EP2372235A2 - Fahrzeugleuchte mit einer Lichtleiter-Vorsatzoptik - Google Patents
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- EP2372235A2 EP2372235A2 EP11159824A EP11159824A EP2372235A2 EP 2372235 A2 EP2372235 A2 EP 2372235A2 EP 11159824 A EP11159824 A EP 11159824A EP 11159824 A EP11159824 A EP 11159824A EP 2372235 A2 EP2372235 A2 EP 2372235A2
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- light
- vehicle lamp
- attachment optics
- auskoppelarme
- auskoppelarm
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
- F21S43/00—Signalling devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. brake lamps, direction indicator lights or reversing lights
- F21S43/20—Signalling devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. brake lamps, direction indicator lights or reversing lights characterised by refractors, transparent cover plates, light guides or filters
- F21S43/235—Light guides
- F21S43/236—Light guides characterised by the shape of the light guide
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- F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
- F21S43/00—Signalling devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. brake lamps, direction indicator lights or reversing lights
- F21S43/10—Signalling devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. brake lamps, direction indicator lights or reversing lights characterised by the light source
- F21S43/13—Signalling devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. brake lamps, direction indicator lights or reversing lights characterised by the light source characterised by the type of light source
- F21S43/14—Light emitting diodes [LED]
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- F21W—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO USES OR APPLICATIONS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS
- F21W2107/00—Use or application of lighting devices on or in particular types of vehicles
Definitions
- the present invention relates to a vehicle lamp with at least one optical fiber attachment optics, which is adapted to receive light from at least one light source via at least one light coupling surface in a base volume of the attachment optics and coupled out via a plurality of light outcoupling surfaces, the attachment optics having an area in which the base volume Branched into a plurality of decoupling arms and divided in the light absorbed in the basic volume light evenly on the individual coupling arms.
- Such a vehicle lamp is from the US 2006/0198158 A1 known.
- an attachment optics which receives light from a light-emitting diode arrangement serving as a light source and divides it onto a plurality of outcoupling arms. At the respective light exit end of a Auskoppelarms thus appears the decoupling of this light exit end as a bright spot of light.
- FIG. 4 shows a plan view of the arrangement of the light exit ends of the optical attachment, these light exit ends are arranged symmetrically to a center so that there is a coronal arrangement, which has an n-fold symmetry for n light exit ends.
- Another, seventh light exit surface extends around said center.
- This further light exit surface directly limits the base volume and is therefore not connected to the base volume via a coupling-out arm, which would protrude from the base volume.
- the further light exit surface is then at a lower level than the light exit ends of the Auskoppelarme, namely at the level at which the area of the optical attachment is located in which the basic volume branches into the plurality of coupling-out arms and in which the light received in the basic volume is divided equally between the individual coupling arms.
- the light transmission amount of the central, further light exit surface can after the US 2006/0198158 be set so that it corresponds to the amount of light that is emitted via each of the peripheral light emission ends.
- the result is that of the six vertices of a hexagon and a seventh point lying in the center of the hexagon, the light of a light source, divided into these points, should be distributed uniformly, ie in equal parts. be radiated. The points should therefore appear the same bright.
- the uniformity of the radiation of the peripherally arranged light exit ends is due to the symmetry of the arrangement and thus requires such a symmetrical arrangement.
- the uniform appearance changes, however, when the viewer is not directly in the main emission direction and instead looks obliquely from a lateral position on the arrangement of the light exit ends.
- the central light exit surface is increasingly covered by the Auskoppelarme with increasing lateral distance of the observer from the vehicle lamp from the Auskoppelarmen, which affects the appearance.
- a further disadvantage is that the need for an arrangement of the peripheral light emission ends in an n-fold symmetry narrows the design freedom in the design of the appearance of the vehicle lamp.
- the object of the present invention is to provide a vehicle lamp which has a luminous area or light exit area with many light spots, which appear even bright in a side view, in which the design latitude for the design of the vehicle lamp is greater than at the well-known vehicle lamp, and has an overall uniform appearance both in the on and in the off state.
- each light outcoupling surface is optically connected to the base volume via exactly one of several out of the base volume Auskoppelarmen the intent optics and the attachment optics has at least two Auskoppelarme, which merge with different sized light entry cross sections in said area, wherein the size of the light entry cross sections selected is that a light entry cross section, in which a comparatively smaller luminous flux density prevails, has a larger area than a light entrance cross section, in which a comparatively greater luminous flux density prevails, and in that the vehicle lamp has a cover frame, which has a recess for each Auskoppelarm, through which the Auskoppelarm protrudes through.
- the light coupled into the base volume is divided equally between the individual coupling arms.
- a uniform brightness of the light spots of a front optics is achieved. Due to the mentioned dimensioning of Light entry cross sections can compensate for differences in the luminous flux densities of the luminous flux entering the respective outfeed arms, which favors the achievement of uniform brightness. Differences in the luminous flux densities occur, for example, in a not completely symmetrical arrangement of the light entry cross sections with respect to the light source.
- the invention thus provides a greater freedom in the design of the arrangement of the light spots by reduced requirements for the symmetry of the arrangement.
- the vehicle lamp has a cover, which is a recess for each Auskoppelarm has, through which protrudes the Auskoppelarm through, a flat appearance of the vehicle lamp is generated.
- the two-dimensional appearance results from the use of the cover frame as well as the fact that each Auskoppelarm must protrude through a recess of the cover through.
- the cover frame shields the interior of the vehicle lamp from external view and thus already avoids undesirable depth impressions when viewing the vehicle lamp.
- the fact that all Auskoppelarme protrude through the cover a flat arrangement of the individual light exit surfaces is possible, with the predetermined in the prior art arrangement of light exit surfaces at different levels, ie at different depths of the vehicle lamp, can be avoided.
- peripheral Auskoppelarme concealed when viewed from the side more centrally arranged decoupling surfaces is the subject of US 2006/0198158 the case.
- the design latitude is narrowed by the fact that the arrangement of the peripheral light emitting ends and the central light emitting surface at different levels, at least in a side view, always gives some sense of depth, which is not always desirable.
- a preferred embodiment is characterized in that the light coupling surface is designed so that it increases the convergence of the light passing through them only so far that no significant, caused by a further increase in the convergence loss of coupled luminous flux. This can be achieved in particular by the fact that the Light input surface is flat or concave.
- the replacement of a plane coupling surface by a convex coupling surface is an example that an increase in the convergence is associated with a loss of coupled luminous flux.
- a planar coupling surface is considered in comparison to a convex coupling surface, which is identical to the plan coupling surface except for its curvature. Both surfaces thus cover the same areas and in particular have the same edge curves as physical edges.
- the plane coupling surface can be considered as a projection of the curved convex surface in space in a two-dimensional plane.
- the plane surface is for example a circle.
- the curved surface is for example the surface of a spherical cap.
- the detection angle of the plane surface is greater. This is due to the fact that the legs of the angle in the plane coupling surface touch the physical edges of the coupling surface, while they form tangents to the curved surface in the convex surface. The points of contact of the tangents are located further inward from the physical edge of the convex surface. The residual area remaining for light coupling is thus bounded by the line-forming points of contact of all the tangents bounding the spatial detection angle and is smaller than the area bounded by the physical boundary.
- the convex surface has a more concentrating effect, this advantage with the disadvantage of the smaller detection angle accompanied.
- the transition to a convex surface is therefore associated with a loss of light.
- a slightly convex surface almost the same effects can be achieved as with a plane coupling surface.
- a loss of coupled-in luminous flux in one embodiment is considered essential if the loss is greater than 1/10 of the luminous flux coupled in otherwise identical conditions via a plane coupling-on surface.
- the loss of coupled-in luminous flux is considered essential if the loss is greater than 1/20 of the luminous flux coupled in otherwise identical conditions via a plane coupling-in surface. It is furthermore preferred that the loss of coupled-in luminous flux is considered essential if the loss is greater than 1/100 of the luminous flux coupled in otherwise identical conditions via a plane coupling-in surface.
- a surface is used as the light entry surface, which collimates an incident bundle of divergent light of the light source so strongly that the light coupled into the light guide propagates there as a bundle of parallel rays.
- Light entry surface of a light-conductive attachment optics is usually that such over the entry surfaces parallelization is associated with a loss of light. This means that the parallelism is paid for, that less light is coupled in than would be possible at maximum. The loss of light occurring during coupling affects a suboptimal lower brightness of the spots, or a suboptimal smaller number of spots.
- Fresnel lenses have the disadvantage that they require a complex accurate positioning of the light source relative to the coupling surface.
- the mentioned embodiment avoids the disadvantages of a suboptimal lower brightness of the spots or a suboptimal smaller number of spots by allowing more light to enter the guide. As a result, with a given number of light spots, a higher brightness of the light spots or with a given brightness a larger number of light spots in the light exit area of the vehicle light can be achieved. If one defines the efficiency of the vehicle lamp as the ratio of the luminous flux exiting via the light spots to the luminous flux injected via the light coupling surface, a desired high efficiency of the vehicle lamp results from this embodiment.
- An advantageous embodiment is characterized in that it has a plurality of identical or different attachment optics.
- This embodiment allows a modular design of a luminous surface with different arrangements of light spots with a few basic modules, which allows a rational production and spare parts inventory.
- Lighting devices for vehicles can be after Their function is divided into headlamps and luminaires. Headlamps are used to illuminate the vehicle environment, while lights fulfill signal functions intended to alert other road users to the vehicle. Examples of lights are flashing lights, brake lights and daytime running lights, and this list should not be construed as exhaustive.
- FIG. 1 An embodiment of a vehicle lamp 10 according to the invention.
- the in the FIG. 1 indicated directions H, V, HV refer to a position of a vehicle lamp 10 in the installed state in the vehicle.
- the direction H represents a horizontal
- the direction V a vertical
- the direction HV the direction of travel.
- the vehicle lamp 10 has a housing 12, which is covered by a transparent cover 14. Due to their orientation to the direction of travel HV is in the illustrated vehicle lamp 10 is a tail light, of which the FIG. 1 showing a right end in a horizontal section. So you look from the top of the cut vehicle lamp 10 into it.
- the invention is not limited to tail lights and in the same way for bow lights such as daytime running lights and arranged in the bow flashing lights and other lights used, regardless of whether such lights have a separate housing or are arranged together with other light functions fulfilling light modules in a headlight ,
- the in the FIG. 1 illustrated vehicle lamp 10 has a light source 16 and a light guide attachment optics 18.
- the optical fiber attachment optics 18 has a light input surface 22 facing the light source 16 and a plurality of light output surfaces 24, 26 which optically communicate with the base via output arms 28, 30 and a base volume Light input surface 22 are connected.
- an optical connection means any connection via which light from the light source 16, which is coupled via the light coupling surface 22 into the optical attachment 18, reaches the light outcoupling surfaces 24, 26.
- the basic volume of the attachment optics is the partial volume of the attachment optics 18 lying between the light incoupling surface 22 and the decoupling arms 28, 30.
- the decoupling arms 28, 30 project through corresponding recesses in the cover frame 20 through the cover frame 20.
- the cover frame 20 has the function of a design element for influencing the appearance of the vehicle lamp 10.
- the cover 20 is opaque and thus covers the inside of the housing 12 lying elements and structures against insights from the outside.
- the cover frame 20 may have a planar shape, which is arranged parallel or inclined to the light incidence surface 22 oriented in the vehicle lamp 10.
- the planar form of the cover has a curved shape in space. It may be a convex or concave or alternately convex and concave curved shape. The curvature can vary depending on the spatial direction. It is essential that the cover frame for each Auskoppelarm has a recess through which the Auskoppelarm protrudes through.
- the light outcoupling surfaces of the coupling arms can protrude beyond the surface of the cover frame or flush with the surface of the cover frame.
- the viewer takes the light outcoupling surfaces 24, 26 as bright luminous spots.
- the attachment optics 18 has a in the FIG. 1 Dashed area shown 32, in which via the light incidence surface 22 coupled light evenly distributed to the individual coupling arms 28, 30. It should be noted that in subregions of the region 32 in which the two outer and thus peripheral decoupling arms 28 pass into the region 32 or open, a lower luminous flux density will prevail than in the centrally arranged Auskoppelarm 30. This results from the geometry the arrangement.
- the uniform distribution of the injected light onto the individual coupling arms 28, 30 is such that the size of the respective light entry cross sections is chosen such that a light entry cross section 33 of a coupling arm 28, in which a smaller luminous flux density prevails, has a larger area than a light inlet cross section 35 another Auskoppelarms 30 in which a comparatively larger luminous flux density prevails.
- the light entry cross section 33, 35 results in each case as a surface of a section through the respective Auskoppelarm 28, 30 in the height of the region 32nd
- the surface is in each case inversely proportional to the luminous flux density, so that the values of the luminous fluxes resulting from the product of area and luminous flux density for each coupling-out arm 28, 30 are equal.
- the attachment optics has at least two decoupling arms 28, 30, which merge into said areas 32 with different light entry cross sections.
- the light source 16 is in one embodiment a semiconductor light source 34 of one or more Light-emitting diodes which are mounted on a chip 36 and equipped with a heat sink for dissipating the electrical power loss.
- ⁇ is an angle whose apex is seated on the luminous surface of the light emitting diode and whose reference leg is formed by a straight line perpendicular to the luminous LED surface. In the FIG. 1 such a straight line would extend antiparallel to the direction HV.
- the luminous flux decreases with increasing angle ⁇ , which is one reason why the luminous flux density in the center of the region 32 and thus in the region of the centrally arranged decoupling arm 32 is maximal and decreases towards the edges. Therefore, the luminous flux density in the light entry surfaces of the peripherally arranged decoupling arms 28 is less than in the light entry surface of the centrally arranged Auskoppelarms.
- Semiconductor light sources are also preferred as light sources 16 because they emit cold light.
- the electrical power loss occurring during operation of the light-emitting diodes is produced in the light-emitting diodes and can be dissipated separately from the radiation via heat sinks. The heat loss is therefore not radiated as heat radiation in the light emission direction, as would be the case with incandescent lamps. Therefore, LEDs can be arranged very close to the light input surface 22, for example, with a distance of 1/10 to 3/10 millimeters. This low Distance favors considerably the efficiency of the vehicle lamp 10, because it allows a largely complete coupling of the emitted light from the light source 16 in the front of her half-light radiation in the optical attachment 18.
- the light incoupling surface 22 is preferably designed such that it increases the convergence of the light passing through it only to such an extent that no substantial loss of injected luminous flux due to a further increase in the convergence occurs yet. This is the case, for example, for an ideal plane light coupling surface 22.
- This example shows how a parallelization of the light passing through the light incoupling surface 22 takes place at the expense of the effective light incoupling surface and thus at the expense of the portion of the coupled-in light in the total radiation of the light source 16.
- the efficiency of the light coupling is optimized and for a not complete parallelization at the light incidence surface 22 is accepted.
- a similar efficient coupling as with an ideal-plan surface can also be with a achieve concave light-emitting surface 22.
- FIG. 2 shows an embodiment of a built-vehicle lamp 10, as it results for a behind-the-vehicle observer in the event that the vehicle lamp 10 is a taillight.
- the vehicle lamp 10 has three attachment optics modules 18.1, 18.2 and 18.3, of which the first attachment optics module 18.1 are square and the two other attachment optics modules 18.2 and 18.3 are configured diamond-shaped.
- the in the FIG. 2 illustrated vehicle lamp 10 thus provides an example of a plurality of attachment optics modules 18.1, 18.2, 18.3 Instead of two different optical attachment modules, it is also possible to use a plurality of identical attachment optical modules or more than two different attachment optical modules. This makes it possible to produce different forms of light exit surfaces with a limited number of different optical attachment modules.
- each attachment optical module 18.1, 18.2, 18.3 three times three light output surfaces, each with a central light output surface 26 and 8 peripheral light output surfaces 24. It is understood that the number and the arrangement of decoupling surfaces of an optical attachment module can deviate from the illustrated examples and that for a vehicle lamp 10, more or less than three attachment optics modules 18.1, 18.2, 18.3 can be used.
- Decoupling surfaces 24, 26 associated Auskoppelarmen 28, 30 ensures, even if the luminous flux densities are different due to the geometry of the arrangement of the light entry surfaces of the coupling arms 28, 30 and / or the directional radiation characteristic of the light sources used.
- a uniform brightness of the individual light outcoupling surfaces 24, 26 is achieved, which appear when illuminated light sources as bright luminous spots.
- FIG. 3 shows an embodiment of a front optics 18 together with a semiconductor light source 34 as a light source 16 and with some light rays.
- the attachment optics 18 is again shown in a horizontal section, that is, in a plane lying in the plane of the directions H and HV section and has a centrally disposed Auskoppelarm 30 and peripherally arranged Auskoppelarme 28.
- the light emanating from the light source 16 and coupled via the light entry surface 22 in the optical attachment 18 light spreads there first divergent and is divided evenly and completely in the plane 32 on the decoupling arms 28 and 30.
- the uniformity is achieved by the already described dimensioning of the respective light entry surfaces, thus preferably by a reverse proportionality between area and luminous flux density in the area.
- a desirable parallelization of the in the peripheral Auskoppelarmen 28 propagating light takes place by an internal total reflection on side surfaces 38, 40 of this Auskoppelarme 28 instead.
- side surfaces 38 of the peripherally arranged Auskoppelarme 28 are adapted to reflect them directly or reflected incident light preferably in the direction of an optical axis 42 of this Auskoppelarms 28.
- the light beams 44 and 48 in this sense directly represent incident light. The directly incident light undergoes no further reflections between the coupling via the light incoupling surface 22 and the reflection on the outer surface 38.
- the light beam 46 represents light, which is initially reflected on a central surface of the Auskoppelarm 30 facing side surface 40 of a peripherally arranged Auskoppelarms 28 and thereby deflected to the outside.
- Both the outer side surfaces 38 and the inner side surfaces 40 of the peripherally arranged Auskoppelarme 28 are adapted by their shape, which is according to the law of reflection for the direction of the reflected light, to effect the desired parallelization.
- these surfaces are calculated in a preferred embodiment as free-form surfaces that are calculated pointwise or area by segment so that they cause the desired parallelization.
- it may also be simpler geometric basic shapes such as tilted and flat surfaces relative to the optical axis 42, parabolic curved surfaces, or similar reflection surfaces effecting a parallelization.
- any reflection is understood to be parallelizing, in which an angle which forms the light beam with the optical axis 42, after the Reflection is smaller than before the reflection.
- the design of the inner side surfaces 40 is preferably carried out so that the parallelization only after a further reflection on an outer side surface 38 occurs.
- the light output surfaces 24 of the peripheral Auskoppelarme 28 in other embodiments have a deviating from the planar shape shown form which exerts a parallelizing effect on the light passing through this decoupling surface 24 light.
- the shape may here, depending on the beam path within the respective Auskoppelarms 28, convex or concave curved, have tilted portions, or be tilted as a whole.
- FIG. 4 shows a side view of a lens attachment 18 with respect to a respective optical axis 42 tilted, flat, outer side surfaces 38. Since it is in the representation of the FIG. 4 is not a sectional view, all three visible Auskoppelarme 28 peripherally arranged Auskoppelarme. By projections 52 on the visible Auskoppelarmen 28 is in the FIG. 4 shown attachment optics 18 adapted to be connected to a holding device, which also serves as a holding device of the light source 16 and thus defines an arrangement of the light source with respect to their attachment optics.
- FIG. 5 shows such a holding device 54.
- the holding device 54 has a the peripheral optics 18 enveloping lateral surface with a decoupling surfaces 24, 26 facing the first end 58 and a light source 16 facing the second end 60.
- the first end 58 is designed to hold the attachment optics.
- the device takes place, for example, in that the first end 58 has receptacles into which the projections 52 of the attachment optics 18 are inserted in a force-fitting and / or form-fitting manner.
- the second end 60 of the holding device 54 is configured to hold the light source 16 or a structure holding the light source 16.
- the device takes place, for example, in that the holding device 54 is connected to a circuit board 62 of a semiconductor light source 34.
- the connection is made by a clip connection, by casting, by welding, by gluing, by soldering, and so on.
- connection is configured so that the semiconductor light source 34, or more generally the light source 16, relative to the attachment optics 18, in particular to the light coupling surface 22, has a defined position.
- FIG. 6 shows an embodiment with an alternative holding device 64 which is adapted to be attached to one end of the attachment optics 18, on which also the light input surface 22 of the optical attachment 18 is located and which is also adapted to a light source 16 holding structure For example, a board 62 of a semiconductor light source 34 to be attached.
- FIG. 7 shows a view of the light exit side of an optical attachment module 18 with nine Auskoppelarmen and approximately circular cross-section of the light outcoupling surfaces 24 and 26th
- FIG. 8 shows a perspective view of another variant of an optical attachment 18 with sixteen arms and rectangular cross-section of the light outcoupling surfaces.
- the number of Auskoppelarme is variably framed.
- the arrangement of the decoupling surfaces can also be designed variably and can be symmetrical, quadrangular, rectangular, radial, etc ..
- the decoupling surfaces can also, as in the FIG. 9 is shown to be arranged on radially diverging lines or other lines. Ultimately, it depends only on how, or which area is to be homogeneously illuminated with many spots of light.
- the shape of the light spots is determined by the shape of the light outcoupling surfaces 24, 26.
- This shape is not limited to the illustrated circular shape and may be, for example, polygonal, star-shaped, elliptical, semicircular, etc. In principle, there are no restrictions on this form.
- a scattering disk or the like for generating the light distribution can be arranged above the attachment optics 18.
- elements with smaller radii, free-form surfaces or facets, for example, in pillow form, may be applied to the coupling-out surfaces 24, 26 of the attachment optics 18 in addition to their planar or curved or tilted basic shape in order to generate the light distribution directly from the coupling-out arms 28, 30. This saves you the Fresnel losses of an additional disc and thus gains in efficiency.
- the vehicle lamp has a transparent lens arranged in the light emission direction in front of the attachment optics.
- the lens has, depending on the design, scattering structures such as prisms and / or cushions and / or edges and / or lines or is realized without such structures.
- the lens is identical to the cover 14 or a region of the cover 14 or realized as a separate lens which lies between the attachment optics and the cover 14.
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Abstract
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fahrzeugleuchte mit wenigstens einer Lichtleiter-Vorsatzoptik, die dazu eingerichtet ist, Licht wenigstens einer Lichtquelle über wenigstens eine Lichteinkoppelfläche in ein Basisvolumen der Vorsatzoptik aufzunehmen und über mehrere Lichtauskoppelflächen auszukoppeln, wobei die Vorsatzoptik einen Bereich aufweist, in dem sich das Basisvolumen in mehrere Auskoppelarme verzweigt und in dem sich in das Basisvolumen aufgenommenes Licht gleichmäßig auf die einzelnen Auskoppelarme aufteilt.
- Eine solche Fahrzeugleuchte ist aus der
US 2006/0198158 A1 bekannt. In derenFig. 4 wird eine Vorsatzoptik gezeigt, die Licht einer als Lichtquelle dienenden Leuchtdiodenanordnung aufnimmt und auf mehrere Auskoppelarme aufteilt. Am jeweiligen Lichtaustrittsende eines Auskoppelarms erscheint damit die Auskoppelfläche dieses Lichtaustrittsendes als leuchtender Lichtfleck. Wie aus weiteren Figuren derUS 2006/0198158 A1 ersichtlich ist, die eine Draufsicht auf die Anordnung der Lichtaustrittsenden der Vorsatzoptik zeigen, sind diese Lichtaustrittsenden symmetrisch zu einem Mittelpunkt so angeordnet, dass sich eine kranzförmige Anordnung ergibt, die für n Lichtaustrittsenden eine n-zählige Symmetrie aufweist. Für die in derUS 2006/0198158 A1 dargestellten Ausführungsformen ist n entweder gleich 6 oder die Ausführungsform ist aus mehreren Elementarzellen mit jeweils n = 6 Lichtaustrittsenden aufgebaut. - Eine weitere, siebte Lichtaustrittsfläche erstreckt sich um den genannten Mittelpunkt herum. Diese weitere Lichtaustrittsfläche begrenzt direkt das Basisvolumen und ist daher nicht über einen Auskoppelarm, der aus dem Basisvolumen herausragen würde, mit dem Basisvolumen verbunden. In einer Seitenansicht der Vorsatzoptik, bei der die Lichteinkoppelfläche unten und die Lichtaustrittsenden der Auskoppelarme oben liegen, liegt die weitere Lichtaustrittsfläche dann auf einem tieferen Niveau als die Lichtaustrittenden der Auskoppelarme, nämlich auf dem Niveau, auf dem der Bereich der Vorsatzoptik liegt, in dem sich das Basisvolumen in die mehreren Auskoppelarme verzweigt und in dem sich das in das Basisvolumen aufgenommene Licht gleichmäßig auf die einzelnen Auskoppelarme aufteilt.
- Die Lichttransmissionsmenge der zentralen, weiteren Lichtaustrittsfläche kann nach der
US 2006/0198158 so eingestellt werden, dass sie der Lichtmenge entspricht, die über jedes der peripheren Lichtaustrittsenden abgestrahlt wird. Im Ergebnis soll damit von den sechs Eckpunkten eines Hexagons und einem siebten, im Zentrum des Hexagons liegenden Punkt das auf diese Punkte aufgeteilte Licht einer Lichtquelle gleichmäßig, d.h. zu gleichen Teilen, abgestrahlt werden. Die Punkte sollen also gleich hell erscheinen. - Die Gleichmäßigkeit der Abstrahlung der peripher angeordneten Lichtaustrittsenden ist dabei durch die Symmetrie der Anordnung bedingt und setzt damit eine solche symmetrische Anordnung voraus. Das gleichmäßige Erscheinungsbild ändert sich jedoch, wenn der Betrachter nicht direkt in der Hauptabstrahlrichtung steht und stattdessen aus einer seitlichen Position heraus schräg auf die Anordnung der Lichtaustrittsenden blickt. In diesem Fall wird die zentrale Lichtaustrittsfläche durch die Auskoppelarme mit zunehmendem seitlichen Abstand des Betrachters von der Fahrzeugleuchte zunehmend von den Auskoppelarmen verdeckt, was das Erscheinungsbild beeinträchtigt. Nachteilig ist darüber hinaus, dass die Erforderlichkeit einer Anordnung der peripheren Lichtaustrittsenden in einer n-zähligen Symmetrie den Gestaltungspielraum beim Entwurf des Erscheinungsbildes der Fahrzeugleuchte einengt.
- Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Fahrzeugleuchte bereitzustellen, die eine Leuchtfläche oder auch Lichtaustrittsfläche mit vielen Lichtflecken aufweist, die auch bei einer von der Seite her erfolgenden Betrachtung gleich hell erscheinen, bei der der Gestaltungsspielraum für das Design der Fahrzeugleuchte größer ist als bei der bekannten Fahrzeugleuchte, und die ein insgesamt gleichmäßigeres Erscheinungsbild sowohl im eingeschalteten als auch im ausgeschalteten Zustand besitzt.
- Diese Aufgabe wird bei einer Fahrzeugleuchte der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die erfindungsgemäße Fahrzeugleuchte zeichnet sich demnach dadurch aus, dass jede Lichtauskoppelfläche über genau einen von mehreren aus dem Basisvolumen herausragenden Auskoppelarmen der Vorsatzoptik optisch mit dem Basisvolumen verbunden ist und die Vorsatzoptik wenigstens zwei Auskoppelarme aufweist, die mit unterschiedlich großen Lichteintrittsquerschnitten in den genannten Bereich übergehen, wobei die Größe der Lichteintrittsquerschnitte so gewählt ist, dass ein Lichteintrittsquerschnitt, in dem eine vergleichsweise kleinere Lichtstromdichte herrscht, eine größere Fläche aufweist als ein Lichteintrittsquerschnitt, in dem eine vergleichsweise größere Lichtstromdichte herrscht, und dass die Fahrzeugleuchte einen Abdeckrahmen aufweist, der für jeden Auskoppelarm eine Ausnehmung aufweist, durch die der Auskoppelarm hindurch ragt.
- Durch diese Dimensionierung der Lichteintrittsquerschnitte der Auskoppelarme wird das in das Basisvolumen eingekoppelte Licht gleichmäßig auf die einzelnen Auskoppelarme aufgeteilt. Dadurch wird eine gleichmäßige Helligkeit der Leuchtflecken einer Vorsatzoptik erzielt. Durch die genannte Dimensionierung der
Lichteintrittsquerschnitte lassen sich Unterschiede in den Lichtstromdichten des in die jeweiligen Auskoppelarme eintretenden Lichtstroms kompensieren, was das Erzielen der gleichmäßigen Helligkeit begünstigt. Unterschiede in den Lichtstromdichten treten zum Beispiel bei einer nicht vollständig symmetrischen Anordnung der Lichteintrittsquerschnitte in Bezug auf die Lichtquelle auf. Die Erfindung gewährt damit eine größere Freiheit bei der Gestaltung der Anordnung der Leuchtflecken durch verringerte Anforderungen an die Symmetrie der Anordnung. - Dadurch, dass die Fahrzeugleuchte einen Abdeckrahmen aufweist, der für jeden Auskoppelarm eine Ausnehmung aufweist, durch die der Auskoppelarm hindurch ragt, wird ein flächiges Erscheinungsbild der Fahrzeugleuchte erzeugt. Das flächige Erscheinungsbild ergibt sich dabei sowohl durch die Verwendung des Abdeckrahmens als auch dadurch, dass jeder Auskoppelarm durch eine Ausnehmung des Abdeckrahmens hindurch ragen muss. Der Abdeckrahmen als solcher deckt das Innere der Fahrzeugleuchte gegen Einblicke von außen ab und vermeidet bereits auf diese Weise unerwünschte Eindrücke von Tiefe bei einer Betrachtung der Fahrzeugleuchte. Dadurch, dass sämtliche Auskoppelarme durch den Abdeckrahmen hindurch ragen, wird eine flächige Anordnung der einzelnen Lichtaustrittsflächen möglich, mit der die beim Stand der Technik vorgegebene Anordnung von Lichtaustrittsflächen auf verschiedenen Niveaus, d.h. in verschiedenen Tiefen der Fahrzeugleuchte, vermeidbar ist. Außerdem wird vermieden, dass periphere Auskoppelarme bei einer Betrachtung von der Seite her mehr zentral angeordnete Auskoppelflächen verdecken. Letzteres ist beim Gegenstand der
US 2006/0198158 der Fall. - Beim Stand der Technik wird der Gestaltungspielraum dagegen dadurch eingeengt, dass die Anordnung der peripheren Lichtaustrittsenden und der zentralen Lichtaustrittsfläche auf verschiedenen Niveaus zumindest bei einer von der Seite her erfolgenden Betrachtung immer einen gewissen Eindruck von Tiefe erzeugt, der nicht immer erwünscht ist.
- Eine bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass die Lichteinkoppelfläche so gestaltet ist, dass sie die Konvergenz des durch sie hindurchtretenden Lichtes nur soweit vergrößert, dass noch kein wesentlicher, durch eine weitere Vergrößerung der Konvergenz bedingter Verlust an eingekoppeltem Lichtstrom auftritt. Dies lässt sich insbesondere dadurch erreichen, dass die
Lichteinkoppelfläche plan oder konkav ist. - Das Ersetzen einer planen Einkoppelfläche durch eine konvexe Einkoppelfläche stellt ein Beispiel dafür dar, dass eine Vergrößerung der Konvergenz mit einem Verlust an eingekoppeltem Lichtstrom einhergeht. Um dies zu verdeutlichen, wird ein plane Einkoppelfläche im Vergleich zu einer konvexen Einkoppelfläche betrachtet, die mit Ausnahme ihrer Wölbung mit der planen Einkoppelfläche identisch ist. Beide Flächen decken also gleiche Bereiche ab und weisen insbesondere gleiche Randkurven als physische Ränder auf. Die plane Einkoppelfläche kann als Projektion der im Raum gewölbten konvexen Fläche in eine zweidimensionale Ebene betrachtet werden. Die plane Fläche ist zum Beispiel ein Kreis. Die gewölbte Fläche ist zum Beispiel die Fläche einer Kugelkalotte.
- Vergleicht man den maximalen Erfassungswinkel, unter dem die Einkoppelfläche von der Lichtquelle aus erscheint, für die zwei Fälle einer planen Einkoppelfläche und einer konvexen Einkoppelfläche, so stellt man fest, dass der Erfassungswinkel der planen Fläche größer ist. Das liegt daran, dass die Schenkel des Winkels bei der planen Einkoppelfläche die physischen Ränder der Einkoppelfläche berühren, während sie bei der konvexen Fläche Tangenten an die gewölbte Fläche bilden. Die Berührungspunkte der Tangenten liegen vom physischen Rand der konvexen Fläche aus betrachtet weiter innen. Die zur Lichteinkopplung verbleibende Restfläche wird damit durch die eine Linie bildenden Berührungspunkte sämtlicher Tangenten, die den räumlichen Erfassungswinkel begrenzen, berandet und ist kleiner als die vom physischen Rand begrenzte Fläche.
- Im Vergleich zu der planen Fläche weist die konvexe Fläche eine stärker bündelnde Wirkung auf, wobei dieser Vorteil mit dem Nachteil des kleineren Erfassungswinkels einhergeht. Der Übergang zu einer konvexen Fläche ist daher mit einem Lichtverlust verbunden. Gleichwohl versteht es sich, dass mit einer nur leicht konvexen Fläche noch fast die gleichen Effekte erzielt werden können wie mit einer planen Einkoppelfläche. Zur Abgrenzung von nicht mehr vernachlässigbaren Lichtverlusten werden in den folgenden Ausgestaltungen quantitative Grenzwerte für den je nach Ausgestaltung tolerierbaren Lichtverlust angegeben.
- Dabei gilt ein Verlust an eingekoppeltem Lichtstrom in einer Ausgestaltung als wesentlich, wenn der Verlust größer als 1/10 des unter ansonsten gleichen Bedingungen über eine plane Einkoppelfläche eingekoppelten Lichtstroms ist. In einer weiteren Ausgestaltung gilt der Verlust an eingekoppeltem Lichtstrom als wesentlich, wenn der Verlust größer als 1/20 des unter ansonsten gleichen Bedingungen über eine plane Einkoppelfläche eingekoppelten Lichtstroms ist. Bevorzugt ist ferner, dass der Verlust an eingekoppeltem Lichtstrom als wesentlich gilt, wenn der Verlust größer als 1/100 des unter ansonsten gleichen Bedingungen über eine plane Einkoppelfläche eingekoppelten Lichtstroms ist.
- Zur Verdeutlichung der vorteilhaften Wirkung dieser Ausgestaltung wird noch einmal auf den eingangs genannten Stand der Technik nach der
US 7,419,287 B2 verwiesen. Dort wird als Lichteintrittsfläche eine Fläche verwendet, die ein auftreffendes Bündel divergenten Lichtes der Lichtquelle so stark kollimiert, dass das in den Lichtleiter eingekoppelte Licht dort als Bündel paralleler Strahlen propagiert. - Unabhängig von der speziellen Form einer
Lichteintrittsfläche einer Licht-leitenden Vorsatzoptik gilt meist, dass eine solche über die Eintrittsflächen erfolgende Parallelisierung mit einem Lichtverlust verbunden ist. Das heißt, dass die Parallelität damit erkauft wird, dass weniger Licht eingekoppelt wird als maximal möglich wäre. Der bei der Einkopplung auftretende Lichtverlust wirkt sich in einer suboptimal niedrigeren Helligkeit der Leuchtflecken, oder einer suboptimal kleineren Zahl an Leuchtflecken aus. - Dies gilt zwar nicht für Fresnel-Linsen. Fresnel-Linsen haben jedoch den Nachteil, dass sie eine aufwändig genaue Positionierung der Lichtquelle relativ zur Einkoppelfläche erfordern.
- Die genannte Ausgestaltung vermeidet die Nachteile einer suboptimal niedrigeren Helligkeit der Leuchtflecken oder einer suboptimal kleineren Zahl an Leuchtflecken dadurch, dass sie mehr Licht in den Lichtleiter eintreten lässt. Dadurch kann bei gegebener Zahl der Leuchtflecken eine höhere Helligkeit der Leuchtflecken oder bei gegebener Helligkeit eine größere Zahl von Leuchtflecken in der Lichtaustrittsfläche der Fahrzeugleuchte erzielt werden. Wenn man den Wirkungsgrad der Fahrzeugleuchte als Verhältnis des über die Leuchtflecken austretenden Lichtstroms zum über die Lichteinkoppelfläche eingekoppelten Lichtstrom definiert, ergibt sich durch diese Ausgestaltung ein erwünscht hoher Wirkungsgrad der Fahrzeugleuchte.
- Eine vorteilhafte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass sie mehrere gleiche oder verschiedene Vorsatzoptiken aufweist. Diese Ausgestaltung erlaubt einen modularen Aufbau einer Leuchtfläche mit verschiedenen Anordnungen von Leuchtflecken mit wenigen Grundmodulen, was eine rationelle Fertigung und Ersatzteilhaltung erlaubt.
- Weitere Vorteile ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den beigefügten Figuren.
- Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
- Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Dabei bezeichnen gleiche Bezugszeichen in den verschiedenen Figuren jeweils gleiche Elemente.
- Es zeigen, jeweils in schematischer Form:
- Fig. 1
- ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Fahrzeugleuchte;
- Fig. 2
- eine Ausgestaltung einer eingebauten Fahrzeugleuchte, wie sie sich für einen hinter einem Fahrzeug stehenden Betrachter ergibt;
- Fig. 3
- eine Ausgestaltung einer Vorsatzoptik;
- Fig. 4
- eine Seitenansicht einer Vorsatzoptik;
- Fig. 5
- eine solche Haltevorrichtung einer Vorsatzoptik;
- Fig. 6
- eine alternative Haltevorrichtung,
- Fig. 7
- eine Ansicht der Lichtaustrittsseite eines Vorsatzoptik-Moduls mit neun Auskoppelarmen;
- Fig. 8
- eine perspektivische Ansicht einer Ausgestaltung einer Vorsatzoptik mit sechzehn Auskoppelarmen; und
- Figur 9
- eine Ausgestaltung einer Anordnung von Auskoppelflächen einer Fahrzeugleuchte.
- Beleuchtungseinrichtungen für Fahrzeuge lassen sich nach ihrer Funktion in Scheinwerfer und Leuchten gliedern. Scheinwerfer dienen zur Beleuchtung des Fahrzeugumfeldes, während Leuchten Signalfunktionen erfüllen, die andere Verkehrsteilnehmer auf das Fahrzeug aufmerksam machen sollen. Beispiele von Leuchten sind Blinkleuchten, Bremsleuchten und Tagfahrlicht-Leuchten, wobei diese Aufzählung nicht als abschließend verstanden werden soll.
- Im Einzelnen zeigt die
Figur 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Fahrzeugleuchte 10.
Die in derFigur 1 angegebenen Richtungen H, V, HV beziehen sich auf eine Lage einer Fahrzeugleuchte 10 im eingebauten Zustand im Fahrzeug. Dabei repräsentiert die Richtung H eine Horizontale, die Richtung V eine Vertikale und die Richtung HV die Fahrtrichtung. Die Fahrzeugleuchte 10 weist ein Gehäuse 12 auf, das von einer transparenten Abdeckscheibe 14 abgedeckt wird. Aufgrund ihrer Ausrichtung zur Fahrtrichtung HV handelt es sich bei der dargestellten Fahrzeugleuchte 10 um eine Heckleuchte, von der dieFigur 1 ein rechtes Ende in einem Horizontalschnitt zeigt. Man schaut also von oben in die aufgeschnittene Fahrzeugleuchte 10 hinein. Die Erfindung ist jedoch nicht auf Heckleuchten beschränkt und in gleicher Weise für Bugleuchten wie Tagfahrlicht-Leuchten und im Bug angeordnete Blinkleuchten sowie andere Leuchten verwendbar, unabhängig davon, ob solche Leuchten ein separates Gehäuse aufweisen oder zusammen mit andere Lichtfunktionen erfüllenden Lichtmodulen in einem Scheinwerfer angeordnet sind. - Die in der
Figur 1 dargestellte Fahrzeugleuchte 10 weist eine Lichtquelle 16 und eine Lichtleiter-Vorsatzoptik 18 auf. Die Lichtleiter-Vorsatzoptik 18 weist eine der Lichtquelle 16 zugewandte Lichteinkoppelfläche 22 sowie mehrere Lichtauskoppelflächen 24, 26 auf, die über Auskoppelarme 28, 30 und ein Basisvolumen optisch mit der Lichteinkoppelfläche 22 verbunden sind. Dabei wird unter einer optischen Verbindung jede Verbindung verstanden, über die Licht der Lichtquelle 16, das über die Lichteinkoppelfläche 22 in die Vorsatzoptik 18 eingekoppelt wird, zu den Lichtauskoppelflächen 24, 26 gelangt. Das Basisvolumen der Vorsatzoptik ist das zwischen der Lichteinkoppelfläche 22 und den Auskoppelarmen 28, 30 liegende Teilvolumen der Vorsatzoptik 18. - Die Auskoppelarme 28, 30 ragen durch korrespondierende Ausnehmungen im Abdeckrahmen 20 durch den Abdeckrahmen 20 hindurch. Der Abdeckrahmen 20 hat die Funktion eines Gestaltungselementes zur Beeinflussung des Erscheinungsbildes der Fahrzeugleuchte 10. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Abdeckrahmen 20 undurchsichtig und deckt damit im Inneren des Gehäuses 12 liegende Elemente und Strukturen gegen Einblicke von außen ab. Der Abdeckrahmen 20 kann eine planare Form haben, die parallel oder geneigt zur Lichteinkoppelfläche 22 orientiert in der Fahrzeugleuchte 10 angeordnet ist. In einer zur planaren Form alternativen Ausgestaltung besitzt der Abdeckrahmen eine im Raum gekrümmte Form. Dabei kann es sich um eine konvex oder konkav oder im Wechsel konvex und konkav gewölbte Form handeln. Die Krümmung kann je nach Raumrichtung verschieden ausfallen. Wesentlich ist, dass der Abdeckrahmen für jeden Auskoppelarm eine Ausnehmung aufweist, durch die der Auskoppelarm hindurch ragt. Die Lichtauskoppelflächen der Auskoppelarme können dabei über die Oberfläche des Abdeckrahmens hinausragen oder mit der Oberfläche des Abdeckrahmens bündig abschließen.
- Bei eingeschalteter Lichtquelle 16 nimmt der Betrachter die Lichtauskoppelflächen 24, 26 als hell leuchtende Leuchtflecken war.
- Die Vorsatzoptik 18 weist einen in der
Figur 1 gestrichelt dargestellten Bereich 32 auf, in dem über die Lichteinkoppelfläche 22 eingekoppeltes Licht gleichmäßig auf die einzelnen Auskoppelarme 28, 30 aufgeteilt wird. Dabei ist zu beachten, dass in Teilbereichen des Bereiches 32, in denen die beiden außen liegenden und damit peripheren Auskoppelarme 28 in den Bereich 32 übergehen oder einmünden, eine geringere Lichtstromdichte herrschen wird als in dem zentraler angeordneten Auskoppelarm 30. Dies ergibt sich durch die Geometrie der Anordnung. - Erfindungsgemäß erfolgt die gleichmäßige Verteilung des eingekoppelten Lichtes auf die einzelnen Auskoppelarme 28, 30 so, dass die Größe der jeweiligen Lichteintrittsquerschnitte so gewählt ist, dass ein Lichteintrittsquerschnitt 33 eines Auskoppelarms 28, in dem eine kleinere Lichtstromdichte herrscht, eine größere Fläche aufweist als ein Lichteintrittsquerschnitt 35 eines anderen Auskoppelarms 30, in dem eine vergleichsweise größere Lichtstromdichte herrscht. Der Lichteintrittsquerschnitt 33, 35 ergibt sich jeweils als Fläche eines Schnittes durch den jeweiligen Auskoppelarm 28, 30 in der Höhe des Bereichs 32.
- In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Fläche jeweils umgekehrt proportional zur Lichtstromdichte, so dass die sich als Produkt aus Fläche und Lichtstromdichte für jeden Auskoppelarm 28, 30 ergebenden Werte der Lichtströme gleich sind. Die Vorsatzoptik weist wenigstens zwei Auskoppelarme 28, 30 auf, die mit unterschiedlichen Lichteintrittsquerschnitten in die genannten Bereiche 32 übergehen.
- Die Lichtquelle 16 ist in einer Ausgestaltung eine Halbleiterlichtquelle 34 aus einer oder mehreren Leuchtdioden, die auf einem Chip 36 montiert sind und mit einem Kühlkörper zum Abführen der elektrischen Verlustleistung ausgestattet sind. Eine Leuchtdiode ist im Allgemeinen ein Lambert-Strahler, was bedeutet, dass die richtungsabhängig abgestrahlte Intensität einem Kosinus-Gesetz folgt:
- Dabei ist α ein Winkel, dessen Scheitel auf der leuchtenden Fläche der Leuchtdiode sitzt und dessen Bezugsschenkel durch eine senkrecht auf der leuchtenden LED-Fläche stehende Gerade gebildet wird. In der
Figur 1 würde sich eine solche Gerade antiparallel zur Richtung HV erstrecken. Entsprechend der Lambert-Strahlungscharakteristik nimmt der Lichtstrom mit zunehmendem Winkel α ab, was ein Grund dafür ist, dass die Lichtstromdichte im Zentrum des Bereiches 32 und damit im Bereich des zentral angeordneten Auskoppelarms 32 maximal ist und zu den Rändern hin abnimmt. Daher ist die Lichtstromdichte in den Lichteintrittsflächen der peripher angeordneten Auskoppelarme 28 geringer als in der Lichteintrittsfläche des zentral angeordneten Auskoppelarms. - Halbleiterlichtquellen werden auch deshalb als Lichtquellen 16 bevorzugt, weil sie kaltes Licht emittieren. Die beim Betrieb der Leuchtdioden auftretende elektrische Verlustleistung entsteht in den Leuchtdioden und kann über Kühlkörper getrennt von der Strahlung abgeführt werden. Die Verlustwärme wird daher nicht als Wärmestrahlung in Lichtabstrahlrichtung abgestrahlt, wie es bei Glühlampen der Fall wäre. Daher können Leuchtdioden sehr dicht an der Lichteinkoppelfläche 22 angeordnet werden, zum Beispiel mit einem Abstand von 1/10 bis 3/10 Millimetern. Dieser geringe Abstand begünstigt ganz erheblich den Wirkungsgrad der Fahrzeugleuchte 10, weil er eine weitgehend vollständige Einkopplung des von der Lichtquelle 16 in den vor ihr liegenden Halbraum emittierten Lichtstrahlung in die Vorsatzoptik 18 gestattet.
- Die Lichteinkoppelfläche 22 ist bevorzugt so ausgestaltet, dass sie die Konvergenz des durch sie hindurchtretenden Lichtes nur soweit vergrößert, dass noch kein wesentlicher, durch eine weitere Vergrößerung der Konvergenz bedingter Verlust an eingekoppeltem Lichtstrom auftritt. Dies ist zum Beispiel für eine ideal-plane Lichteinkoppelfläche 22 der Fall. Die als Extremfälle betrachteten Strahlen der Lichtquelle 16, die sich nahezu parallel, aber noch mit einer gewissen Neigung zur Lichteinkoppelfläche 22 ausbreiten, werden mit dem Grenzwinkel der Totalreflexion an der Lichteinkoppelfläche 22 gebrochen und damit in die Vorsatzoptik 18 eingekoppelt.
- Gegenüber einer optischen Achse, die sich im Beispiel der
Figur 1 von der Mitte der Leuchtdiode 34 ausgehend antiparallel zur Richtung HV durch den zentralen Auskoppelarm 26 erstreckt, bilden diese Extremalstrahlen in der Vorsatzoptik 28 einen Winkel von 39° in PC (Polycarbonat) oder 42° in PMMA (Polymethylmetacrylat). Zwischen den Extremalstrahlen rechts und links der optischen Achse bildet sich damit ein Winkel von 78°, beziehungsweise 84° aus, sodass ersichtlich kein paralleles Licht vorliegt. - Wollte man nun an der Lichteinkoppelfläche 22 paralleles Licht erzeugen, müsste man die Lichteinkoppelfläche 22 mit einer solchen Krümmung versehen, dass die betrachteten Extremalstrahlen parallel zur optischen Achse verlaufen. Die Extremalstrahlen werden dann aber nicht mehr flächig streifend in die Vorsatzoptik 18 gebrochen, sondern schmiegen sich als Tangenten an die gekrümmte Lichteinkoppelfläche 22 an. Dadurch entsteht in der Peripherie der Lichteinkoppelfläche 22 ein Verlustwinkel, in dem kein Licht mehr eingekoppelt wird.
- An diesem Beispiel sieht man, wie eine an der Lichteinkoppelfläche 22 erfolgende Parallelisierung des durch die Lichteinkoppelfläche 22 hindurchtretenden Lichtes auf Kosten der wirksamen Lichteinkoppelfläche und damit auf Kosten des Anteils des eingekoppelten Lichtes an der Gesamtstrahlung der Lichtquelle 16 erfolgt.
- Bei der Erfindung wird die Effizienz der Lichteinkopplung optimiert und dafür wird eine nicht vollständige Parallelisierung an der Lichteinkoppelfläche 22 in Kauf genommen. Wie weiter unten noch näher erläutert wird, erfolgt bei Ausgestaltungen der Erfindungen eine weitergehende Parallelisierung des innerhalb der Vorsatzoptik propagierenden Lichtes durch Reflexionen an entsprechend ausgestalteten Außenwänden der Auskoppelarme 28, 30. Eine ähnlich effiziente Einkopplung wie mit einer ideal-planen Fläche lässt sich auch mit einer konkav ausgestalteten Lichteinkoppelfläche 22 erzielen.
-
Figur 2 zeigt eine Ausgestaltung einer eingebauten Fahrzeugleuchte 10, wie sie sich für einen hinter einem Fahrzeug stehenden Betrachter für den Fall ergibt, dass die Fahrzeugleuchte 10 eine Heckleuchte ist. Die Fahrzeugleuchte 10 weist drei Vorsatzoptikmodule 18.1, 18.2 und 18.3 auf, von denen das erste Vorsatzoptikmodul 18.1 quadratisch und die beiden anderen Vorsatzoptikmodule 18.2 und 18.3 rautenförmig ausgestaltet sind. Die in derFigur 2 dargestellte Fahrzeugleuchte 10 stellt damit ein Beispiel einer mehrere Vorsatzoptikmodule 18.1, 18.2, 18.3 aufweisenden Fahrzeugleuchte 10 dar. An Stelle von zwei verschiedenen Vorsatzoptikmodulen können auch mehrere gleiche Vorsatzoptikmodule oder mehr als zwei verschiedene Vorsatzoptikmodule verwendet werden. Damit lassen sich verschiedene Formen von Lichtaustrittsflächen mit einer begrenzten Zahl verschiedener Vorsatzoptikmodule herstellen. Anders als beim eingangs genannten Stand der Technik nach derUS 2006/0198158 A1 ist dabei keine besondere kranzförmige Anordnung oder auch andere Symmetrie der Anordnung der Lichtauskoppelflächen 24, 26 erforderlich. Die Lichtaustrittsflächen können insbesondere auch so angeordnet sein, wie es in denFiguren 7 bis 9 gezeigt ist, wobei zum Beispiel im Fall derFigur 8 auch andere Werte der Zahlen von Zeilen und Spalten als vier möglich sind und wobei insbesondere die Zahl der Zeilen auch von der Zahl der Spalten abweichen kann. Die Erfindung erlaubt eine Erzeugung gleich heller Lichtflecken, ohne an dabei an eine bestimmte Symmetrie der Anordnung der Lichtflecken gebunden zu sein. - Aus Gründen der Darstellung sind die Grenzen zwischen den drei Vorsatzoptikmodulen 18.1, 18.2 und 18.3 in der
Figur 2 gestrichelt dargestellt. In der dargestellten Ausgestaltung weist jedes Vorsatzoptikmodul 18.1, 18.2, 18.3 drei mal drei Lichtauskoppelflächen mit je einer zentralen Lichtauskoppelfläche 26 und 8 peripheren Lichtauskoppelflächen 24 auf. Es versteht sich, dass die Zahl und die Anordnung von Auskoppelflächen eines Vorsatzoptikmoduls von den dargestellten Beispielen abweichen kann und das für eine Fahrzeugleuchte 10 auch mehr oder weniger als drei Vorsatzoptikmodule 18.1, 18.2, 18.3 verwendet werden können. - Es ist ein großer Vorteil der vorliegenden Erfindung, dass sie für gleiche Lichtstromstärken in den zu verschiedenen Auskoppelflächen 24, 26 zugehörigen Auskoppelarmen 28, 30 sorgt, auch wenn die Lichtstromdichten aufgrund der Geometrie der Anordnung der Lichteintrittsflächen der Auskoppelarme 28, 30 und/oder der richtungsabhängigen Strahlungscharakteristik der verwendeten Lichtquellen unterschiedlich sind. Durch die jeweils gleichen Lichtstromstärken wird eine gleichmäßige Helligkeit der einzelnen Lichtauskoppelflächen 24, 26 erzielt, die bei eingeschalteten Lichtquellen als hell leuchtende Leuchtflecken erscheinen.
-
Figur 3 zeigt eine Ausgestaltung einer Vorsatzoptik 18 zusammen mit einer Halbleiterlichtquelle 34 als Lichtquelle 16 sowie mit einigen Lichtstrahlen. Die Vorsatzoptik 18 ist wieder in einem Horizontalschnitt, also in einem in der Ebene der Richtungen H und HV liegenden Schnitt dargestellt und weist einen zentral angeordneten Auskoppelarm 30 sowie peripher angeordnete Auskoppelarme 28 auf. Das von der Lichtquelle 16 ausgehende und über die Lichteintrittsfläche 22 in die Vorsatzoptik 18 eingekoppelte Licht breitet sich dort zunächst divergent aus und wird in der Ebene 32 gleichmäßig und vollständig auf die Auskoppelarme 28 und 30 aufgeteilt. Die Gleichmäßigkeit wird durch die bereits beschriebene Dimensionierung der jeweiligen Lichteintrittsflächen erzielt, bevorzugt also durch eine umgekehrte Proportionalität zwischen Fläche und Lichtstromdichte in der Fläche. Die Vollständigkeit wird dadurch erzielt, dass die Lichteintrittsflächen der Auskoppelarme 28, 30 in ihrer Summe genauso groß sind wie der Querschnitt der Vorsatzoptik 18 im Bereich 32. Unter dieser Voraussetzung wird alles Licht, das durch den Bereich 32 hindurchtritt, in einen der Auskoppelarme 28, 30 eingekoppelt. - Eine erwünschte Parallelisierung des in den peripheren Auskoppelarmen 28 propagierenden Lichtes findet durch eine interne Totalreflexion an Seitenflächen 38, 40 dieser Auskoppelarme 28 statt. Dazu sind vom zentral angeordneten Auskoppelarm 30 abgewandte Seitenflächen 38 der peripher angeordneten Auskoppelarme 28 dazu eingerichtet, auf sie direkt oder reflektiert einfallendes Licht vorzugsweise in Richtung einer optischen Achse 42 dieses Auskoppelarms 28 zu reflektieren. Die Lichtstrahlen 44 und 48 repräsentieren in diesem Sinne direkt einfallendes Licht. Das direkt einfallende Licht erfährt zwischen der Einkopplung über die Lichteinkoppelfläche 22 und der Reflexion an der Außenfläche 38 keine weiteren Reflexionen.
- Der Lichtstrahl 46 repräsentiert Licht, das zunächst an einer dem zentral angeordneten Auskoppelarm 30 zugewandten Seitenfläche 40 eines peripher angeordneten Auskoppelarms 28 reflektiert und dabei nach Außen umgelenkt wird. Sowohl die äußeren Seitenflächen 38 als auch die inneren Seitenflächen 40 der peripher angeordneten Auskoppelarme 28 sind durch ihre Form, die nach dem Reflexionsgesetz mitentscheidend für die Richtung des reflektierten Lichtes ist, dazu eingerichtet, die gewünschte Parallelisierung zu bewirken.
- Dazu sind diese Flächen in einer bevorzugten Ausgestaltung als Freiformflächen berechnet, die punktweise oder flächensegmentweise so berechnet sind, dass sie die gewünschte Parallelisierung bewirken. Alternativ kann es sich bei einfachen Ausgestaltungen aber auch um einfachere geometrische Grundformen wie gegenüber der optischen Achse 42 verkippte und ebene Flächen, um parabelförmig gekrümmte Flächen oder ähnliche, eine Parallelisierung bewirkende Reflexionsflächen handeln. Dabei wird jede Reflexion als parallelisierend verstanden, bei der ein Winkel, den der Lichtstrahl mit der optischen Achse 42 bildet, nach der Reflexion kleiner ist als vor der Reflexion. Die Gestaltung der inneren Seitenflächen 40 erfolgt dabei bevorzugt so, dass die Parallelisierung erst nach einer weiteren Reflexion an einer äußeren Seitenfläche 38 auftritt.
- Innerhalb des zentral angeordneten Auskoppelarms 30 treten aufgrund der Geometrie der Anordnung weniger Reflexionen an den Seitenwänden auf. Aus diesem Grund wird das in diesem zentralen Auskoppelarm 30 propagierende Licht mit einem gewissen Öffnungswinkel und damit als divergentes Licht auf die zugeordnete Lichtauskoppelfläche 26 treffen. Bei ebener Ausgestaltung der Lichtauskoppelfläche 26 würde dieser Öffnungswinkel wegen des Übergangs in ein optisch weniger dichtes Medium wie Luft noch aufgeweitet werden, da das Licht bei diesem Übergang vom Lot weggebrochen wird. Um auch beim Lichtaustritt aus der Lichtauskoppelfläche 26 des zentralen Auskoppelarms 30 weitgehend paralleles Licht zu erzielen, ist die Lichtaustrittsfläche 26 in der Ausgestaltung, die in der
Figur 3 dargestellt ist, nach außen gewölbt und damit konvexgeformt. Wenn bei einer anderen Ausgestaltung konvergentes Licht vom Inneren des Auskoppelarms 30 auf seine Lichtauskoppelfläche 26 einfällt, ist diese Auskoppelfläche bevorzugt plan oder nach innen gewölbt (konkav) geformt, um paralleles Licht austreten zu lassen. - Analog besitzen auch die Lichtauskoppelflächen 24 der peripheren Auskoppelarme 28 in weiteren Ausgestaltungen eine von der gezeigten planaren Gestalt abweichende Form, die eine parallelisierende Wirkung auf das durch diese Auskoppelfläche 24 hindurchtretende Licht ausübt. Die Form kann auch hier, je nach Strahlengang innerhalb des jeweiligen Auskoppelarms 28, konvex oder konkav gekrümmt sein, gekippte Abschnitte aufweisen, oder im Ganzen gekippt sein.
- Die
Figur 4 zeigt eine Seitenansicht einer Vorsatzoptik 18 mit gegenüber einer jeweiligen optischen Achse 42 gekippten, ebenen, äußeren Seitenflächen 38. Da es sich bei der Darstellung derFigur 4 nicht um eine Schnittansicht handelt, sind alle drei sichtbaren Auskoppelarme 28 peripher angeordnete Auskoppelarme. Durch Vorsprünge 52 an den sichtbaren Auskoppelarmen 28 ist die in derFigur 4 dargestellte Vorsatzoptik 18 dazu eingerichtet, mit einer Haltevorrichtung verbunden zu werden, die auch als Haltevorrichtung der Lichtquelle 16 dient und die damit eine Anordnung der Lichtquelle im Bezug auf ihre Vorsatzoptik definiert. -
Figur 5 zeigt eine solche Haltevorrichtung 54. Die Haltevorrichtung 54 weist eine die Vorsatzoptik 18 umhüllende Mantelfläche mit einem den Auskoppelflächen 24, 26 zugewandten ersten Ende 58 und einem der Lichtquelle 16 zugewandten zweiten Ende 60 auf. - Das erste Ende 58 ist zur Halterung der Vorsatzoptik eingerichtet. Die Einrichtung erfolgt zum Beispiel dadurch, dass das erste Ende 58 Aufnahmen aufweist, in die die Vorsprünge 52 der Vorsatzoptik 18 kraft- und/oder formschlüssig eingesteckt werden.
- Das zweite Ende 60 der Haltevorrichtung 54 ist zur Halterung der Lichtquelle 16 oder einer die Lichtquelle 16 haltenden Struktur eingerichtet. Dabei erfolgt die Einrichtung zum Beispiel dadurch, dass die Haltevorrichtung 54 mit einer Platine 62 einer Halbleiterlichtquelle 34 verbunden ist. Die Verbindung erfolgt je nach Ausgestaltung durch eine Clip-Verbindung, durch ein Vergießen, ein Verschweißen, ein Verkleben, ein Verlöten, und so weiter.
- Wesentlich ist, dass die Verbindung so ausgestaltet ist, dass die Halbleiterlichtquelle 34, beziehungsweise allgemeiner die Lichtquelle 16, relativ zur Vorsatzoptik 18, insbesondere zu deren Lichteinkoppelfläche 22, eine definierte Position aufweist.
-
Figur 6 zeigt eine Ausgestaltung mit einer alternativen Haltevorrichtung 64, die dazu eingerichtet ist, an einem Ende der Vorsatzoptik 18 befestigt zu werden, an dem sich auch die Lichteinkoppelfläche 22 der Vorsatzoptik 18 findet und die darüber hinaus dazu eingerichtet ist, an einer die Lichtquelle 16 haltenden Struktur, beispielsweise einer Platine 62 einer Halbleiterlichtquelle 34, befestigt zu werden. -
Figur 7 zeigt eine Ansicht der Lichtaustrittsseite eines Vorsatzoptik-Moduls 18 mit neun Auskoppelarmen und näherungsweise rundem Querschnitt der Lichtauskoppelflächen 24 und 26. -
Figur 8 zeigt eine perspektivische Ansicht einer weiteren Variante einer Vorsatzoptik 18 mit sechzehn Armen und rechteckigem Querschnitt der Lichtauskoppelflächen. Wie bereits weiter oben erwähnt, kann man prinzipiell verschiedene Querschnitte der Auskoppelflächen realisieren. Auch die Anzahl der Auskoppelarme ist variabel gestaltbar. Die Anordnung der Auskoppelflächen ist auch variabel gestaltbar und kann symmetrisch sein, viereckig, rechteckig, radial, usw.. Die Auskoppelflächen können auch, wie es in derFigur 9 dargestellt ist, auf radial auseinanderlaufenden Linien oder anders verlaufende Linien angeordnet werden. Es kommt letztlich lediglich darauf an, wie, beziehungsweise welche Fläche mit vielen Leuchtflecken homogen ausgeleuchtet werden soll. - Die Form der Leuchtflecken wird durch die Form der Lichtauskoppelflächen 24, 26 vorgegeben. Diese Form ist nicht auf die dargestellte Kreisform beschränkt und kann zum Beispiel polygonförmig, sternförmig, elliptisch, halbkreisförmig, usw. sein. Im Prinzip gibt es für diese Form keine Beschränkungen.
- Um aus einem Modul heraus eine Lichtverteilung zu gestalten, gibt es mehrere Möglichkeiten: Oberhalb der Vorsatzoptik 18 kann eine Streuscheibe oder Ähnliches zur Erzeugung der Lichtverteilung angeordnet sein. Alternativ können auf den Auskopplungsflächen 24, 26 der Vorsatzoptiken 18 zusätzlich zu deren planarer oder gewölbter oder gekippter Grundform Elemente mit kleineren Radien, Freiformflächen oder Facetten zum Beispiel, in Kissenform, aufgebracht sein, um die Lichtverteilung direkt aus den Auskoppelarmen 28, 30 zu erzeugen. Dadurch spart man sich die Fresnel-Verluste einer zusätzlichen Scheibe und gewinnt damit an Wirkungsgrad.
- In einer alternativen Ausgestaltung weist die Fahrzeugleuchte eine in Lichtabstrahlrichtung vor der Vorsatzoptik angeordnete transparente Lichtscheibe auf. Die Lichtscheibe weist, je nach Ausgestaltung, streuende Strukturen wie Prismen und/oder Kissen und/oder Kanten und/oder Linien auf oder ist ohne solche Strukturen realisiert. Die Lichtscheibe ist je nach Ausgestaltung mit der Abdeckscheibe 14 oder einem Bereich der Abdeckscheibe 14 identisch oder als separate Lichtscheibe realisiert, die zwischen der Vorsatzoptik und der Abdeckscheibe 14 liegt.
Claims (15)
- Fahrzeugleuchte (10) mit wenigstens einer Lichtleiter-Vorsatzoptik (18), die dazu eingerichtet ist, Licht wenigstens einer Lichtquelle (16) über wenigstens eine Lichteinkoppelfläche (22) in ein Basisvolumen der Vorsatzoptik aufzunehmen und über mehrere Lichtauskoppelflächen (24, 26) auszukoppeln, wobei die Vorsatzoptik (18) einen Bereich (32) aufweist, in dem sich das Basisvolumen in mehrere Auskoppelarme verzweigt und in dem sich in das Basisvolumen aufgenommenes Licht gleichmäßig auf die einzelnen Auskoppelarme (28, 30) aufteilt, dadurch gekennzeichnet, dass jede Lichtauskoppelfläche (24, 26) über genau einen von mehreren aus dem Basisvolumen herausragenden Auskoppelarmen (28, 30) der Vorsatzoptik (18) optisch mit dem Basisvolumen verbunden ist und die Vorsatzoptik (18) wenigstens zwei Auskoppelarme (28, 30) aufweist, die mit unterschiedlich großen Lichteintrittsquerschnitten in den genannten Bereich (32) übergehen, wobei die Größe der Lichteintrittsquerschnitte so gewählt ist, dass ein Lichteintrittsquerschnitt, in dem eine vergleichsweise kleinere Lichtstromdichte herrscht, eine größere Fläche aufweist als ein Lichteintrittsquerschnitt, in dem eine vergleichsweise größere Lichtstromdichte herrscht, und dass die Fahrzeugleuchte einen Abdeckrahmen (20) aufweist, der für jeden Auskoppelarm (28, 30) eine Ausnehmung aufweist, durch die der Auskoppelarm (28, 30) hindurch ragt.
- Fahrzeugleuchte (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie mehrere gleiche oder verschiedene Vorsatzoptiken (18.1, 18.2, 18.3) aufweist.
- Fahrzeugleuchte (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsatzoptik (18) wenigstens einen zentral angeordneten Auskoppelarm (30) aufweist und dass eine Auskoppelfläche (26) des zentralen Auskoppelarms (30) so gestaltet ist, dass das über die Auskoppelfläche (26) ausgekoppelte Licht paralleler als das innerhalb des Auskoppelarms (30) auf die Auskoppelfläche (26) einfallende Licht ist.
- Fahrzeugleuchte (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Auskoppelfläche (26) konvex oder konkav gewölbt ist.
- Fahrzeugleuchte (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsatzoptik (18) zusätzlich zu wenigstens einem zentral angeordneten Auskoppelarm (30) mehrere peripher angeordnete Auskoppelarme (28) aufweist, wobei diese dazu eingerichtet sind, das in ihnen propagierende Licht durch interne Totalreflexion an ihren Seitenflächen (38, 40) zu parallelisieren.
- Fahrzeugleuchte (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass von dem wenigstens einen zentral angeordneten Auskoppelarm (30) abgewandte Seitenflächen (38) der peripher angeordneten Auskoppelarme (28) dazu eingerichtet sind, auf sie einfallendes Licht vorzugsweise in Richtung einer optischen Achse (42) dieses Auskoppelarms (28) zu reflektieren.
- Fahrzeugleuchte (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass dem wenigstens einen zentral angeordneten Auskoppelarm (30) zugewandte Seitenflächen (40) der peripher angeordneten Auskoppelarme (28) dazu eingerichtet sind, auf sie einfallende Strahlen nach außen auf dem zentral angeordneten Auskoppelarm (30) abgewandte Seitenflächen (38) der peripher angeordneten Auskoppelarme (28) umzulenken.
- Fahrzeugleuchte (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die dem wenigstens einen zentral angeordneten Auskoppelarm (30) zugewandten Seitenflächen (40) der peripher angeordneten Auskoppelarme (28) und/oder die dem wenigstens einen zentral angeordneten Auskoppelarm (30) abgewandten Seitenflächen (38) der peripher angeordneten Auskoppelarme (28) Freiformflächen aufweisen, die so gestaltet sind, dass sie auf sie einfallendes Licht vorzugsweise in Richtung einer optischen Achse (42) dieses Auskoppelarms (28) reflektieren.
- Fahrzeugleuchte (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Auskoppelflächen (24) der peripher angeordneten Auskoppelarme (28) eine Form besitzen, die eine parallelisierende Wirkung auf das durch die Auskoppelflächen (24) hindurchtretende Licht ausüben.
- Fahrzeugleuchte (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsatzoptik (18) dazu eingerichtet ist, mit einer Haltevorrichtung (59, 64) verbunden zu werden, die auch als Haltevorrichtung der Lichtquelle (16) dient und die damit eine Anordnung der Lichtquelle (16) in Bezug auf ihre Vorsatzoptik (18) definiert.
- Fahrzeugleuchte (10) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltevorrichtung (54) eine die Vorsatzoptik umhüllende Mantelfläche (56) mit einem den Auskoppelflächen (24, 26) zugewanden ersten Ende (58) und einem der Lichtquelle (16) zugewandten zweiten Ende (60) aufweist, wobei das erste Ende (58) zur Halterung der Vorsatzoptik (18) eingerichtet ist und wobei das zweite Ende (60) zur Halterung der Lichtquelle (16) oder einer die Lichtquelle (16) haltenden Struktur eingerichtet ist.
- Fahrzeugleuchte (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltevorrichtung (64) dazu eingerichtet ist, an einem Lichteinkoppelflächenseitigen Ende der Vorsatzoptik (18) und an einer die Lichtquelle (16) haltenden Struktur befestigt zu werden.
- Fahrzeugleuchte (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abdeckrahmen (20) eine planare Form hat, die parallel oder geneigt zur Lichteinkoppelfläche (22) orientiert in der Fahrzeugleuchte (10) angeordnet ist.
- Fahrzeugleuchte (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Abdeckrahmen (20) eine im Raum gekrümmte Form besitzt.
- Fahrzeugleuchte (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtauskoppelflächen (24, 26) der Auskoppelarme (28, 30) über die Oberfläche des Abdeckrahmens (20) hinausragen oder mit der Oberfläche des Abdeckrahmens (20) bündig abschließen.
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