WO2008003281A1 - Sonnenschutzvorrichtung mit winkelselektiver transmission - Google Patents

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WO2008003281A1
WO2008003281A1 PCT/DE2007/001064 DE2007001064W WO2008003281A1 WO 2008003281 A1 WO2008003281 A1 WO 2008003281A1 DE 2007001064 W DE2007001064 W DE 2007001064W WO 2008003281 A1 WO2008003281 A1 WO 2008003281A1
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protection device
sun protection
structural
optically transparent
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Tillmann Kuhn
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Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
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Definitions

  • the present invention relates to a sun protection device, in particular a glazing, comprising at least a first structural layer of an opaque or partially transparent material on an optically transparent dielectric layer or layer sequence and a second structural layer of an opaque or partially translucent material, wherein the first and second structural layers are structured to form light passage openings or areas and opaque or light-weakening areas.
  • DE 101 61 159 A1 and DE 101 39 583 A1 show sun protection devices that are constructed from a parallel arrangement of horizontal metal rods whose cross-sectional geometry is optimized with regard to the direction of the light. By a distance between the rods at the same time the review is possible.
  • glazings with a sun protection function are available, which are coated with a screen print pattern or with a pattern of thin-film solar cells, wherein between the opaque or translucent printed areas light passage openings are present, through which a review is possible.
  • such glazings do not allow an angle-selective transmission of solar radiation.
  • DE 196 11 060 A1 discloses a sun and glare protection device which offers the possibility of regulating the intensity of the incident light.
  • This sun and anti-glare device has two mutually displaceable discs or plates, which are each provided on the side facing the other disc or plate with a structure layer of an optically non-transparent material, wherein the two structural layers are structured to form light passage openings and opaque areas.
  • By moving the two disks or plates the proportion of the area in which a light passage opening is covered by the opaque portion of the other disc, continuously changed. In this way, the light transmission between a maximum and a minimum light transmission can be adjusted.
  • the proportion of diffused light in relation to directly einstrahlendem light can be selected.
  • the object of the present invention is to provide a sun protection device which enables an angle-selective transmission of optical radiation, in particular of incident solar radiation, and manages without moving parts.
  • the proposed sunshade device comprises at least a first structural layer of an optically opaque or only partially transparent material on an optically transparent dielectric, d. H. optically refractive, layer or layer sequence of at least approximately constant thickness and a second structure layer of an optically opaque or only partially transparent material, wherein the first and the second structural layer are structured to form light passage openings or light passage areas and opaque or light-weakening areas.
  • An only partially translucent material is understood to mean a transparent or translucent material with which the structural layer has a degree of transmission of ⁇ 40%, preferably ⁇ 10%, particularly preferably ⁇ 3%, for the incident radiation in the selected layer thickness. This is achieved by choosing a material that reflects and / or absorbs the incident radiation to a sufficient percentage.
  • the second structure layer on one of the first structure layer opposite side of the optically transparent layer or layer sequence in direct contact with the optically transparent layer or layer sequence is connected thereto.
  • the two structural layers fixedly or statically arranged with respect to one another are structured in such a way that optical radiation incident on the second structural layer under a predetermined angular range is blocked or blocked by the interaction of the two structural layers at least - when using a partially translucent material - is correspondingly attenuated and a portion of optical radiation incident on the second structural layer under a different angular range, the structural layers can pass through the light passage openings or areas unhindered.
  • the angle ranges are defined in a reference plane which is perpendicular to the second structure layer, ie perpendicular to the side of the incident radiation directed surface of the sun protection device.
  • the second structural layer represents the layer of the sun protection device facing outward, ie toward the sunlight.
  • the proposed sun protection device can be achieved at the same time sun protection, transparency and - for most sunshine - and glare protection.
  • the static sunshade device gets along completely without mutually movable components.
  • the angle-selective transmission is achieved solely by suitable dimensioning of the two structural layers in cooperation with the intermediate light-refracting layer or layer sequence to which the structural layers are connected. Only by means of this refractive medium between the two structural layers can sufficient anti-glare protection be achieved for solar radiation while at the same time unobstructed view downwards via the dimensioning of the structural layers.
  • the sunshade device consists of the optically transparent layer or layer sequence with the bilateral brought together structural layers.
  • the transparent layer or sequence of layers can, as in all subsequent embodiments, be formed by a pane made of a transparent glass or plastic material (for example, acrylic glass or polycarbonate).
  • the structures of the two structural layers form a stripe pattern of parallel strips of the opaque or only partly translucent material.
  • the structures of the two structural layers have the same periodicity. You can, for example, be applied with a screen printing technique.
  • the use of adhesive tape is possible, in which case preferably strips of metal or plastic are used. For improved application of adhesive strips, these can be connected to one another in certain places by way of thin webs, so that the spacing of the strips is sufficiently fixed in the process of application or sticking.
  • the opaque areas of at least the second structural layer are formed by photovoltaic solar cells.
  • Amorphous solar cells are particularly suitable for this purpose. Become the opaque
  • the strips of the first and the second structural layer may consist of different materials, for example those of the second structural layer of amorphous solar cells and those of the first structural layer of a material applied by screen printing or vice versa.
  • the strips can inside and outside have different colors, wherein with the outside directed to the radiation in the intended use of the sun protection device side, for example.
  • the achievement of different colors can be achieved, for example, when applying the layer structures by means of screen printing by double printing. First of all, the color visible from one side is printed on and then the color visible from the back.
  • the second structural layer is connected on the side opposite the optically transparent layer or layer sequence to a second optically transparent layer or layer sequence.
  • This second optically transparent layer or sequence of layers is preferably also a glass or plastic disc.
  • the structures or strips of the second structural layer can then first be applied to this second transparent layer during manufacture
  • Layer sequence are applied, for example by screen printing, before the connection is made with the first transparent layer or layer sequence.
  • the entire structure is preferably realized as a composite glass pane, in which the two glass or plastic panes are connected to one another with the intermediate second structural layer via an adhesive film (eg PVB film).
  • the adhesive film should in this case have a refractive index which is close to the refractive index of the glass or plastic material used of the two disks in order to avoid additional larger refraction effects for the optical radiation.
  • the use is also other joining techniques possible, for example by using a viscous adhesive.
  • the sun protection device can also be on the inside, d. H. on the still free side of the first structural layer, attach more optically transparent layers or layer sequences.
  • This inner layer or layer sequence referred to in the present patent application as a third layer or layer sequence, has no further shading function. It can also be formed from a glass or plastic disc, optionally with additional coating.
  • the sunshade device is preferably realized as a laminated glass pane with three glass or plastic panes, which are connected to one another via adhesive films and between which lie the structural layers.
  • the design of the proposed sun protection device as double glazing or as multiple glazing is also possible.
  • the component composed of the two structural layers and the one or more optically transparent layers or layer sequences preferably forms the outer pane of the double glazing.
  • use as an inner disc - or in the case of more than two discs as a washer - is of course possible.
  • a space filled with gas or a gas mixture which is preferably hermetically sealed.
  • gas or gas mixture in this case, for example. Air, argon or krypton come into consideration.
  • the adjacent to this gap side of the outer glazing element or the adjacent to this gap side of the inner glazing element may additionally be coated, for example. With a heat protection coating (eg low-E soft coating).
  • the proposed sunshade device can generally be used as a glazing element for all facade areas that are to be glazed.
  • the sunshade device is used in areas that are not directly to the view.
  • parapet areas of glass façades or balcony balustrades in both residential and non-residential construction are particularly suitable for application.
  • the sun protection device can be produced using the usual production technologies of window and facade construction in the form of a single pane consisting of one or more of the transparent layers or as insulating or multiple glazing.
  • the strips of the two structural layers are dimensioned in the proposed sun protection device so that when using this sun protection device from above incident sunlight blocked by the opaque or only partially transparent strips of the two structural layers or at least ⁇ 60%, preferably ⁇ 90%, more preferably ⁇ 97%, while the direct view downwards is still ensured.
  • the opaque or only partly transparent regions of the second structural layer occupy a smaller total area on the optically transparent layer or layer sequence than the opaque or only partially transparent regions of the first
  • the angular ranges of the incident solar radiation can be determined which are not or at least severely weakened by the solar shading.
  • the four degrees of freedom for the geometry of these structural layers can be specified by specifying ranges for four angles ⁇ , ⁇ , ⁇ , and ⁇ , as explained in more detail in the following exemplary embodiments.
  • the angular ranges refer to the reference plane and are indicated relative to the surface normal to the layers of the sunshade device.
  • the sun protection device When using the sun protection device hangs the appropriate dimensioning and orientation of the strips also from the orientation of the sun protection device or the side of the building on which the sun protection device is used.
  • the surface normal of the sun protection device In the case of vertical facades, ie in the case of a vertical installation of the sun protection device, the surface normal of the sun protection device also represents the horizontal to which the relevant profile angle of the sun is defined.
  • non-perpendicular, ie inclined facades there is a deviation caused by the inclination, which, however, the skilled artisan can readily take into account in the dimensioning of the present sun protection device.
  • the strips can also run obliquely to the horizontal when using the sun protection device, if the surface normal of the sun protection device or facade is not aligned exactly south. The more the façade orientation deviates from the south, the stronger the stripes can be compared to the other
  • the strips are therefore preferably oriented horizontally on a vertical south facade, while they are rotated accordingly on non-south facing facades from the horizontal.
  • the first and / or second structural layer is formed of a partially translucent material, preferably a dark, substantially clear, transparent material is selected which has a directionally diffuse transmittance less than 20% of the total trans- level of the material.
  • a film material with a total transmittance of 2% is selected. In this way, even in many cases sufficient glare protection can be achieved while at the same time having a slight upward view.
  • a material which can be switched in the transmission grade is used for the first and / or second structural layer, e.g. an electrochromic or a gas-chromium material.
  • the transmittance can be controlled in a wide range, for example in the range between 1% and 70%.
  • Fig. 1 shows a first example of an embodiment of the sunshade device
  • Fig. 2 shows the example of Figure 1 with general angle information
  • 3 shows a second example of an embodiment of the sunshade device
  • a third example of an embodiment of the sun protection device is
  • FIG. 5 shows a fourth example of an embodiment of the sun protection device.
  • Fig. 6 is an example of different
  • FIG. 1 shows in a section a sectional view of an exemplary sunshade device according to the present invention, as it can be used as a glazing or facade element.
  • a vertical facade was adopted, to which the sunshade device is attached.
  • the sun protection device has a first optically transparent layer sequence comprising a glass pane 1 and a bonding film 7.
  • the glass pane 1 is connected on the inside with a first structural layer 5 and on the outside on the bonding film 7 with a second structural layer 6.
  • a second transparent layer 2 is arranged, which forms the outside of the sun protection device and, for example, may also be a glass pane.
  • the embedded in the sun protection device second structural layer 6 is composed of a striped pattern of opaque strips 13, between which light passage openings 14 are formed as also parallel extending slots.
  • the first structural layer 5 forming the inside of the sunshade device is also composed of corresponding strips 12 and light passage openings 14. In the figure, in each case only the width of the strips 12, 13 can be seen, wherein the strips extend in the direction perpendicular to the plane of the drawing.
  • Figure 2 therefore shows the relevant for the design of the sun protection device angle in general form.
  • the sun should be suppressed from a certain profile angle ⁇ p .
  • a south facade is assumed, in which the strips 12, 13 of the structural layers 5, 6 extend horizontally. In the illustration of Figure 2, only the example of the horizontal 19 is parallel to the surface normal 18 shown.
  • angles ⁇ *, ⁇ * and ⁇ * are measured against the horizontal 19, not against the surface normal 18 of the facade or sun protection device.
  • the angles ⁇ , ⁇ , ⁇ and ⁇ are defined against the surface normal 18.
  • the surface normal 18 and the horizontal 19 do not match.
  • All angles relate to a reference plane oriented perpendicular to the layer planes of the individual layers or to the surface of the sunshade device, in the present examples the drawing or sheet plane. Not in this
  • Reference plane of incident solar radiation apply the angle data for the projection of the radiation vector in the reference plane (profile angle).
  • the four angles ⁇ , ⁇ , ⁇ and ⁇ are each to the
  • the angles ⁇ and ⁇ specify the position of the upper edge of the respective strip of the second
  • the angle ⁇ defines the inclination of the connecting line between the lower edges of the nearest strips of the first 5 and second structural layer 6, the angle ⁇ the inclination of the connecting line between the lower edge of the strips second structural layer 6 and the upper edge of the respectively underlying strip of the first structural layer 5 (see Fig. 2).
  • angles ⁇ *, ⁇ *, ⁇ * and ⁇ * are given by means of the law of refraction from the angles ⁇ , ⁇ , ⁇ and ⁇ (or vice versa) in the following general form:
  • the refractive index of the bonding layer 7 agrees very well with the refractive index of the glass. If this is not the case, the further refractions at the interfaces must be taken into account. However, this is possible in a simple manner with the refractive set. In the case of microstructures, ie microstrips, the law of refraction due to the diffraction phenomena does not apply readily. The structures proposed here can nevertheless be used. In this case, the limit angle ⁇ limit of total reflection must then be assumed to be somewhat larger than it is from the geometric one
  • the angle ⁇ * indicates from which angle the sun can penetrate the sun protection device by grazing incidence on the strip of the layer structures.
  • the angle ⁇ should be set such that, due to the law of refraction, the following angles result for ⁇ *: -20 ° ⁇ * ⁇ 20 °, particularly preferably -10 ° ⁇ * ⁇ 0 °. Variants with 60 °>
  • the angles for ß * are independent of the inclination of the façade. They are derived solely from the possible sun positions.
  • the angle ⁇ should be set such that, due to the law of refraction, the following ranges are set for ⁇ *: -20 ° ⁇ * ⁇ 90 °, preferably 0 ° ⁇ * ⁇ 90 °, particularly preferably 45 ° ⁇ * ⁇ 90 ° , ⁇ is then automatically smaller than ⁇ limit - optimally ⁇ * is included
  • angle ⁇ ⁇ are preferably chosen the following ranges: -30 ° ⁇ " ⁇ ⁇ -80 °, preferably ⁇ Gre nz ⁇ ⁇ ⁇ 80 °, particularly preferably ⁇ ⁇ Gren z Y ⁇ ⁇ Gr 'enz + 20 ° In the optimum. Case ⁇ agrees with ⁇ Gren z.
  • Variants in which ⁇ is greater than ⁇ Gre nz are impaired embodiments, because the slots or slits of the first structure layer then must be located below, so that no light can shine through from above. This results in a smaller area of the free surface on the inside and thus causes a worse transparency.
  • Is variants in which ⁇ is smaller than ⁇ boundary are also deteriorated embodiments, since the sun can shine from above through the element.
  • FIG. 3 shows a further example of a possible embodiment of the present sun protection device.
  • a further optically transparent layer sequence is attached to the inside in this embodiment.
  • This third transparent layer sequence consists in the present example of a glass sheet 3 and a bonding film 8 together, for example. From PVB.
  • FIG. 3 thus shows a triple VSG pane (laminated glass pane) in which the structural layers 5, 6 are completely enclosed.
  • the exemplary dimensions and angles are the figure removed.
  • the height and the changes Distance of the strips 12, 13 accordingly. The angles remain the same.
  • FIGS. 4 and 5 show design possibilities of the sun protection device in which it is used in a double glazing.
  • the layer sequence with the transparent layers or panes 1 to 3 and the structural layers 5 and 6 forms an outer glazing element 9 of the double glazing.
  • a hermetically closed gap 10 is formed, which, for example, may have a thickness of 16 mm and may be filled with argon.
  • the inside of the outer glazing element 9 is provided with an additional coating 11, for example with a heat-resistant coating (for example low-E soft coating).
  • FIG. 5 shows the same structure of the double glazing, but here the coating 11 is provided on the outside of the second, inner glazing element 4.
  • This arrangement of the coating 11 can be realized more cost-effectively, since the application to conventional glass is a standard process. Subsequent lamination, as required for the outer glazing element, risks damaging the coating. A coating subsequently applied to the outer glazing element again requires a special process for the specially manufactured outer glazing elements and thus is not as cheaply available as a conventional glass sheet with this coating.
  • the strips 12, 13 of the two structural layers 5, 6 should be rotated from the vertical or horizontal, as illustrated with reference to Figure 6 (see W. Lorenz, "A Glazing Unit for Solar Control,” Day Lighting and Energy Conservation “, Solar Energy Vol.70, No. 2, pp. 109-130, 2001.
  • various facade elements 20 in different orientations with respect to the cardinal directions indicated in the figure are shown by way of example next to each other Façade elements which are not oriented exactly to the south are preferred to twist the strips 12, 13 of the structural layers out of the vertical or horizontal, as can be seen schematically for the different orientations from FIG.
  • the entire sun protection device is designed so that a view from the inside to the outside under the certain angle ranges, in particular downwards, is made possible.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sonnenschutzvorrichtung aus mindestens einer optisch transparenten dielektrischen Schicht (1, 7) die beidseitig mit einer Strukturschicht (5, 6) aus einem opaken oder nur teilweise lichtdurchlässigen Material verbunden ist. Die beiden Strukturschichten (5, 6) sind unter Bildung von Lichtdurchgangsöffnungen (14) und lichtundurchlässigen Bereichen (12, 13) derart strukturiert, dass unter einem vorgegebenen Winkelbereich auf die äußere Strukturschicht (6) auftreffende optische Strahlung durch Zusammenwirkung der beiden Strukturschichten (5, 6) blockiert wird und ein Anteil optischer Strahlung, der unter einem anderen Winkelbereich auf die zweite Strukturschicht (6) auftrifft, die Strukturschichten (5, 6) ungehindert passieren kann. Die Sonnenschutzvorrichtung ermöglicht eine winkelselektive Transmission von Sonnenstrahlung zur Erzielung von Blendschutz bei gleichzeitiger Durchsichtmöglichkeit nach unten ohne bewegliche Teile.

Description

Sonnenschutzvorrichtung mit winkelselektiver
Transmission
Technisches Anwendungsgebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sonnen- Schutzvorrichtung, insbesondere eine Verglasung, die wenigstens eine erste Strukturschicht aus einem opaken oder nur teilweise lichtdurchlässigen Material auf einer optisch transparenten dielektrischen Schicht oder Schichtfolge und eine zweite Strukturschicht aus einem opaken oder nur teilweise lichtdurchlässigen Material umfasst, wobei die erste und die zweite Strukturschicht unter Bildung von Lichtdurchgangsöffnungen oder - bereichen und lichtundurchlässigen oder lichtschwächenden Bereichen strukturiert sind.
Im Fassadenbau - insbesondere bei Bürobauten - hat der Anteil der verglasten Flächen in den letzten Jahren kontinuierlich zugenommen. Dies kann neben dem positiven Effekt eines höheren Tageslichtangebots allerdings auch zu einer Überhitzung der Büroräume führen, weshalb ein ausreichender Sonnenschutz vorgesehen werden muss. Dieser Sonnenschutz sollte einerseits zumindest teilweise eine Durchsicht nach außen erlauben und zu einer guten Raumausleuchtung führen, aber andererseits auch ausreichend Sonnenschutz bieten und Blendung vermeiden.
Stand der Technik
Neben flexiblen, verstellbaren Bauarten von Sonnenschutzvorrichtungen wie Jalousien oder textilen Rollos existieren auch feststehende oder bewegliche Behänge. So zeigen die DE 101 61 159 Al und die DE 101 39 583 Al Sonnenschutzvorrichtungen, die aus einer parallelen Anordnung horizontaler Metallstäbe aufgebaut sind, deren Querschnittsgeometrie hinsichtlich der Lichtlenkung optimiert ist. Durch einen Abstand zwischen den Stäben wird gleichzeitig die Durchsicht ermöglicht.
Kommerziell sind Verbundglasscheiben erhältlich, in die ein Streckmetall mit Durchgangsschlitzen einlaminiert ist. Die Durchgangsschlitze entstehen durch streckende Verformung eines Metallbleches in das vorher entsprechende Schnitte eingebracht wurden. Eine derartige Sonnenschutzvorrichtung ist bspw. auch in der US 3 453 039 in Verbindung mit den Figuren 3 und 4 dieser Druckschrift kurz angesprochen, die sich mit einer Sonnenschutzvorrichtung ohne durchgängige Öffnungen befasst.
Weiterhin sind kommerziell Verglasungen mit Sonnenschutzfunktion erhältlich, die mit einem Siebdruckmuster oder mit einem Muster aus Dünnschicht- Solarzellen beschichtet sind, wobei zwischen den opak oder transluzent bedruckten Bereichen Lichtdurchgangs- Öffnungen vorhanden sind, durch die eine Durchsicht möglich ist. Derartige Verglasungen ermöglichen jedoch keine winkelselektive Transmission der Sonnenstrahlung.
Die DE 196 11 060 Al offenbart eine Sonnen- und Blendschutzvorrichtung, die die Möglichkeit der Regelung der Intensität des eingestrahlten Lichts bietet. Diese Sonnen- und Blendschutzvorrichtung weist zwei gegeneinander verschiebbare Scheiben oder Platten auf, die jeweils an der der anderen Scheibe oder Platte zugewandten Seite mit einer Strukturschicht aus einem optisch nicht transparenten Material versehen sind, wobei die beiden Strukturschichten unter Bildung von Lichtdurchgangsöffnungen und lichtundurchlässigen Bereichen strukturiert sind. Durch Verschieben der beiden Scheiben oder Platten wird der Anteil der Fläche, bei der eine Lichtdurchgangsöffnung durch den lichtundurchlässigen Bereich der anderen Scheibe überdeckt wird, kontinuierlich verändert. Auf diese Weise kann der Lichtdurchlass zwischen einem maximalen und einem minimalen Lichtdurchlass eingestellt werden. Über die Breite des mit Luft gefüllten Zwischenraumes zwischen den beiden Scheiben bzw. Strukturschichten kann der Anteil an diffusem Licht im Verhältnis zu direkt einstrahlendem Licht vorgewählt werden.
Darstellung der Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Sonnenschutzvorrichtung anzugeben, die eine winkelselektive Transmission optischer Strahlung, insbesondere von einfallender Sonnenstrahlung, ermöglicht und ohne bewegliche Teile auskommt.
Die Aufgabe wird mit der Sonnehschutzvorrichtung gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Sonnenschutzvorrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche oder lassen sich der nachfolgenden Beschreibung sowie den Ausführungsbeispielen entnehmen. - A -
Die vorgeschlagene Sonnenschutzvorrichtung umfasst wenigstens eine erste Strukturschicht aus einem optisch opaken oder nur teilweise lichtdurchlässigen Material auf einer optisch transparenten dielektrischen, d. h. optisch brechenden, Schicht oder Schichtfolge zumindest annähernd konstanter Dicke und eine zweite Strukturschicht aus einem optisch opaken oder nur teilweise lichtdurchlässigen Material, wobei die erste und die zweite Strukturschicht unter Bildung von Lichtdurch- gangsöffnungen oder Lichtdurchgangsbereichen und lichtundurchlässigen oder lichtschwächenden Bereichen strukturiert sind. Unter einem nur teilweise lichtdurchlässigen Material wird dabei ein transparentes oder transluzentes Material verstanden, mit dem die Strukturschicht in der gewählten Schichtdicke einen Lichtransmissionsgrad von ≤ 40%, vorzugsweise ≤ 10 %, besonders bevorzugt ≤ 3%, für die einfallende Strahlung aufweist. Dies wird durch Wahl eines Materials erreicht, das die einfallende Strahlung zu einem ausreichenden Prozentsatz reflektiert und/oder absorbiert .
Bei der vorgeschlagenen Sonnenschutzvorrichtung ist die zweite Strukturschicht auf einer der ersten Strukturschicht gegenüber liegenden Seite der optisch transparenten Schicht oder Schichtfolge in direktem Kontakt mit der optisch transparenten Schicht oder Schichtfolge mit dieser verbunden. Die beiden damit fest bzw. statisch zueinander angeordneten Struktur- schichten sind derart strukturiert, dass unter einem vorgegebenen Winkelbereich auf die zweite Strukturschicht auftreffende optische Strahlung durch Zusammenwirkung der beiden Strukturschichten blockiert oder zumindest - bei Verwendung eines nur teilweise lichtdurchlässigen Materials - entsprechend abgeschwächt wird und ein Anteil optischer Strahlung, der unter einem anderen Winkelbereich auf die zweite Struktur- schicht auftrifft, die Strukturschichten über die Lichtdurchgangsöffnungen oder -bereiche ungehindert passieren kann. Die Winkelbereiche sind dabei in einer Bezugsebene definiert, die senkrecht zur zweiten Strukturschicht liegt, d. h. senkrecht zu der zur Seite der einfallenden Strahlung gerichteten Oberfläche der Sonnenschutzvorrichtung. Die zweite Strukturschicht stellt dabei die nach außen, d.h. zum Sonnenlicht, gewandte Schicht der Sonnenschutzvorrichtung dar.
Mit der vorgeschlagenen Sonnenschutzvorrichtung kann gleichzeitig Sonnenschutz, Durchsicht und - für die meisten Sonnenstände - auch Blendschutz erreicht werden. Die statische Sonnenschutzvorrichtung kommt vollständig ohne gegeneinander bewegliche Komponenten aus. Die winkelselektive Transmission wird alleine durch geeignete Dimensionierung der beiden Strukturschichten in Zusammenwirkung mit der zwischenliegenden Licht brechenden Schicht oder Schichtfolge erreicht, mit der die Strukturschichten verbunden sind. Erst durch dieses lichtbrechende Medium zwischen den beiden Strukturschichten kann eine ausreichende Blendschutz- wirkurig für Sonnenstrahlung bei gleichzeitig ungehindertem Durchblick nach unten über die Dimensionierung der Strukturschichten erreicht werden.
In der einfachsten Ausgestaltung setzt sich die Sonnenschutzvorrichtung aus der optisch transparenten Schicht oder Schichtfolge mit den beidseitig aufge- brachten Strukturschichten zusammen. Die transparente Schicht oder Schichtfolge kann dabei, wie auch bei allen nachfolgenden Ausgestaltungen, durch eine Scheibe aus einem transparenten Glas- oder Kunststoffmaterial (bspw. Acrylglas oder Polykarbonat) gebildet sein. Die Strukturen der beiden Strukturschichten bilden ein Streifenmuster aus parallelen Streifen aus dem opaken oder nur teilweise lichtdurchlässigen Material. Die Strukturen der beiden Strukturschichten weisen dabei die gleiche Periodizität auf. Sie können bspw. mit einer Siebdrucktechnik aufgebracht sein. Auch die Nutzung von Klebestreifen ist möglich, wobei dann bevorzugt Streifen aus Metall oder Kunststoff eingesetzt werden. Zur verbesserten Aufbringung von Klebestreifen können diese an bestimmten Stellen über dünne Stege miteinander verbunden sein, so dass der Abstand der Streifen beim Prozess des Aufbringens bzw. Aufklebens ausreichend fixiert ist .
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der vorgeschlagenen Sonnenschutzvorrichtung sind die lichtundurchlässigen Bereiche zumindest der zweiten Strukturschicht durch Photovoltaik-Solarzellen gebildet . Hierfür eignen sich besonders amorphe Solarzellen. Werden auch die lichtundurchlässigen
Bereiche der ersten Strukturschicht durch Solarzellen gebildet, so lässt sich in Bezug auf direkte Sonneneinstrahlung sehr vorteilhaft ein ähnlich hoher ' Wirkungsgrad mit den Solarzellen erzielen, wie eine zu 100% mit Solarzellen belegte einzelne Scheibe, da die direkte Sonne bei geeigneter Dimensionierung der Schichtstrukturen nur bei sehr tiefen Sonnenständen durch die Schichtstrukturen der vorgeschlagenen Sonnenschutzvorrichtung scheinen kann.
Grundsätzlich können die Streifen der ersten und der zweiten Strukturschicht aus unterschiedlichem Material bestehen, bspw. die der zweiten Strukturschicht aus amorphen Solarzellen und die der ersten Strukturschicht aus einem mittels Siebdruck aufgebrachten Material oder umgekehrt. Die Streifen können innen und außen unterschiedliche Farben haben, wobei mit außen die im bestimmungsgemäßen Gebrauch der Sonnenschutzvorrichtung zur Strahlung gerichtete Seite, bspw. die Außenseite eines Fassadenelementes oder Fensters', und mit innen die der Strahlung abgewandte Seite, d. h. bspw. die Innenseite eines Fassadenelements oder Fensters, bezeichnet ist. Die Erzielung unterschiedlicher Farben lässt sich bspw. bei Aufbringung der Schichtstrukturen mittels Siebdruck durch Doppeldruck erreichen. Dabei wird zunächst die von der einen Seite sichtbare Farbe aufgedruckt und dann darüber die von der Rückseite sichtbare Farbe. Die Technik des Doppeldrucks ist bekannt und wird bei Siebdruckscheiben bereits eingesetzt. Bei der bestimmungsgemäßen Anwendung der vorgeschlagenen Sonnenschutzvorrichtung ist es dabei1 sinnvoll, wenn der Siebdruck nach außen aus Sonnenschutzgründen hoch reflektierend ist, bspw. weiß, und nach innen aus Blendschutzgründen dunkler, bspw. lichtgrau. Durch Doppeldruck lässt sich eine mit der Sonnensσhutz- Vorrichtung verkleidete Fassade nach außen beliebig gestalten, ohne den Nutzer zu stören. In dem beispielhaften Fall würde durch eine weiße Außenseite der ersten Strukturschicht die Innenseite der äußeren (zweiten) Strukturschicht indirekt beleuchtet. Das wirkt sich positiv auf die Tageslichtversorgung für einen Innenraum aus, wenn die Rückseite der äußeren Strukturschicht nicht zu dunkel ausgeführt ist. Hier kann ein Kompromiss zwischen Blendschutz/Durchsicht (= dunkle Rückseite) und Tageslichtversorgung (= helle Rückseite) gefunden werden.
In einer Weiterbildung der vorgeschlagenen Sonnenschutzvorrichtung, insbesondere bei Einsatz amorpher Solarzellen in der zweiten Strukturschicht, ist die zweite Strukturschicht auf der der optisch transparenten Schicht oder Schichtfolge gegenüber liegenden Seite mit einer zweiten optisch transparenten Schicht oder Schichtfolge verbunden. Auch diese zweite optisch transparente Schicht oder Schichtfolge ist vorzugsweise eine Glas- oder KunststoffScheibe. In diesem Fall können die Strukturen bzw. Streifen der zweiten Strukturschicht dann bei der Herstellung zunächst auf diese zweite transparente Schicht oder
Schichtfolge aufgebracht werden, bspw. mittels Siebdruck, bevor die Verbindung mit der ersten transparenten Schicht- oder Schichtfolge erfolgt. Der gesamte Aufbau ist dabei vorzugsweise als Verbund- glasscheibe realisiert, bei dem die beiden Glas- oder Kunststoffscheiben mit der zwischenliegenden zweiten Strukturschicht über eine Klebefolie (z.B. PVB-Folie) miteinander verbunden werden. Die Klebefolie sollte hierbei einen Brechungsindex aufweisen, der nahe am Brechungsindex des verwendeten Glas- oder Kunststoff- materials der beiden Scheiben liegt, um zusätzliche größere Brechungseffekte für die optische Strahlung zu vermeiden. Selbstverständlich ist auch der Einsatz anderer Verbindungstechniken möglich, beispielsweise durch Einsatz eines viskosen Klebers.
Bei der vorgeschlagenen Sonnenschutzvorrichtung lassen sich auch auf der Innenseite, d. h. auf der noch freien Seite der ersten Strukturschicht, weitere optisch transparente Schichten oder Schichtfolgen anbringen. Hier ist auch die Verwendung von Schichten mit bestimmter Farbe möglich, um ästhetischen Ansprüchen Rechnung zu tragen. Diese innere Schicht oder Schichtfolge, in der vorliegenden Patentanmeldung als dritte Schicht oder Schichtfolge bezeichnet, hat keine weitere Abschattungsfunktion. Sie kann ebenfalls aus einer Glas- oder KunststoffScheibe, ggf. mit zusätzlicher Beschichtung, gebildet sein. In diesem Fall ist die Sonnenschutzvorrichtung vorzugsweise als Verbundglasscheibe mit drei Glas- oder Kunststoff- Scheiben realisiert, die über Klebefolien miteinander verbunden sind und zwischen denen die Strukturschichten liegen.
Auch die Ausgestaltung der vorgeschlagenen Sonnen- schutzvorrichtung als Isolierverglasung oder als Mehrfachverglasung (z.B. Doppelverglasung oder Drei- fachverglasung) ist möglich. Im Falle der Doppel- verglasung bildet die aus den beiden Strukturschichten und den ein oder mehreren optisch transparenten Schichten oder Schichtfolgen aufgebaute Komponente vorzugsweise die äußere Scheibe der Doppelverglasung. Auch eine Nutzung als innere Scheibe - oder im Falle von mehr als zwei Scheiben als Zwischenscheibe - ist selbstverständlich möglich. Zwischen diesem äußeren Verglasungselement und einem inneren Verglasungs- element, einer Glas- oder Kunststoffscheibe, ist ein mit Gas oder einer Gasmischung gefüllter Zwischenraum vorhanden, der vorzugsweise hermetisch abgeschlossen ist. Als Gas oder Gasmischung kommen hierbei in bekannter Weise bspw. Luft, Argon oder Krypton in Betracht. Die an diesen Zwischenraum grenzende Seite des äußeren Verglasungselementes oder die an diesen Zwischenraum grenzende Seite des inneren Verglasungselementes kann dabei zusätzlich beschichtet sein, bspw. mit einer Wärmeschutzbeschichtung (z.B. Low-E Soft- Coating) .
Die vorgeschlagene Sonnenschutzvorrichtung lässt sich generell als Verglasungselement für alle Fassaden- bereiche einsetzen, die verglast werden sollen. Bevorzugt wird die Sonnenschutzvorrichtung in Bereichen eingesetzt, die nicht unmittelbar zur Aussicht dienen. Weiterhin bieten sich insbesondere Brüstungsbereiche von Glasfassaden oder Balkonbrüstungen sowohl im Wohnungs- als auch im NichtWohnungsbau als Anwendungs- feider an. Durch Verwendung von Dünnschichtsolarzellen für die lichtundurchlässigen Bereiche der Strukturschichten wird eine Optimierung der Eigenschaften von Verglasungen mit Dünnschicht-Solarzellen erreicht.
Die Sonnenschutzvorrichtung lässt sich unter Verwendung der üblichen Fertigungstechnologien des Fenster- und Fassadenbaus in Form einer aus einer oder mehreren der transparenten Schichten bestehenden Einzelscheibe oder als Isolier- oder Mehrfachverglasung herstellen. Die Streifen der beiden Strukturschichten sind bei der vorgeschlagenen SonnenschutzVorrichtung so dimensioniert, dass beim Einsatz dieser Sonnenschutzvorrichtung von oben einfallendes Sonnenlicht durch die lichtundurchlässigen oder nur teilweise lichtdurchlässigen Streifen der beiden Strukturschichten blockiert oder zumindest um ≥ 60%, vorzugsweise um ≥ 90%, besonders bevorzugt um ≥ 97%, abgeschwächt wird, während der direkte Durchblick nach unten weiterhin gewährleistet ist. Die lichtundurchlässigen oder nur teilweise lichtdurchlässigen Bereiche der zweiten Strukturschicht nehmen dabei insgesamt eine kleinere Fläche auf der optisch transparenten Schicht oder Schichtfolge ein als die lichtundurchlässigen oder nur teilweise lichtdurchlässigen Bereiche der ersten
Strukturschicht. Durch die Breite, den Abstand und den gegenseitigen Versatz der Streifen der beiden Strukturschichten lassen sich die Winkelbereiche der einfallenden Sonnenstrahlung festlegen, die nicht oder zumindest stark geschwächt durch die Sonnenschutz-
Vorrichtung gelangen, und die Winkelbereiche einstellen, in denen ein Anteil der Strahlung ungehindert durch die Sonnenschutzvorrichtung gelangen kann. Die vier Freiheitsgrade für die Geometrie dieser Struktur- schichten lassen sich durch Spezifikation von Bereichen für vier Winkel α, ß, γ, und σ angeben, wie dies in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen näher erläutert ist. Die Winkelbereiche beziehen sich auf die Bezugsebene und sind relativ zur Flächennormale auf die Schichten der Sonnenschutzvorrichtung angegeben.
Beim Einsatz der Sonnenschutzvorrichtung hängt die geeignete Dimensionierung und Ausrichtung der Streifen auch von der Orientierung der Sonnenschutzvorrichtung bzw. der Seite des Bauwerks ab, an der die Sonnen- schutzvorrichtung eingesetzt wird. Bei senkrechten Fassaden, d. h. bei senkrechter Aufstellung der Sonnenschutzvorrichtung stellt die Flächennormale der Sonnenschutzvorrichtung auch die Horizontale dar, gegenüber der der maßgebliche Profilwinkel der Sonne definiert ist. Bei nicht senkrecht stehenden, d. h. geneigten Fassaden, ergibt sich eine durch die Neigung bedingte Abweichung, die jedoch der Fachmann ohne Weiteres bei der Dimensionierung der vorliegenden Sonnenschutzvorrichtung berücksichtigen kann.
Für eine optimale Schutzwirkung können die Streifen beim Einsatz der Sonnenschutzvorrichtung auch schräg zur Horizontalen verlaufen, wenn die Flächennormale der Sonnenschutzvorrichtung bzw. Fassade nicht genau in Richtung Süden ausgerichtet ist. Je stärker die Fassadenorientierung von der Südrichtung abweicht, desto stärker können auch die Streifen gegenüber der
Horizontalen geneigt sein. Die Streifen sind daher an einer vertikalen Südfassade bevorzugt horizontal ausgerichtet, während sie an nicht nach Süden orientierten Fassaden aus der Horizontalen entsprechend stark gedreht sind.
In einer Ausgestaltung der SonnenschutzVorrichtung, bei der die erste und/oder zweite Strukturschicht aus einem nur teilweise lichtdurchlässigen Material gebildet ist, wird vorzugsweise ein dunkles, im Wesentlichen klares durchsichtiges Material gewählt, das einen gerichtet diffusen Transmissionsgrad aufweist, der weniger als 20% des gesamten Trans- missionsgrades des Materials ausmacht. Ein Beispiel hierfür ist ein Folienmaterial mit einem Gesamt- Transmissionsgrad von 2%. Auf diese Weise kann noch ein in vielen Fällen ausreichender Blendschutz bei gleich- zeitiger geringer Durchsicht nach oben erreicht werden.
In einer weiteren Ausgestaltung wird für die erste und/oder zweite Strukturschicht ein im Transmissions- grad schaltbares Material eingesetzt, z.B. ein elektro- chromes oder ein gaschromes Material. Bei einem derartigen Material lässt sich der Transmissionsgrad in einem weiten Bereich, bspw. im Bereich zwischen 1% und 70%, steuern.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorgeschlagene Sonnenschutzvorrichtung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen nochmals näher erläutert. Hierbei zeigen:
Fig. 1 ein erstes Beispiel für eine Ausgestaltung der Sonnenschutzvorrichtung;
Fig. 2 das Beispiel der Figur 1 mit allgemeinen Winkelangaben; Fig. 3 ein zweites Beispiel für eine Ausgestaltung der Sonnenschutzvorrichtung;
Fig.4 ein drittes Beispiel für eine Ausgestaltung der Sonnenschutzvorrichtung;
Fig. 5 ein viertes Beispiel für eine Ausge- staltung der Sonnenschutzvorrichtung; und Fig. 6 ein Beispiel für unterschiedliche
Orientierungen der Streifen der Sonnen- schutzvorrichtung bei unterschiedlicher Ausrichtung der Fassade.
Wege zur Ausführung der Erfindung
Die Figur 1 zeigt in einem Ausschnitt eine Schnittdarstellung einer beispielhaften Sonnenschutz- Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, wie sie als Verglasung oder Fassadenelement eingesetzt werden kann. Bei diesem Beispiel wurde eine vertikale Fassade angenommen, an der die Sonnenschutzvorrichtung angebracht ist .
Die Sonnenschutzvorrichtung weist in diesem Beispiel eine erste optisch transparente Schichtfolge aus einer Glasscheibe 1 und einer Verklebungsfolie 7 auf. Die Glasscheibe 1 ist auf der Innenseite mit einer ersten Strukturschicht 5 und auf der Außenseite über die Verklebungsfolie 7 mit einer zweiten Strukturschicht 6 verbunden. Auf der zweiten Strukturschicht 6 ist eine zweite transparente Schicht 2 angeordnet, die die Außenseite der Sonnenschutzvorrichtung bildet und bspw. ebenfalls eine Glasscheibe sein kann. Die in der Sonnenschutzvorrichtung eingebettete zweite Strukturschicht 6 setzt sich aus einem Streifenmuster aus lichtundurchlässigen Streifen 13 zusammen, zwischen denen Lichtdurchgangsöffnungen 14 als ebenfalls parallel verlaufende Schlitze ausgebildet sind. Auch die die Innenseite der Sonnenschutzvorrichtung bildende erste Strukturschicht 5 setzt sich aus entsprechenden Streifen 12 und Lichtdurchgangsöffnungen 14 zusammen. In der Figur ist hierbei jeweils nur die Breite der Streifen 12, 13 zu erkennen, wobei sich die Streifen in Richtung senkrecht zur Zeichnungsebene erstrecken.
Bei der Dimensionierung der Streifen 12, 13 der beiden Strukturschichten 5, 6 der Sonnenschutzvorrichtung kann von oben einfallendes Licht 15 nicht durch die Sonnenschutzvorrichtung in den Innenraum eindringen, auch nicht wenn es streifend einfällt. Dies ist anhand des in der Figur 1 dargestellten Strahlverlaufes angedeutet. Ein Beobachter 16 hat dennoch von Innen eine komplett freie Sicht durch die Sonnenschutzvorrichtung von der Horizontalen bis nach unten, wie ebenfalls in der Figur 1 angedeutet ist. Quasi streifend einfallendes Licht 17 verläuft in dem optisch transparenten Material der Sonnenschutzvorrichtung unter dem Grenzwinkel der Totalreflexion σGrenz. Sehr hoch stehende Sonne kann daher bei dieser Ausgestaltung nicht direkt in den Innenraum scheinen, weil das Licht flacher als σGrenz durch das optisch transparente
Material laufen würde. Für den Fall von Glasscheiben (n » 1,55) ergibt sich ein Grenzwinkel der Totalreflexion von 40-42°. Auf der anderen Seite kann ein unter dem Winkel σ gegenüber der Flächennormale 18 einfallender Lichtstrahl gerade noch ungehindert passieren. Dies entspricht einer bereits sehr' tief stehenden Sonne. Die Flächennormale 18 entspricht bei dieser Ausgestaltung auch der Horizontalen. Dies ist jedoch bei nicht vertikal verlaufenden Fassaden bzw. nicht vertikaler Anordnung der Sonnenschutzvorrichtung nicht der Fall
(vgl . z.B. Fig. 6) . Figur 2 zeigt daher die für die Ausgestaltung der Sonnenschutzvorrichtung relevanten Winkel in allgemeiner Form. Der Aufbau der Sonnenschutzvorrichtung ist der Figur 2 ist identisch dem Aufbau der Sonnen- Schutzvorrichtung der Figur 1, wobei als Verklebungs- folie 7 PVB mit einem Brechungsindex von n = 1,5 eingesetzt wird. Die Sonne soll ab einem bestimmten Profilwinkel σp ausgeblendet werden. Im vorliegenden Beispiel wird hierbei eine Südfassade angenommen, bei der die Streifen 12, 13 der Strukturschichten 5, 6 horizontal verlaufen. In der Darstellung der Figur 2 ist nur beispielhaft die Horizontale 19 parallel zur Flächennormale 18 eingezeichnet.
Die Winkel α* , ß* und σ* werden gegen die Horizontale 19 gemessen, nicht gegen die Flächennormale 18 der Fassade bzw. Sonnenschutzvorrichtung. Die Winkel α, ß, γ und σ sind gegen die Flächennormale 18 definiert. Bei geneigten Fassaden (z.B. Dachverglasung) stimmen die Flächennormale 18 und die Horizontale 19 nicht überein.
Sämtliche Winkel beziehen sich auf eine senkrecht zu den Schichtebenen der einzelnen Schichten' bzw. zur Oberfläche der Sonnenschutzvorrichtung orientierte Bezugsebene, in den vorliegenden Beispielen die Zeichnungs- bzw. Blattebene. Bei nicht in dieser
Bezugsebene einfallender Sonnenstrahlung gelten die Winkelangaben für die Projektion des Strahlungsvektors in die Bezugsebene (Profilwinkel) .
Die vier Winkel α, ß, γ und σ sind jeweils zur
Flächennormale 18 der Sonnenschutzvorrichtung definiert. Die Winkel α und γ spezifizieren die Lage der Oberkante des jeweiligen Streifens der zweiten Strukturschicht 6 gegenüber den beiden Streifenkanten des jeweils nächstliegenden Streifens der ersten Strukturschicht 5. Der Winkel ß definiert die Neigung der Verbindungslinie zwischen den Unterkanten der nächstliegenden Streifen der ersten 5 und zweiten Strukturschicht 6, der Winkel σ die Neigung der Verbindungslinie zwischen der Unterkante der Streifen der zweiten Strukturschicht 6 und der Oberkante des jeweils darunter liegenden Streifens der ersten Strukturschicht 5 (vgl. Fig. 2).
Die Winkel α*, ß*, γ* und σ* ergeben sich mit Hilfe des Brechungsgesetztes aus den Winkeln α, ß, γ und σ (oder umgekehrt) in der folgenden allgemeinen Form:
Sin (ξ* ) /sin (ξ) = nMaterial/numgebung •
Dabei wurde angenommen, dass der Brechungsindex der Verklebungsschicht 7 sehr gut mit dem Brechungs- index des Glases übereinstimmt. Wenn das nicht der Fall ist, müssen die weiteren Brechungen an den Grenzflächen berücksichtigt werden. Dies ist jedoch in einfacher Weise mit dem Brechungsgesetzt möglich. Bei- Mikro- Strukturen, d.h. Mikrostreifen, gilt das Brechungsgesetz aufgrund der Beugungserscheinungen nicht ohne weiteres. Die hier vorgeschlagenen Strukturen lassen sich aber dennoch einsetzen. In diesem Fall muss dann der Grenzwinkel σGrenz der Totalreflexion etwas größer angenommen werden als er sich aus der geometrischen
Optik ergibt, damit dennoch eine ausreichende Aus- blendung der Sonnenstrahlung gewährleistet ist. Der Winkel ß* gibt an, ab welchem Winkel die Sonne durch streifenden Einfall an den Streifen der Schicht- Strukturen durch die Sonnenschutzvorrichtung dringen kann.
Der Winkel ß sollte so eingestellt werden, dass sich aufgrund des Brechungsgesetzes folgende Winkel für ß* ergeben: -20° < ß* < 20°, besonders bevorzugt -10° < ß* < 0°. Varianten mit 60° > |ß*| > 20° sind ebenfalls möglich. Hierbei handelt es sich jedoch um verschlechterte Ausführungsformen. Die Winkelangaben für ß* gelten unabhängig von der Neigung der Fassade. Sie leiten sich alleine aus den möglichen Sonnenpositionen ab.
Der Winkel α sollte so eingestellt werden, dass sich aufgrund des Brechungsgesetztes folgende Bereiche für α* einstellen: -20° < α* < 90°, bevorzugt 0° < α* < 90°, besonders bevorzugt 45° < α* < 90°. α ist dann automatisch kleiner als σGrenz- Optimal liegt α* bei
90°, d. h. α = σGreiiz.
Für den Winkel γ^ werden vorzugsweise folgende Bereiche gewählt: -30° <"γ < -80°, bevorzugt σGrenz ≤ γ ≤ 80°, besonders bevorzugt σGrenz ≤ Y ≤ σGr 'enz +20°. Im optimalen Fall stimmt γ mit σGrenz überein.
Varianten, bei denen α größer als σGrenz ist, sind verschlechterte Ausführungsformen, weil dann die Spalte bzw. Schlitze der ersten Strukturschicht weiter unten liegen müssen, damit kein Licht von oben durchscheinen kann. Dies hat einen kleineren Flächenanteil der freien Fläche auf der Innenseite zur Folge und bewirkt damit eine schlechtere Transparenz. Varianten, bei denen γ kleiner als σGrenz ist, sind ebenfalls verschlechterte Ausführungsformen, da die Sonne von oben durch das Element scheinen kann.
Der Abstand D der Strukturelemente bzw. Streifen der ersten Schichtstruktur sollte unabhängig von der Neigung der Fassade so gewählt werden, dass die direkte Sonne ab einem Profilwinkel σp von -20° < σp = σ* < 70°, bevorzugt 0° < σp = σ* < 45° , besonders bevorzugt 5° < σp = σ* < 25° ausgeblendet wird. Dies erfordert ebenso wie die Dimensionierung auf Basis der Winkel α*, ß* und γ* die Kenntnis der Neigung der Fassade, an der die Sonnenschutzvorrichtung eingesetzt werden soll.
Figur 3 zeigt ein weiteres Beispiel für eine Ausgestaltungsmöglichkeit der vorliegenden Sonnen- schutzvorrichtung. Im Unterschied zu den Figuren 1 und 2 ist bei dieser Ausgestaltung eine weitere optisch transparente Schichtfolge an der Innenseite angebracht.
Diese dritte transparente Schichtfolge setzt sich im vorliegenden Beispiel aus einer Glasscheibe 3 und einer Verklebungsfolie 8 zusammen, bspw. aus PVB. Figur 3 zeigt somit eine 3 -fach VSG-Scheibe (Verbundglas- Scheibe) , in der die Strukturschichten 5, 6 vollkommen eingeschlossen sind.
In dem Beispiel der Figur 3 wurde die Optimalform der Strukturen bzw. Streifen für den Fall von Glas- Scheiben mit n = 1,5 als optisch transparente Schichten bemaßt. Die beispielhaften Maße und Winkel sind der Figur entnehmbar. Im Falle einer anderen Dicke der mittleren Glasscheibe 1 verändert sich die Höhe und der Abstand der Streifen 12, 13 entsprechend. Die Winkel bleiben gleich.
Die Figuren 4 und 5 zeigen schließlich Ausgestal- tungsmöglichkeiten der Sonnenschutzvorrichtung, bei der diese in einer Doppelverglasung eingesetzt wird. Hierzu bildet die Schichtfolge mit den transparenten Schichten bzw. Scheiben 1 bis 3 und den Strukturschichten 5 und 6 ein äußeres Verglasungselement 9 der Doppelverglasung. Zwischen dem inneren Verglasungselement 4, einer Glasscheibe, und dem äußeren Verglasungselement 9 ist ein hermetisch geschlossener Zwischenraum 10 ausgebildet, der bspw. eine Dicke von 16 mm aufweisen und mit Argon gefüllt sein kann. Im Beispiel der Figur 4 ist die Innenseite des äußeren Verglasungselementes 9 mit einer zusätzlichen Beschichtung 11, bspw. mit einer Wärme- schutzbeschichtung (z.B. Low-E Soft-Coating) , versehen.
Die Ausgestaltung der Figur 5 zeigt demgegenüber den gleichen Aufbau der Doppelverglasung, wobei hier jedoch die Beschichtung 11 auf der Außenseite des zweiten, inneren Verglasungselementes 4 vorgesehen ist. Diese Anordnung der Beschichtung 11 lässt sich kostengünstiger realisieren, da die Aufbringung auf konventionelle Glasscheiben einen Standardprozess darstellt. Bei einer anschließenden Laminierung, wie dies für das äußere Verglasungselement erforderlich ist, besteht die Gefahr einer Beschädigung der Beschichtung. Eine nachträglich auf das äußere Verglasungselement aufgebrachte Beschichtung erfordert wiederum einen speziellen Prozess für die speziell hergestellten äußeren Verglasungselemente und ist somit nicht so kostengünstig verfügbar wie eine herkömmliche Glasscheibe mit dieser Beschichtung.
An nicht nach Süden orientierten Fassaden sollten die Streifen 12, 13 der beiden Strukturschichten 5, 6 aus der Vertikalen bzw. Horizontalen gedreht sein, wie dies anhand der Figur 6 veranschaulicht ist (vgl. W. Lorenz, „A Glazing Unit for Solar Control, Day Lighting and Energy Conservation", Solar Energy Vol. 70, No. 2, pp. 109-130, 2001) . In dieser Abbildung sind schematisch verschiedene Fassadenelemente 20 in unterschiedlicher Orientierung bzgl . der in der Figur angedeuteten Himmelsrichtungen beispielhaft nebeneinander dargestellt. Bei nicht exakt nach Süden orientieren Fassadenelementen wird eine Verdrehung der Streifen 12, 13 der Strukturschichten aus der Vertikalen bzw. Horizontalen bevorzugt, wie dies schematisch für die unterschiedlichen Orientierungen aus der Figur 6 ersichtlich ist.
Bevorzugt wird die gesamte Sonnenschutzvorrichtung so ausgestaltet, dass eine Durchsicht von Innen nach Außen unter den bestimmten Winkelbereichen, insbesondere nach unten, ermöglicht wird. Es ist jedoch auch möglich, eine oder mehrere der inneren Schichten nicht transparent sondern transluzent auszugestalten. Bei transluzenter Ausgestaltung dient die Struktur dann nur dem Blend- und Sonnenschutz. Licht kann von außen unten durch das Element gelangen. Bezugszeichenliste
1 Glasscheibe 2 zweite transparente Schicht
3 Glasscheibe
4 inneres Verglasungselement
5 erste Strukturschicht
6 zweite Strukturschicht 7 Verklebungsfolie
8 Verklebungsfolie
9 äußeres Verglasungselement
10 Zwischenraum
11 Beschichtung 12 Streifen der ersten Strukturschicht
13 Streifen der zweiten Strukturschicht
14 Lichtdurchgangsöffnungen
15 von oben einfallendes Licht
16 Beobachter 17 streifend von unten einfallendes Licht
18 Flächennormale
19 Horizontale
20 Fassadenelement

Claims

Patentansprüche
1. Sonnenschutzvorrichtung, insbesondere Verglasung, die wenigstens eine erste Strukturschicht (5) aus einem opaken oder nur teilweise lichtdurchlässigen Material auf einer optisch transparenten dielektrischen Schicht oder Schichtfolge (1, 7) und eine zweite Strukturschicht (6) aus einem opaken oder nur teilweise lichtdurchlässigen Material umfasst, wobei die erste (5) und die zweite Strukturschicht (6) unter Bildung von
Lichtdurchgangsöffnungen oder -bereichen (14) und lichtundurchlässigen oder lichtschwächenden Bereichen (12, 13) strukturiert sind, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Strukturschicht (6) auf einer der ersten Strukturschicht (5) gegenüberliegenden Seite der optisch transparenten Schicht oder Schichtfolge (1, 7) mit dieser verbunden ist und die beiden strukturierten Schichten (5, 6) derart strukturiert sind, dass unter einem vorgegebenen
Winkelbereich, der in einer senkrecht zu der zweiten Strukturschicht (6) orientierten Bezugsebene' definiert ist, auf die zweite Strukturschicht (6) auftreffende optische Strahlung durch Zusammenwirkung der beiden Strukturschichten (5,
6) blockiert oder abgeschwächt wird und ein Anteil optischer Strahlung, der unter einem anderen Winkelbereich in Bezug auf die gleiche Bezugsebene auf die zweite Strukturschicht (6) auftrifft, die Strukturschichten (5, 6) ungehindert passieren kann .
2. Sonnenschutzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die lichtundurchlässigen Bereiche (13) der zweiten Strukturschicht (6) aus Solarzellen, insbesondere amorphen Solarzellen, gebildet sind.
3. Sonnenschutzvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die lichtundurchlässigen Bereiche (12) der ersten Strukturschicht (5) aus Solarzellen, insbesondere amorphen Solarzellen, gebildet sind.
4. Sonnenschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Strukturschicht (6) auf einer der optisch transparenten Schicht oder Schichtfolge (1, 7) gegenüberliegenden Seite mit einer zweiten optisch transparenten dielektrischen Schicht oder Schichtfolge (2) verbunden ist.
5. Sonnenschutzvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite optisch transparente Schicht oder Schichtfolge (2) eine Glas- oder Kunststoff- Scheibe ist oder umfasst .
6. Sonnenschutzvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Strukturschicht (6) auf die Glasoder Kunststoff-Scheibe aufgebracht ist.
7. Sonnenschutzvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die optisch transparente Schicht oder Schichtfolge (1, 7) eine Glas- oder Kunststoff- Scheibe (1) mit einer Klebefolie (7) umfasst, über die die Glas- oder Kunststoff-Scheibe (1) mit der zweiten Strukturschicht (6) und der Glas- oder Kunststoff-Scheibe der zweiten optisch transparenten Schicht oder Schichtfolge (2) fest verbunden ist.
8. Sonnenschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die optisch transparente Schicht oder Schichtfolge (1, 7) eine Glas- oder Kunststoff- Scheibe (1) ist oder umfasst.
9. Sonnenschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden strukturierten Schichten (5, 6) derart strukturiert sind, dass bei einer senkrechten Anordnung von oben einfallendes Licht blockiert oder abgeschwächt wird und von unten einfallendes Licht zu einem bestimmten Anteil passieren kann.
10. Sonnenschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die lichtundurchlässigen oder licht- schwächenden Bereiche (13) der zweiten Strukturschicht (6) eine kleinere Fläche einnehmen als die lichtundurchlässigen oder lichtschwächenden Bereiche (12) der ersten Strukturschicht (5) .
11. Sonnenschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die die erste Strukturschicht (5) auf einer der optisch transparenten Schicht oder Schicht- folge (1, 7) gegenüberliegenden Seite mit einer dritten optisch transparenten dielektrischen Schicht oder Schichtfolge (3, 8) verbunden ist.
12. Sonnenschutzvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte optisch transparente Schicht oder Schichtfolge (3, 8) eine Glas- oder Kunststoff- Scheibe (3) umfasst, die über eine Klebefolie (8) mit der ersten Strukturschicht (5) und der optisch transparenten Schicht oder Schichtfolge (1, 7) verbunden ist.
13. Sonnenschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Strukturschichten (5, 6) mit den mit ihnen verbundenen optisch transparenten Schichten oder Schichtfolgen ein äußeres Verglasungselement (9) einer Doppelverglasung bilden, bei der zwischen dem äußeren Verglasungselement (9) und einem inneren Verglasungselement (4) ein mit einem Gas oder einer Gasmischung gefüllter Zwischenraum (10) vorhanden ist.
14. Sonnenschutzvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das innere Verglasungselement (4) auf einer zum Zwischenraum (10) gerichteten Seite mit einer Sonnen- oder Wärmeschutz-Beschichtung (11) versehen ist .
15. Sonnenschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die lichtundurchlässigen oder licht- schwächenden Bereiche (12, 13) der beiden Strukturschichten (5, 6) parallel zueinander verlaufende Streifen bilden.
16. Sonnenschutzvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Streifen mittels Siebdruck aufgebracht sind.
17. Sonnenschutzvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Streifen als Klebestreifen aufgebracht sind.
18. Sonnenschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass gerade Verbindungslinien zwischen einander zugewandten Oberkanten jeweils nächstliegender Streifen der beiden Strukturschichten (5, 6) in der Bezugsebene ausgehend von der ersten Strukturschicht unter einem Winkel α zur Flächennormale (18) auf die Strukturschichten (5, 6) verlaufen, für den gilt: -34°< α < 60°, vorzugsweise 0°< α < 42°, besonders bevorzugt 27°< α < 42°, optimal α = cterenz/ wobei σGrenz der Grenzwinkel der Total- reflexion ist.
19. Sonnenschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass gerade Verbindungslinien zwischen Oberkanten der Streifen der zweiten Strukturschicht (6) und Unterkanten der Streifen der ersten Strukturschicht (5) jeweils nächstliegender Streifen der beiden Strukturschichten (5, 6) in der Bezugsebene ausgehend von der ersten Strukturschicht (5) unter einem Winkel γ zur Flächennormale (18) auf die Strukturschichten (5, 6) verlaufen, für den gilt: -30°< γ < 80°, vorzugsweise σGrenz ≤ γ < 80°, besonders bevorzugt σGrenz ≤ γ ≤ (σGrenz + 20°), optimal γ = σGrenz, wobei σGrenz der Grenzwinkel der Totalreflexion ist.
20. Sonnenschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass gerade Verbindungslinien zwischen einander zugewandten Unterkanten jeweils nächstliegender Streifen der beiden Strukturschichten (5, 6) in der Bezugsebene ausgehend von der ersten Strukturschicht (5) unter einem Winkel ß zur Flächen- normale (18) auf die Strukturschichten (5, 6) verlaufen, für den gilt: -34°< ß < 60°, vorzugsweise -10°< ß < 15°, besonders bevorzugt ß = 0°.
21. Sonnenschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass bei Einsatz der Sonnenschutzvorrichtung in einer festgelegten Orientierung der Flächennormale zur Horizontalen (19) ein Abstand D zwischen Ober- und Unterkanten jeweils benachbarter Streifen der ersten Strukturschicht (5) so gewählt ist, dass Sonnenstrahlung ab einem Sonnenprofilwinkel σp von -20° < σp ≤ 70°, bevorzugt 0° < σp < 45°, besonders bevorzugt 5° < σp < 25°, durch Zusammenwirken der Strukturschichten (5, 6) blockiert wird.
22. Sonnenschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche
15 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die erste (5) und/oder zweite Strukturschicht (6) aus einem Material gebildet sind, das eine Lichtdurchlässigkeit von ≤ 40%, vorzugsweise ≤ 10 %, besonders bevorzugt ≤ 3% aufweist.
23. Sonnenschutzvorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die erste (5) und/oder zweite Strukturschicht (6) aus einem Material gebildet sind, das einen gerichtet diffusen Transmissionsgrad aufweist, der weniger als 20% eines gesamten Transmissionsgrades des Materials ausmacht.
24. Sonnenschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die erste (5) und/oder zweite Strukturschicht (6) aus einem Material mit einem schaltbaren Transmissionsgrad gebildet sind.
25. Sonnenschutzvorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Material mit dem schaltbaren Trans- missionsgrad ein elektrochromes oder gaschromes Material ist .
26. Verwendung der Sonnenschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 25 als Verglasung oder Teil einer Verglasung an Bauwerken.
27. Verwendung der Sonnenschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 25 als Fassadenelement oder Teil eines Fassadenelements.
28. Verwendung der Sonnenschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 25 als Brüstungsverkleidung.
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