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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Signalleuchten für Kraftfahrzeuge.
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Herkömmlicherweise umfasst eine Signalleuchte eine Lichtquelle, typischerweise die Glühwendel einer Glühlampe, und optische Mittel, die den von der Lichtquelle ausgesandten Lichtstrom verteilen sollen und dabei einem vorschriftsmäßigen Lichtverteilungsraster genügen.
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Je nach Art der Signalfunktion weist dieses Raster ein in Höhe und Breite genau vorgegebenes Maß auf; das Licht muss innerhalb dieses Rasters im wesentlichen gleichmäßig verteilt werden.
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Um diese Ziele zu erreichen, weisen die optischen Mittel herkömmlicherweise eine den Lichtstrom aufnehmende Vorrichtung auf, zum Beispiel eine Fresnel-Linse oder einen im Brennpunkt der Lichtquelle liegenden Parabolreflektor, sowie lichtbrechende Mittel zur Lichtstreuung, zum Beispiel Strukturen in Form von Streifen oder sphärischen bzw. torischen Kugeln, die im wesentlichen auf der Innenseite des Sichtglases der Leuchte vorgesehen sind.
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Führen diese optischen Mittel bei der Erzeugung der gewünschten Lichtfunktionen zu einem befriedigenden Ergebnis, so bewirken sie bei Betrachtung der Leuchte von außen in ausgeschaltetem Zustand generell ein unregelmäßiges Erscheinungsbild.
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Es ist zudem leicht ersichtlich, dass die Auslegung einen beträchtlichen Aufwand erfordert, und zwar von der theoretischen Planung der Lichtverteilung bis zur Herstellung der Form, mit der das betreffende optische Element geformt werden soll.
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Es sind zwar Techniken bekannt, die zur Verbesserung sowohl der Homogenität des durch eine Beleuchtungs- oder Signalvorrichtung erzeugten Lichtbündels als auch des Erscheinungsbilds der Leuchte in ausgeschaltetem Zustand beitragen. Eine dieser Techniken besteht darin, die Oberfläche des zur Lampe gehörenden lichtaufnehmenden Reflektors und/oder das Sichtglas oder die Abdeckscheibe der Vorrichtung zu mattieren. Befindet sich eine derartige Mattierung auf der Außenseite des Sichtglases, verdeckt diese in gewisser Weise insbesondere die auf der Innenseite ausgebildete lichtbrechende Struktur zur Ablenkung des Lichts.
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Eine derartige Mattierung ist jedoch nicht vorteilhaft, da dies einen zusätzlichen Arbeitsaufwand für das betreffende Teil erfordert, was sich auf die Gestehungskosten der Vorrichtung auswirkt. Wird eine derartige Mattierung auf der Innenseite eines Sichtglases der Leuchte ausgebildet, kann diese Mattierung zudem Veränderungen unterliegen, beispielsweise durch Verunreinigung der Form oder auch durch den im Laufe der Zeit geringer werdenden Mattierungsgrad (Abnutzung der Form). Eine derartige Mattierung lässt sich zudem auch nur sehr schwer genau nach den Vorgaben der Signalleuchte hinsichtlich Lichtverteilung und gleichförmigem Erscheinungsbild ausrichten.
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Aus dem gattungsbildenden Dokument
US 5,004,785 A ist beispielsweise bereits eine Beleuchtungs- oder Signalvorrichtung für Kraftfahrzeuge mit einer Lichtquelle bekannt, die mit optischen Mitteln zur Lichtstreuung zusammenwirkt. Diese Mittel zur Lichtstreuung weisen eine Platte auf, durch die das von der Lichtquelle austretende Licht hindurchdringen kann. Das Material dieser Platte besteht aus einem ersten lichtdurchlässigen Werkstoff mit einer ersten Brechzahl, in dem sich Einschlüsse aus einem zweiten lichtdurchlässigen Werkstoff mit einer zweiten, von der ersten Brechzahl abweichenden Brechzahl befinden.
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Das Dokument
FR 1 334 217 A zeigt eine ähnliche Vorrichtung.
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Aus dem Dokument
DE 38 78 556 T2 sind ferner Platten, beispielsweise Autoleuchtenabdeckungen, für Lichtsignalvorrichtungen bekannt, die die zuvor unter Bezugnahme auf die Beleuchtungs- oder Signalvorrichtung des Dokuments
US 5,004,785 A beschriebenen Merkmale aufweisen und deren Einschlüsse zudem sphärische Gestalt haben.
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Schließlich beschreibt Dokument
DE 196 20 659 A1 eine schallabsorbierende Raumleuchte, deren Lichtaustrittsscheibe zur Schallabsorption perforiert ist. Um die angenehme Raumwirkung zu verstärken, sind in der Lichtaustrittsscheibe streuende Partikel beigemengt. Ferner kann mindestens eine Oberfläche der Lichtaustrittsscheibe eine Strukturierung mit zusätzlicher Lichtstreuwirkung aufweisen.
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Die vorliegende Erfindung zielt zunächst darauf ab, die Nachteile des Standes der Technik zu beheben. Genauer gesagt bezweckt die vorliegende Erfindung zunächst die Herstellung von Signalleuchten, die in ausgeschaltetem Zustand ein vollkommen homogenes äußeres Erscheinungsbild bieten, und zwar ohne dass hierzu irgendein Mattierungsverfahren erforderlich wäre; zum anderen soll die Form der optischen Teile, die die Lichtstreuung sicherstellen, beträchtlich vereinfacht werden, und somit auch die Konzeption und die Formung.
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Die vorliegende Erfindung schlägt daher eine Kraftfahrzeugsignalvorrichtung außen am Fahrzeug vor, mit einer Lichtquelle, die mit optischen Mitteln zur Lichtstreuung zusammenwirkt, wobei die Mittel zur Lichtstreuung eine Platte aufweisen, durch die das von der Lichtquelle ausgehende Licht hindurchdringen kann und deren Masse aus einem ersten lichtdurchlässigen Werkstoff mit einer ersten Brechzahl besteht, in der sich Einschlüsse aus einem zweiten lichtdurchlässigen Werkstoff mit einer zweiten, von der ersten Brechzahl abweichenden Brechzahl befinden. Ferner besitzt die Platte an der Eintrittsseite wulstförmige lichtbrechende Strukturen zur Ablenkung des Lichts, die eine Auffächerung der Lichtstrahlen bewirken, um die durch die Einschlüsse bewirkte Streuung zu ergänzen, so dass eine Leuchtfläche der Vorrichtung im ausgeschalteten Zustand der Vorrichtung ein homogenes äußeres Erscheinungsbild aufweist.
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Bevorzugte aber nicht einschränkende Merkmale der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die folgenden:
- – die Einschlüsse weisen eine allgemein sphärische Gestalt auf;
- – die Einschlüsse haben eine Größe von ca. 0,1 μm bis 100 μm;
- – der Gewichtsanteil der Einschlüsse an der Scheibe beträgt 0,05 bis 5%:
- – der erste Werkstoff ist ein Polymethylmethacrylat und der zweite Werkstoff wird aus der Gruppe der Copolymere der Polyacrylat-Familie gewählt;
- – der erste und der zweite Werkstoff sind farblos;
- – der erste Werkstoff ist getönt und der zweite Werkstoff ist farblos;
- – der erste und der zweite Werkstoff sind getönt;
- – die Platte bildet eine Abdeckscheibe, eine Blende oder ein Sichtglas der Vorrichtung;
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Weitere Merkmale, Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung, die als Beispiel mit nicht einschränkender Wirkung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen angeführt wird.
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1 zeigt schematisch in perspektivischer Ansicht das Verhalten einer herkömmlichen lichtdurchlässigen Scheibe mit glatten Oberflächen, durch die ein schmales Strahlenbündel hindurchdringt,
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2 zeigt schematisch in perspektivischer Ansicht das Verhalten einer gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1 ausgeführten, lichtdurchlässigen Scheibe mit glatten Oberflächen, durch die das gleiche Strahlenbündel hindurchdringt,
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3 zeigt in vergrößertem Maßstab einen Querschnitt durch die in 2 dargestellte Scheibe mit glatten Oberflächen,
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4 zeigt in Form eines Diagramms als konkretes Beispiel das Verhalten einer gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1 ausgeführten Scheibe mit glatten Oberflächen hinsichtlich des Streuungswinkels des einfallenden Lichts,
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5 zeigt schematisch eine axial geschnittene Ansicht einer Signalleuchte, die mit einer Scheibe gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1 ausgestattet ist,
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6 zeigt schematisch die perspektivische Ansicht einer Signalleuchte, die mit einer erfindungsgemäßen Scheibenform ausgestattet ist.
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In 1 ist eine herkömmliche lichtdurchlässige Abdeckscheibe G dargestellt, deren Innen- und Außenseiten FI, FE glatt und parallel zueinander sind. Die Abdeckscheibe ist zum Beispiel aus Polymethylmethacrylat gefertigt und ist wenige Millimeter dick.
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Ein auf die Innenseite der Abdeckscheibe orthogonal einfallendes Strahlenbündel P wird durch diese im wesentlichen nicht verändert; der Verlauf des Strahlenbündels beim Austritt ist rechts in 1 auf dem Lichtverteilungsraster dargestellt.
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Es zeigt sich, dass eine derartige herkömmliche Scheibe mit glatt geschliffenen Flächen nur die lichtstreuenden Eigenschaften aufweist, die infolge von Ungenauigkeiten bei der Herstellung in unbedeutendem Umfang auftreten, und dass das Licht durch die mindestens auf einer Seite vorgesehenen lichtbrechenden Einrichtungen aufgefächert wird, um das Lichtverteilungsraster entsprechend auszufüllen.
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In 2 und 3 ist eine Scheibe (oder ein anderes optisches Element, wie zum Beispiel eine optische Zwischenplatte) durch Formung von Kunststoff, z. B. Polymethylmethacrylat, dargestellt, dem Einschlüsse eines anderen lichtdurchlässigen Kunststoffs mit einer anderen Brechzahl als das Polymethylmethacrylat beigefügt wurden.
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Diese Einschlüsse weisen vorzugsweise die Form von allgemein sphärischen Kugeln auf, deren Durchmesser von wenigen bis zu ein paar Dutzend Mikrometern reicht; diese Einschlüsse werden entweder bei der Herstellung der für die Formung der Scheibe einzuschmelzenden Blöcke oder unmittelbar vor der Formung in das Polymethylmethacrylat in einem Verhältnis von beispielsweise 0,05 bis 5% des Gesamtgewichts der Scheibe eingefügt.
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Vorteilhafterweise weisen diese Einschlüsse eine mehrlagige Struktur auf, mit einem Kern und einer oder mehreren aufeinander folgenden äußeren Lagen, wobei die äußere Lage oder Hülle aus nicht vernetztem Polymethylmethacrylat gebildet wird und der Kern und die eventuell dazwischen liegenden Lagen aus Copolymer(en) der Polyacrylat-Familie bestehen.
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Im allgemeinen ist es wünschenswert, dass das Verhältnis der Brechzahl der Scheibenmasse zu der Brechzahl der Einschlüsse in etwa zwischen 0,93 und 1,02 liegt; gleichzeitig darf dieses Verhältnis natürlich nicht gleich 1 sein, und der arithmetische Abstand in zwischen den beiden Brechzahlen ist vorteilhafterweise größer als 0,01. 3 zeigt im Detail das Verhalten des Lichts innerhalb einer derartigen mit Ziffer 10 gekennzeichneten Scheibe, deren Eintritts- und Austrittsflächen jeweils mit 11 und 12 gekennzeichnet sind. Die Polymethylmethacrylat-Masse ist mit 13, die Einschlüsse sind mit 14 gekennzeichnet.
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Eine Einheit von drei in unmittelbarer Nähe zueinander verlaufenden, parallelen Lichtstrahlen R1, R2 und R3 trifft auf einen der Einschlüsse 14; unter Berücksichtigung der Neigung der in der Übergangsfläche zwischen Scheibenmasse 13 und Einschluss 14 gelegenen optischen Eintrittsfläche werden die Lichtstrahlen, wie dargestellt, unterschiedlich abgelenkt.
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Es zeigt sich somit, dass durch die Vermehrung von derartigen Einschlüssen mit entsprechender Dichte innerhalb der Scheibe beim Austritt eine in mehreren Richtungen gestreute Strahlung erzielt wird, die umso homogener ist, je kleiner und zahlreicher die Einschlüsse sind.
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2 zeigt die Lichtstreuung in einem Kegel C, dessen halber Kegelwinkel an der Spitze im wesentlichen von der Dichte und der Größe der Einschlüsse sowie von den jeweiligen Brechzahlen der Scheibenmasse und der Einschlüsse abhängt.
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Auf dem rechts in 2 dargestellten Lichtverteilungsraster ergibt sich dadurch ein im wesentlichen kreisförmiger Lichtfleck, der in diesem Fall einen beträchtlichen Teil der Rasterhöhe einnimmt.
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Es ist in diesem Fall festzustellen, dass bei Berücksichtigung der Dicke der Scheibe 10 und der Größe der Einschlüsse 14 die Strahlen insgesamt durch eine Vielzahl von Ablenkungen auf aufeinanderfolgende Einschlüsse abgelenkt werden, was zu einer ausgesprochen homogenen Streuung beiträgt.
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4 zeigt beispielhaft den Winkelverlauf bei Austritt aus der Scheibe G bei einer 3 mm dicken Scheibe mit einer glatten Oberfläche, einer Einschlusskonzentration von 1% des Gewichts, einem Einschlussdurchmesser von 1 bis 10 μm und einem Verhältnis der Brechzahl der Scheibenmasse zu der Brechzahl der Einschlüsse von 0,98.
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Sind die betreffenden Parameter so gewählt, dass die innerhalb der Scheibe gewährleisteten maximalen Ablenkungen in horizontaler und vertikaler Richtung zur Erfüllung des vorgegebenen Lichtverteilungsrasters ausreichen, kann die Scheibe glatte und polierte Oberflächen aufweisen.
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Ein Beispiel einer Leuchte mit einer derartigen Scheibe ist schematisch in 5 dargestellt. Sie umfasst eine Lampe 20 mit einer Glühwendel 21, die im Brennpunktbereich eines den Lichtstrom aufnehmenden Parabolreflektors 30 liegt. Dieser Reflektor lenkt eine im wesentlichen parallele Strahlung auf die Eintrittsfläche 11 einer Abdeckscheibe 10 mit glatten Oberflächen, die wie vorstehend beschrieben ausgeführt sind.
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Beim Austritt aus der Scheibe füllt das gestreute Lichtbündel das Lichtverteilungsraster entsprechend aus.
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Soll die Lichtstrahlung beim Austritt aus der Leuchte farbig sein, ist in diesem Fall festzustellen, dass diese Färbung zum Beispiel durch den Kolben 22 der Lampe 20, durch die Masse 13 der entsprechend getönten Scheibe 10 oder auch durch eine zwischen dem Reflektor 30 und der Scheibe 10 eingefügte Zwischenblende erfolgen kann.
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Ist die Signalleuchte ausgeschaltet, ist interessanterweise in diesem Zusammenhang festzustellen, dass durch die vorstehend beschriebene Scheibe das Leuchteninnere nicht deutlich zu erkennen ist. Ein getöntes Element, durch das das zu erzeugende Lichtbündel entsprechend gefärbt werden soll, ist somit von außen kaum zu erkennen, und es kann somit eine Leuchte ausgeführt werden, die von außen betrachtet im wesentlichen farblos ist, so wie dies häufig von Designern gewünscht wird.
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6 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, der zufolge in einer Scheibe 10 die vorstehend beschriebenen Streuungseinschlüsse zusammen mit lichtbrechenden Einrichtungen zur Ablenkung des Lichts kombiniert werden, und zwar in diesem Fall an der Eintrittsseite 11 der Scheibe. Im vorliegenden Beispiel handelt es sich um wulstförmige Einrichtungen 111, die selbst eine Auffächerung der Strahlen bewirken sollen, wodurch die durch die Einschlüsse bewirkte Streuung ergänzt wird.
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Das erzielte Lichtbündel resultiert aus der Kombination der Streuungen, die bei den Wulsten 111 der Eintrittsseite 11 und den Einschlüssen 14 entstehen. Da ein Teil der Ablenkung durch die Einschlüsse verursacht wird, kann der Krümmungsradius der Wulste 111 deutlich kleiner sein als bei einer herkömmlichen Scheibe, bei der diese Wulste die zumeist parallel einfallende Strahlung alleine verarbeiten müssen.
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Es versteht sich, dass eine derartige Leuchte eine sehr gute Homogenität zeigt, sowohl hinsichtlich des in eingeschaltetem Zustand in Form einer Leuchtfläche ausgesandten Lichts, als auch hinsichtlich des Erscheinungsbilds der Leuchtfläche in ausgeschaltetem Zustand.
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Die vorliegende Erfindung ist selbstverständlich in keiner Weise auf die vorstehend beschriebenen und in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Zahlreiche Varianten oder Änderungen können durch den Fachmann ausgeführt werden.
