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Die
Erfindung betrifft einen Kraftfahrzeugrückstrahler, der
mindestens ein zumindest teilweise retroreflektierendes Reflektorelement
aufweist, wobei das Reflektorelement eine vordere Fläche
und einen der vorderen Fläche zugeordneten Reflektionsabschnitt
aufweist, der derart angeordnet und/oder ausgebildet ist, dass ein über
die vordere Fläche in einem bestimmten Eintrittswinkel
in das Reflektorelement eintretender Lichtstrahl zum Reflektionsabschnitt
gelangt, von diesem zur vorderen Fläche reflektiert wird
und über die vordere Fläche zumindest teilweise
im besagten Eintrittswinkel wieder aus dem Reflektorelement austritt.
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Aus
dem Gebiet der Kraftfahrzeugtechnik sind Rückstrahler bekannt,
die mehrere Reflektorelemente aufweisen, die als Tripelspiegel ausgebildet sind.
Bei einem Tripelspiegel handelt es sich um drei rechtwinklig zueinander
angeordnete Spiegel, die einen gemeinsamen Eckpunkt aufweisen und
somit zusammen eine Würfelecke bilden. Bei der Herstellung
der bekannten Rückstrahler wird ein Kunststoffkörper,
der mehrere solche Würfelecken aufweist, durch Spritzgießen
hergestellt.
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Nachteilig
an diesen Rückstrahlern mit den Tripelspiegeln ist, dass
eine Spritzgussform, mit der die spitz zulaufenden Würfelecken
mit einer hinreichend großen Präzision hergestellt
werden können, relativ aufwändig herzustellen
ist, was insbesondere bei Produktion der Rückstrahler in
Kleinserien zu entsprechend hohen Herstellkosten der Rückstrahler führt.
Die Spritzgussformen umfassen üblicherweise mehrere nebeneinander
angeordnete Elemente, wobei pro herzustellende Würfelecke
je ein solches Element vorgesehen ist. Üblicherweise werden
zur Herstellung eines Elements drei Stifte sehr präzise
definierter Länge verwendet, die an einem Ende entsprechend
drei reflektierender Oberflächen der Tripelspiegel angeschrägt
sind. Bei der Herstellung der Spritzgussformen werden die Stifte
aller Elemente in einem Metallrahmen zusammengefügt. Von
dem Metallrahmen wird in einem mehrwöchigen galvanischen
Prozess ein Gegenstück abgeformt, welches einen Bestandteil
der Spritzgussform bildet. Dies führt zu einem relativ
hohen Zeitaufwand bei der Herstellung dieser Spritzgussform, so
dass bei der Herstellung der Rückstrahler mehrere Ersatzspritzgussformen
bevorratet werden müssen, um einen länger andauernden
Produktionsausfall im Falle einer Zerstörung der Spritzgussform
zu vermeiden.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, einen Kraftfahrzeugrückstrahler bereitzustellen,
der einfach und kostengünstig mittels Spritzgießen
herstellbar ist.
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Den
zur Lösung der Aufgabe im Folgenden vorgeschlagenen Rückstrahlern
liegt der gemeinsame Kerngedanke zugrunde, dass die spitz zulaufenden
Ecken innerhalb des Reflektorelements, insbesondere innerhalb des
Reflektionsabschnitts, vermieden werden müssen. Es wurde
erkannt, dass sich durch eine geeignete Gestaltung des Reflektorelements,
insbesondere dessen Bereiche außerhalb des Reflexionsabschnitts,
ein Entwurfsfreiraum bezüglich der Auslegung des Reflektionsabschnitts
erweitern lässt, so dass der Reflexionsabschnitt zumindest
weitgehend ohne die aufwändig herzustellende Ecken realisiert
werden kann.
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Ferner
müssen Ecken, Kanten und/oder plane Flächen des
erfindungsgemäßen Rückstrahlers nicht
hochpräzise relativ zueinander angeordnet sein, sodass
eine Spritzgussform zur Herstellung des Rückstrahlers mit
vergleichsweise einfachen, schnellen und kostengünstigen
Verfahren, wie beispielsweise spanende Verfahren, insbesondere Fräsen,
hergestellt werden kann. Eine von einer kugelsegmentartigen Form
eines Fräswerkzeugs herrührende Ungenauigkeit
der Form von Oberflächen der Spritzgussform beeinträchtigt
die Funktion des damit hergestellten Rückstrahlers höchstens
unerheblich.
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Gemäß einer
ersten Lösung der Aufgabe wird ein Reflektor der eingangs
genannten Art vorgeschlagen, der dadurch gekennzeichnet ist, dass
die vordere Fläche eine erste konvexe Krümmung
in einem ersten Radius und der Reflektionsabschnitt eine zweite
konvexe Krümmung in einem zweiten Radius aufweisen, wobei
die beiden Krümmungen zumindest abschnittsweise konzentrisch
sind und der erste Radius kleiner als der zweite Radius ist. Eine
solche konvexe Krümmung weist keine Kanten auf, so dass die
spitz zulaufenden Ecken vollständig vermieden werden können.
Der erfindungsgemäße Rückstrahler ist
somit mit geringem Aufwand mittels Spritzgießen herstellbar.
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Ein
Verhältnis der beiden Radien ist vom Brechungsindex des verwendeten
Materials abhängig. Der größere der beiden
Radien ist vorzugsweise so gewählt, dass ein durch die
erste Krümmung parallel einfallendes Lichtbündel
auf der zweiten Krümmung in einem Punkt fokussiert wird.
Dieser Punkt liegt auf einem Schnittpunkt der zweiten Krümmung mit
einer Geraden, die parallel zum einfallenden Lichtbündel
und radial zu den beiden Krümmungen verläuft.
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Hierbei
ist bevorzugt, dass der Reflektionsabschnitt mindestens eine verspiegelte
Oberfläche des Reflektorelements umfasst. Mit Hilfe der
verspiegelten Oberfläche wird erreicht, dass das in den
Reflektionsabschnitt gelangende Licht zuverlässig reflektiert
und wieder zurück zu der vorderen Fläche gelenkt
wird. Es ist bevorzugt, dass die zweite konvexe Krümmung
an einer von der vorderen Fläche, das heißt der
ersten konvexen Krümmung, abgewandten Seite verspiegelt
ist. Die verspiegelte Seite der zweiten Krümmung bildet
somit gleichzeitig eine Rückseite des Reflektorelements.
Die Verspiegelung kann erreicht werden, indem an der zu verspiegelnden
Fläche eine geeignete Beschichtung vorgesehen wird.
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Um
einen hohen Rückstrahlwert des Rückstrahlers zu
erzielen, ist es zweckmäßig, dass der Rückstrahler
viele Reflektorelemente aufweist. Hierbei hat es sich als vorteilhaft
erwiesen, dass der Rückstrahler als eine Rückstrahlerplatte
ausgebildet ist, wobei mehrere Reflektorelemente mit ihren vorderen
Flächen nebeneinander in der Platte angeordnet sind, wobei
die vorderen Flächen zumindest eines Teils der Reflektorelemente
einen polygonalen Umriss aufweisen, und wobei diese Reflektorelemente
mit ihren vorderen Flächen lückenlos nebeneinander
angeordnet sind. Hierbei kann vorgesehen werden, dass die zweiten
Krümmungen der einzelnen Reflektorelemente so dicht aneinander
gerückt sind, dass sie sich gegenseitig schneiden, was
zu einem polygonalen Unriss (z. B. sechseckig oder rechteckig) der
zweiten Krümmungen führt. Unter dem Umriss ist
die äußere Begrenzungslinie der einzelnen Reflektorelemente
zu verstehen. Der Umriss bildet also eine Randkontur der vorderen
Fläche bzw. der zweiten Krümmung. Die einzelnen
Reflektorelemente können beispielsweise dann lückenlos
nebeneinander angeordnet werden, wenn jedes Reflektorelement denselben
Umriss eines Rechtecks, insbesondere eines Quadrats, oder eines
regelmäßigen Sechsecks aufweist. Es ist auch denkbar,
dass die Umrisse der einzelnen Reflektorelemente sich unterscheiden,
wie beispielsweise bei Ausschnitten aus geodätischen Kuppeln.
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Es
ist bevorzugt, dass die erste Krümmung derart ausgebildet
und/oder angeordnet ist, dass ein Lichtstrahlenbündel mit
einem vorgegebenen Einfallswinkel bezüglich der Orthogonalen
zu einer Frontseite des Rückstrahlers, dessen Querschnittsfläche
höchstens ein Drittel eines Flächeninhalts einer
auf eine Ebene einer Frontseite des Rückstrahlers projizierten
ersten Krümmung beträgt, vollständig
durch die erste Krümmung hindurch tritt. Hierdurch wird
ein Rückstrahler bereitgestellt, der den Anforderungen
bzw. Vorschriften der Kraftfahrzeugtechnik entspricht. Der vorgegebene
Einfallswinkel beträgt in einer horizontalen Richtung vorzugsweise +/–20° und
in einer vertikalen Richtung vorzugsweise +/–10°.
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Es
kann vorgesehen werden, dass der Rückstrahler mehrere entlang
einer ersten Richtung in einer Reihe angeordnete Reflektorelemente
umfasst, die in einer zweiten Richtung zueinander versetzt sind,
wobei sich die zweite Richtung von der ersten Richtung unterscheidet
und vorzugsweise orthogonal zu der ersten Richtung und/oder entlang
einer optischen Achse zumindest eines der Reflektorelemente verläuft.
Hierdurch kann ein Rückstrahler mit einer bezüglich
der optischen Achse der Reflektorelemente schräg angeordneten
Vorderseite realisiert werden. Vorzugsweise sind die optischen Achsen
zumindest eines Teils der Reflektorelemente parallel zueinander.
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Es
ist bevorzugt, dass die erste Krümmung und die zweite Krümmung
kugelsegmentförmig sind. Hierdurch wird eine zu der optischen
Achse des Reflektorelements rotationssymmetrische Rückstrahlcharakteristik
des Reflektorelements erzielt.
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Alternativ
hierzu kann auch vorgesehen werden, dass die erste Krümmung
und die zweite Krümmung die Form eines Zylindermantels
aufweisen und das Reflektorelement zwei gegenüber liegende
zumindest im Wesentlichen parallel zueinander angeordnete Reflexionsflächen
aufweist. Hierdurch ergibt sich ein insgesamt flacher Aufbau des
Reflektorelements, und die erste Krümmung kann mit einer
vergleichsweise großen Oberfläche und mit einem
relativ geringen Materialeinsatz realisiert werden. Die Reflexionsflächen
sind vorzugsweise orthogonal zu einer die beiden Krümmungen
definierenden Drehachse. Die Retroreflexion der Komponenten der
einfallenden Lichtstrahlen, die parallel zur Drehachse liegen, wird
durch die beiden Krümmungen ausgeführt, die verbleibende
Komponente der einfallenden Lichtstrahlen, die parallel zur Drehachse
verläuft, erfolgt an den beiden Reflexionsflächen.
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Hierbei
ist bevorzugt, dass die Drehachse zumindest im Wesentlichen vertikal
angeordnet ist. In diesem Fall legen die Krümmungen die
Rückstrahlcharakteristik des Reflektorelements in einer horizontalen
Richtung fest. Dahingegen wird das Rückstrahlverhalten
des Reflektorelements in einer vertikalen Richtung im Wesentlichen
durch die beiden Reflexionsflächen bestimmt. Insbesondere kommt
es zu einer Retroreflexion, wenn eine vertikale Komponente eines
Winkels eines in das Reflektorelement einfallenden Lichtstrahls
einen Wert aufweist, für den es innerhalb des Reflektorelements
zu einer geradzahligen Anzahl von Reflexionen kommt. Beispielsweise
kommt es zu einer Retroreflexion, wenn ein einfallender Lichtstrahl
zunächst an der vorderen Fläche gebrochen, zuerst
an einer Reflexionsfläche und dann an der zweiten Krümmung
reflektiert und schließlich unter einer erneuten Brechung
an der vorderen Fläche aus dem Reflektorelement austritt.
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Die
beiden Reflexionsflächen können einen geringen
Abstand von bis zu etwa 6 mm aufweisen. Der erste oder der zweite
Radius kann relativ groß gewählt werden, er kann
beispielsweise bis zu etwa 50 mm betragen. Hierdurch ergibt sich
ein vergleichsweise großer Flächeninhalt der rückstrahlenden
vorderen Fläche des Reflektorelements von etwa 6 mm·50
mm = 300 mm2. Ein solches Reflektorelement lässt
sich mittels Spritzgießen ohne lange Abkühlzeiten
und somit schnell und kostengünstig herstellen.
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Hierbei
kann vorgesehen werden, dass der Reflektionsabschnitt mindestens
ein Reflexionsprisma mit zwei Mantelflächen mit einer gemeinsamen Kante
an einer von der vorderen Fläche abgewandten Oberfläche
des Reflektorelements umfasst. Hierbei ist bevorzugt, dass in die
zweite Krümmung mehrere Reflexionsprismen eingeformt sind.
Auf diese Weise kann eine Reflexion an der von der vorderen Fläche
abgewandten Oberfläche beziehungsweise an der zweiten Krümmung
erreicht werden, ohne dass hierzu eine relativ aufwändig
herzustellende Verspiegelung einer Oberfläche des Reflektorelements
erforderlich wäre. Hierdurch wird die Herstellung des Rückstrahlers
vereinfacht, und die Herstellkosten werden weiter reduziert.
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Vorzugsweise
verläuft die gemeinsame Kante des Reflexionsprismas tangential
bezüglich der zweiten konvexen Krümmung. Bei dieser
Anordnung des Reflexionsprismas wird ein Reflexionsverhalten der
zweiten Krümmung erzielt, das mit demjenigen einer verspiegelten
Fläche überlegen ist.
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Ferner
kann vorgesehen werden, dass die beiden Reflexionsflächen
durch zwei gegeneinander geneigten Seitenkanten begrenzt sind, die
in Richtung der zweiten Krümmung aufeinander zulaufen. Alternativ
hierzu kann auch vorgesehen werden, dass die beiden Seitenkanten
parallel zueinander verlaufen. Es ist auch eine andere Form und/oder
ein anderer Verlauf der Seitenkanten denkbar. Die Seitenkanten können
beliebig verlaufen, solange sie nicht in Bereiche des Reflektorelements
eindringen, in denen sich Licht befindet.
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Um
eine für Kraftfahrzeugrückstrahler vorgeschriebene
Rückstrahlcharakteristik zu erreichen, ist bevorzugt, dass
die Reflexionsfläche mindestens eines Reflektorelements
gegenüber einer horizontalen Ebene derart geneigt ist,
dass der Anteil des von diesem Reflektorelement reflektierten Lichts
bei einer Bestrahlung der vorderen Fläche dieses Reflektorelements
in einer horizontalen Richtung maximal ist. Die genannte Maximierung
des Anteils des retroreflektierten Lichts bezieht sich auf einen
festen Horizontalwinkel des in das Reflektorelement einfallenden
Lichts. Der maximale Anteil retroreflektierten Lichts wird also
dadurch erreicht, dass der Rückstrahler etwas schräg in
ein Kraftfahrzeug eingebaut wird. Hierbei kommt es bei einem symmetrischen Aufbau
des Reflektorelements nicht auf die Richtung der Neigung an.
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Anstelle
den Rückstrahler schräg in das Kraftfahrzeug einzubauen,
kann auch vorgesehen werden, dass die vordere Fläche mindestens
eines Reflektorelements derart abgeschrägt ist, dass der Anteil
des von diesem Reflektorelement retroreflektierten Lichts bei einer
Bestrahlung der vorderen Fläche dieses Reflektorelements
in einer zu den Reflexionsflächen parallelen Richtung maximal
ist. Es ergibt sich hierdurch eine insgesamt konische Form der vorderen
Fläche, das heißt ein Radius der ersten Krümmung
nimmt entlang der die gebogene Fläche definierenden Drehachse
zu. Wird der Rückstrahler so in das Kraftfahrzeug eingebaut,
dass die Reflexionsflächen horizontal verlaufen, so ergibt
sich die vorgeschriebene Rückstrahlcharakteristik mit einem Maximum
des Anteils des retroreflektierten Lichts bei horizontaler Bestrahlung
des Rückstrahlers.
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Gemäß einer
zweiten Lösung der Aufgabe wird ein Kraftfahrzeugrückstrahler
der eingangs genannten Art vorgeschlagen, der dadurch gekennzeichnet
ist, dass der Rückstrahler mindestens ein prismenförmiges
Reflektorelement aufweist. Auch hierdurch kann die im bekannten
Rückstrahler vorhandene Vielzahl von spitz zulaufenden
Ecken, bei deren Herstellung nur relativ geringe Toleranzen akzeptabel
sind, vermieden werden und somit ein einfach und kostengünstig
herstellbarer Kraftfahrzeugrückstrahler bereitgestellt
werden.
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Beispielsweise
kann eine Grundfläche des prismenförmigen Reflektorelements
rechteckig sein, so dass das Reflektorelement insgesamt quaderförmig
ist, wobei eine erste Oberfläche des Reflektorelements
die vordere Fläche und eine der ersten Oberfläche
gegenüberliegende zweite Oberfläche des Reflektorelements
den Reflexionsabschnitt bildet. Die zweite Oberfläche kann
verspiegelt sein.
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Alternativ
hierzu kann vorgesehen werden, dass die Grundfläche des
Reflektorelements trapezförmig ist, so dass das Reflektorelement
eine Entformungsschräge aufweist. Durch die Entformungsschräge
wird ein einfaches Entfernen einer Spritzgussform nach dem Spritzgießen
des Reflektorelements ermöglicht. Es können somit
noch einfacher aufgebaute Spritzgussformen verwendet werden, was
zu noch geringeren Kosten beim Herstellen des Rückstrahlers
führt. Auch bei dieser Ausgestaltung des Reflektorelements
kann die zweite Oberfläche verspiegelt sein.
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Hierbei
ist besonders bevorzugt, dass die Grundfläche eine erste
Kante, eine parallel zu der ersten Kante angeordnete zweite Kante,
eine zu der ersten Kante und der zweiten Kante orthogonal angeordnete
dritte Kante sowie eine gegenüber der dritten Kante geneigte
vierte Kante, die die Entformungsschräge des Reflektorelements
begrenzt, aufweist. Zwei benachbarte Winkel der Grundfläche
sind also orthogonal. Auf diese Weise wird ein Reflektorelement
bereitgestellt, das nach seiner Herstellung durch Spritzgießen
relativ leicht aus der Spritzgussform entfernt werden kann, ohne
dass hierfür besondere Mechanismen an der Spritzgussform
vorgesehen werden müssen, und das dennoch gute optische Eigenschaften
aufweist.
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Gemäß einer
dritten Lösung der Aufgabe wird ein Kraftfahrzeugrückstrahler
der eingangs genannten Art vorgeschlagen, der dadurch gekennzeichnet
ist, dass die vordere Fläche des Reflektorelements durch
eine erste Oberfläche eines ersten Prismas gebildet ist
und dass der Reflexionsabschnitt des Reflektorelements zwei weitere
Oberflächen des ersten Prismas umfasst, die der ersten Oberfläche
gegenüberliegen, und dass in eine der weiteren Oberflächen
mindestens ein zweites Prisma eingeformt ist, wobei zwei optisch
wirksame Flächen des zweiten Prismas eine gemeinsame Kante
aufweisen, die gegenüber einer Längskante der
ersten Oberfläche des ersten Prismas gedreht ist. Hierbei
ist die Drehachse vorzugsweise orthogonal zu der Oberfläche
des ersten Prismas, in der das zweite Prisma eingeformt ist. Auch
dieser Kraftfahrzeugrückstrahler ist relativ einfach durch
Spritzgießen herstellbar, weil die spitz zulaufende Würfelecken, die
mit hoher Präzision hergestellt werden müssten, nicht
erforderlich sind. Zudem weist der Rückstrahler keine verspiegelte
Oberfläche auf, was seine Herstellung weiter vereinfacht.
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Hierbei
ist bevorzugt, dass das erste Prisma rechtwinklig ist, wobei die
erste Oberfläche eine Hypothenusenfläche und die
zwei weiteren Oberflächen Kathetenflächen des
ersten Prismas bilden. Hierdurch wird ein Rückstrahler
mit einfachen Aufbau bereitgestellt, dessen Rückstrahlcharakteristik
den Anforderungen, die sich aus seiner Anwendung auf dem Gebiet
der Kraftfahrzeugtechnik ergeben, gerecht wird.
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Alternativ
oder ergänzend hierzu kann vorgesehen werden, dass mindestens
ein weiteres Prisma, insbesondere das zweite Prisma rechtwinklig
ist, wobei die optisch wirksamen Flächen Kathetenflächen
des zweiten Prismas bilden. Die Kathetenflächen des zweiten
Prismas gehören hierbei zu einer von der vorderen Fläche
abgewandten Rückseite des Reflektorelements.
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Um
eine gute Reflexion durch den Reflexionabschnitt mittels des zweiten
Prismas zu erzielen, ist besonders bevorzugt, dass die gemeinsame
Kante des zweiten Prismas um einen Winkel von 60°–120°,
vorzugsweise um einen Winkel von 90°, gegenüber
der Längskante gedreht ist.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung, in welcher exemplarische Ausführungsformen
anhand der Zeichnungen näher erläutert werden.
Dabei zeigen:
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1 einen
Kraftfahrzeugrückstrahler gemäß einer
ersten bevorzugten Ausführungsform;
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2 eine
geschnittene Seitenansicht des Rückstrahlers aus 1;
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3 eine
geschnittene Seitenansicht eines Reflektorelements gemäß einer
zweiten Ausführungsform;
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4 eine
geschnittene Seitenansicht eines Reflektorelements eines Rückstrahlers
gemäß einer dritten Ausführungsform;
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5 eine
Draufsicht auf einen Rückstrahler gemäß einer
vierten bevorzugten Ausführungsform;
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6 eine
perspektivische Untenansicht eines Reflektorelements gemäß einer
fünften bevorzugten Ausführungsform;
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7 eine
geschnittene Seitenansicht des Reflektorelements aus 6;
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8 eine
schematische Darstellung eines Strahlenverlaufs im Reflektorelement
aus 6;
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9 eine
geschnittene Seitenansicht eines Reflektorelements gemäß einer
sechsten bevorzugten Ausführungsform;
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10 eine
perspektivische Vorderansicht eines Rückstrahlers gemäß einer
siebten bevorzugten Ausführungsform;
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11 eine
perspektivische Hintenansicht des Rückstrahlers aus 10;
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12 eine
perspektivische Vorderansicht eines Rückstrahlers gemäß einer
achten bevorzugten Ausführungsform;
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13 eine
perspektivische Hintenansicht des Rückstrahler aus 12;
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14 eine
perspektivische Vorderansicht eines Rückstrahlers gemäß einer
neunten bevorzugten Ausführungsform;
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15 eine
geschnittene Seitenansicht eines Reflektorelements gemäß einer
zehnten bevorzugten Ausführungsform;
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16 eine
perspektivische Ansicht eines Prismas sowie dessen Rückstrahlverhalten;
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17 eine
geschnittene Seitenansicht des Prismas aus 16;
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18 eine
perspektivische Ansicht eines Reflektorelements gemäß einer
elften bevorzugten Ausführungsform; und
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19 ein
Diagramm einer Rückstrahlcharakteristik des Reflektorelements
aus 18.
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1 zeigt
einen Kraftfahrzeugrückstrahler 11. Der Rückstrahler
ist als ein einziges, insgesamt plattenförmiges transparentes
Kunststoffteil ausgebildet, welches durch Spritzgießen
hergestellt ist. Als Material zur Herstellung des Rückstrahlers 11 kann jeder
zum Spritzgießen geeignete Kunststoff wie beispielsweise
Polymethylmetacrylat (PMMA) verwendet werden. Ein solcher Rückstrahler 11 kann
beispielsweise als Teil einer Kraftfahrzeugrückleuchte am
Heck eines Kraftfahrzeugs angeordnet werden. Der Rückstrahler 11 reflektiert
zumindest einen Teil des Lichts, das auf eine Frontseite 13 des
Rückstrahlers 11 auftritt, in einer Richtung,
die einer Einfallsrichtung des auf die Frontseite 13 auftreffenden Lichts
entspricht (Retroreflexion). Die retroreflektierende Wirkung des
Rückstrahlers 11 sorgt dafür, dass das
Fahrzeug bei Dunkelheit auch dann von anderen Verkehrsteilnehmern
sichtbar ist, wenn eine aktive Beleuchtungseinrichtung des Kraftfahrzeugs nicht
aktiv ist.
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Zum
Rückstrahlen des auf die Frontseite 13 auftreffenden
Lichts weist der Rückstrahler 11 mehrere Reflektorelemente 15 auf,
welche in einem regelmäßigen, schachbrettartigen
Muster in einer Rückstrahlerplatte 17 des Rückstrahlers 11 nebeneinander
angeordnet sind. Abweichend hiervon können die Reflektorelemente 15 auch
in einem anderen Muster oder unregelmäßig in der
Platte 17 angeordnet werden.
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Wie
aus den 1 und 2 ersichtlich, weist
jedes Reflektorelement 15 eine kugelsegmentförmige
vordere Fläche 19 auf, welche auf der Ebene der
Frontseite 13 der Platte 17 durch einen kreisförmigen
ersten Umriss 21 begrenzt ist und derart konvex gewölbt
ist, dass sie in der Darstellung von 1 nach oben über
die Frontseite 13 hinausragt.
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Der
vorderen Fläche 19 eines jeden Reflektorelements 15 ist
ein Reflexionsabschnitt 23 zugeordnet, der im Fall der
in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsform
als eine kugelsegmentförmige zweite Krümmung 27 ausgebildet
ist. Die zweite Krümmung 27 liegt der ersten Krümmung 25 gegenüber,
und die beiden Krümmungen 25, 27 weisen
einen gemeinsamen Mittelpunkt 29 auf. Ein erster Radius
r der ersten Krümmung 25 ist kleiner als ein zweiter
Radius R der zweiten Krümmung 27. Ähnlich wie
die erste Krümmung 25 ist die zweite Krümmung 27 durch
einen zweiten Umriss 31 begrenzt, der in der in den Figuren
gezeigten Ausführungsform kreisförmig ist. Die
zweite Krümmung 27 ragt in der Darstellung von 2 nach
unten über eine Rückseite 33 der Platte 17 hinaus.
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Die
Reflektorelemente 15 sind so weit voneinander beabstandet,
dass sich die ersten Krümmungen 25 und die zweiten
Krümmungen 27 nicht berühren oder überlappen.
Um die Effektivität des Rückstrahlers 11,
das heißt den Anteil des retroreflektierten Lichts an dem
in den Rückstrahler 11 einfallenden Licht, zu
erhöhen, können die Reflektorelemente 15 auch
mit einer derart hohen Dichte in der Platte 17 angeordnet
werden, dass sie sich mit den zweiten Umrissen 31 berühren.
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In
einer nicht gezeigten Ausführungsform sind die Reflektorelemente 15 an
ihren Rändern so zugeschnitten, dass zumindest der zweite
Umriss 31 der zweiten Krümmung 27 nicht
mehr kreisförmig, sondern polygonal ist. Beispielsweise
kann vorgesehen werden, dass die Reflektorelemente 15 auf
einen rechteckigen, insbesondere quadratischen Umriss oder auf einen
sechseckigen Umriss zugeschnitten werden. Der auf die polygonale
Form zugeschnittene Umriss 21, 31 ermöglicht
ein lückenloses Platzieren der Reflektorelemente 15 an
der Platte 17 mit einer hohen Dichte. Dies führt
zu einer hohen Effektivität des Rückstrahlers 11,
da ein hoher Anteil der Frontseite 13 zur Retroreflexion
des in die Frontseite 13 einfallenden Lichts beiträgt.
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Anhand
der 3 wird im Folgenden die Funktionsweise des Reflektorelements 15 erläutert. Die
beiden Krümmungen 25, 27 weisen eine
gemeinsame Drehachse auf, die gleichzeitig eine optische Achse 35 des
Reflektorelements 15 bildet. Die zweite Krümmung 27 weist
eine Beschichtung 37 auf, welche bewirkt, dass die zweite
Krümmung 27 verspiegelt ist. Wird die Frontseite 13 beleuchtet,
so treten Lichtstrahlen 41 über die erste Krümmung 25 in
das Reflektorelement 15 ein. Die beiden Radien R, r sind so
gewählt, dass die Lichtstrahlen 41 durch Brechung an
der ersten Krümmung 25 an der zweiten Krümmung 27 fokussiert
werden. Die Lichtstrahlen 41 werden an der zweiten Krümmung 27 reflektiert,
gelangen zur ersten Krümmung 25 und werden dort
ein zweites Mal gebrochen. Man erkennt, dass unabhängig
von einem Eintrittswinkel das Licht 41 in derselben Richtung
das Reflektorelement 15 wieder verlässt, in der
es auch in das Reflektorelement 15 eingetreten ist. Die
Dimensionierung der beiden Radien R, r hängt von einem
Brechungsindex n1 der Umgebung und einem
Brechungsindex n2 des Materials, aus dem
das Reflektorelement 15 hergestellt ist, ab. Handelt es
sich bei der Umgebung um Luft und bei dem Material um PMMA, so muss
der zweite Radius R der zweiten Krümmung 27 zumindest
in etwa das Doppelte des ersten Radius r der ersten Krümmung 25 betragen,
um die Fokussierung des Lichts 41 an der zweiten Krümmung 27 zu
gewährleisten.
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Das
in der 3 isoliert dargestellte Reflektorelement 15 weist
eine halbkugelförmige erste Krümmung 25 auf,
wodurch auch relativ steil in das Reflektorelement 15 einfallendes
Licht 41 retroreflektiert wird. Ein sehr dünnes
Lichtbündel 41 wird sogar bei einem Einfallswinkel
bezüglich der optischen Achse 35 von nahezu 90° noch
retroreflektiert.
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Bei
dem beispielsweise in der 2 gezeigten
Rückstrahler 11 sind die einzelnen Reflektorelemente 15 in
die Platte 17 eingebettet, so dass die erste Krümmung 25 nur
einen Ausschnitt einer Halbkugel umfasst. Ein maximaler Einfallswinkel,
bei dem noch eine Retroreflexion auftritt, hängt bei vorgegebenen
Radien insbesondere von einer Dicke d der Platte 17 ab.
Allgemeiner betrachtet hängt der maximale Einfallswinkel
von einem Verhältnis r/d bzw. R/d des ersten Radius r oder
des zweiten Radius R zu der Dicke d ab.
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Bei
dem in den 1 und 2 gezeigten Rückstrahler 11 wurde
die Dicke d so gewählt, dass der Rückstrahler
retroreflektierend wirkt, wenn das Licht 41 in einem Winkel
zwischen 0° und etwa 60° in die Reflektorelemente 15 einfällt.
So wird beispielsweise das in der 2 links
eingezeichnete relativ dünne Lichtbündel 41,
das unter einem Winkel von 58° in das Reflektorelement 15 einfällt,
von diesem retroreflektiert. Ein Lichtbündel, das unter
einem deutlich größeren Winkel als 60° in
das Reflektorelement 15 eintrifft, wird von dem Rückstrahler 11 nicht mehr
retroreflektiert, weil das Lichtbündel nicht mehr so gebrochen
werden kann, dass dessen zentraler Strahl über die Mitte
der beiden Krümmungen 25, 27 verläuft
und das Bündel deshalb nicht den für die Retroreflexion
benötigten Bereich der zweiten Krümmung 27 trifft,
sondern an einen ungeeigneten Bereich dieser Krümmung 27,
auf einen ebenen Bereich der Rückseite 33 oder
sogar auf eine benachbarte zweite Krümmung 27 trifft.
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4 zeigt
ein in Platte 17 eingebettetes Reflektorelement 15,
das eine im Kraftfahrzeugbereich vorgegebene Anforderung erfüllt,
wonach bei einer Bestrahlung des Reflektorelements 15 unter
einem Horizontalwinkel von αh =
20° und einem Vertikalwinkel von αv =
5° der erzielte Rückstrahlwert ein Drittel desjenigen
Rückstrahlwertes betragen soll, der bei Einstrahlung unter αh = αv =
0° erreicht wird. Um das unter αh =
20° auftreffende Bündel retroreflektieren zu können,
muss die Krümmung 25, die durch den Umriss 21 begrenzt
wird, so groß gewählt werden, dass die Querschnittsfläche
des Bündels 41 etwa ein Drittel der Querschnittsfläche
eines unter αh = αv = 0° aufreffenden Bündels
betragen kann. (Würde die erste Krümmung 25 beim
Auftreffpunkt des zentralen Strahles des Bündels 41 enden,
wäre die Querschnittsfläche des Bündels 41 Null,
mit anderen Worten: es würde keine Retroreflexion unter
diesem Winkel stattfinden). Eine zusätzlich benötigte
Breite Δβ des Rückstrahlelements 15 über
den Auftreffpunkt des zentralen Strahles, der unter dem Winkel αh (Bündel 41) auftrifft,
ergibt sich näherungsweise zu αh =
1/2·αh. Bei dem durch
vorgeschriebenen maximalen Winkel αh =
20° ergibt sich somit für Δβ =
10°. Von der kleinen Krümmung 25 muss
somit ein Sektor mit dem Öffnungswinkel zweimal 30° benutzt
werden, der Öffnungswinkel des Sektors der großen
Krümmung 27 beträgt zweimal 20°.
Insbesondere muss der Querschnittsflächeninhalt des im
Winkel αh auf die erste Krümmung 25 auftreffenden
Lichtbündels ein Drittel eines Querschnittsflächeninhalts
eines im Winkel von 0° einfallenden Lichtbündels
umfassen. Der letztgenannte Querschnittsflächeninhalt entspricht
dem Flächeninhalt der auf die Ebene der Frontseite 13 projizierte
ersten Krümmung 25.
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Dieselben Überlegungen
führen für die vertikalen Ausdehnungen des Rückstrahlelements
(α = 5°) auf Δβ = 2,5°.
Von der ersten Krümmung 25 muss somit ein Sektor
mit dem Öffnungswinkel zwei mal 5° + 2,5° =
7,5° benutzt werden, der Öffnungswinkel des Sektors
zweiten Krümmung 27 beträgt zweimal 5°.
In der in der 4 gezeigten Ausführungsform
des Rückstrahlers 11 beträgt die Dicke
der Platte 17 etwa d = 2 mm. Die Höhe der ersten
Krümmung 25 beträgt lediglich 0,18 mm.
Eine Gesamtdicke D des Rückstrahlers 11 beträgt
somit etwa 2,18 mm zuzüglich einer Höhe der zweiten
Krümmung 27. Der Durchmesser der ersten Krümmung 25 in
der Ebene der Frontseite 13 beträgt etwa 0,7 mm.
Dieser Rückstrahler 11 lässt sich sehr
einfach durch Spritzgießen herstellen. Insbesondere zeigt
eine entsprechende Spritzgussform aufgrund dieser relativ geringen
Wanddickensprünge des Rückstrahlers 11 von
nur 0,18 mm ein gutes Füllverhalten, was die Herstellung
des Rückstrahlers 11 in einer gleich bleibend
guten Qualität und mit wenig Ausschuss ermöglicht.
Bei regelungskonformen Rückstrahlerelementen mit kreisförmigem Umriss
muss ein geringfügig größerer Winkel
als die hier betrachteten 20° für die Auslegung
der Rückstrahlelemente zugrunde gelegt werden. Unter Berücksichtigung
von Toleranzen muss der Winkelbereich noch weiter vergrößert
werden. Bevorzugt sind hier maximale Rückstrahlwinkel im
Bereich zwischen 20° und 30°. Dies ergibt sich
aus der folgenden Überlegung:
Bei der Auslegung von
Retroreflektoren wird in der Regel (ECE-Regelung 3)
nur der maximale Winkel berücksichtigt für den
eine Retroflexion auftreten soll Das sind auf einer in einem Abstand
vor dem Reflektor angeordneten Messwand vier Messpunkte bei horizontal
+/–20° und vertikal +/–5°. Der
Winkel zwischen dem Schnittpunkt der Horizontalen und der Vertikalen
des Messschirms und diesen Punkten hat vom Reflektor aus gesehen
einen Winkel von etwa 21°. Im Ausführungsbeispiel
sind also nicht exakt die regelungskonformen Werte angegeben, weil
zur Vereinfachung mit einem Winkel von 20° gerechnet wird.
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5 zeigt
eine weitere Ausführungsform des Rückstrahlers 11.
Dieser Rückstrahler 11 umfasst mehrere optische
Elemente 15, deren optische Achsen 35 parallel
zueinander sind. Die optischen Elemente 15 sind in einer
zu den optischen Achsen 35 zumindest im Wesentlichen orthogonalen
ersten Richtung (Pfeil 36) nebeneinander angeordnet und
in einer zweiten Richtung (Pfeil 38), nämlich
parallel zu den optischen Achsen 35, zueinander versetzt. Durch
die versetzte Anordnung der optischen Elemente 15 ergibt
sich eine insgesamt schräge oder pfeilartige Frontseite 13 des
Rückstrahlers 11.
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Jedes
optische Element 15 weist den in 4 gezeigten
Aufbau auf und kann somit Licht, das mit einem Einfallswinkel von
0° bis etwa 20° über die erste Krümmung 25 in
das optische Element 15 eintritt, mit der für
eine Anwendung im Kraftfahrzeugbereich ausreichenden Beleuchtungsstärke
retroreflektieren, das heißt es weist einen für
die Anwendung im Kraftfahrzeugbereich ausreichenden Rückstrahlwert
auf. Die Reflektorelemente 15 sind im in der 5 gezeigten
Rückstrahler jedoch nicht in der Platte 17 eingebettet,
sondern über Zwischenstücke 43 miteinander
verbunden. Jedes Reflektorelement entspricht einem bezüglich
der optischen Achse 35 rotationssymmetrischen, durch eine
kegelstumpfförmige Schnittfläche 45 begrenzten
Ausschnitt der in der 4 gezeigten Anordnung. Die Schnittfläche 45 verläuft
zwischen dem ersten Umriss 21 der ersten Krümmung 25 und
dem zweiten Umriss 31 der zweiten Krümmung 27.
Da die Schnittfläche 45 der in der 4 gezeigten
Anordnung einer Mantelfläche der Reflektorelemente 15 des
in der 5 gezeigten Rückstrahlers entspricht,
weisen die Reflektorelemente 15 eine entsprechende entlang
der optischen Achse 35 zur ersten Krümmung 25 hin
verjüngend zulaufende Form auf.
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Wird
der Rückstrahler 11 beispielsweise am Heck des
Fahrzeugs angeordnet, so muss das von ihm rückgestrahlte
Licht gemäß den im Kraftfahrzeugbereich anzuwendenden
Vorschriften eine rote Farbe aufweisen. Um rotes rückgestrahltes
Licht zu erreichen, kann beispielsweise das Kunststoffmaterial,
aus dem der Rückstrahler 11 hergestellt ist, rot eingefärbt
werden. Alternativ oder ergänzend hierzu kann vor die Frontseite 13 des
Rückstrahlers 11 eine rot eingefärbte
Abschlussscheibe 47 (in 5 gestrichelt
eingezeichnet) angeordnet werden. Soll das vom Rückstrahler 11 zurückgestrahlte
Licht eine andere Farbe aufweisen, so können der Rückstrahler 11 und/oder
die Abschlussscheibe 47 auch in dieser anderen Farbe gefärbt
werden.
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Die 6 und 7 zeigen
ein Reflektorelement 15 gemäß einer weiteren
Ausführungsform. Das Reflektorelement 15 ist insgesamt
plattenförmig und an zwei gegenüberliegenden Querseiten
durch die erste Krümmung 25 und die zweite Krümmung 27 begrenzt.
Bei diesem Reflektorelement 15 weisen die beiden Krümmungen 25, 27 die
Form eines Zylindermantels auf. Der erste Krümmungsradius
r der ersten Krümmung 25 und der zweite Krümmungsradius
R der zweiten Krümmung 27 beziehen sich auf eine
gemeinsame Mittelachse (in den Figuren als Z-Achse bezeichnet).
Die Z-Achse verläuft orthogonal zu einer von einer X-Achse
und einer Y-Achse aufgespannten X-Y-Ebene. Die optische Achse 35 des
Reflektorelements 15 liegt in der X-Y-Ebene und geht durch
den Ursprung eines Koordinatensystems, das durch die X-Achse, die
Y-Achse und die Z-Achse gebildet wird. Wie weiter unten noch erläutert
werden wird, muss die X-Y-Ebene nicht der Horizontalebene entsprechen.
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Des
Weiteren weist das Reflektorelement 15 zwei parallel zur
X-Y-Ebene angeordnete Reflexionsflächen 49 auf,
die das Reflektorelement 15 begrenzen. Jede Reflexionsfläche 49 wird
durch zwei parallel zur X-Y-Ebene verlaufende Seitenkanten 51 begrenzt,
die an gegenüberliegenden Ecken der ersten Krümmung 25 und
der zweiten Krümmung 27 enden. Die auf derselben
zur X-Y-Ebene parallelen Ebene liegenden Seitenkanten 51 laufen
entlang der optischen Achse 35 zur ersten Krümmung 25 hin
aufeinander zu, so dass sich das Reflektorelement 15 in
einem Schnitt entlang der X-Y-Ebene zu der ersten Krümmung 25 hin
verjüngt. Dementsprechend laufen auch zwei orthogonal zur
X-Y-Ebene angeordnete gegenüberliegende Seitenflächen 53,
die durch die Seitenkanten 51 begrenzt werden, ebenfalls
entlang der optischen Achse 35 in Richtung der ersten Krümmung 25 aufeinander
zu. In einem Schnitt entlang der X-Y-Ebene ist das Reflektorelement 15 symmetrisch zu
seiner optischen Achse 35.
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In
den 6 und 7 sind Lichtstrahlen 41 eingezeichnet,
die von schräg unterhalb der X-Y-Ebene in die erste Krümmung 25 des
Reflektorelements 15 eintreffen. Was parallel zur X-Y-Ebene verlaufende
Komponenten der Lichtstrahlen 41 angeht, entspricht die
Funktionsweise des Reflektorelements der oben bereits erläuterten
Funktionsweise des Reflektorelements mit kugelsegmentförmigen Krümmungen 25, 27.
Im Folgenden wird die Funktionsweise des Reflektorelements 15 bezüglich
einer zur Z-Achse parallelen Komponente der Lichtstrahlen 41 erläutert.
Ein mit 41a bezeichneter Lichtstrahl tritt mit einem Einfallswinkel δ über
die erste Krümmung 25 in das Reflektorelement 15 ein,
wird an der ersten Krümmung 25 gebrochen, an der
oberen Reflexionsfläche 49 sowie an der zweiten
Krümmung 27 reflektiert. Dann gelangt er zurück
zur ersten Krümmung 25 und verlässt nach
einer erneuten Brechung an der ersten Krümmung 25 das
Reflektorelement 15. Man erkennt anhand der Darstellung
der 7, dass der Lichtstrahl 41a in derselben
Richtung wieder abgegeben wird, in der er auch in das Reflektorelement 15 eingefallen
ist, das heißt der Lichtstrahl 41a wird retroreflektiert.
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Im
Gegensatz zum Lichtstrahl 41a wird ein Lichtstrahl 41b nicht
retroreflektiert. Bei dem Lichtstrahl 41b kommt es innerhalb
des Reflektorelements 15 zu Reflexionen an beiden Reflexionsflächen 49.
Insgesamt wird der Lichtstrahl 41b dreimal reflektiert,
während der Lichtstrahl 41a nur zweimal reflektiert
wird. Aufgrund dieser zusätzlichen Reflexion wirkt das
Reflektorelement 15 bei dem Lichtstrahl 41b nicht
retroreflektierend. Im Allgemeinen gilt, dass genau diejenigen Lichtstrahlen 41 vom
Reflektorelement 15 retroreflektiert werden, welche innerhalb
des Reflektorelements einer geradzahligen Anzahl von Reflexionen
unterworfen sind.
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Aus 7 ist
ersichtlich, dass ein Teil eines Lichtbündels bestehend
aus parallelen Lichtstrahlen 41 wie beispielsweise der
Lichtstrahl 41a retroreflektiert wird, während
ein anderer Teil wie beispielsweise der Lichtstrahl 41b nicht
retroreflektiert wird. Der Anteil des retroreflektierten Lichts
hängt insbesondere von dem Einfallswinkel δ ab.
Der Anteil des retroreflektierten Lichts wird maximal, wenn ein
am äußersten Rand der ersten Krümmung 25 einfallender Lichtstrahl 41c genau
in der Mitte der zweiten Krümmung 27 reflektiert
wird (siehe 8). Dann werden auch parallel
zu dem Lichtstrahl 41c verlaufende Lichtstrahlen 41 (in 8 gestrichelt
dargestellt) retroreflektiert.
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Ist
das Verhältnis zwischen einer Breite B des Reflektorelements 15 (Abstand
der beiden Reflexionsflächen 49 voneinander) und
einer Länge L = R + r des Reflektorelements 15 (Abstand
der beiden + Krümmungen 25, 27 voneinander)
bekannt, so kann ein Winkel ε der Lichtstrahlen 41 innerhalb
des Reflektorelements 15 bezogen auf eine zur X-Y-Ebene beziehungsweise
den Reflexionsflächen 49 parallelen Ebene berechnet
werden, für den der Anteil der retroreflektierten Lichtstrahlen 41 maximal
ist. Für diesen Winkel gilt: ε =
arctan(B2L )
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Unter
Anwendung des Brechungsgesetzes lässt sich der Einfallswinkel δ,
für den der Anteil des retroreflektierten Lichts maximal
ist, folgendermaßen berechnen: δ =
arcsin(n2·sin(ε))
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Hierbei
steht n2 für den Brechungsindex
des Materials, aus dem das Reflektorelement 15 hergestellt
ist.
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Beträgt
das Verhältnis zwischen Breite und Länge beispielsweise
b/L = 2/5 und wird das Reflektorelement 15 aus PMMA (n
= 1,493) hergestellt, so ergibt sich ein Winkel von δ =
17,03°, für den der Anteil des retroreflektierten
Lichts maximal ist. Da bei einer Anwendung des Rückstrahlers 11 im
Kraftfahrzeugbereich üblicherweise verlangt wird, dass
bei horizontaler Bestrahlung des Rückstrahlers 11 am meisten
Licht retroreflektiert wird, kann ein Rückstrahler 11,
der die in den 6–8 gezeigten
Reflektorelemente 15 aufweist, um den Winkel δ gegenüber
einer horizontalen Ebene geneigt in das Kraftfahrzeug eingebaut
werden. In diesem Fall entspricht die X-Y-Ebene nicht einer horizontalen
Ebene. Dementsprechend können auch die einzelnen Reflektorelemente 15 in
dem ohne Neigung in das Fahrzeug eingebauten Rückstrahler
um den Winkel δ um eine horizontale Achse geneigt angeordnet
werden.
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Abweichend
hiervon kann in einer nicht gezeigten Ausführungsform vorgesehen
werden, dass die vordere Fläche 19 und/oder die
erste Krümmung 25 derart angeschrägt
ist, dass sie um eine zur optischen Achse 35 orthogonalen
parallel zur X-Y-Ebene verlaufenden Achse, vorzugsweise um den Winkel δ, gegenüber
der zweiten Krümmung 27 geneigt ist (siehe die
in 7 gestrichelt dargestellte Schräge 54).
In diesem Fall ergibt für Strahlen 41, die in
einer zur X-Y-Ebene parallelen Richtung in das Reflektorelement 15 einfallen,
ein relativ großer Anteil, im Idealfall der maximale Anteil,
an retroreflektierten Strahlen 41.
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Der
Rückstrahler 11 kann unabhängig davon,
ob er geneigt angeordnet wird, derart in das Kraftfahrzeug eingebaut
werden, dass eine innerhalb einer der Reflexionsflächen 49 orthogonal
zur optischen Achse 35 verlaufende Strecke horizontal und quer
zu einer Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs bei Geradeausfahrt verläuft.
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Bei
dem oben beschriebenen Reflektorelement 15 wird die Reflexion
an der zweiten Krümmung 27 dadurch erreicht, dass
die zweite Krümmung mit der Beschichtung 37 verspiegelt
ist. Anstelle der Beschichtung 37 kann der Reflexionsabschnitt 23,
wie in 9 dargestellt, Reflexionsprismen 55 aufweisen.
Jedes Reflexionsprisma 55 weist zwei Mantelflächen 59 auf,
die sich an einer gemeinsamen Kante 57 berühren.
Die gemeinsame Kante 57 eines jeden Reflexionsprismas 55 verläuft
zumindest im Wesentlichen innerhalb einer zur X-Y-Ebene parallelen
Ebene. Innerhalb der Reflexionsprismen 55 kommt es zu zwei
Reflexionen, wobei an jeder der beiden Mantelflächen 59 jeweils
eine Reflexion auftritt. Somit muss, um eine Retroreflexion zu gewährleisten,
innerhalb des in der 9 gezeigten Reflektorelements 15 eine
gerade Anzahl von Reflexionen auftreten. Um einen Parallelversatz
der Lichtstrahlen 41 infolge der beiden Reflexion an den
Reflexionsprismen 55 möglichst gering zu halten,
können relativ kleine Reflexionsprismen 55 vorgesehen
werden, so dass ein Verhältnis zwischen der Breite B des
Reflektorelements 15 und einer Breite b der einzelnen Reflexionsprismen 55 relativ
groß ist.
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Auch
bei der in 9 gezeigten Ausführungsform
kann die Schräge 54 vorgesehen werden, um bei
horizontal verlaufenden Reflexionsflächen 49 für
horizontal in das Reflektorelement 15 einfallende Lichtstrahlen 41 den
maximalen Anteil an retroreflektierten Licht zu erhalten.
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Die 10 und 11 zeigen
einen Rückstrahler 11, der das in die Platte 17 eingebettete
in 9 dargestellte Reflektorelement 15 aufweist. Dieser
Rückstrahler 11 kann beispielsweise in eine Abschlussscheibe
einer Rückleuchte eingebracht werden. Es ist denkbar, mehrere
solche Rückstrahler 11 aneinander gereiht in der
Rückleuchte anzuordnen. Insgesamt ergibt sich so eine relativ
flache Scheibe, die aus den Rückstrahlern 11 gebildet
ist. Diese flache Scheibe kann die Abschlussscheibe der Rückleuchte
bilden oder als von der Abschlussscheibe getrennte Zusatzscheibe
ausgebildet sein.
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Die 12 und 13 zeigen
einen Rückstrahler 11, der mehrere nebeneinander
angeordnete Reflektorelemente 15 aufweist, deren zweite
Krümmung 27 mit der Beschichtung 37 (nicht
gezeigt) verspiegelt ist. Abweichend hiervon können an
der zweiten Krümmung 27 auch die Reflexionsprismen 55 vorgesehen
werden.
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Um
eine kreisringartige rückstrahlende Fläche zu
realisieren, kann auch vorgesehen werden, dass die Reflektorelemente 15 wie
in der 14 gezeigt kreisförmig
angeordnet werden. Es können auch andere Formen der rückstrahlenden
Fläche, wie beispielsweise eine ovale Form, eine rechteckige Form
oder eine dreieckige Form durch eine entsprechende Anordnung der
Reflektorelemente 15 erzielt werden. Der in der 14 gezeigte
Rückstrahler 11 weist Verbindungsmittel zum mechanischen
Verbinden der einzelnen Reflektorelemente 15 miteinander auf,
welche in der Figur jedoch der Übersichtlichkeit halber
nicht eingezeichnet sind.
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15 zeigt,
dass das Reflektorelement 15 insgesamt prismenförmig
und im Querschnitt trapezförmig ausgebildet werden kann,
wobei eine Seitenfläche dieses Trapezes mittels der Beschichtung 37 verspiegelt
ist und somit den Reflexionsabschnitt 23 bildet. Wie aus
der Querschnittsdarstellung der 15 ersichtlich,
bildet eine dem Reflektionsabschnitt 23 gegenüberliegende
Seitenfläche die vordere Fläche 19 des
Reflektorelements 15. Die vordere Fläche 19 begrenzt
eine erste Kante 72a einer der Querschnittsfläche
des Reflektorelements 15 entsprechenden und somit ebenfalls
trapezförmigen Grundfläche 71, und diejenige
Fläche des Reflektorelements 15, welche den Reflexionsabschnitt 23 bildet,
begrenzt eine zweite Kante 72b der Grundfläche 71.
Die erste Kante 72a und die zweie Kante 72b sind parallel
zueinander angeordnet. Eine dritte Kante 72c der Grundfläche 71 wird
von der in der 15 oben eingezeichneten Reflexionsfläche 49 gebildet. Die
dritte Kante 72c ist orthogonal zu der vorderen Fläche 19 und
dem Reflektionsabschnitt 23. Die beiden oberen Ecken der
Grundfläche 71 sind folglich rechtwinklig.
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Eine
in der 15 unten eingezeichnete vierte
Kante 72d der Grundfläche 71 wird von
einer weiteren Reflexionsfläche 49 begrenzt und
verläuft schräg gegenüber der oberen
Reflexionsfläche 49. Die untere Reflexionsfläche 49 bildet
somit eine Entformungsschräge 73. Aufgrund der
Entformungsschräge 73 nimmt die Breite B des Reflektorelements 15 zum
Reflektionsabschnitt 23 hin ab. Dadurch wird eine einfache
Herstellung des Reflektorelements 15 mittels Spritzgießen
ermöglicht. Insbesondere brauchen keine teuren Schieberwerkzeuge
für das Spritzgießen verwendet werden.
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Falls
die Entformungsschräge 73 nicht benötigt
wird, kann das Reflektorelement 15 auch quaderförmig
ausgebildet werden. In diesem Fall ist die Grundfläche 71 rechteckig
und nicht, wie in 15 gezeigt, trapezförmig.
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Anstelle
der Verspiegelung des Reflektionsabschnitts 23 mittels
der Beschichtung 37 kann auch vorgesehen werden, dass der
Reflektionsabschnitt 23 die in der 9 gezeigten
Reflexionsprismen 55 aufweist.
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Die
Funktionsweise des Reflektorelements 15 entspricht der
Funktionsweise des in den 6–9 dargestellten
Reflektorelements bezüglich der zu der Z-Achse parallelen
Komponenten der Lichtstrahlen 41. Das heißt, die
Retroreflexion kommt dadurch zustande, dass im Reflektorelement
an den Reflexionsflächen 49 und an dem Reflektionsabschnitt 23 insgesamt
eine geradzahlige Anzahl von Reflexionen auftritt, falls der Reflektionsabschnitt
die Verspiegelung in Form der Beschichtung 37 aufweist.
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Falls
der Reflektionsabschnitt 23 die Reflexionsprismen 55 aufweist,
ist für eine Retroreflexion eine geradzahlige Anzahl von
Reflexionen erforderlich, da im Reflektionsabschnitt 23 anstelle
einer zwei Reflexionen an den Reflexionsprismen 55 mit
einem geringen Parallelversatz der Lichtstrahlen 41 stattfinden.
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Ein
oder mehrere der in der 15 gezeigten
Reflektorelemente 15 können in einen Rückstrahler 11 angeordnet
werden. Die Reflektorelemente 15 können beispielsweise
entlang einer geraden Linie oder entlang einer Kurve aneinander
gereiht werden. Es kann jedoch auch ein Rückstrahler 11 gebildet werden,
der mehrere voneinander beabstandete Reflektorelemente 15 aufweist.
Auch bei diesen Reflektorelementen 15 ist der Anteil des
retroreflektierten Lichts bei einem Winkel δ > 0 maximal, das heißt, wenn
die Lichtstrahlen 41 senkrecht auf die vordere Fläche 19 auftreffen,
dann wird ein vergleichsweise geringer Anteil der Lichtstrahlen 41 retroreflektiert. Deshalb
werden die Reflektorelemente 15 gemäß der
in der 15 gezeigten Ausführungsform
mit ihrer vorderen Fläche 19 gegenüber
einer vertikalen Ebene geneigt in das Kraftfahrzeug eingebaut. Vorzugsweise
entspricht ein Winkel der Neigung dem Winkel δ, für
den der Anteil der retroreflektierten Lichtstrahlen 41 maximal
ist. Die Reflektorelemente 15 können abweichend
hiervon auch mit vertikal verlaufenden vorderen Flächen 19 in
den Rückstrahler 11 bzw. in das Fahrzeug eingebaut
werden.
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Aus
den obigen Ausführungen lässt sich eine allgemeine
Regel herleiten, wonach es bei denjenigen Reflektorelementen 15,
die die Reflexionsflächen 49 aufweisen, zu einer
Retroreflexion kommt, wenn innerhalb einer zweidimensionalen Schnittdarstellung
des Reflektorelements, bei der lediglich zwei Komponenten der Lichtstrahlen 41 betrachtet
werden, eine gerade Anzahl von Reflexionen auftritt. Bei einer dreidimensionalen
Betrachtung gilt diese Regel im Allgemeinen nicht.
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16 zeigt,
für welche Auftreffwinkel auf ein dreiseitiges erstes Prisma 74 Totalreflexion
stattfindet. Die Grundfläche 71 des ersten Prismas 74 ist ein
vorzugsweise rechtwinkliges Dreieck. Eine erste Oberfläche 75 des
ersten Prismas 74 bildet die vordere Fläche 19 des
Reflektorelements 15. Ist die Grundfläche 71 ein
rechtwinkliges Dreieck, so handelt es sich bei der ersten Oberfläche 75 um
eine Hypotenusenfläche 75. Die der ersten Oberfläche 75 gegenüberliegenden
weiteren Oberflächen 77 des ersten Prismas 74 bilden
den Reflektionsabschnitt 23 des Reflektorelements. Die
erste Oberfläche 75 und die weiteren Oberflächen 77 bilden
zusammen eine Mantelfläche des ersten Prismas 74.
Die beiden weiteren Oberflächen 77 bilden Kathetenflächen
des ersten Prismas 74, welche eine gemeinsame vorzugsweise
rechtwinklige Kante 79 aufweisen.
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16 zeigt
auch die Abhängigkeit des Reflektionsverhaltens des ersten
Prismas 74 von dem Einfallswinkel der in die erste Oberfläche 75 einfallenden
Lichtstrahlen. In der Ebene einer vorderen Grundfläche 80 des
Prismas ist eine punktförmige Lichtquelle 81 angeordnet.
Die Lichtquelle 81 befindet sich an einer von der rechtwinkligen
Kante 79 abgewandten Seite der vorderen Fläche 19.
Eine Gerade 82 durch die Lichtquelle 81 und die
rechtwinklige Kante 79 schneidet die vordere Fläche 19 rechtwinklig,
sofern sich die Gerade 82 innerhalb der Ebene der vorderen
Grundfläche 80 befindet.
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Wird
die vordere Fläche 19 ersten Prismas 74 mit
Licht (Lichtstrahlen 41) bestrahlt, das von der Lichtquelle 81 abgegeben
wird, dann retroreflektiert das Reflektorelement 15 bei
bestimmten Einfallswinkeln die Lichtstrahlen 41. Treffen
die Lichtstrahlen 41 in einem in der 16 schraffiert
hervorgehobenen Bereich 83 der vorderen Fläche 19 auf,
dann kommt es zu einer Retroreflexion dieser Lichtstrahlen 41. Nur
vom Punkt 81 ausgehende Strahlen, die auf den schraffierten
Bereich 83 auf der ebenen Eintrittsfläche (Hypotenuse)
des Prismas auftreffen, werden mittels zweifacher Totalreflexion
an den Kathetenflächen des ersten Prismas 74 gespiegelt.
Strahlen, die außerhalb des schraffierten Bereichs 83 auftreffen, erfüllen
entweder an der ersten oder an der zweiten Kathetenfläche
die Bedingung für Totalreflexion nicht mehr und treten
durch eine der Kathetenflächen aus dem ersten Prisma 74 aus.
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17 zeigt
einen Schnitt durch das in 16 dargestellte
Reflektorelement 15. Es sind zwei beispielhaft eingezeichnete
Strahlen 41a, 41b, wobei der Strahl 41a zweifach
total reflektiert wird (in 16 also
im schraffierten Bereich 83 auftrifft) und der Strahl 41b nicht
total reflektiert wird, sondern das Reflektorelement 15 durchläuft
(das heißt, dass dieser Strahl 41b in 16 außerhalb
des schraffierten Bereiches 83 auftrifft).
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Das
in 18 gezeigte Reflektorelement 15 weist
das erste Prisma 74 auf, wobei an einer der weiteren Oberflächen 77 zweite
Prismen 85 angeordnet sind und optisch wirksame Flächen 87 der
zweiten Prismen eine gemeinsame Kante 89 aufweisen, die
gegenüber einer Längskante 90 der vorderen
Fläche 19 beziehungsweise der ersten Oberfläche
um 90° gedreht sind.
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Der
Lichtstrahl 41a tritt einem Punkt P1 über die
vordere Fläche 19 in das Reflektorelement 15 ein und
wird dort gebrochen. Anschließend wird er an einem Punkt
P2 derjenigen weiteren Oberfläche 77,
die keine zweite Prismen 85 aufweist, reflektiert, so dass er
an einem Punkt P3 an einer der optisch wirksamen Flächen 87 der
zweiten Prismen 85 auftritt und dort zu einem Punkt P4 der anderen optisch wirksamen Fläche 87 desselben
zweiten Prismas 85 reflektiert wird. Diese optisch wirksame
Fläche 87 reflektiert den Lichtstrahl, so dass
er zu einem Punkt P5 der vorderen Fläche 19 gelangt,
dort gebrochen wird und schließlich das Reflektorelement 15 über
die vordere Fläche 19 wieder verlässt.
Im Gegensatz zum Lichtstrahl 41a wird der Lichtstrahl 41b nicht
retroreflektiert, sondern lediglich von dem Reflektorelement umgelenkt.
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Das
Diagramm in 19 zeigt den Bereich 83 einer
horizontalen Komponente αh und
einer vertikalen Komponente αv des
Einfallswinkels der in das Reflektorelement 15 einfallenden
Lichtstrahlen 41. Ein schraffiert gekennzeichneter Bereich 91 umfasst diejenigen
Einfallswinkel, für die bei Anwendungen im Kraftfahrzeugbereich
ein retroreflektierendes Verhalten des Reflektorelements 15 beziehungsweise eines
entsprechenden Rückstrahlers 11 vorgeschrieben
ist. Man erkennt, dass der vorgeschriebene Bereich 91 sich
an einem unteren Rand des Bereiches 83 befindet.
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Um
sicherzustellen, dass der Bereich 83 sämtliche
Winkel des vorgeschriebenen Bereichs 91 umfasst, werden
die Reflektorelemente 15 eines entsprechenden Rückstrahlers 11 innerhalb
des Kraftfahrzeugs, in dem der Rückstrahler 11 eingebaut
ist, um eine horizontale Achse geneigt angeordnet, wobei die Längskante 90 horizontal
und orthogonal zu der Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs bei Geradeausfahrt
angeordnet werden kann. Es hat sich herausgestellt, dass eine Neigung
von etwa oder genau 1° der Reflektorelemente 15 gegenüber
der horizontalen Ebene gewährleistet, dass die Kraftfahrzeugrückstrahler 11 betreffenden
Vorschriften eingehalten werden.
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Die
Reflektorelemente 15 gemäß der einzelnen
Ausführungsformen können beliebig miteinander kombiniert
werden, um einen Rückstrahler mit den gewünschten
optischen Eigenschaften zu erhalten. Insbesondere können
die beispielsweise in den 1, 2, 12, 13 und 14 gezeigten Rückstrahler 11 auch
andere als in den jeweiligen Figuren gezeigte Reflektorelemente 15 aufweisen.
Die in Zusammenhang mit einzelnen Ausführungsformen gezeigten
Hinweise bezüglich des Materials und der Farbe der Reflektorelemente 15 bzw.
des Rückstrahlers 11 lassen sich vorteilhaft auf
die anderen Ausführungsformen anwenden. Ferner kann bei
jedem erfindungsgemäßen Rückstrahler 11 die
in 5 gezeigte Abschlussscheibe 47 vorgesehen
werden.
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Darüber
hinaus kann der Rückstrahler 11 nicht nur im Bereich
der Kraftfahrzeugbeleuchtung (beispielsweise für Leuchten
oder Scheinwerfer), sondern auch für Straßenseitenmarkierungen,
Verkehrszeichen, und für retroreflektierende Stäbe
für Lichtschranken und dergleichen verwendet werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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