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Dokumentenidentifikation DE102007023786A1 06.12.2007
Titel Scheinwerfermodul und Scheinwerferanordnung mit innen reflektierendem, lichtdurchlässigem Element
Anmelder Visteon Global Technologies Inc., Van Buren, Mich., US
Erfinder Chinniah, Jeyachandrabose, Canton, Mich., US;
Sayers, Edwin M., Saline, Mich., US;
Eichelberger, Christopher L., Livonia, Mich., US
Vertreter Sperling, Fischer & Heyner Patentanwälte, 01277 Dresden
DE-Anmeldedatum 16.05.2007
DE-Aktenzeichen 102007023786
Offenlegungstag 06.12.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 06.12.2007
IPC-Hauptklasse F21S 8/12(2006.01)A, F, I, 20070810, B, H, DE
Zusammenfassung Scheinwerfermodul für ein Kraftfahrzeug. Das Modul umfasst eine Lichtquelle und ein lichtdurchlässiges Element zum innenseitigen Reflektieren der Lichtstrahlen solcherart, dass sie gerichtet werden. In einem Aspekt der Erfindung ist die Lichtquelle verborgen an den Umfang angrenzend angeordnet, der von der Austrittsfläche gebildet wird, so dass sie dem direkten Blick von der Vorderseite des Fahrzeugs verborgen ist. In einem anderen Aspekt wird die Außenfläche der Lichtquelle direkt von dem lichtdurchlässigen Element getragen, so dass die Lichtstrahlen, die durch eine Außenfläche der Lichtquelle ausgesendet werden, direkt in das lichtdurchlässige Element eintreten.

Beschreibung[de]
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK 1. Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft allgemein eine Scheinwerferanordnung und ein Scheinwerfermodul zur Verwendung in einem Fahrzeug. Genauer betrifft die Erfindung ein Scheinwerfermodul mit einer innen reflektierenden Wanne zum Richten von Lichtstrahlen in eine Richtung nach vorn sowie eine Scheinwerferanordnung mit mehreren Scheinwerfermodulen, von denen mindestens eines eine innen reflektierende Wanne zum Richten von Lichtstrahlen in eine Richtung nach vorn umfasst.

2. Stand der Technik

Herkömmliche Scheinwerferanordnungen umfassen typisch eine oder mehrere Gruppen von Scheinwerfermodulen, die zusammen die Beleuchtung eines Kraftfahrzeugs bereitstellen. Zum Beispiel kann eine Gruppe von Scheinwerfermodulen ein Abblendlicht bilden, eine andere Gruppe von Scheinwerfermodulen kann ein Fernlicht bilden, und eine weitere Gruppe von Scheinwerfermodulen kann ein Blinklicht bilden.

Jedes der Scheinwerfermodule umfasst typisch ein Gehäuse und eine Linse, die zusammen einen Hohlraum bilden, ein Beleuchtungselement, das im Allgemeinen mittig in dem Hohlraum positioniert ist, und einen Reflektor, der nahe einem hinteren Abschnitt des Hohlraums angeordnet ist, um Lichtstrahlen von dem Beleuchtungselement zur Vorderseite des Hohlraums und durch die Linse nach draußen zu reflektieren. Häufig ist das Beleuchtungselement eine Leuchtdiode, die mittels eines Halterungsarms mit dem Scheinwerfermodul verbunden ist. Außerdem ist der Reflektor typisch ein Bauteil aus einem allgemein reflektierenden Material wie etwa poliertes Metall oder hochreflektierender Kunststoff, der die gesamte Rückwand des Hohlraums oder den größten Teil davon bedeckt.

Da das Beleuchtungselement in einem allgemein geschlossenen Hohlraum angeordnet ist, sind das Gehäuse und die Bauteile, die die Elektrizität für das Beleuchtungselement bilden und bereitstellen, potentiell unerwünschten Wärmegraden von dem Beleuchtungselement ausgesetzt.

Daher erfordert diese Art der Konstruktion typisch Wärmeminderungsbauteile wie etwa einen Kühlkörper, der das Beleuchtungselement gegenüber dem Gehäuse trägt, und Kühlkanäle, die vom Gehäuse selbst gebildet werden. Selbst wenn diese Strukturen in der Lage sind, unerwünscht hohe Wärmegrade konsequent zu verhindern, so erhöhen die Wärmeminderungsbauteile doch allgemein die Komplexität und die Bauteilkosten dieser Art von Scheinwerfermodul.

Wegen ihrer hochreflektierenden Beschaffenheit und ihrer mittigen Position sind das Beleuchtungselement, die das Beleuchtungselement tragenden Bauteile und der Reflektor gut sichtbare Komponenten. Genauer sind diese Bauteile besonders dann sichtbar, wenn das Beleuchtungselement kein Licht abgibt, was dazu führt, dass das unbeleuchtete Scheinwerfermodul ein allgemein nicht wünschenswertes ästhetisches Erscheinungsbild aufweist.

Eine andere bekannte Art von Scheinwerfermodul ist ein Innenreflektormodul. Bei dieser Konstruktion ist eine Lichtquelle von der Basis eines lichtdurchlässigen Blocks beabstandet, um Lichtstrahlen in den Körper des lichtdurchlässigen Blocks zu leiten. Genauer ist die Lichtquelle entlang einer Mittelachse des lichtdurchlässigen Blocks solcherart angeordnet, dass die Lichtstrahlen aus der Lichtquelle austreten, einen Luftzwischenraum durchqueren und dann in den lichtdurchlässigen Block eintreten. Die Lichtstrahlen werden dann innenseitig von den Innenflächen des lichtdurchlässigen Blocks in eine gewünschte Richtung reflektiert. Wie bei der oben beschriebenen Konstruktion erzeugt jedoch die mittige Position der Lichtquelle ein allgemein nicht wünschenswertes ästhetisches Erscheinungsbild. Außerdem kann der Luftzwischenraum einen unerwünschten Lichtverlust oder eine ungesicherte Verbindung zwischen der Lichtquelle und dem lichtdurchlässigen Block erzeugen.

Es ist daher wünschenswert, ein Scheinwerfermodul mit verringerter Komplexität und geringeren Bauteilkosten und mit einem ästhetisch wünschenswerten Erscheinungsbild bereitzustellen.

KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Zur Überwindung der Beschränkungen und Nachteile des Standes der Technik wird ein Scheinwerfermodul bereitgestellt, das eine Lichtquelle zum Aussenden von Lichtstrahlen umfasst sowie ein lichtdurchlässiges Element zum Tragen der Lichtquelle und zum Richten der Lichtstrahlen in eine Richtung nach vorn. Genauer ist das Beleuchtungselement solcherart angeordnet, dass die Lichtstrahlen in das lichtdurchlässige Element eintreten und innenseitig von einer reflektierenden Fläche in eine Richtung nach vorn reflektiert werden. Die Lichtstrahlen werden dann als Lichtstrahl durch eine Austrittsfläche des lichtdurchlässigen Elements geleitet.

In einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der Halterungsabschnitt in Bezug auf die Austrittsfläche solcherart angeordnet, dass eine Projektion des Halterungsabschnitts entlang einer Linie parallel zum Lichtstrahl an den Umfang der Austrittsfläche angrenzend oder außerhalb von ihm angeordnet ist. Damit ist die Lichtquelle in Bezug auf die Austrittsfläche versteckt angeordnet, so dass sie einem Betrachter, der das unbeleuchtete Scheinwerfermodul von der Vorderseite des Fahrzeugs inspiziert, im Wesentlichen verborgen bleibt.

In einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst das lichtdurchlässige Element eine Oberseite und eine Unterseite, die jeweils entsprechende Abschnitte der Austrittsfläche schneiden, und der Halterungsabschnitt wird von der Oberseite gebildet. Genauer verläuft die Oberseite allgemein senkrecht von einem oberen Abschnitt der Austrittsfläche und bildet eine Vertiefung zum Tragen des Beleuchtungselements.

In einem anderen Aspekt verläuft die Unterseite in einer Richtung, die nicht senkrecht zur Austrittsfläche liegt, so dass die Lichtstrahlen zu einem Strahl gebündelt werden, der aus der Austrittsfläche austritt. Genauer bildet die Unterseite allgemein eine Parabolform, und die Lichtquelle ist an einen ihrer Brennpunkte angrenzend angeordnet, so dass die Lichtstrahlen vertikal zu einem Strahl gebündelt werden.

Das Scheinwerfermodul umfasst auch eine erste und eine zweite Seitenfläche, die Folgende schneiden: die Oberseite, die Unterseite und die Austrittsfläche. Die Seitenflächen umfassen jeweils bevorzugt einen abgeschrägten Abschnitt, der in einer Richtung verläuft, die nicht parallel zur Lichtstrahlachse liegt, so dass die Lichtstrahlen horizontal zu einen Strahl gebündelt werden, der an der Austrittsfläche austritt. Der abgeschrägte Abschnitt kann allgemein linear oder bogenförmig sein.

In einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst das lichtdurchlässige Element eine reflektierende Schicht, die mindestens einen Abschnitt der Reflektionsoberfläche bildet, um zu verhindern, dass Lichtstrahlen aus dem lichtdurchlässigen Element durch andere Oberflächen als die Austrittsfläche austreten.

In noch einem anderen Aspekt umfasst das Scheinwerfermodul mehrere Lichtquellen, die von einem anderen Halterungsabschnitt des lichtdurchlässigen Elements getragen werden.

In einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung sendet die Lichtquelle Lichtstrahlen durch eine Außenfläche aus, und mindestes ein Abschnitt der Außenfläche wird von einem Halterungsabschnitt des lichtdurchlässigen Elements festgehalten, so dass Lichtstrahlen, die durch die Außenfläche der Lichtquelle abgegeben werden, unmittelbar in das lichtdurchlässige Element eintreten können. Diese Anordnung reduziert den Lichtverlust, der auftreten kann, wenn die Lichtstrahlen verschiedene Medien durchqueren.

In einer Gestaltung ist die Lichtquelle eine Leuchtdiode, und die Außenfläche wird mindestens teilweise von einer lichtdurchlässigen Schutzschicht gebildet. Des Weiteren hält der Halterungsabschnitt die lichtdurchlässige Schutzschicht bevorzugt vollständig umschlossen. Außerdem hält der Halterungsabschnitt die lichtdurchlässige Schutzschicht bevorzugt über Formschluss fest.

In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Scheinwerferanordnung für ein Kraftfahrzeug mehrere Scheinwerfermodule, die zusammen die Beleuchtung des Kraftfahrzeugs bereitstellen. In einer Gestaltung ist mindestens eines der mehreren Scheinwerfermodule ein Wannenmodul, das zusammen mit mindesten einem weiteren Wannenmodul eine Gruppe von Wannenmodulen bildet. Die Scheinwerferanordnung kann auch eine Gruppe von Projektormodulen umfassen, die zusammen mit den Wannenmodulen ein Abblendlicht erzeugen. Die Scheinwerferanordnung kann auch ein Fernlichtmodul umfassen, das zur Erzeugung eines Fernlichts angeordnet ist, sowie ein Blinkermodul, das zur Erzeugung eines Blinklichts angeordnet ist.

Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung erschließen sich dem Fachmann ohne weiteres aus dem Studium der folgenden Beschreibung anhand der Zeichnungen und Ansprüche, die der vorliegenden Patentschrift beigefügt sind und deren Bestandteile sie bilden.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist eine isometrische Ansicht einer Scheinwerferanordnung, die an ein Kraftfahrzeug angeschlossen ist und die Prinzipien der vorliegenden Erfindung umsetzt, wobei die Scheinwerferanordnung eine Gruppe von Wannen-Scheinwerfermodulen und eine Gruppe von Projektor-Scheinwerfermodulen umfasst.

2 ist eine isometrische Ansicht eines in 1 dargestellten Wannen-Scheinwerfermoduls, das eine Lichtquelle und ein lichtdurchlässiges Element aufweist und die Prinzipien der vorliegenden Erfindung umsetzt.

3 ist eine Querschnittsansicht des Wannen-Scheinwerfermoduls entlang der Linie 2-2 in 2.

4 ist eine Vorderansicht des in 2 dargestellten Wannen-Scheinwerfermoduls.

5 ist eine Draufsicht des in 2 dargestellten Wannen-Scheinwerfermoduls.

6 ist eine Draufsicht einer alternativen Ausführungsform eines Wannen-Scheinwerfermoduls mit abgeschrägten Seitenwänden, das die Prinzipien der vorliegenden Erfindung umsetzt.

7 ist eine isometrische Ansicht einer weiteren alternativen Ausführungsform eines Wannen-Scheinwerfermoduls mit mehreren Beleuchtungselementen, das die Prinzipien der vorliegenden Erfindung umsetzt.

8 ist eine Querschnittsansicht ähnlich der Ansicht der 3 noch einer weiteren alternativen Ausführungsform eines Wannen-Scheinwerfermoduls mit einer Lichtquelle mit beschränkter Lichtausbreitung, das die Prinzipien der vorliegenden Erfindung umsetzt.

9 ist eine Querschnittsansicht ähnlich der Ansicht der 3 noch einer weiteren alternativen Ausführungsform eines Wannen-Scheinwerfermoduls, das eine reflektierende Schicht auf einem Abschnitt des lichtdurchlässigen Elements aufweist und die Prinzipien der vorliegenden Erfindung umsetzt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG

In den Zeichnungen zeigt 1 eine Scheinwerferanordnung 2, die an der Vorderseite eines Kraftfahrzeugs 3 installiert ist und Folgendes umfasst: eine Gruppe von Wannen-Scheinwerfermodulen 10 sowie eine Gruppe von Projektor-Scheinwerfermodulen 5, die zusammen ein Abblendlicht erzeugen; ein Fernlichtmodul 6 zum Erzeugen eines Fernlichts; eine Gruppe von Blinkermodulen 7a, 7b zum Erzeugen eines Blicklichts und eine Gruppe von Standlichtmodulen 8 zum Erzeugen eines Standlichts. Die in 1 dargestellten Projektor-Scheinwerfermodule 5, das Fernlichtmodul 6, die Blinkermodule 7a, 7b und die Standlichtmodule 8 sind jeweils nach dem Stand der Technik allgemein bekannt.

2 zeigt eine vergrößerte Ansicht des in 1 dargestellten Wannen-Scheinwerfermoduls 10. Das Wannen-Scheinwerfermodul 10 umfasst eine Lichtquelle wie etwa eine Leuchtdiode (LED) 12, und ein lichtdurchlässiges Element wie etwa eine Wanne 14 zum Richten von Lichtstrahlen von der LED 12 in eine Richtung nach vorn. Genauer ist die LED 12 nahe eines hinteren Abschnitts 15 der Wanne 14 angeordnet, so dass Lichtstrahlen in die Wanne eintreten und nach vorn durch eine Austrittsfläche 16 an einem vorderen Abschnitt 17 der Wanne gerichtet werden, um einen Lichtstrahl zum Beleuchten eines Bereichs vor dem Kraftfahrzeug zu bilden.

Wie in 3 dargestellt, umfasst die LED 12 einen Chip 18 zum Aussenden von Licht, eine lichtdurchlässige Schutzschicht 20, die den Chip 18 zu seinem Schutz umgibt, und ein Substrat 22, das den Chip 18 in der Wanne 14 hält und die elektrischen Bauteile der LED 12 beherbergt. Wie auf dem Fachgebiet bekannt ist, wird, um die LED 12 zum Leuchten zu bringen, über elektrische Verkabelung (nicht dargestellt) ein elektrischer Strom zum Chip 18 geleitet, und die Bewegung der Elektronen über ein Paar von Elektroden (nicht dargestellt) bewirkt, dass die LED 12 Lichtstrahlen 30 aussendet. Alternativ kann jede beliebige andere Lichtquelle mit dem Wannen-Scheinwerfermodul 10 verwendet werden, insbesondere Glühlampen oder Hochdruckentladungslampen.

Die in den Figuren dargestellte Wanne 12 ist ein einzelnes, einheitliches Festkörperbauteil, das eine Oberseite 32, ein Paar Seitenflächen 34, 36 und eine Unterseite 38 bildet, die jeweils die Austrittsfläche 16 entlang deren Rändern schneiden. Genauer sind die Oberseite 32 und die Austrittsfläche 16 allgemein ebene Flächen, die allgemein senkrecht zueinander liegen (siehe 3). Außerdem bilden die Seitenflächen 34, 36 und die Unterseite 38 jeweils bogenförmige Flächen, um die Strahlen wunschgemäß zu richten, wie nachstehend ausführlicher erläutert wird. Die Seitenflächen 34, 36 liegen am Schnittpunkt zur Austrittsfläche 16 allgemein zu dieser senkrecht, verjüngen sich jedoch entlang jeweiliger Parabolbahnen 40, 42 vom vorderen Abschnitt 17 zum hinteren Abschnitt 15 der Wanne 14 nach innen (siehe 5). In ähnlicher Weise bildet die Unterseite 38 eine Parabolbahn 44, die sich vom vorderen Abschnitt 17 zum hinteren Abschnitt 15 der Wanne 14 nach oben neigt (siehe 3). Wie nachfolgend ausführlicher erläutert, bewirken die Parabolbahnen 40, 42, 44 der Seitenflächen 34, 36 und der Unterseite 38, dass Lichtstrahlen zur Mitte des Strahlmusters gerichtet werden, welches durch die Austrittsfläche 16 austritt.

Die LED 12 wird von einem Halterungsabschnitt 46 der Wanne 14 getragen, der in Bezug auf die Austrittsfläche 16 solcherart angeordnet ist, dass eine Projektion des Halterungsabschnitts 46 entlang einer Linie 60 parallel zur Lichtstrahlachse 48 an den Umfang 62 der Austrittsfläche 16 angrenzend oder außerhalb von ihm liegt, womit die LED 12 einem Betrachter, der das unbeleuchtete Scheinwerfermodul von der Vorderseite des Fahrzeugs inspiziert, im Wesentlichen verborgen bleibt. Diese Anordnung ist in 2 und 4 dargestellt, wobei der Halterungsabschnitt 48 auf einer Linie mit dem Umfang 62 der Austrittsfläche 16 liegt.

Der Halterungsabschnitt 46 in den Figuren ist eine Vertiefung in der Oberseite 32 der Wanne 14, so dass die Lichtstrahlen, die in die Wanne 14 eintreten, zur Unterseite 38 gerichtet werden (wie in 3 am besten dargestellt). Genauer befindet sich der Halterungsabschnitt 46 im hinteren Abschnitt 15 der Wanne 14, an einen Brennpunkt 56 der Parabolbahnen 40, 42, 44 der Seitenflächen 34, 36 und der Unterseite 38 angrenzend.

Die oben beschriebene Anordnung der LED 12 in Bezug auf die Wanne 14 bietet viele Vorteile, die nachfolgend ausführlicher erläutert werden. Erstens bewirkt die Anordnung der LED 12 angrenzend an den Brennpunkt 56 der Parabolbahnen 40, 42, 44, dass die Lichtstrahlen, die aus der LED austreten, zu einem Strahl gebündelt werden, der aus der Austrittsfläche 16 austritt. Zweitens verbessert, wie oben erwähnt, die Anordnung der LED 12 entlang der Oberseite 32 der Wanne durch die Minimierung der Wahrnehmbarkeit der LED 12 das ästhetische Erscheinungsbild des Wannen-Scheinwerfermoduls 10 für einen Betrachter, der das Modul 10von der Vorderseite des Fahrzeugs ansieht. Drittens minimiert die Ausrichtung der von der LED 12 abgestrahlten Lichtstrahlen die Blendung der Insassen entgegenkommender Fahrzeuge.

Der in den Figuren dargestellte Halterungsabschnitt 46 stimmt mit der Form der LED 12 überein, um Luftzwischenräume zwischen der Außenfläche der LED und der Wanne zu minimieren oder zu beseitigen. Die passgenaue Anordnung zwischen der Außenfläche der LED 12 und der Wanne 14 verbindet die Bauteile 12, 14 sicher miteinander und verringert die Wahrscheinlichkeit ihrer unerwünschten Loslösung voneinander. Außerdem verringert oder verhindert die passgenaue Anordnung eine Bewegung der Bauteile 12, 14 gegeneinander, womit ein vorzeitiger Bauteilverschleiß verringert wird. Die LED 12 kann über Formschluss oder ein anderes geeignetes Verbindungsmittel wie etwa einen Klebstoff oder ein mechanisches Befestigungsmittel mit der Wanne 14 verbunden sein. Der direkte Kontakt zwischen dem LED-Chip 18 und der Wanne 14 kann jedoch zur Beschädigung oder dem vorzeitigem Verschleiß der LED 12 führen. Daher umgibt den Chip 18 eine lichtdurchlässige Schutzschicht 20, um Schutz bereitzustellen und die Lebensdauer der LED 12 zu erhöhen.

Die Beseitigung von Luftzwischenräumen zwischen der Außenseite der LED und der Wanne 14 kann auch Lichtverluste innerhalb des Wannen-Scheinwerfermoduls 10 reduzieren. Es ist ein Naturprinzip, dass Licht, welches verschiedene Medien durchquert, aufgrund von Reflektion Lichtverluste erleidet. Daher ist es allgemein wünschenswert, die Anzahl verschiedener Medien zu minimieren, die die Lichtstrahlen durchlaufen müssen, bevor sie aus dem Wannen-Scheinwerfermodul 10 austreten. Es ist daher insbesondere wünschenswert, die Luftzwischenräume zu minimieren, die die Lichtstrahlen passieren müssen.

Wie oben erwähnt, werden die Lichtstrahlen 30, die in die Wanne 14 eintreten, zur Unterseite 38 gerichtet und im Wesentlichen innen in eine Richtung nach vorn zur Austrittsfläche 16 reflektiert. Genauer werden einige der Lichtstrahlen (die reflektierten Strahlen 30a) zur Austrittsfläche 16 reflektiert, während die übrigen Lichtstrahlen (die gebrochenen Strahlen 30b) durch die Unterseite 38 aus der Wanne 14 austreten können.

Nach einem allgemein bekannten Naturprinzip wird, wenn ein Lichtstrahl eine Grenze eines Mediums in einem relativ großen Einfallswinkel schneidet, ein beträchtlicher Prozentsatz des Lichtstrahls innerhalb des Mediums reflektiert und der kleine übrige Prozentsatz des Lichtstrahls wird gebrochen, wenn er durch die Grenze aus dem Medium austritt. Umgekehrt wird, wenn ein Lichtstrahl eine Grenze eines Mediums in einem relativ kleinen Einfallswinkel schneidet, ein erheblicher Prozentsatz des Lichtstrahls beim Verlassen des Mediums durch die Grenze gebrochen und der kleine übrige Prozentsatz des Lichtstrahls wird innerhalb des Mediums reflektiert. Daher umfassen die daraus resultierenden Lichtstrahlen typisch sowohl reflektierte Bestandteile als auch gebrochene Bestandteile. Zum Zweck der Illustration jedoch werden die resultierenden Lichtstrahlen mit ihren dominierenden Bestandteilen bezeichnet und abgebildet. In der vorliegenden Verwendung bezeichnet der Begriff „reflektierte Strahlen 30a" Strahlen, die jeweils einen höheren Prozentsatz an Licht aufweisen, das zur Austrittsfläche 16 reflektiert wird, als Licht, das durch die Unterseite 38 der Wanne 14 gebrochen wird. In ähnlicher Weise bezeichnet vorliegend der Begriff „gebrochene Strahlen 30b" Strahlen, die jeweils einen höheren Prozentsatz an Licht aufweisen, das beim Austritt durch die Unterseite 38 gebrochen wird, als Licht, das zur Austrittsfläche 16 reflektiert wird.

Das oben erwähnte Prinzip ist in Bezug auf die vorliegende Erfindung in 3 dargestellt, wo die reflektierten Strahlen 30a jeweils in einem relativ großen Einfallswinkel 50 auf die Unterseite 38 auftreffen und die gebrochenen Strahlen 30b jeweils in einem relativ kleinen Einfallswinkel 50 auf die Unterseite 38 auftreffen. Die reflektierten Strahlen 30a werden jeweils im Wesentlichen vollständig zur Austrittsfläche 16 reflektiert, während die gebrochenen Strahlen 30b jeweils im Wesentlichen vollständig durch die Unterseite 38 aus der Wanne 14 austreten können. Infolge des Austretens durch die Unterseite 38 werden die gebrochenen Strahlen 30b nicht zur Beleuchtung des Bereichs vor dem Fahrzeug genutzt. Es ist daher wünschenswert, die reflektierten Strahlen 30a zu maximieren und die gebrochenen Strahlen 30b zu minimieren, wie es nachfolgend ausführlicher anhand weiterer Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erläutert wird.

Wie oben erwähnt, beschreibt die Unterseite 38 der Wanne 14 eine Parabolbahn 44. Genauer ist die Parabolbahn 44 solcherart konfiguriert, dass die reflektierten Strahlen 30a allgemein gleichmäßig in eine vertikale Richtung ausgebreitet werden, wenn sie durch die Austrittsfläche 16 scheinen. Die Anordnung der LED 12 angrenzend an den Brennpunkt 56 der Parabolbahn 44 der Unterseite 38 verbessert die Konzentration der reflektierten Strahlen 30a in eine vertikale Richtung weiter.

Wegen des Lichtverlustes aus den gebrochenen Strahlen 30b treten jedoch die Lichtstrahlen 30 nur aus einem unteren Abschnitt 54 der Austrittsfläche 16 aus und beleuchten somit nur einen unteren Abschnitt des Wannen-Scheinwerfermoduls 10. In der vorliegenden Verwendung ist der beleuchtete Abschnitt 54 als der Abschnitt der Austrittsfläche 16 definiert, der eine wesentliche Menge von Lichtstrahlen erhält, wenn die LED leuchtet. In ähnlicher Weise ist ein unbeleuchteter Abschnitt 58 als der Abschnitt der Austrittsfläche 16 definiert, der wenig oder kein Licht erhält, wenn die LED leuchtet. Obschon der unbeleuchtete Abschnitt 58 Spurenmengen von Licht erhalten kann, bei denen es sich um Reste der gebrochenen Strahlen 30b handelt, reicht dieses Licht nicht unbedingt aus, um einen Bereich vor dem Wannen-Scheinwerfermodul 10 wirksam zu beleuchten.

Die Parabolbahn 44 ist auch solcherart konfiguriert, dass die Strahlen 30a, die von der Unterseite 38 reflektiert werden, so gerichtet werden, dass sie parallel zueinander sind und einen Lichtstrahl bilden, der allgemein entlang einer Lichtstrahlachse 48 verläuft. Obschon einige der reflektierten Strahlen 30a in eine Richtung verlaufen können, die nicht parallel zur Achse 48 ist, ist der Scheinwerferstrahl im Wesentlichen so fokussiert, dass er entlang der Achse 48 verläuft.

Wie oben erwähnt, bilden die Seitenflächen 34, 36 der Wanne 14 ebenfalls Parabolbahnen 40, 42. Genauer sind die Parabolbahnen 40, 42 solcherart konfiguriert, dass die reflektierten Strahlen 30a allgemein gleichmäßig in einer horizontalen Richtung ausgebreitet werden, wenn sie durch die Austrittsfläche 16 scheinen oder diese durchdringen (wie am besten in 5 dargestellt). Die Anordnung der LED 12 angrenzend an den Brennpunkt 56 der Parabolbahnen 40, 42 verbessert die Konzentration der reflektierten Strahlen 30a in die horizontale Richtung weiter.

Wie in 5 dargestellt, sind jedoch die Parabolbahnen 40, 42 solcherart angeordnet, dass nur einige der reflektierten Strahlen 30a, die von den Seitenflächen 34, 36 reflektiert werden, so gerichtet werden, dass sie parallel zueinander verlaufen und den Scheinwerferstrahl bilden, der entlang einer Lichtstrahlachse 48 verlauft. Die übrigen reflektierten Strahlen 30a werden entlang Bahnen gerichtet, die nicht parallel zur Lichtstrahlachse 48 liegen, so dass sie über seitliche Bereiche vor dem Fahrzeug verteilt werden. Während es genauer im Allgemeinen wünschenswert ist, dass der Scheinwerferstrahl eine relativ gebündelte Ausbreitung in vertikaler Richtung aufweist, ist es im Allgemeinen wünschenswert, dass der Scheinwerferstrahl einen breiteren Bereich der seitlichen Ausleuchtung aufweist, so dass die Fahrzeuginsassen in der Lage sind, einen breiteren Bereich vor dem Fahrzeug einzusehen. Vergleicht man die Parabolbahnen 40, 42, 44 in 3 in %, so behält die Bahn 44 der Unterseite 38 eine allgemeine Abwärtsneigung in der Nähe des vorderen Abschnitts 17 der Wanne 14 bei, wohingegen die Seitenflächen 34, 36 Bahnen 40, 42 aufweisen, die in der Nähe des vorderen Abschnitts 17 der Wanne 14 allgemein parallel zur Strahlachse 48 verlaufen.

Die jeweiligen Bahnen 40, 42, 44 der Wanne 14 können gegenüber den in 25 dargestellten Bahnen geändert werden, um einen Scheinwerferstrahl mit besonderen Eigenschaften zu erzeugen. Beispielsweise können die Seitenbahnen unterschiedliche Neigungen und/oder unterschiedliche Formen aufweisen, so dass das Wannen-Scheinwerfermodul 10 auf einer Seite einen breiteren Ausleuchtungsbereich aufweist als auf der anderen Seite. Diese Gestaltung kann besonders vorteilhaft für die unterschiedlichen Eigenschaften sein, die für ein Wannen-Scheinwerfermodul 10 auf der Fahrerseite und ein Wannen-Scheinwerfermodul 10 auf der Beifahrerseite wünschenswert sind. Beispielsweise kann es wünschenswert sein, dass das Wannen-Scheinwerfermodul 10 der Fahrerseite einen breiteren Ausleuchtungsbereich nach links aufweist und das Wannen-Scheinwerfermodul 10 auf der Beifahrerseite einen breiteren Ausleuchtungsbereich nach rechts.

Außerdem verbessert, wie oben erläutert, die Positionierung der LED 12 entlang der Oberseite 32 der Wanne 14 auch das ästhetische Erscheinungsbild des Wannen-Scheinwerfermoduls 10 für einen Betrachter, der das Wannen-Scheinwerfermodul 10 von der Vorderseite des Fahrzeugs ansieht. Da die LED 12 allgemein an den Umfang 62 der Austrittsfläche 16 angrenzend oder auf einer Linie mit ihm angeordnet ist, statt mittig in Bezug auf die Austrittsfläche 16, ist es weniger wahrscheinlich, dass ein Betrachter die LED 12 durch die Austrittsfläche 16 sieht und bemerkt. Außerdem kann, da der obere Abschnitt der Austrittsfläche 16 der unbeleuchtete Abschnitt 58 ist, ein lichtundurchlässiger Blendenabschnitt über dem unbeleuchteten Abschnitt 58 angebracht werden, um die LED 12 weiter zu verbergen.

Die Ausrichtung der LED 12 nach unten minimiert allgemein den Effekt, dass die Fahrzeuginsassen durch Blendlicht gestört werden. Beispielsweise treten die gebrochenen Strahlen 30b in die Abwärtsrichtung aus der Wanne 14 aus.

Die Wanne 14 besteht bevorzugt aus einem allgemein transparenten Material mit einer relativ hohen Lichtdurchlässigkeit, um Lichtverluste innerhalb der Wanne zu minimieren. Beispielsweise besteht die Wanne 14 bevorzugt aus einem der folgenden Materialien: Glas, Polymethylmethacrylat (PMMA), Polycarbonat-Harze, Polystryrol-Harze, Styrolacrylnitril(SAN)-Harze, Zelluloseacetat, oder jedem beliebigen anderen Material mit einem relativ hohen Prozentsatz an Lichtdurchlässigkeit.

Es kann auch wünschenswert sein, dass die Wanne 14 aus einem leicht formbaren Material wie etwa Harz besteht, um den Herstellungsprozess zu vereinfachen und Herstellungskosten zu verringern. Obschon es wünschenswert sein kann, dass das Harz eine bestimmte Farbe aufweist, so dass der Lichtstrahl farbig ist, ist das Harz bevorzugt farblos oder leicht eingefärbt, um Lichtverluste weiter zu minimieren. Alternativ kann die Wanne 14 im Wesentlichen farblos mit einem eingefärbten Abschnitt sein, der die Austrittsfläche 16 bildet. Bei dieser Gestaltung kann es vorteilhaft sein, die Wanne aus zwei unterschiedlich gefärbten Teilen zu bilden, die miteinander verbunden sind.

In 6 ist ein alternatives Wannen-Scheinwerfermodul 110 dargestellt, mit Seitenflächen 134, 136, die jeweils einen abgeschrägten Abschnitt 180, 182 bilden, der in eine Richtung verläuft, die nicht parallel zur Lichtstrahlachse 148 liegt, sowie einen nicht abgeschrägten Abschnitt 181, 183, der in einer Richtung verläuft, die im Wesentlichen parallel zur Lichtstrahlachse 148 liegt. Die nicht abgeschrägten Abschnitte 181, 183 stellen aufeinander zu laufende Lichtstrahlen bereit, ähnlich der Gestaltung, die in 5 dargestellt ist, doch sind die Abschnitte 180, 181, 182, 182 allgemein linear, um die Fertigungsschritte zu vereinfachen und die Montagebauteile für das Wannen-Scheinwerfermodul 110 zu vereinfachen.

7 zeigt ein weiteres alternatives Wannen-Scheinwerfermodul 210, das mehrere LEDs 218a, 218b, 218c (drei dargestellt) umfasst, die von dem lichtdurchlässigen Element 214 gehalten werden. Wegen des Vorhandenseins mehrerer LEDs 218a, 218b, 218c kann das Wannen-Scheinwerfermodul 210 einen Scheinwerferstrahl mit allgemein höherer Lichtleistung erzeugen.

8 zeigt noch ein weiteres alternatives Wannen-Scheinwerfermodul 310, bei dem die LED 312 selbst gerichtet ist und eine beschränkte Lichtausbreitung aufweist, um die Brechungsstrahlen zu minimieren, die durch die Unterseite 338 der Wanne 314 verloren gehen. Beispielsweise ist die 312 solcherart angeordnet, dass ihre am weitesten nach hinten gerichteten Lichtstrahlen 394 in einem Einfallswinkel auf die Unterseite 338 auftreffen, der groß genug ist, um die Lichtstrahlen zur Austrittsfläche 316 zu reflektieren. Daher werden alle oder im Wesentlichen alle von der LED 312 abgegebenen Lichtstrahlen zumindest im Wesentlichen zur Austrittsfläche 316 reflektiert.

9 zeigt ein weiteres alternatives Wannen-Scheinwerfermodul 410, bei dem ein lichtdurchlässiges Element 414 eine reflektierende Schicht 490 umfasst, die mindestens einen Abschnitt der Unterseite 438 bedeckt. Die reflektierende Schicht 490 ist ein hochreflektierendes Material wie etwa Metall, so dass die am weitesten nach hinten gerichteten Lichtstrahlen 494 zur Austrittsfläche 416 reflektiert werden, statt durch die Unterseite 438 verloren zu gehen, wie es aus 3 ersichtlich ist.

Obschon die in 1 dargestellten Projektor-Scheinwerfermodule 5, das Fernlichtmodul 6, die Blinkermodule 7a, 7b und die Standlichtmodule 8 jeweils nach dem Stand der Technik allgemein bekannt sind, kann in einer alternativen Gestaltung die Scheinwerferanordnung 2 statt dieser Module 5, 6, 7a, 7b, 8 mehrere Wannen-Scheinwerfermodule verwenden, die die Prinzipien der vorliegenden Erfindung umsetzen.

Die vorangegangene Beschreibung soll daher als illustrativ und nicht als begrenzend betrachtet werden, und es versteht sich, dass es die folgenden Ansprüche sind, einschließlich aller Äquivalente, die den Sinn und den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung bestimmen sollen.

2
Scheinwerferanordnung
3
Kraftfahrzeug
5
Projektor-Scheinwerfermodule
6
Fernlichtmodul
7a, 7b
Blinkermodule
8
Standlichtmodule
10
Wannen-Scheinwerfermodule
12
Leuchtdiode (LED)
14
Wanne, lichtdurchlässiges Element
15
hinterer Abschnitt der Wanne
16
Austrittsfläche
17
vorderer Abschnitt der Wanne
18
LED-Chip
20
lichtdurchlässige Schutzschicht
22
Substrat
30
Lichtstrahlen
30a
reflektierte Lichtstrahlen
30b
gebrochene Lichtstrahlen
32
Oberseite
34
Seitenfläche
36
Seitenfläche
38
Unterseite
40
Parabolbahn
42
Parabolbahn
44
Parabolbahn
46
Halterungsabschnitt
48
Lichtstrahlachse
50
Einfallswinkel
54
beleuchteter Abschnitt der Austrittsfläche
56
Brennpunkt der Parabolbahnen
58
unbeleuchteter Abschnitt der Austrittsfläche
60
Linie
62
Umfang der Austrittsfläche
110
alternatives Wannen-Scheinwerfermodul
134
Seitenfläche
136
Seitenfläche
148
Lichtstrahlachse
180
abgeschrägter Abschnitt
181
nicht abgeschrägter Abschnitt
182
abgeschrägter Abschnitt
183
nicht abgeschrägter Abschnitt
210
alternatives Wannen-Scheinwerfermodul
212
LED
218a
LED-Chip
218b
LED-Chip
218c
LED-Chip
214
Wanne, lichtdurchlässiges Element
232
Oberseite
234
Seitenfläche
236
Seitenfläche
310
alternatives Wannen-Scheinwerfermodul
312
LED
314
Wanne, lichtdurchlässiges Element
316
Austrittsfläche
338
Unterseite
394
Lichtstrahlen
410
Wannen-Scheinwerfermodul
414
Wanne, lichtdurchlässiges Element
416
Austrittsfläche
438
Unterseite
490
reflektierende Schicht
494
Lichtstrahlen


Anspruch[de]
Scheinwerfermodul für ein Kraftfahrzeug (10, 110, 310, 410), umfassend:

eine Lichtquelle, die zum Aussenden von Lichtstrahlen (30) angeordnet ist, und

ein lichtdurchlässiges Element (14, 214, 314, 414) mit Abschnitten, die Folgendes bilden:

einen Halterungsabschnitt (46), der zum Tragen der Lichtquelle solcherart angeordnet ist, dass die Lichtstrahlen (30) in das lichtdurchlässige Element (14, 214, 314, 414) eintreten können, eine reflektierende Fläche, die zum innenseitigen Reflektieren der Lichtstrahlen (30) in eine Richtung nach vorn allgemein parallel zu einer Lichtstrahlachse (48, 148) angeordnet ist, und eine Austrittsfläche (16, 316, 416), die dafür angeordnet ist, die Lichtstrahlen (30) durch sie hindurch treten zu lassen, so dass sie von dem lichtdurchlässigen Element (14, 214, 314, 414) ausgesendet werden, und wobei die Austrittsfläche (16, 316, 416) einen Umfang (62) bildet und der Halterungsabschnitt (46) in Bezug auf die Austrittsfläche (16, 316, 416) solcherart angeordnet ist, dass eine Projektion des Halterungsabschnitts (46) entlang einer Linie (60) parallel zur Lichtstrahlachse (48, 148) an den Umfang (62) der Austrittsfläche (16, 316, 416) angrenzend liegt, wobei die Lichtquelle in Bezug auf die Austrittsfläche (16, 316, 416) verborgen angeordnet ist.
Scheinwerfermodul (10, 110, 310, 410) nach Anspruch 1, wobei das lichtdurchlässige Element (14, 314, 414) eine Oberseite (32) und eine Unterseite (38, 338, 438) umfasst, die jeweils die Austrittsfläche (16, 316, 416) schneiden, wobei der Halterungsabschnitt (46) von der Oberseite (32) gebildet wird. Scheinwerfermodul (10, 110, 310, 410) nach Anspruch 2, wobei die Oberseite (32) allgemein senkrecht zur Austrittsfläche (16, 316, 416) liegt. Scheinwerfermodul (10, 310, 410) nach Anspruch 2, wobei ein Abschnitt der Unterseite (38, 338, 438) von allgemein bogenförmiger Form ist. Scheinwerfermodul (10) nach Anspruch 4, wobei mindestens ein Abschnitt der Unterseite parabolförmig (44) ist. Scheinwerfermodul (10, 110, 310, 410) nach Anspruch 2, wobei die Lichtquelle an einen Brennpunkt (56) der Unterseite (38, 338, 438) und der Oberseite (32) angrenzend angeordnet ist. Scheinwerfermodul (10, 110, 310, 410) nach Anspruch 2, wobei das lichtdurchlässige Element (14, 214, 314, 414) ferner eine erste Seitenfläche (34, 134) und eine zweite Seitenfläche (36, 136) umfasst, die die Oberseite (32), die Unterseite (38, 338, 438) und die Austrittsfläche (16, 316, 416) schneiden, wobei die erste und die zweite Seitenfläche (34, 36, 134, 136) jeweils einen abgeschrägten Abschnitt (40, 42, 180, 182) umfasst, der in einer Richtung verläuft, die nicht parallel zur Lichtstrahlachse (48, 148) liegt. Scheinwerfermodul (110) nach Anspruch 7, wobei der abgeschrägte Abschnitt der ersten und der zweiten Seitenfläche (180, 182) jeweils allgemein linear ist. Scheinwerfermodul (10, 310, 410) nach Anspruch 7, wobei der abgeschrägte Abschnitt der ersten und der zweiten Seitenfläche (40, 42) jeweils allgemein bogenförmig ist. Scheinwerfermodul (10, 110, 310, 410) nach Anspruch 1, wobei die Lichtquelle (12, 312) zum Aussenden von Lichtstrahlen (30) durch eine ihrer Außenflächen angeordnet ist und der Halterungsabschnitt (46) mindestens einen Abschnitt der Außenfläche der Lichtquelle (12, 312) festhält, so dass mindestens ein Anteil der Lichtstrahlen (30), die durch die Außenfläche der Lichtquelle (30, 394, 494) ausgesendet werden, unmittelbar in das lichtdurchlässige Element (14, 214, 314, 414) eintreten kann. Scheinwerfermodul (410) nach Anspruch 1, wobei das lichtdurchlässige Element (414) eine reflektierende Schicht (490) umfasst, die mindestens einen Abschnitt einer der reflektierenden Flächen bildet. Scheinwerfermodul (210) nach Anspruch 1, das ferner eine zweite Lichtquelle (218a, 218b, 218c) umfasst, die von einem zweiten, in dem lichtdurchlässigen Element (214) gebildeten Halterungsabschnitt getragen wird. Scheinwerfermodul (10, 110, 210, 310, 410) für ein Kraftfahrzeug, umfassend:

mindestens eine Lichtquelle (12, 212, 312), die zum Aussenden von Lichtstrahlen (30) konfiguriert ist und eine Außenfläche umfasst, durch die die Lichtstrahlen ausgesendet werden, und ein lichtdurchlässiges Element (14, 214, 314, 414) mit Elementen, die Folgendes bilden:

eine Halterungsfläche, die mindestens einen Abschnitt der Außenfläche der Lichtquelle (12, 212, 312) solcherart festhält, dass mindestens ein Anteil der Lichtstrahlen (30), die durch die Außenfläche der Lichtquelle (12, 212, 312) ausgesendet werden, durch die Halterungsfläche in das lichtdurchlässige Element (14, 214, 314, 414) eintreten, eine Reflektionsfläche, die zum innenseitigen Reflektieren der Lichtstrahlen (30) in eine Richtung nach vorn angeordnet ist, und eine Austrittsfläche (16, 316, 416), die dafür angeordnet ist, die Lichtstrahlen (30) durch sie hindurch treten zu lassen, so dass sie von dem lichtdurchlässigen Element (14, 214, 314, 414) ausgesendet werden.
Scheinwerfermodul (10, 110, 210, 310, 410) nach Anspruch 13, wobei die Lichtquelle eine Leuchtdiode (12, 212, 312) mit einem Leuchtchip (18, 218a, 218b, 218c) und einer Schutzschicht (20) ist, die mindestens teilweise um den Leuchtchip (18, 218a, 218b, 218c) angebracht ist, um mindestens einen Abschnitt der Außenfläche der Lichtquelle zu bilden. Scheinwerfermodul (10, 110, 210, 310, 410) nach Anspruch 14, wobei der Halterungsabschnitt (46) eine Außenfläche der Schutzschicht (20) vollständig festhält. Scheinwerfermodul (10, 110, 210, 310, 410) nach Anspruch 14, wobei der Halterungsabschnitt (46) die Leuchtdiode (12, 212, 312) durch Formschluss festhält. Scheinwerfermodul (10, 110, 210, 310, 410) nach Anspruch 16, wobei das lichtdurchlässige Element (14, 214, 314, 414) ferner eine Oberseite (32, 232), eine Unterseite (38, 338, 438), eine erste Seitenfläche (34, 134, 234) und eine zweite Seitenfläche (36, 136, 236) umfasst, die jeweils die Oberseite (32, 232), die Unterseite (38, 338, 438) und die Austrittsfläche (16, 316, 416) schneiden, wobei die erste und die zweite Seitenfläche (34, 36, 134, 136, 234, 236) jeweils einen abgeschrägten Abschnitt (40, 42, 180, 182) umfasst, der in einer Richtung verläuft, die nicht parallel zur Lichtstrahlachse liegt. Scheinwerfermodul (10, 210, 310, 410) nach Anspruch 17, wobei die Unterseite parabolförmig (44) ist und die Lichtquelle (12, 212, 312) an einen Brennpunkt (56) der Unterseite (38, 338, 438) angrenzend angeordnet ist. Scheinwerferanordnung (2) für ein Kraftfahrzeug (3), umfassend:

mehrere Scheinwerfermodule (5, 6, 7a, 7b, 8, 10), die zusammen die Beleuchtung für das Kraftfahrzeug (3) bereitstellen, wobei mindestens eines der mehreren Scheinwerfermodule Folgendes umfasst:

eine Lichtquelle (12), die zum Aussenden von Lichtstrahlen (30) angeordnet ist, und ein lichtdurchlässiges Element (14) mit Abschnitten, die Folgendes bilden: einen Halterungsabschnitt (46), der zum Tragen der Lichtquelle solcherart angeordnet ist, dass die Lichtstrahlen (30) in das lichtdurchlässige Element (46) eintreten können, eine reflektierende Fläche, die zum innenseitigen Reflektieren der Lichtstrahlen (30) in eine Richtung nach vorn allgemein parallel zu einer Lichtstrahlachse (48) angeordnet ist, und eine Austrittsfläche (16), die dafür angeordnet ist, die Lichtstrahlen (30) durch sie hindurch treten zu lassen, so dass sie von dem lichtdurchlässigen Element (14) ausgesendet werden, und wobei die Austrittsfläche (16) einen Umfang (62) bildet und der Halterungsabschnitt (46) in Bezug auf die Austrittsfläche (16) solcherart angeordnet ist, dass eine Projektion des Halterungsabschnitts (46) entlang einer Linie (60) parallel zur Lichtstrahlenachse (48) an den Umfang (62) der Austrittsfläche angrenzend liegt, wobei die Lichtquelle (12) in Bezug auf die Austrittsfläche (16) verborgen angeordnet ist.
Scheinwerferanordnung (2) nach Anspruch 19, wobei das lichtdurchlässige Element (14) eine Oberseite (32) und eine Unterseite (38) umfasst, die jeweils die Austrittsfläche (16) schneiden, wobei der Halterungsabschnitt (46) von der Oberseite (32) gebildet wird. Scheinwerferanordnung (2) nach Anspruch 20, wobei die Lichtquelle (12) an einen Brennpunkt (56) der Unterseite (38) und der Oberseite (32) angrenzend angeordnet ist. Scheinwerferanordnung (2) nach Anspruch 19, wobei das mindestens eine der mehreren Scheinwerfermodule (5, 6, 7a, 7b, 8, 10) ein Wannenmodul (10, 110, 210, 310, 410) ist, das zusammen mit mindestens einem weiteren Wannenmodul eine Gruppe von Wannenmodulen bildet. Scheinwerferanordnung (2) nach Anspruch 22, wobei die mehreren Scheinwerfermodule (5, 6, 7a, 7b, 8, 10) ferner eine Gruppe von Projektormodulen (5) umfasst, die zusammen mit den Wannenmodulen (10, 110, 310, 410) ein Abblendlicht erzeugen. Scheinwerferanordnung (2) nach Anspruch 23, wobei die mehreren Scheinwerfermodule (5, 6, 7a, 7b, 8, 10) ferner ein Fernlichtmodul (6) umfassen, das zum Erzeugen eines Fernlichts angeordnet ist, sowie ein Blinkermodul (7a, 7b), das zum Erzeugen eines Blicklichts angeordnet ist.






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