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"Fensterscheibe"
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Die Erfindung betrifft eine Fensterscheibe, bestehend aus mindestens
einer Tragscheibe aus lichtdurchlässigem Material und einer auf der Tragscheibe
aufgebrachten Zusatzschicht, wobei mit Hilfe der Zusatzschicht der Durchtritt von
Lichtstrahlung und/oder Wärmestrahlung durch die Fensterscheibe hemmbar ist.
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Bei der Anmelderin aus der Praxis bekannten Fensterscheiben der zuvor
erläuterten Art handelt es sich bei der Zusatzschicht um eine durch Aufdampfen aufgebrachte
Metallschicht, die insbesondere Wärmestrahlung weitgehend reflektiert, also nicht
durch die Fensterscheibe durchtreten läßt. Gleichzeitig mit dem Durchtritt der Wärmestrahlung
wird auch der Durchtritt von Lichtstrahlung zumindest zum Teil gehemmt. Derartige
Fensterscheiben werden heutzutage häufig insbesondere bei klimatisierten Bürogebäuden
eingesetzt, wobei Reflektions- und Transmissionsgrade werksseitig vorgegeben sind.
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Reflektions- und Transmissionsgrade lassen sich im Betrieb später
nicht verändern, so daß sie schon von Anfang an auf einen Kompromiß hin ausgelegt
werden müssen. Einerseits nämlich soll der Durchtritt von Lichtstrahlung und/oder
Wärmestrahlung bei großer Außenhelligkeit und/oder hoher Außentemperatur stark gehemmt
werden, was einen relativ hohen Reflektionsgrad erfordern würde, andererseits soll
bei geringer Außenhelligkeit und/oder geringer Außentemperatur ein möglichst hoher
Prozentsatz von Lichtstrahlung und/oder Wärmestrahlung durch die Fensterscheibe
hindurchtreten, was einen hohen Transmissionsgrad erfordern würde.
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Im übrigen sind aus der Praxis automatisch eintrübende Gläser bekannt,
beispielsweise und insbesondere für Sonnenbrillen, die von selbst auf die Außenhelligkeit
reagieren, Einerseits dind diese automatisch eintrübenden Gläser aus herstellungstechnischen
Gründen nicht ohne weiteres für Fensterscheiben verwendbar, andererseits haben derartige
eintrübende Gläser vergleichsweise lange Erholzeiten, d. h. es dauert relativ lange,
bis bei sinkender Außenhelligkeit die Eintrübung der Gläser wieder verringert wird.
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Schließlich ist es natürlich seit langem bekannt, den Durchtritt von
Lichstrahlung und/oder Wärmestrahlung durch eine Fensterscheibe dadurch zu hemmen
bzw. zu beeinflussen, daß man zusätzlich zu der Fensterscheibe Jalousien od. dgl.
vorsieht.
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Ausgehend von dem zuvor erläuterten Stand der Technil liegt der Erfindung
nun die Aufgabe zugrunde, eine Fensterscheibe der eingangs erläuterten Art anzugeben,
bei der eine frei einstellbare Durchlässigkeit für Lichtstrahlung und/oder Wärmestrahlung
gegeben ist.
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Die erfindungsgemäße Fensterscheibe, bei der die zuvor aufgezeigte
Aufgabe gelöst ist, ist dadurch gekennzeichnet, daß als Zusatzschicht eine Flüssigkristallschicht
vorgesehen ist, daß zwei parallel oder senkrecht zueinander ausgerichtete Polarisatorschichten
vorgesehen sind und daß die Polarisatorschichten auf beiden Seiten der Flüssigkristallschicht
angeordnet sind.
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Flüssigkristallschichten sind seit Anfang der Siebzigerjahre in größerem
Umfang bekannt und haben bislang nur Anwendung im Rahmen von Anzeigeeinheiten gefunden.
Wegen ihres extrem geringen Leistungsbedarfes enthalten heute batteriebetriebene
Geräte, wie Armbanduhren und Taschenrechner, in sehr großem Umfange Flüssigkristallanzeigen.
Die Moleküle einer etwa um 10/um dicken Flüssigkristallschicht zeigen sowohl eine
optische als auch eine elektrische Anisotropie. Daher können sie durch ein elektrisches
Feld bewegt werden, wobei mit dieser Bewegung ein optischer Effekt verbunden ist.
Ohne elektrisches Feld liegen die Flüssigkristallmoleküle parallel und so ausgerichtet,
daß die Polarisationsebene des hindurchtretenden Lichtes um 900 gedreht wird. Wird
Spannung angelegt, so stellen sich die Flüssigkristallmoleküle in einen rechten
Winkel zu den Elektroden und damit auch zu einer Tragscheibe, wodurch die drehende
Wirkung bezüglich der Polarisationsebene des hindurchtretenden Lichtes aufgehoben
wird. Sind auf beiden Seiten der Flüssigkristallschicht parallel zueinander ausgerichtete
Polarisatorschichten angeordnet, so wird Licht bei anliegender Spannung durchgelassen,
während es ohne Spannung wegen der Drehung der
Polarisationsebene
nicht durchgelassen wird. Bei senkrecht zueinander ausgerichteten Polarisatorschichten
ist das genau umgekehrt (vgl. hierzu den Artikel Flüssigkristallanzeigen: Bauelemente
mit hoher Zuverlässigkeit" von Martin Bechteler in der Zeitschrift "bauteile report"
17 (1979) Heft 3, Seiten 121 ff.).
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Erfindungsgemäß ist nun erkannt worden, daß man die speziellen und.
zuvor erläuterten Eigenschaften von Flüssigkristallschichten, die bislang nur bei
relativ kleinflächigen Anzeigeeinheiten eingesetzt worden sind, grundsätzlich auch
bei großflächigen Fensterscheiben nutzen kann. Dabei ist weiter erkannt worden,
daß die Verwendung von Flüssigkristallschichten bei Fensterscheiben eine ausgesprochen
elegante und einfache Möglichkeit darstellt, die Durchlässigkeit für Lichtstrahlung
und/oder für Wärmestrahlung, denn auch Wärmestrahlung wird in begrenztem Maße über
Flüssigkristallschichten gehemmt, frei einstellbar zu machen. Damit kommt man mit
einem Schlag von der Notwendigkeit weg, werksseitig eine Festlegung auf einen Kompromiß
treffen zu müssen. Gleichwohl ist die Einstellung der Durchlässigkeit fast verzögerungsfrei
möglich, gibt es insbesondere keine Erholzeiten. Schließlich ist eine solche, mit
einer Flüssigkristallschicht ausgerüstete Fensterscheibe in räumlicher und einbautechnischer
Hinsicht nicht wesentlich aufwendiger als eine normale Fensterscheibe.
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Hinsichtlich des Aufbaus von Flüssigkristallschichten, der verwendeten
Substanzen usw. wird auf die schon zuvor genannte Literaturstelle "bauteile report"
17 (1979) Heft 3, Seiten 121 ff.) verwiesen, deren Offenbarungsgehalt hiermit ausdrücklich
auch zum Offenbarungsgehalt der vorliegenden Anmeldung gemacht wird.
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Hinsichtlich des Aufbaus der erfindungsgemäßen Fensterscheibe sind
zunächst folgende überlegungen von Bedeutung: Die erfindungsgemäß vorgesehene Flüssigkristallschicht
ist als solche räumlich nicht beständig, bedarf also der räumlichen Eingrenzung
durch eine
Abdeckung od. dgl.. Eine solche Abdeckung kann vom Ansatz
her aus beliebigem Material bestehen, wenn sich das Material nur mit den für die
Flüssigkristallschicht verwendeten Substanzen verträgt.
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Was die Polarisatorschichten betrifft, so können diese in Verbindung
mit oder auch ohne eine selbständige Hilfsscheibe getrennt von der mit der Flüssigkristallschicht
versehenen Tragscheibe angeordnet sein. Sie können andererseits auch irgendwie mit
der Tragscheibe in Verbindung stehen. Insgesamt kommt es hier nur darauf an, daß
durch die Fensterscheibe hindurchtretende Licht- und/oder Wärmestrahlung zunächst
eine Polarisatorschicht durchläuft, alsdann die Flüssigkristallschicht durchläuft
und schließlich durch die zweite Polarisatorschicht wieder austritt.
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Aus technischen Gründen ist es zumeist nicht möglich, die Polarisatorschichten
als solche mechanisch stabil genug zu gestalten, um sie separiert von der Tragscheibe
anzuordnen. Somit wird erfindungsgemäß als besonders vorteilhaft vorgeschlagen,
die eine Polarisatorschicht auf der von der Flüssigkristallschicht abgewandten Oberfläche
der Tragscheibe anzuordnen.
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Selbstverständlich könnte man grundsätzlich die Polarisatorschicht
auch auf der der Flüssigkristallschicht zugewandten Oberfläche der Tragscheibe anordnen,
also praktisch auf die Tragscheibe zunächst die Polarisatorschicht und darauf die
Flüssigkristallschicht aufbringen. Jedoch stehen dieser Anordnung jedenfall-s beim
derzeitigen Stand der Entwicklung noch technische Probleme entgegen, da die üblicherweise
für Polarisatorschichten verwendeten Materialien nicht vollständig verträglich mit
für die Flüssigkristallschichten verwendeten Substanzen sind.
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Hinsichtlich der Anordnung der zweiten Polarisatorschicht besteht
eine Möglichkeit darin, diese zweite Polarisatorschicht auf der von der Tragscheibe
abgewandten Oberfläche der Flüssigkristallschicht anzuordnen und so die zweite Polarisatorschicht
gleichzeitig als Abdeckung für die Flüssigkristallschicht heranzuziehen. Abgesehen
von den zuvor schon angesprochenen Verträglichkeitsproblemen, die hierbei unter
Umständen auftreten können, besteht bei dieser Ausgestaltung der erfindungsgemäßen
Fensterscheibe
auch ein Problem darin, daß die als Abdeckung verwendete
Polarisatorschicht mechanisch nicht hinreichend widerstandsfähig ist, so daß die,
wie ja zuvor erläutert, extrem dünne Flüssigkristallschicht erhebliche Dickenschwankungen
aufweisen kann.
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Unter Berücksichtigung der voranstehenden Ausführungen geht eine weitere
Lehre der Erfindung, der besondere Bedeutung zukommt, dahin, eine erfindungsgemäße
Fensterscheibe so auszugestalten, daß eine mit der ersten Tragscheibe fest verbundene
zweite Tragscheibe aus lichtdurchlässigem Material vorgesehen und der zweiten Tragscheibe
angeordnet ist. In diesem Fall ist es aus den weiter oben schon erläuterten Gründen
von besonderem Vorteil, die Polarisatorschichten auf den von der Flüssigkristallschicht
abgewandten Oberflächen der beiden Tragscheiben anzuordnen.
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Fensterscheiben werden ganz -allgemeun heutzutage aus Gründen der
Energieersparnis fast immer als Mehrfachscheiben-ausgeführt. In diesem Zusammenhang
geht eine weitere Lehre der Erfindung dahin, eine Fensterscheibe in der Ausführungsform
als Mehrfachscheibe mit mindestens zwei ein Isoliergasvolumen zwischen sich einschließenden
Deckenscheiben so auszugestalten, daß die Tragscheibe mit der Flüssigkristallschicht
in dem Isoliergasvolumen zwischen den Deckscheiben angeordnet ist. Diese Ausgestaltung
der erfindungsgemäßen Fensterscheibe trägt dem Umstand Rechnung, daß die bislang
bekannten Polarisatorschichten ausgesprochen druckempfindlich sind. Dadurch, daß
nun die Tragscheibe zwischen den Deckscheiben angeordnet ist, können auch die Polarisatorschichten
zwischen den Deckscheiben angeordnet werden, so daß sie durch die Deckscheiben gegen
mechanische Berührungen geschützt sind. Im übrigen ergeben sich in diesem Zusammenhang
die Ausgestaltungsmöglichkeiten, die zuvor schon ausführlich erläutert worden sind.
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Bei der zuletzt erläuterten Fensterscheibe in der Ausführung als Mehrfachscheibe
läßt sich eine herstellungstechnisch wohl recht günstige Ausführung dadurch gewinnen,
daß man die Polarisatorschichten auf den der Tragscheibe zugewandten Oberflächen
der Deckscheiben anordnet. Dies hat den Vorteil,
daß man die Tragscheibe
mit der Flüssigkristallschicht bzw. die Tragscheiben mit der zwischen ihnen eingeschlossenen
Flüssigkristallschicht einerseits nach dem dafür notwendigen speziellen Fertigungsverfahren
herstellen kann und daß man andererseits die Deckscheiben mit den Polarisatorschichten
nach einem dafür speziell geeigneten Fertigungsverfahren herstellen kann.
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Damit gewinnt man die Möglichkeit, die herstellungstechnisch jeweils
optimalen Verfahren zu wählen, ohne nun auf spezielle wechselseitige Beeinflussungen
Rücksicht nehmen zu müssen.
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Die erfindungsgemäße Fensterscheibe eignet sich ganz vorzüglich dafür,
hinsichtlich ihrer Durchlässigkeit automatisch gesteuert zu werden. Dabei kann man
die erfindungsgemäße Fensterscheibe so ausgestalten, daß die an die Flüssigkristallschicht
angelegte Spannung nach Maßgabe der Außenhelligkeit und/oder der Außentemperatur
oder nach Maßgabe der Innenhelligkeit und/oder der Innentemperatur steuerbar ist,
also ein offener Steuerkreis vorliegt, oder so, daß die Innenhelligkeit und/oder
die Innentemperatur mit Hilfe der an die Flüssigkristallschicht angelegten Spannung
regelbar ist, also ein geschlossener Regelkreis verwirklicht wird. Die Ausgestaltung
beider Möglichkeiten liegt im Rahmen des Fachkönnens eines Steuerungs- und Regelungstechnikers
und bedarf hier keiner weiteren Erläuterung.
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Im folgenden wird die Erfindung nochmals anhand einer lediglich ein
Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert; es zeigt Fig. 1 einen
Ausschnitt aus einer erfindungsgemäßen Fensterscheibe, schematisch dargestellt,
und Fig. 2 den Ausschnitt II aus Fig. 1, vergrößert dargestellt.
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Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt aus einer Fensterscheibe 1, die als
Mehrfachscheibe ausgeführt ist und zwei ein Isoliergasvolumen 2 zwischen sich einschließende
Deckscheiben 3 aufweist. Die Deckscheiben 3 bestehen aus lichtdurchlässigem Material,
beispielsweise aus Glas oder Acryl. In dem Isoliergasvolumen
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zwischen den Deckscheiben 3 ist eine Tragscheibe 4 aus gleichfalls lichtdurchlässigem
Material angeordnet.
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Aus Fig. 2 ergibt sich deutlich, daß auf der Trag-scheibe 4 als Zusatzschicht
eine Flüssigkristallschicht 5 aufgebracht ist. Weiter sind zwei Polarisatorschichten
6, 7 vorgesehen, nämlich auf beiden Seiten der Flüssigkristallschicht 5 angeordnet.
Die eine Polarisatorschicht, 6 ist dabei auf der von der Flüssigkristallschicht
5 abgewandten Oberfläche der Tragscheibe 4 angeordnet. Im übrigen ist noch eine
zweite Tragscheibe 8 aus lichtdurchlässigem Material vorgesehen. Die Flüssigkristallschicht
5 ist also praktisch zwischen der ersten Tragscheibe 4 und der zweiten Tragscheibe
8 und die zweite Polarisatorschicht 7 auf der von der Flüssigkristallschicht 5 abgewandten
Oberfläche der zweiten Tragscheibe 8 angeordnet.
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Zwischen der ersten Tragscheibe 4 und der Flüssigkristallschicht 5
sind im übrigen noch eine erste Isolierschicht 9 aus Sir2, eine Elektrodenschicht
10 und eine zweite Isolierschicht 11, ebenfalls aus SiO2, vorgesehen, während zwischen
der Flüssigkristallschicht 5 und der zweiten Tragscheibe 8 eine dritte Isolierschicht
12 aus SiO2 und eine weitere Elektrodenschicht 13 vorgesehen sind. Dieser konstruktive
Aufbau ist aus der schon mehrfach genannten Literaturstelle bauteile report" 17
(1979) Heft 3, Seiten 121 ff.
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bekannt und dort detailliert erläutert.
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Im unteren Teil der Fig. 2 ist im übrigen noch schematisch angedeutet,
wie die beiden Tragscheiben 4, 8 und die Flüssigkristallschicht 5 miteinander verbunden
sind und daß die Elektrodenschichten 10, 13 an eine Spannungsquelle 14 angeschlossen
sind; die Spannungsquelle 14 ist steuerbar.
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In Fig. 2 ist im übrigen angedeutet, wie die Flüssigkristallmoleküle
ohne ein elektrisches Feld (im unteren Teil von Fig. 2) bzw. unter dem Einfluß eines
elektrischen Feldes (im oberen Teil von Fig. 2) ausgerichtet sind.
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Dabei ist jeweils durch den wellenartigen Pfeil angedeutet, wie von
der Seite der ersten Tragscheibe 4 her einfallendes Licht im einen Fall durchgelassen
und im anderen Fall durch Drehung der Polarisationsebene abgeblockt wird.
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