DE2936295C2

DE2936295C2 - Beleuchtungseinrichtung zur Ausleuchtung eines eine reflektierende Decke aufweisenden Raumes mit Tageslicht

Info

Publication number: DE2936295C2
Application number: DE19792936295
Authority: DE
Inventors: Christian 8000 München Bartenbach
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-09-07
Filing date: 1979-09-07
Publication date: 1986-04-17
Also published as: AT382005B; CH649616A5; ATA447480A; DE2936295A1

Description

dadurch gekennzeichnet,

daß die äuP°re Prismenscheibe (3) auf der Innenseite lückenlos tiebeneinander angeordnete Prismen (32) aufweist, deren Längsachsen horizontal und parallel zur Außenwand (1) verlaufen,
daß jedes Prisma (32) quer zu seiner Längsachse dreieckigen Querschnitt hat und von der Außenseite (31) als Hypotenuse, einer Unterseite (321) und einer fensterzugewandten Rückseite (322) begrenzt ist,
daß nur die Rückseite (322) jedes Prismas verspiegelt ist,

daß die Unterseite (321) jedes Prismas mit der Außenseite (31) einen zur Fensteröffnung (11) hin offenen spitzen \Vinkel (ω) einschließt, der so gewählt ist, daß Strahlen mit eines;] Einfa^swinkel (ß) unterhalb eines Grenzwinkeis durvh Totalreflexion an der Unterseite (321) und Reflexion ar der Rückseite (322; wieder nach außen umgelenkt werden, und
daß in der Fensteröffnung (11) eine innere Prismenscheibe (6) mit lückenlos nebeneinander angeordneten Prismen vorgesehen ist, deren Längsachsen parallel zur Außenwand (1) und horizontal verlaufen und die quer zur Längsachse einen dreieckigen Querschnitt solcher Bemessung haben, daß die von außen auf die innere Prismenscheibe (6) auftreffenden Lichtstrahlen so in den Raum (2) gebrochen werden, daß sie von der Decke oder einer dem Fenster gegenüberliegenden Wandelement in den Raum zurückreflektiert werden und der Winkel (d) der Lichtstrahlen in dem Raum — gemessen unterhalb dieser Lichtstrahlen gegen die Vertikale — gleich oder größer 70° ist.

2. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel zwischen der Unterseite (321) jedes Prismas (32) der äußeren Prismenscheibe (3) und der Vertikalen zwischen 90° und 100° liegt.

3. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel einerseits zwischen der Unterseite (321) jedes Prismas (32) der äußeren Prismenplatte (3) und der Vertikalen und andererseits zwischen Rückseite (322) und Unterseite (321) jeweils 90° beträgt.

β 4. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Prismenscheibe (6) eine ebene, vertikal verlaufende Außenseite (61) und ihre Prismen (62) eine horizontale verlaufende Oberseite (63) haben, und daß der Winkel zwischen dieser Oberseite und der schräg nach unten verlaufenden Unterseite zwischen 30° und 45° liegt.

5. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Oberseiten (63) der Prismen (62) der inneren Prismenscheibe (6) zwischen 1 cm und 3 cm liegt.

6. Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Decke (4) des Raumes (2) mindestens eine ebene oder gekrümmte Schrägfläche (44, 45, 46) aufweist, deren Vertikalprojektion der Fensteröffnung (11) zugewandt ist

7. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertikalprojektion mehrerer Schrägflächen (44,45,46) umso größer ist, je größer ihr Abstand von der Fensteröffnung (11) ist

8. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkel der Schrägflächen in jedem Punkt so gewählt sind, daß die von ihnen reflektierten Lichtstrahlen höchstens einen Winkel (ε) von 45° mit der Vertikalen bilden.

9. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Decke (4) zwischen der Fensteröffnung (11) und der benachbarten ersten Schrägfläche (44) sowie zwischen benachbarten Schrägflächen Horizontalabschnitte (41, 42, 43) aufweist

10. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Decke zwischen jeder Schrägfläche (44,45) und einem folgenden Horizontalabschnitt (42, 43) eine geneigte Rückfläche (47, 48) aufweist, deren Neigungswinkel gegen die Vertikale größer ist ais der der jeweils angrenzenden Schrägfläche (44,45).

11. Beieuchiuiigseiiinchiung fläch einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Decke (4) aus Aluminium mit matter Oberfläche besteht.

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung zur Ausleuchtung eines eine reflektierende Decke aufweisenden Raumes mit Tageslicht gemäß Oberbegriff von Anspruch 1.

Bei einer solchen, aus der DE-PS 5 17 827 bekannten Beleuchtungseinrichtung läßt die ußere Prismenscheibe nicht nur das helle Zenitlich sondern auch das den Raum aufheizende Sonnenlicht durch. Diese Licht- und Sonnenstrahlen werden durch eine spiegelnd ausgebildete Platte zum Teil gegen die Decke des Raumes, zum Teil aber auch in Blickrichtung der im Raum befindlichen Personen reflektiert. Daraus resultiert ein unerwünscht hoher Leuchtdichtekontrast zwischen der Fensteröffnung und der sie umgebenden Wandfläche.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Beleuchtungseinrichtung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß einerseits kein direktes Sonnenlicht in den Raum eindringen kann, andererseits möglichst viel Zenitlicht bei möglichst geringem Leuchtdichteunterschied zwischen Fensteröffnung und umgebender f'Wand in den Raum gelenkt wird.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist in Anspruch 1 gekennzeichnet. Danach ist die äußere Prismenplatte so ausgebildet, daß durch sie das Sonnenlicht bis zu dem höchstmöglichen Einfallswinkel durch Totalreflexion ausgeblendet wird. Das mit höherem Einfallswinkel auftreffende Zenitlicht wird durch die äußere

Prismenplatte, die spiegelnde Platte und eine innere Prismenplatte gegen die Decke und erst von dieser auf die Arbeitsplatz reflektiert: Daher erscheint die Fensteröffnung unter normalem Blickwinkel der im Raum befindlichen Personen nicht wesentlich heller als die sie umgebenden Wandflächen. Es werden also störend große Leuchtdichtekontraste vermieden.

Das Problem, die Leuchtdichteunterschiede zwischen Fensteröffnung und Umgebung zu reduzieren, ist zwar aus der DE-OS 17 97 168 bekannt Es wird dort durch eine in eine Fensteröffnung eingesetzte Prismenscheibe mit im Querschnitt sägezahnförmigen Prismen gelöst, die nur diffuse Strahlung durchläßt, gerichtete Strahlung jedoch reflektiert. Das helle Zenitlicht wird hierbei nicht ausgenutzt

In der CH-PS 1 94 867 sind Beleuchtungseinrichtungen beschrieben, bei denen das Zenitlicht über Umlenkspiegel und/oder brechende Prismenplatten auf den Arbeitstisch gelenkt wird, wobei ein niedriger Leuchtdichtekontrast zwischen Fensteröffnung und umgebenden Wänden erzielt wird.

Ein Schutz vor Sonnenstrahlen ist aus »Technik am Bau«, Nr. 3, 1977, S. 291 -294, bekannt Hierzu sind in oder vor einer Fensteröffnung Prismen angeordnet, durch die das direkte Sonnenlicht reflektiert wird. Zusätzlich wird Zenitlicht in den Raum hineingebrochen. Dabei ist aber der in den Raum lenkbare Lichtstrom klein, da der Einfallswinkel des Zenitlichtes, gemessen gegen die vertikale Fensterebene, sehr groß ist. Das hat zusätzlich zur Folge, daß ein Teil des Zenitlichtes an der Außenfläche nach außen reflektiert wird.

Die Erfindung ermöglicht es dagegen, sov/ohl direktes Sonnenlicht vollständig auszublenden als auch einen sehr großen Anteil des Zenitlichtes über die Decke in den Raum zu lenken, was einen entsprechend geringen Leuchtdichtekontrast zwischen Fensteröffnung und umgebender Wand zur Folge hat

Die Decke des Raumes besteht vorzugsweise aus Aluminium "lit matter Oberfläche, so daß sich ein beachtlicher, gerichtet reflektierter Lichtanteil ergibt. Sie soll das durch die Fensteröffnung eintretende Licht möglichst vollständig erfassen und vorzugsweise so reflektieren, daß die von ihr reflektierten Lichtstrahlen mit der Vertikalen maximal einen Winkel von 45° einschließen: Dadurch wird eine Blendung uK'er normalen Blickrichtungen vollständig vermieden. Auf der Basis dieser Bedingung läßt sich die optimale Krümmung der Decke berechnen bzw. konstruieren. Die sich dabei ergebende gekrümmte Deckenfläcä;=: würde sich jedoch bei üblicher Raumtiefe über einen erheblichen Anteil der Raumhöhe erstrecken. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist daher vorgesehen, diese Deckenfläche in mehrere Abschnitte zu unterteilen und diese Abschnitte mit unterschiedlichem Abstand von der Fensteröffnung hintereinander anzuordnen. Auf diese Weise ist eine gute Ausleuchtung eines Raumes mit einer Fensteröffnung möglich, die sich — von der DecKe ausgehend — nur etwa über 20% der Raumhöhe und praktisch über die gesamte Länge der Außenwand erstreckt.

Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Er- eo ■findung können die Außenseiten der Rückseiten der Prismen verspiegelt seiin. Die auf diese Außenseiten auftreffenden Lichtstrahlen werden dann nicht nochmals durch das Prisma .gebrochen, sondern über diese Verspielung direkt in die Fensteröffnung umgelenkt. «5

Im Interesse eines möglichst hohen Wirkungsgrades wird der nach unten offene spitze Winkel zwischen der äußeren Prismenscheibe und der Vertikalen so gewählt, daß die Unterseiten der einzelnen Prismen der äußeren Prismenp!atte mit der vertikalen einen Winkel zwischen 80° und 100° einschließen: In diesem Fall wird der größte Anteil des Zenitlichtes ohne zusätzliche Reflexion direkt in die Fensteröffnung gelenkt

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung nachfolgend näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 einen Abschnitt einer Raumdecke und einer angrenzenden Außenwand in schematischer Darstellung und

F i g. 2 eine Prismenscheibe in vergrößerter Darstellung.

In F i g. 1 ist ein Abschnitt einer Außenwand 1 eines Raumes 2 gezeigt Die Außenwand 1 hat an ihrem oberen Ende eine Fensteröffnung 11, an die unmittelbar die Decke 4 des Raumes angrenzt, die aus mattem Aluminium besteht, so daß sich eine diffuse Reflexion mit gerichteter Komponente ergibt

Die DecKe weist im Abstand a 1 von der Außenwand 1 eine erste, gegen die Fensterö»-.,iung 11 geneigte Schrägfläche 44, im Abstand a 2 eine zweite Schrägfläche 45 und im Abstand a 3 eine weiere Schrägfläche 46 auf; die zugehörigen Neigungswinkel gegen die Vertikale sind λ 1, λ 2 und λ 3 und umso kleiner, je größer der AbstanJ einer Schrägfläche von der Außenwand 1 ist. Umgekehrt steigt die Größe der Vertikalprojektion jeder Schrägfläche mit ihrem Abstand von der Außenwand 1. Vor jeder einzelnen Schrägf äche hat die Decke 4 jeweils einen Horizontalabschnitt 41, 42, 43 und zwischen einem solchen Horizontalabschnitt und der vorliegenden Schrägfläche eine Rückfläche 47,48. Die Neigungswinkel dieser Rückflächen gegen die Vertikale sind größer als die Neigungswinkel der angrenzenden Schrägflächen. Dadurch wird eine ungünstige Schattenbildung weitgehend vermieden.

In der Fensteröffnung 11 der Außenwand 1 ist, wie auch in F i g. 2 gezeigt, eine innere Prisrnenscheibe 6 mit einer vertikal verlaufenden, ebenen Außenseite -61 und sägezahnförmiger. Prismen 62 auf der Innenseite angeordnet. Die Prismen 62 haben eine im wesentlichen hör izontal verlaufende Oberseite 63, die mit der schräg nach unten verlaufenden Unterseite 64 einen Winkel von etwa 35° einschließt. Die Länge der Oberseuen 63 und damit die Zahl der Prismen in der Fensteröffnung 11 wird so gewählt, daß die mit der Massenfertigung verbundenen Toleranzen der Ecken und Kanten auf die gesamte Lichtlenkung einen vernachlässigbar geringen Einfluß haben.

Vor der Fensteröffnung 11 ist eine äußere Prismenscheibe 3 mit ebener Außenseite 31 angeordnet, wobei die ebene Außenseite 31 mit der senkrechten Außenseite 61 der PrismenscheiDe 6 einen nach unten offenen spitzen Winkel μ einschließt. Auf der Innenseite dieser äußeren Prismenscheibe 3 sind im Querschniti dreieckige Prismen 32 angeordnet, die unmittelbar nebeneinander und parallel zueinander sowie parallel zu der Außenwand 1 verlaufen. Sie haben jeweils eine Unterseite 321, die mit der e^uenen Außenseite 31 einen Winkel ω einschließt, dessen Größe so gewählt ist, daß Lichtstrahlen mit einem gegen die Horizontale gemessenen Einifallswinkel β unterhalb eines Grenzwert/äs ρ von beispielsweise 45° total reflektiert werden. Dieser Winkel ω errechnet sich nach der Formel (1)

_ω = 90° -{ε\ + ε 2)

wobei sich die Winkel ε 1 und ε 2 nach den Formeln (2) und (3) berechnen:

sin ε \

(2)

cos ε 2 = ■

(3)

Darin bedeutet η den Brechungsindex des Materials der Prismenplatte und ρ den vorher erwähnten Grenzwert des Einfallswinkels/?.

Der Winkel//zwischen der äußeren Prismenplatte31 und der Vertikalen ist so gewählt, daß die Unterseiten 321 der Prismen 32 im wesentlichen horizontal verlaufen. Die Rückseiten 322 der Prismen stehen auf den Unterseiten senkrecht und sind auf der Prismeninnenseite verspiegelt. Auf diese Weise werden total reflektierte Sonnenstrahlen wieder nach außen umgelenkt (Strahl 52).

Zwischen dem äußeren Ende der äußeren Prismenscheibe 3 und dem unteren Rand der Fensteröffnung 1 · ist eine ebene Platte 5 mit verspiegelter Oberseite 51 angeordnet.

In Fig. 1 ist der Verlauf eines Strahles 5 mit dem Einfallswinkel/?dargestellt: Er wird zunächst durch ein Prisma 32 gegen die Platte 5 gebrochen und von dieser in die Fensteröffnung 11 umgelenkt. Der Strahl wird dort von einem Prisma der inneren Prismenplatte 6 mehrfach gebrochen und tritt schließlich mit dem Winkel δ von etwa 90° in den Raum 2 ein; der Strahl trifft dann auf die Schrägfläche 46 und wird von dieser als Strahl 5' mit einem Ausgangswinkel ε von weniger als 45° in den Raum reflektiert. Strahlen mit einem kleineren Einfallswinkel werden unter Umständen von den Prismen der äußeren Prismenscheibe ohne Umweg Ober die Platte 5 direkt in die Fensteröffnung 11 gelenkt. Bei einem Grenzwinkel ρ tritt schließlich totale Reflexion ein: Strahl 51 in Fig.2. Wird der Einfallswinkel noch kleiner, dann wird der total reflektierte Strahl (52 in Fig.2) an der verspiegelten Rückseite 322 des Prismas 32 wieder nach außen reflektiert. Durch entsprechende Bemessung der Winkel μ, ρ, ω läßt sich erreichen, daß praktisch keine Sonnenstrahlen direkt in den Raum 2 eintreten.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

45

50

60

Claims

Patentansprüche:

1. Beleuchtungseinrichtung zur Ausleuchtung eines eine reflektierende Decke (4) aufweisenden Raumes mit Tageslicht, das durch eine Fensteröffnung (11) in einer Außenwand (1) eintritt,
mit einer vor der Fensteröffnung (11) angeordneten, eine ebene Außenseite (31) aufweisenden äußeren Prismenscheibe (3), die mit der Außenwand (1) einen nach unten offenen, spitzen Winkel (μ) bildet, und
mit einer ebenen, auf der Oberseite spiegelnd ausgebildeten Platte (5), die zwischen dem äußeren, fensterfernen Ende der äußeren Prismenscheibe (3) und der Unterkante der Fensteröffnung (11) angeordnet ist,