DE9014975U1 - Anordnung mit variabler Transparenz - Google Patents

Description

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Anordnung mit variabler Transparenz

Die Neuerung betrifft eine Anordnung für Gebäude und Fahrzeuge gemäß dem Oberbegriff des Schutzanspruches 1.

Aus der DE-OS 38 07 598 ist eine in Transmission und/oder Reflexion schaltbare Anordnung für Glas- oder Kunststoffscheiben, insbesondere für Isoiiervergiasungen, bekannt, bei welcher sich ein transparentes Substrat mit einer gitterartigen Beschichtung und eine transparente Scheibe mit einer entsprechenden gitterartigen Beschichtung in möglichst geringem Abstand gegenüberliegen, wobei die Gitterstabelemente der Beschichtungen lichtundurchlässig sind. Mit Hilfe randseitig angreifender Piezoaktuatoren können Scheibe und Substrat so gegeneinander verschoben werden, daß die Gitterstabelemente der beiden Beschichtungen entweder in Deckung oder in Nichtdeckung, d.h. auf Lücke sind. Im ersten Fall ist die Anordnung lichtdurchlässig (Transmission), im zweiten Fall lichtundurchlässig (Reflexion). Auch in der Transmissions-Stellung der Anordnung wird durch die Gitterstabelemente der äußeren Beschichtung bereits ein Teil des einfallenden Lichtes reflektiert, so daß die Transparenz stets erheblich kleiner als 100 1 ist. Falls in der Reflexions-Stellung eine lückenlose Verdunkelung der Scheiben gegeben sein soll, liegt die Transparenz aus geometrischen Gründen höchstens bei etwa 50 1. Die Herstellung der gitterartigen Beschichtungen erfolgt in der Weise, daß sie zuerst flächig aufgetragen und dann wieder teilweise entfernt werden.

Die beschriebene Anordnung wirkt als ein in ein Fensterelement integrierter Licht- und Blendschutz und ist damit quasi ein Rolladenersatz.

Durch die reduzierte maximale Transparenz wird auch die in den Raum hinter dem Fensterelement eingestrahlte Wärmemenge verringert, so daß sich der Raum weniger aufheizt.

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Zusammenfassend kann also gesagt werden, daß die Anordnung nach der DE-OS 38 07 598 dazu dient, die maximale, durch ein Fensterelement eingestrahlte Licht- und Wärmemenge zu reduzieren und nach Bedarf eine weitere, gezielte Reduzierung der eingestrahlten Licht- und Wärmemenge zumindest annähernd bis auf den Wert "Null" zu ermöglichen.

Demgegenüber besteht die Aufgabe der Neuerung darin, bei einer Anordnung der eingangs genannten Art für Gebäude und Fahrzeuge über die gezielte Variation der Transparenz hinaus eine Nutzung des einfallenden Sonnenlichtes zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird durch das im Schutzanspruch 1 gekennzeichnete Merkmal gelöst.

Durch die Ausführung mindestens einer rasterartigen Schicht auf einer der beiden Scheiben als photovoltaisch wirksame Dünnschicht läßt sich das einfallende Sonnenlicht sinnvoll zur Erzeugung von elektrischem Strom nutzen, welcher direkt an entsprechende Verbraucher weitergeleitet oder für eine spätere Verwendung gespeichert werden kann. Sowohl bei Gebäuden als auch bei Fahrzeugen ist es häufig ein Problem, daß die Sonnenenergie am falschen Platz bzw. in der falschen Form zur Wirkung kommt. Anstatt einen Raum in unerwünschter Weise aufzuheizen kann das Sonnenlicht gemäß der Neuerung gezielt "ausgesperrt" und über den Weg der photovoltaisehen Stromerzeugung sogar zur Kühlung (z.B. Gebläseantrieb) verwendet werden.

Die Schutzansprüche 2 bis 9 enthalten bevorzugte Ausgestaltungen der Anordnung nach Anspruch 1.

Die Neuerung wird anschließend anhand der Zeichnungen noch näher erläutert. Dabei zeigen in vereinfachter, nicht maßstäblicher Darstellung:

Fig. 1 einen Teilschnitt durch eine Anordnung mit relativ niedriger maximaler Transparenz in lichtdurchlässiger Stellung,

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Fig. 2 den entsprechenden Teilschnitt bei lichtundurchlässiger Stellung der Anordnung,

Fig. 3 einen Teillängsschnitt durch ein Isolierglasfenster im Bereich des Verschiebemechanismus,

Fig. 4 einen Teilquerschnitt gemäß Schnittverlauf IV-IV in Fig. 3.

Die Anordnung 1 nach Fig. 1 und 2 stellt den einfachsten Fall zur Realisierung der vorliegenden Neuerung dar. Zwei ebene, lichtdurchlässige Scheiben 3 und 4 sind in geringem Abstand parallel angeordnet und auf ihren einander zugewandten Seiten mit rasterartigen Beschichtungen versehen. Die Scheiben 3 und 4 bestehen vorzugsweise aus Glas, es können jedoch beide oder eine der Scheiben auch aus Kunststoff hergestellt sein. Ebenso sind Verbundscheiben verwendbar.

Die äußere, unmittelbar dem Lichteinfall ausgesetzte Scheibe 3 ist mit einer photovoltaisch wirksamen Dünnschicht 8, vorzugsweise auf der Basis von amorphem Silizium, versehen, die innere Scheibe 4 mit einer vorzugsweise in Siebdrucktechnik hergestellten Farbschicht 9. Die Dicke dieser Schichten ist zur Verdeutlichung stark vergrößert dargestellt.

Die Dünnschicht 8 umfaßt - regelmäßig abwechselnd - transparente, d.h. freigelassene Bereiche 10 der Breite &khgr; und undurchsichtige Bereiche 12 der Breite t - x, wobei t die Teilung des Rasters ist. Die Farbschicht 9 umfaßt transparente, d.h. freigelassene Bereiche 11 der Breite y und undurchsichtige Bereiche 13 der Breite t - y, wobei t wiederum die Teilung des Rasters darstellt und mit derjenigen der Dünnschicht 8 identisch ist.

Die in Fig. 1 und 2 im Querschnitt dargestellten, in großer Zahl vorhandenen, transparenten Bereiche 10 sind als gerade, parallele Linien ausgeführt, welche sich zumindest weitgehend über die gesamte Tiefe der Anordnung 1 erstrecken. Dasselbe gilt für die Bereiche 11. Da die Bereiche 11 breiter sind als die Bereiche 10, wird die maximale Transparenz der

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Anordnung 1 durch die geometrische Aufteilung der Dünnschicht 8 bestimmt. Unter der Voraussetzung eines parallelen Linienrasters gilt:

Transparenz = &khgr; = Breite des transparenten Bereiches t Teilung des Rasters

Im vorliegenden Fall beträgt die maximale Transparenz etwa 15 X, was einen relativ niedrigen Wert darstellt. Vorteilhaft dabei ist eine gute photovoltaische Ausnutzung der lichtbeaufschlagten Fläche mit nur einer photovoltaisch wirksamen Schicht. Andererseits bewirkt die niedrige Transparenz eine ziemlich starke Verdunkelung des hinter der Anordnung befindlichen Raumes, was ebenfalls erwünscht sein kann.

Um eine völlige Verdunkelung zu ermöglichen, muß die Breite der undurchsichtigen Bereiche 13 der Farbschicht 9 mindestens so groß sein wie die Breite der transparenten Bereiche 10 der Dünnschicht 8 (siehe hierzu Fig. 2).

Um die maximale Transparenz nicht einzuschränken, darf die Breite der undurchsichtigen Bereiche 13 der Farbschicht 9 höchstens so groß sein wie die Breite der undurchsichtigen Bereiche 12 der Dünnschicht 8. In der Praxis wird man für die Bereiche 13 eine Breite wählen, welche zwischen diesen Grenzwerten liegt und einerseits eine völlige Verdunkelung ermöglicht, andererseits zu einer gewissen Unempfindlichkeit der Anordnung gegenüber kleinen Relativverschiebungen und Rasterfehlern führt. Im vorliegenden Fall wurde

y = i

gewählt, das heißt, die transparenten Bereiche 11 und die undurchsichtigen Bereiche 13 der Farbschicht 9 sind - etwa - gleich breit.

Wie in Fig. 2 zu erkennen ist, wird durch eine Relativverschiebung der Scheiben 3 und 4 um etwa die halbe Teilung

t 2

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eine vollständige Verdunkelung erzielt. Der Übergang von maximaler Transparenz zu vollständiger Verdunkelung und umgekehrt kann schrittweise oder stufenlos erfolgen, wobei beliebige Zwischenstellungen (Teilverdunkelung) möglich sind.

Die bei einer neuerungsgemäßen Anordnung maximal realisierbare Transparenz kann - unter der Voraussetzung der Möglichkeit vollständiger Verdunkelung - aus geometrischen Gründen nicht größer sein als etwa 50 1. In diesem Fall sind bei beiden Scheiben die transparenten und die undurchsichtigen Bereiche jeweils gleich breit und damit flächengleich (Linienraster).

Mit zunehmender maximaler Transparenz sinkt natürlich die elektrische Leistung der Anordnung, da die photovoltaisch genutzte Fläche kleiner wird. Dieser Nachteil ist teilweise kompensierbar, indem die zweite, innere Scheibe statt mit einer Farbschicht ebenfalls mit einer photovoltaisch wirksamen Dünnschicht versehen wird. Diese zweite Dünnschicht erzeugt dann allerdings erst bei teilweiser bzw. vollständiger Verdunkelung Strom, da sie in der Stellung "maximale Transparenz" vom äußeren Dünnschichtraster verdeckt wird.

Unter der Voraussetzung, daß eine vollständige Verdunkelung nicht erforderlich ist, sind auch maximale Transparenzwerte über 50 % realisierbar. Dies ist einerseits durch die geometrische Rasteraufteilung möglich, andererseits durch die Verwendung von Färb- und Photovoltaikschichten mit einer definierten Eigentransparenz. Alle diese Fälle sind für sich verständlich und deshalb nicht bildlich dargestellt.

Bei der praktischen Auslegung einer neurungsgemäßen Anordnung wird man in der Regel zunächst die maximale Transparenz in Abhängigkeit von den jeweiligen Beleuchtungs- und Wärmeanforderungen vorgeben. In Abhängigkeit davon wird dann über Art, Anzahl, Struktur usw. der Dünnschicht(en) bzw. der Farbschicht entschieden.

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Hinsichtlich der Rastergeometrie wurde in den voranstehenden Ausführungen stets von einem parallelen Linienraster ausgegangen.

Es ist ebenso möglich, die transparenten Bereiche in Form von sich kreuzenden, geraden bzw. gekrümmten Linien oder in Form von vielen kleinen, separaten Flächen definierter Form (z.B. Quadrate, Rechtecke, Rauten, Vielecke, Kreise, Ellipsen) anzuordnen. Die Transparenz entspricht dann dem Verhältnis der durchsichtigen Fläche zur Gesamtfläche.

Der optische Eindruck eines Rasters ist umso unaufdringlicher und unauffälliger, je feiner seine Struktur, d.h. seine Teilung ist. Mit zunehmender Feinheit ergibt sich letztlich der Eindruck einer gleichmäßig getönten Fläche. Zunehmende Feinheit erfordert aber auch genauere Beschichtungsmethoden, Scheibenführungen, Verstellmechanismen etc..

Bei einem parallelen Linienraster dürfte in der Praxis eine Teilung von ca. 2 mm für einen gleichmäßigen optischen Eindruck fein genug sein.

Die Anwendungsmöglichkeiten der Neuerung in Gebäuden und Fahrzeugen, beispielsweise im Dachbereich von Kraftfahrzeugen, bringen es mit sich, daß die jeweilige Anordnung in manchen Fällen in gekrümmte Flächen integriert werden muß. Dann wird die Anordnung selbst gekrümmt ausgeführt, d.h. sie umfaßt mindestens zwei zylindrisch oder sphärisch gekrümmte, beschichtete, konzentrisch angeordnete und - um eine Achse - relativ zueinander schwenkbare Scheiben.

Unabhängig davon, ob die Scheiben eben oder gekrümmt sind, wird man in der Regel der Einfachheit halber nur eine Scheibe beweglich machen. Es ist jedoch auch denkbar, beide Scheiben beweglich anzuordnen.

Der Abstand der beiden Scheiben soll aus optischen Gründen möglichst klein sein. Falls die Beschichtungen ausreichend abriebfest sind, kann man die Scheiben auch unter Berührung aufeinander gleiten lassen.

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Die Verstell bewegung kann automatisch oder von Hand in Stufen oder stufenlos erfolgen.

Die erzeugte elektrische Energie wird entweder unmittelbar einem Verbraucher, z.B. einem Ventilator, zugeführt oder in Batterien zwischengespeichert, wobei auch die Möglichkeit der Einspeisung in das öffentliche Stromnetz besteht, ggf. über einen Wechselrichter.

Herkömmliche Sonnenblenden bzw. Verdunkelungseinrichtungen können entfallen.

Die Fig. 3 und 4 zeigen die Anwendung der Neuerung am Beispiel eines Isolierglasfensters für ein Gebäude.

Das Isolierglasfenster 2 umfaßt eine äußere Scheibe 5, eine innere Scheibe 7 sowie einen die Scheiben auf Distanz haltenden, den Innenraum 17 hermetisch abdichtenden Fensterrand 16. Neuerungsgemäß ist noch eine weitere, vertikal bewegliche Scheibe 6 im Innenraum 17 angeordnet, welche von Federelementen 23 leicht gegen die äußere Scheibe 5 gedrückt wird, um auf dieser zu gleiten.

Die äußere Scheibe 5 weist auf ihrer Innenseite ein als photovoltaisch wirksame Dünnschicht ausgeführtes Raster auf, angedeutet bei 14 in Form horizontaler, paralleler Linien. Die bewegliche Scheibe 6 weist auf ihrer Außenseite ein bei 15 angedeutetes Raster auf, welches als Farbschicht, d.h. als reines Blendenraster, oder ebenfalls als photovoltaisch wirksame Dünnschicht ausgeführt sein kann. Die vertikale Teilung der Raster 14 und 15 ist gleich.

Die Verstellung der Scheibe 6 erfolgt manuell mit Hilfe des dargestellten Verschiebemechanismus. Die im mittleren Bereich horizontale untere Kante der Scheibe 6 geht zum linken und rechten Scheibenrand hin in je einen schrägen, nach außen linear ansteigenden Bereich über. Die schrägen Kantenbereiche liegen auf zwei Gleitkeilen 22 auf, welche auf dem

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horizontalen Schenkel eines Winkel profil es 24 horizontal beweglich geführt sind. Werden die Gleitkeile 22 aufeinander zu bewegt, hat dies eine Bewegung der Scheibe 6 nach oben zur Folge. Die Kraftübertragung auf die Gleitkeile 22 erfolgt über zwei Gelenkstangen 21, welche zur Scheibenmitte hin an einem gemeinsamen Schwenkhebel 18 angelenkt sind. Am oberen Ende des Schwenkhebels 18 ist ein scheibenförmiger Magnet 19 befestigt, dessen eine Stirnseite in geringem Abstand zur Scheibe 7 steht. Auf der gegenüberliegenden, zugänglichen Seite der Scheibe 7 wird durch die magnetische Anziehungskraft ein weiterer Magnet 20 (oder eine ferromagnetische Scheibe) festgehalten, welcher vom Bediener bewegt werden kann. Auf diese Weise erfolgt die Kraftübertragung vom Bediener auf den Verschiebemechanismus berührungslos und ohne Beeinträchtigung der hermetischen Abdichtung des Innenraumes 17 des Isolierglasfensters.

Die in Fig. 3 mit dem Winkel &agr; gekennzeichnete Stellung des Schwenkhebels 18 entspricht der obersten Stellung der Scheibe 6. Eine Bewegung des Schwenkhebels 18 in die Vertikale hat eine Absenkung der Scheibe 6 zur Folge. Der maximale Verschiebeweg der Scheibe 6 wird zweckmäßigerweise so groß wie die halbe Rasterteilung gewählt.

Der vertikale Schenkel des Winkelprofiles dient einerseits zur Lagerung der Schwenkhebelachse, andererseits als Blende zur optischen Abdeckung des Verschiebemechanismus.

Die elektrischen Anschlüsse der photovoltaischen Schicht(en) werden durch den Fensterrand 16 nach außen geführt und ebenfalls hermetisch abgedichtet, so daß auch hierdurch keine Beeinträchtigung der Isolierwirkung des Fensters zu erwarten ist.

Claims (9)

26.10.1990, 2633A Pfister/Th 10993 Anordnung mit variabler Transparenz Schutzansprüche

1. Anordnung für Gebäude und Fahrzeuge mit zwei ebenen oder zylindrisch oder sphärisch gewölbten, parallel oder konzentrisch angeordneten Scheiben aus durchsichtigem Material, welche zur Reduzierung der maximalen Lichtdurchlässigkeit sowie zur weiteren, stufenlosen Veränderung der Lichtdurchlässigkeit bis hin zur Undurchsichtigkeit auf ihren einander zugewandten Seiten beide mit einer rasterartigen, in der Teilung gleichen, abwechselnd aus durchsichtigen und - zumindest weitgehend - undurchsichtigen Bereichen bestehenden Schicht versehen und relativ zueinander verschiebbar sind, wobei sich die beiden Schichten in geringem Abstand oder unter gegenseitiger Berührung gegenüberstehen, dadurch ge kennzeichnet, daß zumindest die Schicht auf einer (3) der beiden Scheiben (3, 4) als photovoltaisch wirksame Dünnschicht (8) ausgeführt ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die photovoltaisch wirksame Dünnschicht (8) auf der Basis von amorphem Silizium aufgebaut ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2 mit einer relativ niedrigen maximalen Transparenz, vorzugsweise mit einer Transparenz von etwa 15 1, dadurch gekennzeichnet, daß die direkt dem Sonnenlicht ausgesetzte, äu- ßere Scheibe (3) mit einer rasterartigen, photovoltaisch wirksamen Dünn- schicht (8) versehen und fest installiert ist, und daß die innere Schei- be (4) mit einer rasterartigen, vorzugsweise in Siebdrucktechnik aufge- tragenen, undurchsichtigen Farbschicht (9) versehen und relativ zur äu- ßeren Scheibe (3) beweglich installiert ist.

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4. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2 mit einer relativ hohen maximalen Transparenz, vorzugsweise mit einer Transparenz von annähernd 50 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere und die innere Scheibe mit je einer rasterartigen, photovoltaisch wirksamen Dünnschicht versehen sind, und daß die äußere Scheibe fest, die innere Scheibe relativ zu dieser beweglich installiert ist.

5. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, da durch gekennzeichnet, daß die Scheiben (3, 4; 5, 6) relativ zueinander von Hand und/oder automatisch bewegbar sind.

6. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, da durch gekennzeichnet, daß die transparenten Bereiche (10, 11) der rasterartigen Dünnschicht (8) bzw. Farbschicht (9) als parallele Linien, als sich kreuzende Linien oder als Vielzahl von separaten, kleinen Flächen definierter Form ausgeführt sind.

7. Anordung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie elektrisch direkt mit mindestens einem Verbraucher, mit mindestens einem Energiespeicher und/oder mit dem öffentlichen Stromnetz verbindbar ist, wobei für letzteren Fall bedarfsweise eine Wechselrichterschaltung vorhanden sein kann.

8. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, welche in ein Isolierglasfenster für ein Gebäude integriert ist, wobei das Isolierglasfenster mindestens eine äußere Scheibe, eine zu dieser beabstandete innere Scheibe sowie einen von den Scheiben und dem Fensterrand umgrenzten, hermetisch abgedichteten Innenraum umfaßt, dadurch gekenn zeichnet, daß die äußere Scheibe (5) des Isolierglasfensters (2) mit einer rasterartigen, photovoltaisch wirksamen Dünnschicht (Raster 14) versehen ist, daß die zweite, mit einer rasterartigen Farbschicht (Raster 15) oder einer photovoltaisch wirksamen Dünnschicht versehene Scheibe (6) mechanisch verschiebbar in dem abgedichteten Innenraum (17) angeordnet ist, und daß die Kraftübertragung vom Bediener auf den Verschiebemechanismus magnetisch (Magnete 19, 20) durch die innere Scheibe (7) des Isolierglasfensters (2) erfolgt.

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9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiebbare Scheibe (6) vertikal beweglich gelagert ist, daß der Verschiebemechanismus aus einem Schwenkhebel (18) mit einem Magnet (19), aus zwei mit dem Schwenkhebel (18) verbundenen Gelenkstangen (21) sowie aus zwei von letzteren betätigten Gleitkeilen (22) mit entsprechenden Gleitflächen zum Fensterrand hin (Winkelprofil 24) und an der verschiebbaren Scheibe (6) besteht, und daß die elektrischen Anschlüsse der photovoltaisch wirksamen Dünnschicht(en) durch den Fensterrand (16) nach außen geführt und hermetisch abgedichtet sind.