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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Zonenlinse
einer Warnleuchte, insbesondere Verkehrswarnleuchte, gemäß dem Spritzgussverfahren,
wobei die Zonenlinse eine Linsenstruktur aufweist. Ferner betrifft
die Erfindung einen Stempel mit einer Linsenprägestruktur für die Herstellung
einer Zonenlinse einer Warnleuchte, insbesondere einer Verkehrswarnleuchte,
gemäß dem Spritzgussverfahren,
wobei im Zusammenwirken mit einem Gegenstempel zwischen dem Stempel
und dem Gegenstempel eine Formmasse eingebracht ist oder wird.
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In
DE 1 915 880 A ist
eine Warnleuchte für Verkehrszwecke
beschrieben, die ein optisches Linsensystem in Form einer Zonenlinse
aufweist.
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Ferner
sind in
EP 1 074 371
A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen mikrostrukturierter
Teile unter Einsatz des Heißpressverfahrens offenbart.
Hierzu wird in einer Heißpresse
ein Formeinsatz eingelegt und in ein Gesenk der Heißpresse ein
thermoplastisches Granulat eingefüllt. Anschließend wird
das Granulat geschmolzen und ein Stempel in das Gesenk gedrückt, wobei
ein Teil des eingefüllten
Materials durch einen Spalt zwischen dem Gesenk und dem Stempel
austritt. Danach wird das Granulat weiter erwärmt und anschließend das
gepresste Material abgekühlt.
Schließlich
wird der Stempel aus dem Gesenk zurückgezogen und das mikrostrukturierte
Bauteil entnommen.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Fertigung
einer Zonenlinse einer Warnleuchte zu verbessern, wobei die Zonenlinse schnell
und mit einer hohen Güte
hergestellt werden soll.
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Gelöst wird
diese Aufgabe durch ein Verfahren zum Herstellen einer Zonenlinse
einer Warnleuchte, insbesondere Verkehrswarnleuchte, gemäß dem Spritzgussverfahren,
wobei die Zonenlinse eine Linsenstruktur aufweist, das dadurch weitergebildet wird,
dass eine Formmasse zwischen einem Stempel mit Linsenprägestruktur
und einem Gegenstempel eingebracht wird oder ist, wobei beim oder
nach dem Einbringen der Formmasse zwischen der Linsenprägestruktur
und der Formmasse eingeschlossene Luft an wenigstens einer vorbestimmten
Druckentlastungsstelle des Stempels abgeleitet wird, so dass eine
Druckentlastung stattfindet.
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Bei
der Herstellung von Zonenlinsen von Warnleuchten, die eine Linsenstruktur
nach Art einer Fresnellinse aufweisen, wurde festgestellt, dass
bei der Herstellung der Zonenlinse gemäß dem bisherigen Spritzgussverfahren
die Zonenringe der Linse Unregelmäßigkeiten in Form von kleinen
Wölbungen, Huckeln
oder dergleichen bzw. Vertiefungen aufweisen. Diese Unebenheiten
der Zonenringe entstehen vornehmlich dadurch, dass bei der Herstellung
zwischen der Formmasse und der Prägestruktur auf einem Spritzgusswerkzeug
bzw. Spritzgussstempel Luft eingeschlossen wird.
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Um
die durch die eingeschlossene Luft als Artefakte entstehenden Unregelmäßigkeiten
bzw. Huckel sowie Vertiefungen auf dem Umfangsrand der kreisförmigen oder
kreisähnlichen
Ringe einer Zonenlinse zu vermeiden, ist gemäß der Erfindung vorgesehen,
dass die zwischen der Formmasse und dem Spritzgusswerkzeug bzw.
Stempel eingeschlossene Luft über
eine Öffnung
oder entsprechende Öffnungen
an vorbestimmten Stellen auf dem Werkzeug entweichen kann, so dass
dadurch regelmäßige Zonenringe
entstehen. Durch die erfindungsgemäße Maßnahme wird die Qualität der Zonenlinse
mit ihrer Linsenstruktur erheblich verbessert.
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Dadurch,
dass an vorbestimmten bzw. ausgewählten Stellen auf dem Spritzgusswerkzeug
bisher eingeschlossene Luft zwischen der Formmasse und der Rillenstruktur
des Formwerkzeugs abgeleitet wird, entsteht an der Zonenlinse eine
sehr gleichmäßige Linsenstruktur.
Durch die verbesserte Zonenlinse der Warnleuchten ergibt sich eine
besonders hohe Lichtausbeute bzw. Effizienz beim Einsatz der Warnleuchten,
wenn in einem Bereich der Zonenlinse bzw. Fresnellinse Ringe vorgesehen
sind, deren radiale Ausdehnung zum Rand der Fresnellinse hin größer ist
als zu einem optischen Zentrum der Fresnellinse.
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Um
eine sehr gleichmäßige Zonenlinse
bzw. eine gleichmäßige Druckentlastung
der Luft, die zwischen der Formmasse und dem Spritzgusswerkzeug eingeschlossen
ist, zu erreichen, wird die Luft an mehreren, insbesondere gleichmäßig verteilten
oder angeordneten, Druckentlastungsstellen abgeleitet.
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Vorzugsweise
wird die Luft an einer oder mehreren schlitzartigen oder nutartigen
Druckentlastungsstellen, Stempel bzw. Spritzgusswerkzeug abgeleitet.
Dadurch findet eine gezielte Entlüftung der eingeschlossenen
Luft in dem aus dem Stempel mit der Linsenprägestruktur und dem Gegenstempel
bestehenden Formteil statt, in das die Spritzgussmasse eingebracht
wird oder ist.
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Darüber hinaus
ist gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
vorgesehen, dass die Druckentlastungsstelle oder -stellen auf der
Oberseite des Stempels mittels einer Aussparung und eines form- und/oder funktionskomplementären Einsatzes
gebildet werden. Dadurch, dass der Einsatz in der Aussparung eingesetzt
ist und aufgrund der Gestaltung des Einsatzes mit entsprechenden
abschnittsweisen Ringstrukturen, die an die Aussparungen angrenzenden
bzw. benachbarten Ringstrukturen angepasst sind, ergibt sich eine
form- und/oder funktionskomplementäre Anwendung, so dass die Ringabschnitte auf
dem Einsatz und die benachbarten Ringstrukturen auf dem Stempel
sich ergänzen.
Aufgrund des Einsatzes in der Aussparung ergibt sich an definierten
Stellen eine Art Schlitz, durch die die eingeschlossene Luft zwischen
der Formmasse und dem Stempel entweichen kann.
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Insbesondere
wird die Zonenlinse gemäß dem Spritzgussverfahren
hergestellt. Hierbei kommt als Formmasse beispielsweise ein Kunststoff
zum Beispiel Polycarbonat zum Einsatz.
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Ferner
wird die Aufgabe gelöst
durch einen Stempel, insbesondere eines Spritzgussformteils, mit einer
Linsenprägestruktur
für die
Herstellung einer Zonenlinse einer Warnleuchte, insbesondere einer Verkehrswarnleuchte,
gemäß dem Spritzgussverfahren,
wobei im Zusammenwirken mit einem Gegenstempel zwischen dem Stempel
und dem Gegenstempel eine Formmasse eingebracht ist oder wird, wobei
der Stempel dadurch weitergebildet wird, das an wenigstens einer
vorbestimmten Stelle des Stempels auf der Seite der Linsenprägestruktur
wenigstens eine oder mehrere Druckentlastungsstellen vorgesehen
sind, so dass beim oder nach dem Einbringen von Formmasse zwischen
der Linsenprägestruktur
und der Formmasse eingeschlossene Luft an den Druckentlastungsstellen
abgeleitet wird. Hierbei kommt der Stempel bzw. das Spritzgussformteil
mit dem Stempel in einer Spritzgussmaschine oder -vorrichtung zum
Einsatz, so dass die Zonenlinse gemäß dem Spritzgussverfahren hergestellt
wird. Der Stempel dient hierbei als Spritzgusswerkzeug, um die Zonenlinse
mit einer Fresnellinse anzufertigen.
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Hierzu
sind auf dem Stempel die Druckentlastungsstellen schlitzartig und/oder
nutartig ausgebildet. Ferner sind vorteilhafterweise die Druckentlastungsstellen
als Luftentweichungslöcher
oder -schlitze ausgebildet.
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In
einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass zur Ausbildung
von Druckentlastungsstellen auf der Oberseite des Stempels wenigstens eine
Aussparung vorgesehen ist, in die wenigstens ein form- und/oder
funktionskomplementärer
Einsatz angeordnet wird oder ist.
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Dazu
ist überdies
vorgesehen, dass der wenigstens eine Einsatz beweglich oder bewegbar
sowie lösbar
in der wenigstens einen Aussparung angeordnet ist, so dass bei der
Ausführung
des Spritzgussverfahrens Luft an der Seite des Einsatzes entweicht.
Um den Einsatz in einer bzw. der Aussparung des Stempels anzuordnen,
sind in einer vorteilhaften Ausgestaltung Führungslöcher oder -bohrungen vorgesehen,
wobei der Einsatz auf seiner Unterseite hierfür entsprechende Vorsprünge, Schrauben
oder dergleichen aufweist, so dass der Einsatz durch Einbringen
der Vorsprünge, Schrauben
etc. in die Führungslöcher oder
dergleichen sicher und/oder fest positioniert werden kann. Ferner
können
die Führungslöcher bzw.
-bohrungen dazu genutzt werden, um die von der Spritzgussmasse und
dem Stempel eingeschlossene Luft vollständig aus dem Formteil abzuführen oder
abzuleiten. Hierdurch findet eine gute Entlüftung der entwichenen bzw.
entweichenden Luft über
die Schraubverbindungen oder dergleichen statt.
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Außerdem zeichnet
sich der Stempel dadurch aus, dass der wenigstens eine Einsatz auf
der Oberseite profiliert und/oder an die Linsenstruktur profiliert
angepasst oder ausgebildet ist.
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Vorzugsweise
sind mehrere Aussparungen und mehrere Einsätze auf dem Stempel vorgesehen, wobei
die Aussparungen und die Einsätze
gleichmäßig auf
der Oberseite des Stempels angeordnet sind.
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Die
Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand
von Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, wobei bezüglich aller
im Text nicht näher
erläuterten
erfindungsgemäßen Einzelheiten
ausdrücklich
auf die Zeichnungen verwiesen wird. Es zeigen:
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1 eine
schematische Draufsicht auf den Innenbereich einer optischen Zonenlinse
einer Warnleuchte,
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2 eine
schematische Schnittdarstellung entlang des Schnitts A-A der 1,
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3 eine
schematische Draufsicht auf den Außenbereich der Zonenlinse aus 1,
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4 schematisch
einen Stempel zur Herstellung einer Zonenlinse im Querschnitt und
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5 eine
Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Stempel.
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In
den folgenden Figuren sind jeweils gleiche oder gleichartige Elemente
bzw. entsprechende Teile mit denselben Bezugsziffern versehen, so
dass von einer entsprechenden erneuten Vorstellung abgesehen wird.
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1 zeigt
eine Draufsicht auf den Innenteil einer Zonenlinse 10 einer
Warnleuchte in schematischer Darstellung. Die Zonenlinse 10 weist
eine Fresnellinse 11 auf, die ein optisches Zentrum 12 hat.
Es sind außerdem
sechsundzwanzig Ringe bzw. Stufen der Fresnellinse 11 dargestellt,
die beispielhaft mit den Bezugsziffern 13, 13' und 13'' bezeichnet sind. Die radiale Ausdehnung 14, 14', 14'' der Ringe 13, 13' und 13'' ist an Positionen zwischen dem
optischen Zentrum 12 und dem Rand 19 der Fresnellinse 11 unterschiedlich.
So ist ein erster Ring 13'', der unmittelbar
am optischen Zentrum 12 angeordnet ist, vorgesehen, der
eine relativ große
Ausdehnung 14'' aufweist. Daran
schließen
sich Ringe 13' an,
die zunächst
eine kleine radiale Ausdehnung 14' aufweisen und zum Rand 19 der
Fresnellinse 11 größer werden.
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Es
ist insbesondere vorzugsweise eine stetige Vergrößerung der radialen Ausdehnung
vorgesehen. Diese spezielle Ausgestaltung der Ringe 13–13'' der Fresnellinse 11 dient
dazu, möglichst
viel Licht von einer in 2 angedeuteten Leuchtquelle 15,
die eine Leuchtdiode sein kann, von innerhalb der Zonenlinse, also
von einer ersten Seite 16, nach außerhalb der Zonenlinse 10,
also nach einer zweiten Seite 17 zu transmittieren. Insbesondere
das optische Zentrum 12 und der erste Ring 13'' dienen dazu, möglichst viel von der bevorzugten
Leuchtdiode 15 emittierten Strahlung, die eine nach vorne
zum optischen Zentrum 12 bevorzugte Strahlcharakteristik
aufweist, zu transmittieren.
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Die
vergrößerte radiale
Ausdehnung 14 zum Rand 19 der Fresnellinse 11 dient
dazu, die Randstrahlen der Leuchtdiode 15 effizient einzufangen und
nach außerhalb
einer Warnleuchte zu transportieren. Hierzu sind insbesondere Stufenkanten
bzw. Ringkanten, die dem optischen Zentrum 12 zugewandt
sind, vorgesehen, die im Wesentlichen parallel zur optischen Achse 22 sind
bzw. eine kleine Aufweitung weg von der optischen Achse 22 in
Richtung der Leuchtdiode 15 aufweisen. In diesem Ausführungsbeispiel
ist das geometrische Zentrum 24 im Zentrum des optischen
Zentrums 12 angeordnet.
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In 2 ist
eine schematische Schnittdarstellung entlang des Schnitts A-A der 1 dargestellt.
Aus dieser Darstellung ergeben sich insbesondere die radialen Ausdehnungen 14–14''. Die radiale Ausdehnung 14 im
Randbereich 20 von der Linse 11 ist beispielsweise
mehr als doppelt so groß wie
die radiale Ausdehnung 14' bei
einer Position, die ungefähr
1/3 vom optischen Zentrum 12 zum Rand 19 der Fresnellinse 11 entfernt
ist. Es ist außerdem
noch ein Befestigungsring 28 angedeutet, mittels dem in
Form eines Bajonettverschlusses eine Befestigung an einer Warnleuchte
vorgenommen werden kann. Die angedeutete Leuchtdiode 15 ist
auch in die Warnleuchte einzuschrauben bzw. in der Warnleuchte befestigt.
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In 2 ist
zu erkennen, dass die Aufwölbungen 18–18'', die in 3 dargestellt
sind, der Übersichtlichkeit
wegen nicht dargestellt sind. Stattdessen ist eine zweite Seite 17 dargestellt,
die anstelle der Aufwölbungen
glatt ist.
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Die
Aufwölbungen,
die schematisch in einer Draufsicht in 3 dargestellt
sind, sind mit gleichlangen Seitenlängen versehen. Dieses trifft
für die meisten
Aufwölbungen
zu. Es ergibt sich hierdurch eine quadratische oder rautenförmige Grundfläche bzw.
eine im Wesentlichen quadratische oder rautenförmige Grundfläche. Die
Aufwölbungen 18 und 18'' sind beispielsweise im Wesentlichen quadratisch
von der Grundfläche
her, die Aufwölbung 18' ist im Wesentlichen
rautenförmig.
Die Aufgabe der Aufwölbung
bzw. Kissen auf einer Linse bzw. einem Linsensystem ist es, aus
parallelem Licht, das durch die Fresnellinse erzeugt wird, ein Licht
mit einem definierten Abstrahlwinkel bzw. Öffnungswinkel zu machen. Der Öffnungswinkel
hängt von
der Wölbung bzw.
dem Radius des Kissens ab.
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Da
für den
Verkehrsbereich unterschiedliche Winkel in horizontaler und vertikaler
Richtung gefordert werden, sind auch die Radien in beiden Richtungen
unterschiedlich. Dies wurde bisher so gelöst, dass die Kissen bzw. Aufwölbungen
eine rechteckige Form von der Grundfläche her hatten, wobei das Verhältnis der
Seiten auch das Verhältnis
der Öffnungswinkel
zueinander widerspiegelte. Dieses hatte auch fertigungstechnische
Gründe.
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Für eine bessere
Fertigung kann es bevorzugt sein, die Aufwölbung 18 und 18'' aus 3 von dem
unteren Rand am geometrischen Zentrum 24 vorbei bis zum
oberen Rand mit mehr Material auszugestalten, so dass bei einem
Spritzgussverfahren schneller bzw. mehr Material von beispielsweise
dem geometrischen Zentrum 24 zum Rand hin gelangen kann.
Dieses verringert die Fertigungszeit und erhöht die Fertigungsqualität.
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Für weitere
Einzelheiten wird auf die deutsche Gebrauchsmusteranmeldung der
Patentanmelderin mit dem amtlichen Aktenzeichen
DE 20 2006 014 814 U1 vewiesen,
deren Offenbarung ausdrücklich
in die Offenbarung der vorliegenden Patentanmeldung mit aufgenommen
wird.
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4 zeigt
im Querschnitt einen Stempel 30, der auf der Oberseite
eine rillenartige Linsenprägestruktur 31 aufweist.
Mittels der Linsenprägestruktur 31 wird
in eine Formmasse, zum Beispiel einem Kunststoff wie Polycarbonat,
eine Linsenstruktur in Form einer Fresnellinse gemäß dem Spritzgussverfahren
eingeprägt.
Oberhalb des Stempels 30 ist ein Gegenstempel 32 angeordnet,
so dass nach Einbringen einer Kunststoffmasse zwischen dem Stempel 30 und
dem Gegenstempel 32 eine Zonenlinse hergestellt wird. Der
Gegenstempel 32 ist in 4 schematisch
eingezeichnet.
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Der
Stempel 30 weist zudem eine konkav gewölbte Oberfläche auf, auf der die Linsenprägestruktur 31 entsprechend
ausgebildet ist. In den abfallenden äußeren Flanken des Stempels 30 sind
Aussparungen 33 ausgebildet, in die entsprechende Einsätze 34 eingesetzt
sind. Die Einsätze 34 weisen
ebenfalls abschnittsweise entsprechende Ringabschnitte auf, so dass
die Ringabschnitte der Einsätze 34 an die
Ringe der Linsenstruktur 31 form- und funktionskomplementär anschließen.
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Dadurch,
dass die Einsätze 34 und
die Aussparungen 33 einen kleinen Luftspalt zu der umgebenden
Linsenprägestruktur
ausbilden, kann beim Einbringen der Spritzgussmasse Luft zwischen
dem Stempel 30 und dem Gegenstempel 32 bzw. zwischen
der Formmasse und der Oberseite des Stempels 30 an den
schlitzartigen Spalten von der Oberseite entweichen, so dass eine
Druckentlastung der Luft auf der Oberseite des Stempels 30 stattfindet. Durch
die Wegführung
der Luft aus der Oberseite des Stempels 30 über die
schlitzartigen Austritte entweicht Luft, so dass die der Zonenlinse
eingeprägten Linsenstrukturen
mit Ringen ohne Erhebungen und Vertiefungen vergleichmäßigt werden
bzw. nach dem Herstellungsprozess sind.
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Ferner
weist der Stempel 30 auf der Unterseite der Aussparungen 33 Bohrungen 35 auf,
so dass die Einsätze 34 mit
Hilfe von durch die Bohrungen 35 geführten Schrauben oder dergleichen
von der Unterseite des Stempels 30 fixiert bzw. positioniert
werden. Durch die Bohrungen 35 kann außerdem die eingeschlossene
Luft vom Innenraum des aus dem Stempel 30 und dem Gegenstempel 32 gebildeten
Spritzgussformteils nach außen
abgeleitet werden, wodurch eine Entlüftung des Innenraums bei eingebrachter
Formmasse stattfindet.
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Unter
Einsatz des Stempels 30 als Spritzgusswerkzeug werden entsprechend
qualitativ hochwertige Zonenlinsen mit einer gleichmäßigen Ringstruktur
in Form einer Fresnellinse erreicht.
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5 zeigt
eine Draufsicht auf die Oberseite des Stempels 30 mit seiner
Linsenprägestruktur 31, wobei
die ringförmigen
Erhebungen gut sichtbar sind. Darüber hinaus ist in 5 erkennbar,
dass die Aussparungen 33 gleichmäßig über die gewölbte Oberfläche des Stempels 30 verteilt
sind, wobei zur besseren Darstellung auf die Einzeichnung der entsprechenden
Einsätze 34 (vgl. 4)
aus Gründen
der Übersichtlichkeit
abgesehen wurde.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Zonenlinse
- 11
- Fresnellinse
- 12
- optisches
Zentrum
- 13,
13', 13''
- Ring
- 14,
14', 14''
- radiale
Ausdehnung
- 15
- Leuchtdiode
- 16
- erste
Seite
- 17
- zweite
Seite
- 18,
18', 18''
- Aufwölbung
- 19
- Rand
- 20
- Randbereich
- 21
- Umfangsrand
- 22
- optische
Achse
- 24
- geometrisches
Zentrum
- 28
- Befestigungsring
- 30
- Stempel
- 31
- Linsenprägestruktur
- 32
- Gegenstempel
- 33
- Aussparung
- 34
- Einsatz
- 35
- Bohrung
