikularlinse (häufig wird die Nebeneinanderreihung mehrerer solcher Zellen insgesamt als Lentikularlinse bezeichnet).
Zur Verringerung des Volumens und des Gewichts des Linsenkörpers kann die Linse 40 auch als Fresnelsche Stufenlinse oder kurz Fresnel-Linse ausgestaltet sein, hier nämlich als translationssymmetrische Zylinder-Fresnel-Linse mit konstantem Querschnitt in Längsrichtung. Zwar ist bei einer Fresnel-Linse die Abbildungsqualität durch die Stufenstruktur gegenüber ihrem nicht-gestuften Pendant etwas verschlechtert, aber das fällt bei der vorliegenden Anwendung nicht so stark ins Gewicht. Dafür kann die Fresnel-Linse besonders kostengünstig als entsprechend konturierte, vergleichsweise dünne Folie verwirklicht sein.
Eine weitere mögliche Alternative stellt eine sogenannte Gradientenlinse dar, bei der der Brechungsindex des Linsenkörpers dermaßen räumlich variiert, dass sich die oben beschriebenen Abbildungseigenschaften ergeben. Dieser Gradienteneffekt kann ggf. mit der Wirkung einer herkömmlichen Oberflächenkrümmung kombiniert sein.
Durch die oben beschriebene Linsenoptik wird das von der linearen Lichtquelle 10 in der Ausbreitungsrichtung senkrecht zu ihrer Achse emittierte Licht eng kollimiert, je nach gewünschtem Ausleuchtungsergebnis z. B. in einem Winkelbereich α zwischen 10 und 30 Grad - wobei auch etwas kleinere und größere Winkel funktionieren.
Hierbei ergibt sich unter Berücksichtigung der üblicherweise vorhandenen (Mikro-) Rauheit an den Oberflächen der Begrenzungsmedien, der dadurch realisierten Streuzentren und der durch die Fresnelschen Formeln beschriebenen optischen Gesetzmäßigkeiten (Reflektion, Transmission, Polarisation) an den Grenzflächen eine effektive Lichteinkopplung in/an die Begrenzungsmedien, das heißt die Flachglasscheiben 4, in einem bevorzugten Winkelbereich relativ zur Oberflächenausrichtung der Begrenzungsmedien von etwa 30 bis 80 Grad.
Daraus resultiert abhängig von den tatsächlich verwendeten Medien / Materialien eine entsprechende Aufteilung von direkt an den Begrenzungsmedien ausgekoppelter Lichtmenge und intern reflektierter Lichtmenge. Je geringer der An-/ Einkoppelwinkel vom inneren Medium auf das Begrenzungsmedium, desto mehr Licht wird direkt ohne weitere interne Reflektion - und damit verbundene Verluste - an der Vorzugsgrenzfläche ausgekoppelt.
Wird nun, wie in FIG. 4 dargestellt, die Lichtausbreitung durch Verdrehen der Linsenoptik asymmetrisch zu den beiden Glasgrenzflächen eingekoppelt, wird das Licht entsprechend der Differenz der vorhandenen Brechungsindizes zwischen dem geringer brechenden Medium im Zwischenraum 6 und dem stärker brechenden Medium der den Zwischenraum begrenzenden Flachglasscheiben 4 bei der Transmission durch dieses Medium zum Einfallslot hin gebrochen - der Brechungswinkel ist dabei immer kleiner als der Einfallswinkel.
Damit tritt abhängig von der Verdrehung der für die Lichteinkopplung in den Zwischenraum 6 vorgesehenen Linsenoptik unterschiedlich viel Licht durch die beiden den Zwischenraum 6 des Mediums mit geringerem Brechungsindex begrenzenden transparenten Medien mit höherem Brechungsindex.
Experimentell konnten hier bei der Verwendung von e3-Plasmalampen mit Luft als innerem Medium im Zwischenraum 6 und mit Fensterglas als äußerem Begrenzungsmedium bereits Unterschiede in der Lichtmengenverteilung im Bereich von 1:10 nachgewiesen werden - dieser Wert ist abhängig von der Art und Güte der Linsenoptik, dem inneren Medium im Zwischenraum 6 und den jeweils verwendeten Materialien für die als Begrenzungsmedien vorgesehenen Flachglasscheiben 4. Im Detail spielen insbesondere deren Brechungsindizes, Transparenz und Oberflächenbeschaffenheit (Beschichtung, Struktur, Rauheit etc.) eine Rolle. Gerade durch die annähernde Linienform der Lichtquelle 10 mit sehr kleinem Röhrendurchmesser und durch die annähernd lambertische Abstrahlungscharakteristik in jedem Punkt der Linienform werden hier gegenüber anderen Leuchtmitteln deutliche Vorteile erzielt, z. B. hinsichtlich der Ausbreitungs-Geometrie und hinsichtlich der Reduktion störender Interferenzen, die ansonsten eine deutliche Reduktion des nutzbar ausgekoppelten Lichtes bewirken.
Durch diese Konstellation ergibt sich neben der wahlfreien, unterschiedlich stark ausgeprägten asymmetrischen oder symmetrischen Lichtmengenverteilung eine Veränderung der Ausbreitungsrichtung, denn das durch die Begrenzungsmedien ausgekoppelte Licht wird relativ zum Lot dieser Begrenzungsmedien immer stärker zum Lot hin gebrochen ausgekoppelt als eingekoppelt und damit weiter in den die Begrenzungsmedien außen angrenzenden Raum geleitet.
Damit ist nicht nur die jeweilige durch jedes Begrenzungsmedium ausgekoppelte Lichtmenge von der Art und Einstellung der verwendeten Einkoppel-Optik und den verwendeten Medien (hier zum Beispiel Luft und Fensterglas) abhängig, sondern auch die Charakteristik der Ausleuchtung der die Begrenzungsmedien umgebenden Räume (Weite und Winkel).
Je nach gewünschter Lichtverteilung wird die Linse 40 also entweder in der in FIG. 3 dargestellten symmetrischen Lage oder in der in FIG. 4 dargestellten unsymmetrischen Lage oder in einer Zwischenstellung angeordnet. Natürlich kann der ausgekoppelte Lichtkegel auch nach rechts orientiert sein. In der unsymmetrischen Lage ist die plane Fläche des Linsenkörpers gegenüber der Senkrechten auf den beiden Flachglasscheiben 4 gekippt bzw. gedreht. Die zugehörige Drehachse 42 wird im Querschnitt betrachtet beispielsweise durch den geometrischen Mittelpunkt des Kreisbogens der Linsenkontur oder durch den Mittelpunkt der flachen Seite definiert, was im Falle eines Halbkreises dasselbe ist.
Für definierte Anwendungen kann die Linse 40 in der gewünschten Ausrichtung fest und verdrehsicher in dem Fensterelement 2 eingebaut sein, aber im Allgemeinen ist es bevorzugt, wenn sie mittels einer entsprechenden Aufhängung in der beschriebenen Weise drehbar montiert und somit variabel im Hinblick auf die gewünschte Lichtmengenverteilung einstellbar ist. Dazu können hier nicht dargestellte Verstellmittel und Betätigungselemente für eine manuelle und/oder motorische Betätigung in/an dem Fensterelement 2 angeordnet bzw. integriert sein.
Des Weiteren ist es sinnvoll, die Lichtausbeute durch einen hinter der Lichtquelle 10 angeordneten Reflektor 44 zu erhöhen, der bevorzugt eine längliche, rinnenförmige Gestalt mit konstanter Querschnittskontur hat und sich parallel zu der Lichtquelle 10 entlang ihrer gesamten Längsausdehnung (hier senkrecht zur Zeichenebene) erstreckt. Besonders bevorzugt ist eine elliptische / ellipsenbogenförmige Kontur, im einfachsten Fall eine kreisbogenförmige Kontur, insbesondere in Gestalt eines Halbkreises, oder eine U-förmige Kontur mit einem entsprechenden (Kreis-) Bogenabschnitt und zwei geraden Schenkeln als Verlängerung, wobei auf der der Lichtquelle 10 zugewandten konvexen Seite eine geeignete Reflektionsschicht vorhanden ist. Die Anordnung ist im Falle einer im Querschnitt beispielsweise halbkreisförmigen Linse 40 bevorzugt derart, dass der Kreisbogen der Reflektors 44 und der Kreisbogen der Linse 40 sich in deren symmetrischer Lage ungefähr zu einem Vollkreis ergänzen. Jedenfalls umschließt der Reflektor 44 vorzugsweise die Lichtquelle 10 und die Linse 40 zumindest teilweise oder schmiegt sich derart an, dass wenig Licht durch verbleibende Spalte unter Umgehung der Linse 40 verloren geht.
Selbstverständlich sind auch hier wieder Abweichungen von der Kreiskontur möglich und je nach Anwendungsfall sogar gewünscht. Beispielweise kann der der Reflektor 44 auch als Parabolrinnenreflektor ausgestaltet sein oder eine sonstige in Längsrichtung translationssymmetrische Gestalt mit konvexer Querschnittskontur aufweisen, sprich im Allgemeinen als ein Hohlzylindersegment mit reflektiver Innenfläche verwirklicht sein.
Der Einfachheit halber ist der Reflektor 44 fest in dem Zwischenraum 6 des Fensterelements 2 angebracht, etwa an seinem Scheitelpunkt mit dem Abstandshalter 8 und/oder seitlich mit den Innenflächen der Flachglasscheiben 4 fest verbunden / verklebt / geklemmt etc. Natürlich kann der Reflektor 44 auch aus einem massiven Formkörper bestehen, der rinnenartig ausgehöhlt ist. Alternativ kann der Reflektor 44 mit der Linse 40 eine verdrehbare Einheit bilden und sich bei Verkippung / Verdrehung der Linse 40 zusammen mit dieser bewegen. Ähnliches gilt für die Lichtquelle 10, die bevorzugt lagefest innerhalb des Zwischenraums 6 angeordnet ist, aber alternativ auch mit der Linse 40 und gegebenenfalls dem Reflektor 44 zusammen schwenkbar sein kann. Wichtig ist für eine hohe Lichtausbeute, dass möglichst viel des von der Lichtquelle 10 nach hinten und zur Seite abgestrahlten Lichts durch den Reflektor 44 eingesammelt und nach vorne reflektiert und durch die Linse 40 geleitet wird. Dabei sollte durch entsprechende Dimensionierung, Formgebung und Anordnung der Komponenten relativ zueinander sichergestellt werden, dass möglichst wenig Licht seitlich an der Linse 40 vorbei in den für die Lichtauskopplung relevanten Zwischenraum zwischen den Flachglasscheiben 4 eintritt.
Wie in FIG. 3 und FIG. 4 erkennbar ist, unterteilt die Linse 40 den von den beiden Flachglasscheiben 40 und den Abstandshaltern 8 begrenzten Zwischenraum 6 in zwei Teilräume, nämlich den die Lichtquelle 10 und den Reflektor 44 enthaltenden Einbauraum am Rand des Fensterelements 2, und den volumenmäßig wesentlich größeren restlichen Raum, in dem - über die Flachglasscheiben 4 - die Lichtauskopplung zur äußeren Umgebung erfolgt. Dieser Teilraum wird auch als Lichtauskopplungsraum bezeichnet. Wie weiter oben beschrieben, ist der Reflektor 44 derart angeordnet, dass möglichst das gesamte von der Lichtquelle 10 erzeugte Licht durch die Linse 40 in den Lichtauskopplungsraum übertritt und erst dort in die Umgebung ausgekoppelt wird, dass also keine Lichtauskopplung über die Flachglasscheiben 4 im Bereich des Einbauraumes erfolgt. Andererseits stellt die Linse 40 aber vorzugsweise die einzige "optische Barriere" zwischen den beiden Teilräumen dar; das heißt, dass von der Lichtquelle 10 abgestrahlte Licht muss außer der Linse 40 keine weiteren Grenzflächen überwinden / durchdringen, um vom Einbauraum in den Lichtauskopplungsraum zu gelangen.
In FIG. 5 ist im rechten Teil zur Verdeutlichung ein Fensterelement 2 in drei verschiedenen Konfigurationen vergrößert dargestellt, bei dem die Lichtquelle 10 und der im Querschnitt U-förmige Reflektor 44 fest eingebaut sind, während die im Querschnitt halbkreisförmige Linse 40 um die Drehachse 42 nach links oder rechts schwenkbar montiert ist. Die Anordnung der Lichtquelle 10 ist dabei derart, dass sie zwischen der Linse 40 und dem Reflektor 44 auf der optischen Achse durch die in ihrer symmetrischen Lage befindliche Linse 40 liegt.
Weiterhin ist es möglich, eine der beiden Flachglasscheiben 4 oder beide vollständig oder teilweise mit nach Art eines regelmäßigen (z. B. rechteckigen, insbesondere quadratischen) Gitters angeordneten lokalen Vertiefungen oder Erhöhungen und/oder mit in regelmäßigen Abständen angeordneten parallelen Rillen oder mit ähnlichen Strukturelementen 30 zu versehen. Dies ist in FIG. 1 für einen Teilbereich der Fensterfläche angedeutet. Dadurch wird bei künstlicher Beleuchtung mit Hilfe der integrierten Lichtquelle 10 ein Eindruck von Opazität (Lichtundurchlässigkeit, Trübung) hervorgerufen, wenn man aus einem gewissen Abstand von beispielsweise 1 m oder mehr auf das Fensterelement schaut bzw. versucht, hindurch zu blicken. Dieser Sichtschutz-Effekt kann zum Schutz der Privatsphäre verwendet werden.
Ferner ist es auch möglich, ein Fensterelement 2 mit drei oder mehr planparallelen Flachglasscheiben 4 vorzusehen (Drei- oder Mehrfachverglasung). In diesem Fall kann die jeweilige Lichtquelle 10 beispielsweise im Zwischenraum 6 zwischen der ersten und der zweiten Flachglasscheibe 4 oder in einem der anderen Zwischenräume angeordnet sein. Es ist aber möglich, mehrere oder alle Zwischenräume in der oben beschriebenen Weise zu beleuchten, siehe hierzu auch den linken Teil von FIG. 5 als ein mögliches Beispiel für die denkbaren Kombinationen.
Schließlich sind auch von der Rechteckform abweichende Formgestaltungen der Fensterfläche möglich. Gerade bei der Verwendung von e3-Lampen sind aufgrund von deren beinahe beliebiger Formbarkeit während des Fertigungsprozesses diesbezüglich kaum Grenzen gesetzt.

Bezugszeichenliste

2: Fensterelement
4: Flachglasscheibe
6: Zwischenraum
8: Abstandshalter
10: Lichtquelle
12: Randabschnitt
14: Innenfläche
16: Außenfläche
18: Leuchtröhre
20: Kante
24: Randblende
26: Sonnenschutzlamelle
28: Reflektor
30: Strukturelement
40: Linse
42: Drehachse
44: Reflektor

a: Abstand
α: Winkel

Claims

Fensterelement (2) mit mindestens zwei planparallel zueinander ausgerichteten, einen mit Gas oder Flüssigkeit gefüllten oder evakuierten Zwischenraum (6) begrenzenden Flachglasscheiben (4) und mit mindestens einer integrierten Lichtquelle (10), die in einem Randabschnitt (12) des Fensterelementes (2) angeordnet ist und beim Betrieb Licht in den Zwischenraum (6) emittiert, und wobei die Lichtquelle (10) eine längliche, annähernd linienförmige Gestalt besitzt und parallel zu der ihr benachbarten Kante (20) des Fensterelementes (2) ausgerichtet ist.
Fensterelement (2) nach Anspruch 1, wobei die Lichtquelle (10) an jedem Punkt ihrer Linienform ohne Zusatzoptik eine zumindest annähernd lambertische Abstrahlungscharakteristik besitzt.
Fensterelement (2) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das von der Lichtquelle (10) abgestrahlte Licht durch eine als Sammellinse wirksame, parallel zur Lichtquelle (10) orientierte Zylinderlinse (40) oder Zylinder-Fresnel-Linse (40) in den Zwischenraum (6) tritt.
Fensterelement (2) nach Anspruch 3, wobei die Linse (40) eine der Lichtquelle (10) zugewandte plane Lichteintrittsfläche und eine dem Zwischenraum (6) zugewandte konvexe Lichtaustrittsfläche oder entsprechende Fresnel-Stufen aufweist.
Fensterelement (2) nach Anspruch 4, wobei die Linse (40) durch einen Halbrundstab aus Glas oder Kunststoff gebildet ist.
Fensterelement (2) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die Linse (40) zur Erzeugung einer asymmetrischen Lichtauskopplung in Bezug auf die beiden Flachglasscheiben (4) um eine parallel zu ihrer Längsrichtung angeordnete Drehachse (42) gegenüber der symmetrischen Lage gedreht oder gekippt angeordnet ist.
Fensterelement (2) nach Anspruch 6, wobei die Linse (40) bezüglich ihrer Dreh- oder Kippstellung verstellbar montiert ist.
Fensterelement (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei ein parallel zur Lichtquelle (10) orientierter hohlzylindrischer Reflektor (44) vorhanden ist, und wobei die Lichtquelle (10) zwischen dem Reflektor (44) und der Linse (40) angeordnet ist.
Fensterelement (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Lichtquelle (10) ein kontinuierliches und/oder diskontinuierliches Emissionsspektrum mit einer elektronisch verstellbaren Farbtemperatur besitzt.
Fensterelement (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Lichtquelle (10) eine e3-Plasmalampe ist.
Fensterelement (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 mit einer rechteckigen Grundfläche.