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Sonnenschutzeinrichtung
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Die Erfindung betrifft eine Sonnenschutzeinrichtung in Form von Lamellen
aus lichtdurchlässigem Material, die auf der einen Seite eine ebene Basisfläche
und auf der anderen Seite eine prismatische Struktur haben und die in einer Fensteröffnung
nebeneinander um parallele Längsachsen drehbar angeordnet sind.
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Eine wirksame Sonnenschutzeinrichtung muß berücksichtigen, daß sich
der Einfallswinkel des Sonnenlichtes abhängig von Tages- und Jahreszeit in einem
sehr großen Bereich ändert. Dieser läßt sich mit bekannten, fest installierten Sonnenschutzeinrichtungen
nur bei gleichzeitiger Abschirmung des erwünschten Tageslichtes überstreichen. Im
Interesse einer besseren Nutzung des Tageslichtes ist daher bei einer aus der DE-OS
16 83 284 bekannten Sonnenschutzeinrichtung eine Änderung der Neigung der Lamellen,
abhängig von der Sonnenhöhe, während eines Tages vorgesehen. Die Lamellen weisen
dabei auf der Innenseite eine Vielzahl von Einzelprismen auf (Tripel-Spiegel), woraus
ein im wesentlichen kreisförmiger Ausblendbereich mit einem Grenzwinkel von etwa
450 resultiert: Damit läßt sich aber die Sonnenstrahlung vor- und nachmittags nicht
vollständig ausblenden.
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Bei einer Sonnenschutzeinrichtung nach der DE-OS 19 06 990 sind dagegen
die Lamellen um vertikale Achsen drehbar angeordnet und werden dem jeweiligen Sonnenstand
während eines Tages durch einen motorischen Antrieb nachgeführt. Die einzelnen Lamellen
haben dabei eine feste Neigung gegen die Horizontale, die etwa dem jeweiligen
Breitengrad
entspricht, womit sich zumindest in der Mittagszeit eine vollständige Ausblendung
der Sonne unabhängig von der Jahreszeit erreichen läßt.
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Dagegen muß eine Sonneneinstrahlung in den Morgen- und Abendstunden
in der Umgebung der Sommer- und Wintersonnenwende in Kauf genommen werden. Schwerwiegender
ist äedoch die aufwendige Mechanik und Steuerung, die für die Nachführung der einzelnen
Lamellen während des Tages sorgt. Schließlich hat der etwa kreisförmige Ausblendbereich
zur Folge, daß auch ein großer Anteil des Zenitlichtes von den Lamellen nach außen
reflektiert wird und nicht in den Raum eintreten kann.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Lichtdurchlässigkeit
einer Sonnenschutzeinrichtung der eingangs genannten Art bei effektiverer Ausblendung
der Sonne und einfacherem Aufbau zu verbessern.
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Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet,
daß die prismatische Struktur jeder Lamelle aus mindestens einem unverspiegeltem,gleichschenkligem
Prismenstab besteht, dessen Achse parallel zur Längsachse der Lamelle verläuft und
dessen Kathetenflächen einen Basiswinkel von 900 einschließen. Vorzugsweise besteht
jede Lamelle aus einer größeren Anzahl von mit den Kathetenflächen lückenlos aneinanderstoßenden
Prismenstäben.
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Die Erfindung ist unabhängig von der Neigung und Ausrichtung einer
Fensterfläche wirksam, also insbesondere auch im Rahmen von Dachfenstern mit Erfolg
anwendbar. Hierbei ist es zweckmäßig, die Achsen senkrecht zur Nord-Süd-Richtung
zu orientieren.
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Die Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert; es zeigen FIG
1 das Besonnungsdiagramm einer Horizontalfläche, FIG 2 schematisch die erfindungsgemäße
Sonnenschutzeinrichtung, FIG 3 einen Querschnitt entlang Linie III-III durch eine
Lamelle der FIG 2, FIG 4 die Zuordnung eines Koordinatensystems zu einem Prismenstab
einer Lamelle und FIG 5 das Ausblenddiagramm einer Lamelle.
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Das Besonnungsdiagramm in FIG 1 zeigt die Abhängigkeit des Höhenwinkels
t - also des auf eine Horizontalebene bezogenen Einfallswinkels der Sonnenstrahlen
- von Tages-und Jahreszeit. Die Höhenwinkel t sind dabei als konzentrische Kreise
und die Azimutwinkel / als sie senkrecht schneidende Radien - ausgehend von einer
nach Süden orientierten Bezugsachse B -. dargestellt: Am 1. April (ausgezogene Bahnkurve)
haben beispielsweise die Sonnenstrahlen bei einer Azimutalebene senkrecht zu der
Zeichenebene mit einem Azimutwinkel X von 290° einen Höhenwinkel t von etwa 200.
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Für jede - beliebig orientierte - Sonnenschutzeinrichtung läßt sich
nun mit denselben Koordinaten ein Ausblenddiagramm - vergleiche FIG 5 für die Erfindung
-zeichnen, das den Ausblendbereich darstellt; dieser ist in FIG 5 für senkrecht
zur Nord-Süd-Richtung verlaufende Prismen schraffiert dargestellt. Der Ausblendbereich
zeigt an, bis zu welchem Azimut- und Höhenwinkel (bezogen auf eine horizontale Basisfläche)
einfallende Lichtstrahlen von der Sonnenschutzeinrichtung wieder nach außen reflektiert
werden. Licht, das außerhalb des Ausblendbereiches einfällt, wird in den zu schützenden
aber
möglichst gut mit Tageslicht auszuleuchtenden Raum hindurchgelassen.
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Die Erfindung basiert nun auf der Einsicht, daß die Durchlässigkeit
einer Sonnenschutzeinrichtung für Tageslicht umso besser ist, je kleiner die Fläche
des Ausblendbereiches ist. Im Idealfall brauchte der Ausblendbereich nur ein ganz
schmaler Korridor K sein, in dessen Mitte die Bahnkurve eines Tages liegt (vgl.
die Bahnkurve des 1. April in FIG 1): Hierbei wäre dann eine vollständige Sonnenausblendung
während des ganzen Tages bei weitgehend ungehindertem Tageslichtdurchgang gewährleistet.
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Zum Vergleich hierzu ist in den Figuren 1 und 5 der Ausblendbereich
der bekannten Lamellen mit pyramidenförmigen Einzelprismen dargestellt: Er ist kreisförmig
und durch die gestrichelte Grenzkurve G3 begrenzt. Die Mitte dieses Ausblendbereiches
läßt sich bei der Darstellung nach FIG 1 durch ein Schrägstellen der Lamelle auf
der Nord-Süd-Achse nach unten verschieben (Grenzkurve G3' strichpunktiert angedeutet),
so daß die Sonnenschutzbedingung während des ganzen Jahres - und bei entsprechender
Nachführung auch während des Tages - erfüllt ist. Zugleich ist jedoch erkennbar,
daß die große Fläche des Ausblendbereiches im Bereich der Hauptarbeitszeit liegt,
wo reduzierte Tageslichtdurchlässigkeit besonders stört. Auffällig ist dabei, daß
die Kreisform des Ausblendbereiches nicht die entfernteste Ähnlichkeit mit der idealen
Kreisringform des Ausblendkorridors K hat.
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Die Erfindung beruht nun auf der weiteren Erkenntnis, daß die Form
des Ausblendbereiches der in den FIG 2 bis 4 dargestelkten Lamellen eine praktisch
brauchbare Annäherung an jenen Ausblendkorridor darstellt, wie ein Ver-
gleich
der FIG 1 und 5 ohne weiteres erkennen läßt: Vor allem verläuft die obere Grenzkurve
G2 des Ausblendbereiches praktisch gleichartig wie die Bahnkurven des Besonnungsdiagramms!
Auch hier läßt sich der Ausblendbereich durch Schrägstellen der Lamellen (Neigungswinkel
ß in FIG 2 gegen die Horizontale f 0) soweit nach unten verschieben, daß er einen
möglichst großen Bereich der Bahnkurven im Besonnungsdiagramm abdeckt. Die Grenzen
eines so verschobenen Ausblendbereiches sind in FIG 1 strichpunktiert eingezeichnet.
Die Ausblendbedingung ist somit während mehrerer Tage erfüllt und zwar ohne jede
Nachstellung während des Tages! Lediglich in der Umgebung der Sommersonnenwende
werden Sonnenstrahlen ganz früh und unmittelbar vor Sonnenuntergang durchgelassen.
Der ganze Bereich der jahreszeitlichen Änderung der Höhenwinkel (in der Meridianebene
470) läßt sich bei einem Ausblend-0 bereich von 12 in derselben Ebene demnach mit
nur vier Nachstellungen des Neigungswinkels ß der Lamellen abdekken! Hierzu bedarf
es nicht einmal einer aufwendigen Steuerung, da einfallende Sonnenstrahlen eine
rechtzeitige manuelle Nachstellung veranlassen werden.
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Dieses günstige Ausblendverhalten ist nun zusätzlich gepaart mit einer
- am Stand der Technik gemessen - optimalen Lichtdurchlässigkeit: Für die Hauptarbeitsstunden
ist der in FIG 5 dargestellte Ausblendbereich der Erfindung recht schmal und behindert
damit den Durchtritt vor allem des hellen Zenitlichtes nur wenig. Die beschriebenen
ausgezeichneten Ergebnisse werden mit einer überraschend einfachen Technik erreicht:
In der in FIG 2 dargestellten, in diesem Fall geneigten, Fensteröffnung F sind mehrere
Lamellen 1 um parallele, horizontale Längsachsen L drehbar angeordnet; die Lamellen
bestehen aus einem lichtdurchlässigen, lichtbrechenden Material; sie haben auf der
Außenseite eine ebene Basifläche 11 und weisen auf
der Innenseite
Prismenstäbe 10 auf, die von - vorzugsweise gleich langen - Kathetenflächen 12,
13 begrenzt sind, die ihrerseits einen Basiswinkel 2 von 900 einschließen (FIG 3).
Diese parallel zu den Längsachsen L verlaufenden Prismenstäbe 10 haben keinerlei
verspiegelte Flächen, arbeiten also nur mit Totalreflexion.
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Die Zuordnung der in den Figuren 1 und 5 verwendeten Koordinaten zu
diesen Lamellen und Prismenstäben ist aus FIG 4 ersichtlich: Repräsentativ für eine
Lamelle ist dort ein einziger Prismenstab 10 dargestellt, der von einer vertikalen
Azimutalebene A geschnitten wird, die mit einer Bezugsachse B einen Azimutwinkel
J einschließt.
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Die Bezugsachse B verläuft dabei senkrecht zur Längsachse und parallel
zur Basisfläche 11 des Prismenstabes 10. Der Höhenwinkel eines Sonnenstrahles in
der Azimutalebene A bezogen auf die horizontal angenommene Bezugsfläche 11 des Prismenstabes
ist mit t bezeichnet.
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Das Ausblenddiagramm nach FIG 5 gilt für die in FIG 4 vorausgesetzte
Anordnung des Prismenstabes mit horizontaler Basisfläche 11 und nach Süden gerichteter
Bezugsachse B. Das Ausblenddiagramm gilt somit für einen Neigungswinkel B von 0°
in FIG 2. Wie schon erwähnt, verschiebt sich der Ausblendbereich bei einem von 0
abweichenden Neigungswinkel ß parallel nach unten.
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Form und Lage des Ausblendbereiches in FIG 5 gelten nur für die Ausrichtung
der Lamellen quer zur Nord-Süd-Richtung. Bei einer anderen Ausrichtung der Fensteröffnungen
und Lamellen gelten jedoch grundsätzlich die gleichen Überlegungen und Aussagen:
Es lassen sich auch hierbei die den Ausblendbereich begrenzenden Grenzkurven berechnen,
die dann jedoch etwas verzerrt verlaufen. Das gleiche gilt jedoch dann auch für
die Bahnkurven im Besonnungsdiagromm nach FIG 1.
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Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Sonnenschutzeinrichtung
besteht auch darin, daß sich die Lamellen - beispielsweise in der Übergangszeit
- so einstellen lassen, daß gezielt Sonnenstrahlen zur Aufheizung des Raumes in
diesen gelenkt werden.