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Die Erfindung betrifft durchsichtige, ein wärmereflektierendes und
ein lichtabsorbierendes Medium enthaltende Schichtkörper.
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Um die Übertragung von Strahlungswärme durch zur Verwendung in Gebäuden
oder Fahrzeugen bestimmte Fenster zu vermindern, war es in der Praxis üblich, sie
mit einer Schicht von Metall oder anderem wärmereflektierendem Material zu versehen.
Die Wirkung ist diejenige eines halbdurchsichtigen Spiegels, der zusätzlich zu der
Wärmereflexion auch Licht reflektiert, und zwar auf beiden Oberflächen. Dementsprechend
tritt, wenn Licht von einer Sekundärquelle auf die inneren Oberflächen solcher Fenster
fällt, eine unerwünschte Spiegelung oder Blendung für die Personen in dem Gebäude
oder dem Fahrzeug ein. Dabei kann die Sekundärquelle aus Sonnenlicht, das durch
andere in dem Gebäude oder Fahrzeug liegende Fenster einfällt, oder aus einer getrennten,
innenliegenden Beleuchtungsquelle bestehen.
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Demgemäß besteht die Aufgabe der Erfindung in der Schaffung eines
lichtdurchlässigen Schichtkörpers, der Strahlungswärme an einer Oberfläche reflektiert,
jedoch eine minimale Lichtreflexion an der gegenüberliegenden Oberfläche zeigt.
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Der durchsichtige, ein wärmereflektierendes und ein lichtabsorbierendes
Medium enthaltende Schichtkörper gemäß der Erfindung, der aus zwei Platten mit einer
dazwischen gelagerten Klebschicht besteht, ist dadurch gekennzeichnet, daß das wärmereflektierende
Medium auf der Innenseite der einen Platte oder zwischen der auf der Innenseite
der einen Platte befindlichen Klebschicht und dem in einer zweiten Klebschicht enthaltenen
lichtabsorbierenden Medium aufgebracht ist und daß das lichtabsorbierende Medium
sich entweder auf der Innenseite der anderen Platte befindet oder mit der Klebschicht
vermischt ist. Insbesondere bestehen dabei die Platten aus Glas und die Klebschicht
aus Polyvinylbutyral. Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung besteht
das wärmereflektierende Medium aus einem Metallfilm, beispielsweise aus Aluminium,
Kupfer, Chrom, Gold, Silber, Rhenium, Rhodium, Titan oder einer Legierung dieser
Metalle, und das lichtabsorbierende Medium aus Ruß oder einem lichtabsorbierenden
Farbstoff mit zwei bis vier cyclischen Kernen.
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Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnungen näher erläutert.
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F i g. 1 zeigt in schematischer Darstellung einen Querschnitt durch
einen durchsichtigen Schichtkörper, der eine Ausführungsform der Erfindung darstellt;
F i g. 2 zeigt in schematischer Darstellung einen Querschnitt durch einen durchsichtigen
Schichtkörper, der eine zweite Ausführungsform der Erfindung darstellt; F i g. 3
zeigt in schematischer Darstellung einen Querschnitt durch einen durchsichtigen
Schichtkörper, der eine dritte Ausführungsform der Erfindung darstellt; F i g. 4
zeigt in schematischer Darstellung einen Querschnitt durch einen bisher üblichen
Schichtkörper, mit dem die durchsichtigen Schichtkörper gemäß der Erfindung verglichen
werden.
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In den Figuren werden gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Darin bedeutet
| A = Glas, |
| B = wärmereflektierendes Medium, |
| C = Klebstoff, |
| D =lichtabsorbierendes Medium, |
| E = Klebstoff -f- lichtabsorbierendes Medium, |
| F = Polymerisat. |
Die Schichtkörper gemäß der Erfindung besitzen vorzugsweise einen starren Aufbau,
der durch Verwendung von starren Platten erzielt wird, die widerstandsfähig gegen
Verkratzen und im wesentlichen von nicht hygroskopischer Beschaffenheit sind. Es
ist auch möglich, biegsame transparente Schichtstoffe zu erhalten, indem biegsame
Platten für den Schichtkörper verwendet werden. Gemäß einer weiteren Abänderung
können auch eine starre Platte und eine biegsame Platte zur Bildung der gewünschten
Schichtkörper vereinigt werden. Die Platten selbst sind von fester Art und können
klar oder gefärbt sein. Beispiele von Materialien, aus denen die Platten aufgebaut
sein können, sind Glas, synthetische Kunststoffmaterialien sowohl thermoplastischer
als auch wärmehärtbarer Art, wie Polymethylmethacrylat, Polystyrol, Polyvinylchlorid,
Polypropylen, Poly äthylenterephihalat, Celluloseacetat oder Cellulosenifrat.
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Für das wärmereflektierende Medium können außer den vorstehend aufgeführten
Materialien auch gewisse Oxide und Salze der vorstehenden Metalle, wie Rheniumtrioxid
oder Titandioxid, oder gewisse Polymethinfarbstoffe zur Anwendung gelangen.
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Beispiele für Materialien, die bei der Bildung von lichtabsorbierenden
Medien verwendet werden können, sind z. B. Pigmente, wie Ruß, Kupferphthalocyanin,
Benzanthron, Alizarincyaningrün, Indanthren oder chloriertes Kupferphthalocyanin
sowie Farbstoffe, die zwei bis vier cyclische Kerne im Farbstoffmolekül enthalten,
wie sie z. B. in der USA.-Patentschrift 2 739 080 beschrieben sind. Die letzteren
schließen gewisse azoartige Farbstoffe ein, z. B. Kohnstamm Orange, Ölgelb, substituierte
Anthrachinone, wie Plastoviolett usw., und Mischungen dieser Stoffe.
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Die für die Schichtbildung zwischen den verschiedenen Komponenten
zur Anwendung gelangenden Klebemittel sind notwendigerweise von durchsichtiger Art.
Es können Klebstoffe aus thermoplastischen und wärmehärtbaren polymeren Materialien,
wie Epoxide, Polyvinylbutyral (plastifiziert), Äthylenvinylacetat, hydrolysiertes
Äthylenvinylacetat, Siliconpolymere, Celluloseacetat, sowie natürliche Polymerisate,
wie Kautschuk, mit genügend optischer Klarheit verwendet werden. Die Wahl hängt
von den Klebeeigenschaften des Klebemittels, von dessen Eignung für das gewählte
Verfahren zum Zusammenfügen der Schichtkörper und von dessen optischen Eigenschaften
ab. Insbesondere wird plastifiziertes Polyvinylbutyral als Klebemittel bevorzugt.
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Die Schichtkörper gemäß der Erfindung können in verschiedenen Reihenfolgen
zusammengesetzt werden, von denen einige in den F i g. 1 bis 3 veranschaulicht sind.
In jedem Fall wird das wärmereflektierende Medium B wirksam an einer Oberfläche
der einen Platte des Schichtkörpers angeordnet, während das lichtabsorbierende Medium
D, gegebenenfalls mit Klebstoff vermischt (E), wirksam an der gegenüberliegenden
Oberfläche der anderen Platte des Schichtkörpers angeordnet wird. Wie in
den
F i g. 1 und 2 gezeigt, kann das wärmereflektierende Medium B, insbesondere ein
Metallfilm, unmittelbar zwischen eine der Glasscheiben A und eine Klebstoffschicht
C gelegt sein, während in F i g. 3 das wärmereflektierende Medium B unmittelbar
zwischen eine Klebstoffschicht C und eine das lichtabsorbierende Medium enthaltende
Klebstoffschicht E eingelegt sein kann. Es ist auch möglich, das wärmereflektierende
Medium B auf ein synthetisches Kunststoffsubstrat, wie Polyäthylenterephthalat od.
dgl., niederzuschlagen und dann, wie gezeigt, zwischenzulegen.
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Wenn das wärmereflektierende Medium B aus einem Metallfilm bestehen
soll, kann ein dünner Film des Metalls im Vakuum auf eine Platte, eine Klebstoffschicht
C oder ein Substrat von synthetischem Kunststoff zur Abscheidung gebracht werden.
Bei Ausführung des Vakuumniederschlagens eines wärmereflektierenden Films auf die
Klebstoffschicht C oder auf das Kunststoffsubstrat wird zweckmäßig eine dünne Schicht
von Klebstoff C, wie Polyvinylbutyral, zwischen das niedergeschlagene Metall
B und die Oberfläche der Platte A, insbesondere wenn die letztere
aus Glas besteht, zwischengeschaltet, mit welcher sie schließlich beim Zusammenbau
in Berührung gebracht wird, wie dies in F i g. 3 dargestellt ist. Das Niederschlagen
von wärmereflektierendem Material auf die verschiedenen Platten und Schichten aus
Lösungen, Suspensionen od. dgl. kann auch mit Erfolg angewendet werden, um wärmereflektierende
Medien zu schaffen.
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Die Dicke des wärmereflektierenden Mediums B soll derart sein, daß
eine wesentliche Reflexion von aus einer Quelle (a) ausgestrahlter Wärme, z. B.
der Sonne, bewirkt wird (vgl. eine der F i g. 1 bis 4). Eine Reflexion von gewünschter
Art ist durch die voll ausgezogene Linie, die in Richtung ä zeigt, angegeben. Gleichzeitig
soll das wärmereflektierende Medium B eine solche Dicke haben, daß es einen Durchgang
von Licht in solcher Größenordnung gestattet, daß der Schichtkörper durchsichtig
ist. Im Fall von Metallfilmen sind solche mit einer Dicke von 600 A oder kleiner
zufriedenstellend. Die bei der Bildung des wärmereflektierenden Mediums B angewandten
Materialien, wie Metalle, können entsprechend den gewünschten optischen 'Effekten
variiert werden, insbesondere gemäß der gewünschten Farbe des von ihnen durchgelassenen
oder übertragenen Lichts.
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Das lichtabsorbierende Medium kann in der Anordnung von der Schichtkörperherstellung
nach verschiedenen Arbeitsweisen vorgesehen werden. Wenn das lichtabsorbierende
Material aus einem Pigment besteht, wird dieses zweckmäßig in einem Teil von Klebmasse
kolloidal verteilt, wobei diese dann beiläufig wenigstens als zeitweiliger Träger
für die lichtabsorbierenden Materialien dienen kann. Das Pigment soll gleichförmig
und getrennt durch den Klebstoff hindurch dispergiert werden, um ein eine gleichförmige
Lichtabsorption zeigendes lichtabsorbierendes Medium zu erzeugen. Um dies zu erleichtern,
soll das Pigment vor dem Mischen mit dem Klebstoff auf eine Teilchengröße von etwa
0,4 m#t oder weniger zerkleinert werden. Die gemischte Masse kann dann zu einem
Film oder einer Schicht ausgespritzt oder i gegossen werden, um als lichtabsorbierendes
Medium zu dienen. Wenn das lichtabsorbierende Material aus einem Farbstoff besteht,
wird dieser vorzugsweise aus einer Lösung auf eine Klebstoffschicht niedergeschlagen.
Wenn der Klebstoff aus einer Schicht von Polyvinylbutyral besteht, kann man den
Farbstoff durch Altern in etwas erwärmtem Zustand in die Klebstoffmasse diffundieren
lassen. Zusätzlicher Klebstoff über denjenigen hinaus, der zur Einverleibung des
absorbierenden Materials und zur Bildung des lichtabsorbierenden Mediums benutzt
worden ist, kann angewandt werden, um eine vollständige Schichtkörperbildung zwischen
den Komponenten des Schichtkörper zu gewährleisten. Die lichtabsorbierenden Materialien
können auch in ein anderes Material als in die zuvor als Klebstoff bezeichneten
Materialien eingebracht werden, um lichtabsorbierende Medien zu schaffen. Beispielsweise
ist es möglich, das lichtabsorbierende Medium wenigstens teilweise in einem synthetischen
Kunststoffmaterial vorzusehen, das nach Gießen zu einer Platte oder einer Bahn auf
der Oberfläche des Schichtkörpers zu liegen kommt, die dem lichtabsorbierenden Medium
dargeboten werden soll. Andere erfolgreiche Methoden zur Bildung des lichtabsorbiedenden
Mediums schließen Bürsten oder überziehen des lichtabsorbierenden Materials mit
oder ohne Träger, einschließlich eines Klebstoffs, auf einem vorgeformten Klebstoff
oder unmittelbar auf der Platte ein, die auf die Oberfläche des Schichtkörpers gelegt
werden soll, die das lichtabsorbierende Medium darstellt.
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Eine minimale Menge an Klebstoff wird zur Verwendung-vorgeschlagen.
Die Klebstoffmenge braucht nur ausreichend zu sein, um sichere Klebung zwischen
den verschiedenen Schichten zu gewährleisten. Bei Verwendung von plastifiziertem
Polyvinylbutyral als Klebstoff wird eine Dicke von etwa 0,25 bis 1,5 mm und insbesondere
von etwa 0,3$ mm zur Bildung von Schichtkörpern der in den F i g. 1 und 2 gezeigten
Art bevorzugt. In jedem Fall ist es vorgeschrieben, daß das lichtabsorbierende Medium
zusammen mit dem Klebstoff und der Platte, die auf derjenigen Seite des Schichtkörpers
liegt, wo eine Blendung oder Spiegelung auf ein Minimum herabgesetzt werden soll,
eine Gesamtlichtabsorption von 22 bis 95 % der sichtbaren Strahlung haben soll.
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Wenn die verschiedenen Komponenten zusammengesetzt sind, wie dies
in den F i g. 1 bis 3 veranschaulicht ist, können sie erforderlichenfalls durch
Anwendung von Druck und Hitze in Übereinstimmung mit dem verwendeten Klebstoff verfestigt
bzw. verdichtet werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform, bei welcher plastifiziertes
Polyvinylbutyral als Klebstoff benutzt wird, führen eine Temperatur von 120 bis
140° C und ein hydraulischer Druck von etwa 12 bis 13,3 kg/cm= in einem Autoklav
zu annehmbaren Schichtkörpern.
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Die Erfindung wird nachstehend an Hand einiger Beispiele näher erläutert.
Die Teile sind auf Gewichtsbasis bezogen, soweit nichts anderes angegeben ist. Beispiel
1 Ein lichtdurchlässiger Schichtkörper, der dem Vergleich dienen soll, wird gemäß
F i g. 1 auf fol-(Yende Weise hergestellt: Eine Glasplatte A von etwa 3,2 mm Dicke
wird in eine Vakuumbedampfungsvorrichtung gebracht. Während der Evakuierung der
Vorrichtung wird eine Glimmentladung dazu benutzt, eine Oberfläche der Glasplatte
für den Metallniederschlag vorzubereiten. Nachdem ein Vakuum von
etwa
0,01 g Hg erreicht worden ist, wird ein Aluminiumfilm von etwa 300 A Dicke auf die
vorbereitete Oberfläche der Platte niedergeschlagen. Die metallisierte Glasplatte
wird dann aus der Vakuumbedampfungsvorrichtung entfernt. Es wird eine Platte C von
etwa 0,38 mm Dicke aus Polyvinylbutyral über den Aluminiumfilm B gelegt und darauf
eine andere Glasplatte A von etwa 3,2 mm Dicke Barübergelegt. Die Anordnung wird
einer vorläufigen Schichtkörperbildung unterzogen, indem man sie einem gleichförnzigen
Druck von etwa 9,1 kg/cm2 bei 140° C während einer Zeitdauer von 90 Sekunden in
einer Flachdruckpresse unterwirft. Nachfolgend wird die Anordnung in einen Ölautoklav
gebracht und einem hydraulischen Druck von etwa 12 bis 13,3 kg/cm2 und einer Temperatur
von 120 bis 140° C während einer Zeitdauer von 7 Minuten unterworfen. Beispiel 2
Die Arbeitsweise vom Beispiel 1 wird befolgt mit der Ausnahme, daß die Platte C
von etwa 0,38 mm Dicke aus Polyvinylbutyral zuvor mit Ruß in der Masse pigmentiert
worden ist. Eine Massenpigmentierung wird dadurch erreicht, daß 0,035 Teile Ruß
mit einer Teilchengröße von weniger als etwa 0,4 #t in
100 Teilen plastifiziertem
Polyvinylbutyral kolloidal dispergiert werden, worauf ein Auspressen des Produkts
zu der Platte C von etwa 0,38 mm Dicke erfolgt. Beispiele 3 bis 7 Die Arbeitsweise
des Beispiels 2 wird wieder befolgt, um lichtdurchlässige Schichtkörper zu schaffen.
Die wärmereflektierenden Filme haben etwas verschiedene Dicken und bestehen aus
folgenden Materialien:
| 3 = Kupfer, |
| 4 = Silber, |
| 5 = Gold, |
| 6 = Kupfer-Chromlegierung, |
| 7 = Chrom mit Kupferüberzug. |
Die gemäß den oben angegebenen Beispielen 1 bis 7 vorgesehenen Materialien werden
einem Prüfverfahren unterworfen, bei dem die Wärmereflexion auf beiden Oberflächen
gemessen wird. Zu diesem Zweck wird ein Aufzeichnungsspektrophotometer verwendet,
das wirksam Strahlungen von 400 bis 1000 m#t Wellenlänge mißt. Das angegebene Spektrum
schließt etwa 7511/o der gesamten von der Sonne ausgestrahlten Energie ein. Die
Prüfungsergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle wiedergegeben.
| Reflexion ah *) |
| Probe erste zweite |
| Oberfläche Oberfläche |
| 1 (Kontrolle) ..... 60,5 60,5 |
| 2 (AI) . . . . . . . . . . . . 60,5 13,0 |
| 3 (Cu) ........... 71,0 15,5 |
| 4 (Ag) ........... 26,0 8,0 |
| 5 (Au) . ......... 72,5 16,5 |
| 6 (Cu-Cr) ........ 59,5 20,0 |
| 7 (Cu-Cr) ........ 54,0 28,0 |
| *) Diese Werte wurden durch Integralbildung über den |
| gesamten Bereich von 400 bis 1000 mR erhalten. |
Die Ergebnisse der Tabelle zeigen, daß die Verwendung eines lichtabsorbierenden
Mediums bei der Herstellung jedes wärmereflektierenden Schichtkörpers gemäß der
Erfindung dazu dient, die Lichtreflexion oder Blendung an einer Oberfläche beträchtlich
herabzusetzen, während eine Wärmereflexion an der gegenüberliegenden Oberfläche
aufrechterhalten wird. Die oben angeführten Ergebnisse werden in den F i g. 1 bis
4 veranschaulicht.
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Die Reihenfolge, in welcher das Sonnenlicht auf jede Schicht des Schichtkörpers
auffällt, ist der regelnde Faktor für die Reflexion. Wenn z. B. das Sonnenlicht
auf das reflektierende Medium auffällt, bevor es auf das absorbierende Medium auftrifft,
dann wird mehr Licht reflektiert, als absorbiert und/ oder durchgelassen wird. Wenn
andererseits das Licht zuerst auf die absorbierende Schicht auftrifft, bevor es
auf das reflektierende Medium auffällt, dann wird mehr Licht absorbiert, als reflektiert
und/ oder durchgelassen wird.
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Dies wird an Hand der nachfolgenden zwei Beispiele näher erläutert.
Beispiel 8 Der Aufbau des Schichtkörpers ist wie in F i g. 1 dargestellt, und die
Metallschicht besteht aus Aluminium. Wenn Sonnenlicht (a-Licht) auf den Schichtkörper
auffällt, werden etwa a) 511/o durch das Glas reflektiert, b) 55% durch die Aluminiumschicht
reflektiert, c) 0% von dem Klebstoff reflektiert oder absorbiert, d) 72% von dem
verbleibenden Licht (d. h. 72 von 4011/o) oder 29% durch das lichtabsorbierende
Medium absorbiert, e) 11% der ursprünglichen Lichtmenge des ursprünglichen Lichts
durch den Schichtkörper durchgelassen (die Innenreflexion der zweiten Glasplatte
ist dabei vernachlässigt).
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Es ist somit ersichtlich, daß 60% des Sonnenlichts reflektiert werden,
wobei die sichtbaren und die unsichtbaren Anteile der Strahlung (Wärme und Licht)
eingeschlossen sind. Beispiel 9 Der Schichtkörper ist der gleiche wie im obigen
Beispiel 8; das Sonnenlicht wird nunmehr Jedoch als b-Licht dem Schichtkörper zugeführt.
Nun werden etwa a} 511/o durch das Glas reflektiert, b) 721/o des Rests (72 von
9511,7o) oder 68% durch das absorbierende Medium absorbiert, c) 0% durch die Klebstoffschicht
absorbiert oder reflektiert; d) 27% der ursprünglichen gesamten Lichtstrahlung erreichen
die Aluminiumschicht, wo 55 (55 von 27%) oder 1511/o reflektiert werden, und e)
11% des ursprünglichen Lichts werden durch den Schichtkörper durchgelassen. (Die
Innenreflexion der zweiten Glasplatte ist wieder vernachlässigt.)
Es
ist ersichtlich, daß im Fall von b-Licht 68% des Lichts absorbiert werden und nicht
als Licht reflektiert werden können.
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Bei den beiden vorstehenden Beispielen wird die gleiche Menge der
gesamten Sonnenenergie durchgelassen, wobei jedoch die relativen Mengen an absorbiertem
und reflektiertem Licht von der Strahlungsrichtung abhängen.
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Zum Beispiel werden 60% des a-Lichts von der Aluminiumschicht reflektiert,
bevor es absorbiert und/oder durchgelassen werden kann. 68% des b-Lichts werden
von dem absorbierenden Material absorbiert, bevor es die reflektierende Aluminiumschicht
erreicht und zurückgeworfen wird.
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Dazu kann noch folgendes ausgeführt werden: 60% der Wärmeenergie (unsichtbarer
Teil des Spektrums), die mit dem a-Licht verbunden ist, werden reflektiert, bevor
sie durchgelassen werden kann. 68% der Lichtenergie (sichtbarer Teil des Spektrums),
die mit dem b-Licht verbunden ist, werden absorbiert, bevor sie von der Metallschicht
reflektiert werden kann.
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Die Schichtkörper gemäß der Erfindung, von denen Ausführungsformen
in den F i g. 1 bis 3 enthalten sind, sind somit durch eine wesentliche Verringerung
des reflektierten Lichts an der einen Oberfläche, in der von einer Sekundärquelle
(b) ausgehendes Licht in weit geringerem Ausmaß reflektiert wird, wie dies durch
die gebrochene, gegen (b') gerichtete Linie angezeigt wird, gekennzeichnet, wobei
dies das Ergebnis der Absorption einer wesentlichen Menge dieses Lichts durch das
lichtabsorbierende Medium darstellt. Demgegenüber zeigt der Schichtkörper gemäß
F i g. 4, der die oben angegebene Probe 1 veranschaulicht, durch die ausgezogene,
auf (b') gerichtete Linie, daß die Reflexion von einer Sekundärquelle (b) nicht
merklich verringert worden ist. In allen Fällen ist die Wärmereflexion an der gegenüberliegenden
Oberfläche in gleichem Maß wirksam, wie dies durch die ausgezogenen Linien veranschaulicht
wird, die von den Primärlichtquellen (a) zu den Schichtstoffen und von den Schichtstoffen
zu (a') gerichtet sind. Die Schichtkörper gemäß der Erfindung tragen, wenn sie mit
ihren lichtabsorbierenden Medien nach innen gerichtet bei Oberlichtern und Fenstern
von Gebäuden eingebaut sind, stark zur Bequemlichkeit der Bewohner bei, indem sie
den Durchgang von strahlender Wärme in die Gebäude herabsetzen.
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Dabei geben Sekundärlichtquellen, wie elektrische Lampen, die innerhalb
des Gebäudes liegen, keine Gelegenheit zu nachteiliger Reflexion oder Blendung von
den Innenseiten der so eingebauten Oberlichter oder Fenster.