WO1997019372A1

WO1997019372A1 - Lichtleitplatten

Info

Publication number: WO1997019372A1
Application number: PCT/DE1996/002034
Authority: WO
Inventors: Volker Benz; Michael Meier-Kaiser; Michael Müller
Original assignee: Röhm Gmbh
Priority date: 1995-11-23
Filing date: 1996-10-25
Publication date: 1997-05-29
Also published as: DE19680995D2; AU7620096A

Abstract

Die Erfindung betrifft Lichtleitplatten aus transparenten Kunststoffen. Dabei werden in die aus einem transparenten Kunststoff A bestehenden Platten mehrere dünne Bänder aus einem Kunststoff B eingefügt, mit der Maßgabe, daß sich A und B im Brechungsindex oder im thermischen Ausdehnungskoeffizienten unterscheiden.

Description

LICHTLEITPLATTEN

BESCHREIBUNG

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft Lichtleitplatten aus transparentem Kunststoff die zur besseren Ausleuchtung von Räumen mittels Tageslicht dienen

Aufgabe und Losung

Zu den ganz im Vordergrund stehenden Aufgaben der Technik gehört die Energieeinsparung bzw die Schonung der vorhandenen Ressourcen Die diesbezüglichen Untersuchungen haben sich neben der Einsparung fossiler Energieträger auch der Verminderung des Verbrauchs an elektrischer Energie zugewandt

Ein Problem bei der Ausleuchtung von relativ tiefen Räumen mit Tageslicht besteht dann, daß besonders bei steil stehender Sonne der hintere, fensterabgewandte Bereich der Räume nicht adäquat ausgeleuchtet ist [vgl Fig 1 ] Dieser Umstand fuhrt dazu, daß Teile des Raums auch tagsüber schon mit Kunstlicht ausgeleuchtet werden müssen, was sowohl energetisch als auch ergonomisch von Nachteil ist Fig 1 stellt einen typischen Innenraum dar Für Fig 1 gelten die folgenden Bezugszeichen

S = Einfallendes Sonnenlicht H = Zone relativer Helligkeit

F = Fenster D = Zone relativer Dunkelheit

T = Tur

Die vorliegende Erfindung hat sich nun zur Aufgabe gesetzt, hier Abhilfe zu schaffen Zur Losung des Problems werden sogenannte Lichtleitelemente eingesetzt Diese Lichtleitelemente sammeln - über einen Teil der Fensterflache - das Tageslicht und lenken es in die Tiefe des Raums oder gegen die Decke (Fig 2) Die Lichtleitelemente bewirken somit eine Umlenkung des von außen steil einfallenden Tageslichts Fig 2 stellt den in Fig 1 abgebildeten Raum nunmehr ausgestattet mit dem erfindungsgemaßen Lichtleitelement in einem Teil der Fensterflache dar Das Bezugszeichen LLP steht für die Lichtleitplatte Die übrigen Bezugs¬ zeichen entsprechen denen in Fig 1

Um die gewünschte Umlenkung zu erzielen, wird eine Lichtleitplatte LLP mit folgendem Aufbau vorgeschlagen (Fig 3)

In eine - in der Regel ebene - Platte aus transparentem Kunststoff A mit dem Brechungsindex ΠA werden dünne Bander, aus einem Kunststoff B mit dem Brechungsindex ne eingefugt, vorzugsweise einextrudiert, mit der Maßgabe, daß ΠA großer nß ist, oder daß Kunststoff B und Kunststoff A sich durch einen Trennspalt voneinander abgelost haben Durch beide, an sich unter¬ schiedliche Merkmale, kann der Lichtleiteffekt erzielt werden Die Trenn¬ flache der Materialien bzw der Mateπalubergang ist dabei dement¬ sprechend entweder nur infolge des Unterschieds der Brechungsindices bemerkbar oder ist - bei Bildung des Trennspalts - als spiegelnde Flache sehr deutlich erkennbar

Die aus Kunststoff B bestehenden Bander können sowohl senkrecht zur Plattenoberflache als auch in einem Winkel γ < 90° zur Plattenoberflache angeordnet sein

Tritt ein Lichtstrahl auf eine Lichtleitplatte LPP der beschriebenen Art, so gelten an der Grenzflache zwischen den Kunststoffen A und B die Gesetze der Totalreflexion Der Grenzwinkel der Totalreflexion CXG hangt nur von den Brechungsindices der beiden Kunststoffe ab

Für den Fall, daß sich der Kunststoff B vom Kunststoff A gelost hat und damit ein Spalt zwischen den Bandern und der sie umgebenden Matrix vorliegt gilt

CXG = are sin ΠA/1 Ist der Winkel CXE, mit dem der Lichtstrahl auf die Grenzflache auftritt kleiner als der Grenzwinkel αG, so erfolgt Totalreflexion (Fall I in Fig 4) Der steil einfallende Lichtstrahl wird auf eine flachere Bahn oder nach oben abgelenkt

Ist der Winkel CXE großer als αG (Fall II in Fig 4), so tritt der einfallende Lichtstrahl durch die Grenzflache hindurch Da der bevorzugte Herstellungs¬ modus der Lichtleitplatten LLP die Koextrusion der Platte samt eingefugten dünnen Bandern ist, bieten sich in erster Linie koextrusionsfahige, transparente Thermoplasten an, wobei die o g Bedingung ΠA > ne zu beachten ist Der Unterschied Δn betragt vorzugsweise mindestens 0,05 Je großer der Brechungsindexunterschied ist desto großer ist auch der Grenzwinkel αG und damit die Wirksamkeit des Systems Eine ausreichende Wirksamkeit des Systems auch bei kleinen Grenzwinkeln αG kann durch Schragstellen der Bander aus Kunststoff (γ < 90°) erreicht werden Durch die Schragstellung der Bander wird der Einfallswinkel auf die Grenzflache αE verkleinert (Fall II in Fig 4)

Als derartige Kunststoffe A können beispielsweise Polymethylmethacrylat (PMMA und Copolymerisate) oder Polycarbonat (PC) eingesetzt werden, als Kunststoff B kommen - sofern der Kunststoff A aus Polycarbonat besteht - PMMA desweiteren fluorierte Polymere infrage

Es hat sich bei Versuchen zur Herstellung von Lichtleiterplatten, wie sie obenstehend beschrieben wurden, gezeigt, daß noch ein weiteres Merkmal zu unerwarteten Lichtleitereffekten fuhrt Es wurde gefunden, daß bei Un¬ verträglichkeit des Kunststoffes B mit dem Kunststoff A wenn also das dünne Band aus dem Kunststoff B keine Haftung mit der Matrix, dem Kunst¬ stoff A hat und von diesem durch einen dünnen Spalt getrennt ist, die Licht- leitungswirkung erhöht wird Die Ablösung des Kunststoffbandes von dem Matrixpolymeren A ist optisch leicht zu erkennen Das Kunststoffband scheint eine spiegelnde Oberflache zu besitzen Dies ist ein Zeichen, daß der dünne Spalt entlang der Oberflache des Bandes eine ausgeprägte Total¬ reflexion hervorgerufen hat Die Brechungsindizes von Luft und dem Matrix- Kunststoff A unterscheiden sich noch viel starker, als die von Kunststoff B und dem Matrix-Kunststoff A, entsprechend der oben angegebenen Formel, was die hohe Totalreflexion erklart

Es konnte bislang noch nicht festgestellt werden, ob der Spalt ursprünglich mit Luft gefüllt ist, oder mehr oder weniger luftleer ist Anzunehmen ist, daß der Spalt sich im Laufe der Zeit durch Nachdiffusion von Luft durch den Kunststoff A hindurch mit Luft füllt

Die Ablösung der beiden Kunststoffe A und B voneinander wird durch unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten begünstigt Sie erfolgt beim Abkühlen der Extrusionsmasse Das Band sollte dabei bevorzugt starker schwinden als die Matrix, d h Kunststoff B sollte den höheren thermischen Ausdehnungskoeffizienten besitzen als Kunststoff A Bereits geringe Unterschiede im thermischen Ausdehnungskoeffizienten von > 0,001 % fuhren zum erfindungsgemaßen Effekt

Bei Bildung des Trennspaltes zwischen den Kunststoffen A und B ist es unerheblich, ob die beiden Kunststoffe sich im Brechungsiπdex noch im anfangs beschriebenen Sinne unterscheiden Der Brechungsindex von Kunststoff A kann bevorzugt hoher, aber auch gleich oder niedriger sein als der von Kunststoff B Die durch Bildung des Trennpunktes hervorgerufene Totalreflexion ist auf jeden Fall stark genug, um einen eindrucksvollen Licht- leiteffekt zu bewirken Die Breite des Trennspalts muß großer als 1 μm sein

Die Dicke der Lichtleitplatten LLP hegt im allgemeinen im Bereich 2 bis 20 mm Die eingefugten, vorzugsweise einextrudierten Bander aus dem Kunststoff B besitzen in der Regel eine Dicke von 0,05 - 0,5 mm und eine Breite von 50 bis 95 % bezogen auf die Dicke der aus A bestehenden Platte Im allgemeinen sind die Bander aus dem Kunststoff B regelmäßig in gegenseitigen Abstanden von 2 bis 40 mm in den Kunststoffplatten A angeordnet Die übrigen Abmessungen der Lichtleitplatten LLP werden zweckmäßig den Verglasungseinheiten insbesondere den Fenster- oder Tur-Formaten angepaßt Eine Beschrankung der Abmessungen bedingt durch die angewendete Extrusionstechnologie ist in der Regel nicht zu erwarten

Die Herstellungstechnologie mittels Extrusion in einer Extrusionsanlage mittels Mehrmateπalduse entspricht dem Stand der Technik (DE-A 4 326 232)

Die erfindungsgemaßen Lichtleitplatten LLP werden anhand der Fig 3 erläutert Dabei bedeuten die Bezugszeichen

(1 ) = Lichtleitplatte LLP aus Kunststoff A

(2) = eingefugte dünne Bander aus Kunststoff B

(3) = Abstand zwischen den eingefugten dünnen Bandern

Zur Halterung der erfindungsgemaßen Lichtleitplatten kann man sich an sich bekannter Halterungsprofile für Platten aus organ Glasern bedienen

Vorteilhafte Wirkungen

Die erfindungsgemaßen Lichtleitplatten können mit Erfolg zur besseren Ausleuchtung von Räumen, u a Werkstatten, Sälen, Kellern, Gewölben, Schachten, gegebenenfalls auch Fahrzeugen wie Schiffen u a eingesetzt werden Ihre Anwendung kann nicht nur zur Energieersparnis sondern auch zur besseren ergonometrischen Gestaltung von Arbeitsraumen beitragen

Claims

ANSPRUCHE

Lichtleitplatten aus transparenten Kunststoffen dadurch gekennzeichnet daß in die aus einem transparenten Kunststoff A mit einem Brechungsindex ΠA bestehenden Platten mehrere dünne Bander aus einem Kunststoff B mit einem Brechungsindex ne eingefugt sind, mit der Maßgabe daß ΠA großer ne ist, oder daß zwischen Kunststoff A und den Bandern aus Kunststoff B ein Trennspalt vorliegt

Lichtleitplatten gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem Kunststoff B bestehenden Bander senkrecht zur Platten¬ oberflache angeordnet sind

Lichtleitplatten gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem Kunststoff B bestehenden Bander unter einem Winkel γ < 90° zur Plattenoberflache angeordnet sind

Lichtleitplatten gemäß den Ansprüchen 1 bis 3 dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Kunststoffe A und B aus thermoplastischem Material bestehen

Lichtleitplatten gemäß den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß sie nach dem Verfahren der Koextrusion hergestellt

Lichtleitplatten gemäß den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß sie Dicken im Bereich 2 bis 30 mm besitzen Lichtleitplatten gemäß den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die dünnen Bander eine Dicke von 0,05 bis 0,5 mm besitzen

Lichtleitplatten gemäß den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß ihre Abmessungen den Formaten der bestehenden Verglasungseinheiten angepaßt sind

Verglasungseinheiten enthaltend Lichtleitplatten gemäß den Ansprüchen 1 - 8