DE102012107770A1 - Lichtmodul - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Lichtmodul (10), aufweisend eine Lichtquelle (20) und wenigstens zwei Optikelemente (30), wobei die Lichtquelle (20) ein Laser ist, dadurch gekennzeichnet, dass im Strahlengang zwischen der Lichtquelle (20) und den wenigstens zwei Optikelementen (30) zumindest ein diffraktives Element (40) angeordnet ist, welches den von der Lichtquelle (20) emittierten Lichtstrahl (22) auf die wenigstens zwei Optikelemente (30) in zumindest zwei Teillichtstrahlen (32) aufteilt.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lichtmodul mit einer Lichtquelle, eine Leuchtvorrichtung eines Fahrzeugs sowie ein Verfahren für die Herstellung eines Lichtmoduls.
  • Lichtmodule sind grundsätzlich bekannt und werden z. B. für Fahrzeuge verwendet. So können Fahrzeugleuchten solche Lichtmodule aufweisen, welche mit Lichtquellen für die Erzeugung einzelner Lichtfunktionen versehen sind. Bei bekannten Lichtmodulen wird dabei als Lichtquelle häufig eine Glühbirne, eine Entladungslampe oder inzwischen auch eine LED eingesetzt. Auch ist es bereits grundsätzlich bekannt, Laser als Lichtquellen für die Lichtmodule zu verwenden. Bei bekannten Lichtmodulen ist es häufig erwünscht, dass für Lichtmodule zumindest zwei Optikelemente in einer entsprechenden Fahrzeugleuchte vorhanden sind. Unter einem Optikelement ist dabei insbesondere ein Element zu verstehen, welches in Form eines Lichtleiters oder eines sogenannten TIR-Körpers (Total Internal Reflection) ausgebildet ist. Insbesondere bei Klarglasscheinwerfern oder Rückleuchten mit durchsichtiger Abschlussscheibe sind solche optischen Elemente vorteilhaft, um eine verbesserte Sichtbarkeit der entsprechenden Lichtfunktion zur Verfügung zu stellen.
  • Bekannte Lichtmodule weisen den Nachteil auf, dass insbesondere bei der Verwendung eines Lasers für die Lichtquelle eine Aufteilung des Lichtstrahl auf die unterschiedlichen Optikelemente nur mit hohem konstruktiven Aufwand erreicht werden kann. So muss der Laserstrahl entweder durch eine Vielzahl optischer Elemente, wie Prismen, Blenden, Spiegelelemente und/oder Reflektoren zerlegt werden und die Teilstrahlen auf die Optikelemente gerichtet werden. Alternativ ist es auch denkbar, eine Vielzahl von Lasern als eine Vielzahl von Lichtquellen für die Vielzahl von Optikelementen zur Verfügung zu stellen. Beide Alternativen sind hinsichtlich des konstruktiven Aufwands und des Kosteneinsatzes sehr ungünstig.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Lichtmodul sowie ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, welche in kostengünstiger und einfacher Weise ein Lichtmodul mit mehreren Optikelementen und einer Lichtquelle mit einem Laser betreibbar machen.
  • Voranstehende Aufgabe wird gelöst durch ein Lichtmodul mit den Merkmalen des Anspruchs 1, eine Leuchtvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 9 und ein Verfahren mit den Merkmalen der Anspruchs 10. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Lichtmodul beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sowie der erfindungsgemäßen Leuchtvorrichtung und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
  • Ein erfindungsgemäßes Lichtmodul weist eine Lichtquelle und wenigstens zwei Optikelemente auf. Dabei ist die Lichtquelle ein Laser. Der Laser erzeugt vorzugsweise kohärentes Licht. Ein erfindungsgemäßes Lichtmodul zeichnet sich dadurch aus, dass im Strahlengang zwischen der Lichtquelle und den wenigstens zwei Optikelementen zumindest ein diffraktives Element angeordnet ist. Dieses diffraktive Element teilt den von der Lichtquelle emittierten Lichtstrahl auf die wenigstens zwei Optikelemente in zumindest zwei Teillichtstrahlen auf. Erfindungsgemäß kann auf diese Weise eine Kombination zwischen einer neuartigen Lichtquelle in Form eines Lasers einerseits und einer Mehrzahl von mindestens zwei Optikelementen andererseits möglich werden. Dabei dient das diffraktive Element zum kostengünstigen Aufteilen des emittierten Lichtstrahls, sodass aufwendige Optikeinrichtungen, wie Spiegel, Reflektoren, Blenden oder Prismen vermieden werden können. Neben den reduzierten Kosten durch ein erfindungsgemäßes Lichtmodul wird auch der benötigte Bauraum reduziert, sodass eine auf einem erfindungsgemäßen Lichtmodul basierende Rückleuchte bzw. ein entsprechender Scheinwerfer eines Fahrzeugs mit einer geringeren Bautiefe ausgestattet werden können.
  • Das diffraktive Element erzeugt aus dem emittierten Lichtstrahl die Teillichtstrahlen, insbesondere aufgrund der internen Struktur des diffraktiven Elements, welches auch als diffraktives optisches Element (DOE) bezeichnet werden kann. Das zugrunde liegende Prinzip ist die Beugung an einem optischen Gitter, welches durch das diffraktive Element zur Verfügung gestellt wird. Ein solches Lichtmodul weist die Kombination zwischen dem Laser und dem diffraktiven Element sowie den wenigstens zwei Optikelementen vorzugsweise innerhalb einer Lichtfunktion auf.
  • Es kann auch vorteilhaft sein, wenn ein solches Lichtmodul die Kombination aus Laser, diffraktivem Element und zwei Optikelementen nicht für den Scheinwerfer, sondern nur für die Signalfunktionen einer Rückleuchte bzw. eines Scheinwerfers des Fahrzeugs zur Verfügung stellt. Die wenigstens zwei Optikelemente sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere Lichtleiter bzw. sogenannte TIR-Körper (Total Internal Reflection). Die Optikelemente dienen dazu, das durch das diffraktive Element aufgeteilte Licht einzufangen und an die gewünschte Emissionsposition zu bringen. Auf diese Weise können eine Vielzahl unterschiedlicher Lichtfunktionen zur Verfügung gestellt werden.
  • Es kann von Vorteil sein, wenn bei einem erfindungsgemäßen Lichtmodul zwischen der Lichtquelle und dem diffraktiven Element und/oder zwischen dem diffraktiven Element und dem mindestens einen der wenigstens zwei Optikelemente ein optischer Konverter für die Veränderung der Lichtfarbe angeordnet ist. Ein solcher optischer Konverter dient dazu, beim Auftreffen eines entsprechenden Laserstrahls angeregt zu werden. Durch die Anregung werden Photonen emittiert, sodass durch den auftreffenden Laser an dem Konverter, welcher insbesondere als Konverterschicht ausgebildet, ein weiterer Lichtstrahl emittiert wird, dessen Farbeigenschaften genau definiert sind. So kann z. B. bei einem Laser mit blauem Licht über einen optischen Konverter, welcher Phosphor aufweist, weißes Licht erzeugt werden. Die Kombination aus der Art des Lasers und der Art des optischen Konverters wird somit erfindungsgemäß eingesetzt, um die gewünschte Farbe für die entsprechende Lichtfunktion zur Verfügung zu stellen. So kann diese Kombination z. B. zu einem roten Licht für die Bremslichtfunktion oder die Nebelschlussleuchte führen. Auch ist es möglich, über die entsprechende Korrelation aus Laserfarbe und optischem Konverter ein gelbes bzw. oranges Licht für die Blinklichtfunktion zur Verfügung zu stellen. Eine Kombination aus blauem Laser und entsprechendem mit Phosphor ausgebildeten optischen Konverter kann auch weißes Licht für eine Rückfahrleuchte oder Nebelscheinwerfer zur Verfügung stellen. Selbstverständlich ist es auch möglich, dass innerhalb eines Lichtmoduls unterschiedliche optische Konverter ausgehend von einem einzigen gemeinsamen Laser unterschiedliche Farben für die wenigstens zwei Optikelemente zur Verfügung stellen. Bei einer solchen Ausführungsform ist es möglich, dass eine Reflexionsschicht das durch den Konverter erzeugte Licht in die gewünschte Abstrahlrichtung reflektiert. Eine solche Reflexionsschicht ist für die auftreffende anregende Wellenlänge vorzugsweise transmissiv ausgebildet. Auch ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung möglich, dass auf der Abstrahlungsoberfläche des Konverters zumindest abschnittsweise eine optisch wirksame Struktur vorgesehen ist. Diese kann eine zusätzliche Optimierung des Strahlengangs ermöglichen.
  • Weiter ist es vorteilhaft, wenn bei einem erfindungsgemäßen Lichtmodul die wenigstens zwei Optikelemente ausgebildet sind als wenigstens einer der folgenden Körper:
    • – Lichtleiter
    • – TIR-Körper
    • – Linse
    • – Reflektor
    • – Blende
  • Bei der voranstehenden Aufzählung handelt es sich um eine nicht abschließende Liste. Bevorzugt werden die wenigstens zwei Optikelemente jedoch als Lichtleiter und/oder als TIR-Körper ausgebildet sein. Damit kann in besonders kostengünstiger und effizienter Weise die Verteilung bzw. an gewünschter Stelle die Auskopplung des geleiteten Lichts erfolgen.
  • Ein weiterer Vorteil wird dann erzielt, wenn bei einem erfindungsgemäßen Lichtmodul das diffraktive Element zumindest abschnittsweise aus Kunststoff ausgebildet ist. Dies führt zu einer besonders kostengünstigen Ausführungsform, da vorzugsweise über ein Spritzgussverfahren die Herstellung des diffraktiven Elements erfolgen kann. Ein weiterer Vorteil der Ausbildung aus Kunststoff ist das geringe Eigengewicht, sodass das Gesamtgewicht des Lichtmoduls auf diese Weise reduziert werden kann.
  • Zusätzlich oder alternativ ist es möglich, dass bei einem erfindungsgemäßen Lichtmodul das diffraktive Element zumindest abschnittsweise aus Glas ausgebildet ist. Trotz eines leicht erhöhten Eigengewichts wird auf diese Weise eine erhöhte thermische Stabilität erreicht. Insbesondere bei Klarglasscheinwerfern bzw. Rückleuchten eines Fahrzeugs mit klaren bzw. transparenten Abschlussscheiben kann es zu sehr hohen Innentemperaturen für das Lichtmodul kommen. Um diesen Innentemperaturen zu widerstehen, kann ein erfindungsgemäß ausgebildetes diffraktives Element, zumindest abschnittsweise aus Glas, eine hohe thermische Stabilität mit sich bringen.
  • Ein weiterer Vorteil wird dann erzielt, wenn bei einem erfindungsgemäßen Lichtmodul die wenigstens zwei Optikelemente auf einer Auskoppelfläche zumindest eine optisch wirksame Oberflächenstruktur aufweisen. Eine solche optisch wirksame Oberflächenstruktur kann z. B. eine Kissenstruktur sein. Sie dient dazu, eine abschließende optische Beeinflussung des ausgekoppelten Lichts vorzunehmen. So kann der Strahlengang, welcher von dem Optikelement ausgekoppelt wird, durch eine solche Oberflächenstruktur z. B. in diffuses Licht gewandelt werden. Dies führt zu einer verbesserten Sichtbarkeit und gleichzeitig zu einer Verminderung der Blendwirkung bei einem erfindungsgemäßen Lichtmodul.
  • Vorteilhaft ist es darüber hinaus, wenn bei einem erfindungsgemäßen Lichtmodul die wenigstens zwei Optikelemente voneinander in zumindest einer Richtung beabstandet sind. Diese Richtung kann sowohl mit Bezug auf den Strahlengang in axialer Richtung, als auch im Wesentlichen senkrecht zu dieser Strahlengangrichtung ausgebildet sein. Im Prinzip ist auch ein Versatz in zwei oder mehr Richtungen denkbar. Diese Versatzmöglichkeit wird erst durch ein erfindungsgemäßes Lichtmodul möglich bzw. durch ein erfindungsgemäßes Lichtmodul verbessert. So kann durch die Reduktion des Bauraums, durch den Verzicht auf komplexe optische Einrichtungen und das Ersetzen durch ein diffraktives Element der gewonnene Bauraum für den Versatz der Optikelemente genutzt werden. Auch kann dieser Versatz besonders kostengünstig erfolgen. Die versetzte Positionierung im Fahrzeug kann insbesondere zu verbessertem Raumnutzen hinsichtlich der geometrischen Ausprägung des gesamten Scheinwerfers im Fahrzeug führen. Bei zumindest zwei Optikelementen können vorzugsweise auch Konverter für unterschiedliche Farben eingesetzt werden, so dass zum Beispiel mit Hilfe eines als Blende ausgebildeten Schalters verschiedene Lichtfunktionen mit einem erfindungsgemäßen Lichtmodul erzeugt werden.
  • Ebenfalls vorteilhaft kann es sein, wenn bei einem erfindungsgemäßen Lichtmodul dieses ausgebildet ist für den Einsatz in einem Fahrzeug, insbesondere für eine der folgenden Lichtfunktionen:
    • – Bremslicht
    • – Rückleuchte
    • – Nebelscheinwerfer
    • – Nebelschlussleuchte
    • – Abbiegelicht
    • – Warnblinklicht
    • – Tagfahrleuchte
    • – Positionslicht
  • Insbesondere handelt es sich bei den Lichtfunktionen, für welche ein erfindungsgemäßes Lichtmodul eingesetzt wird, also um sogenannte Signallichtfunktionen. Diese sind insbesondere dadurch besonders vorteilhaft durch ein erfindungsgemäßes Lichtmodul erzielbar, da nur reduzierte Lichtintensitäten im Vergleich zur Hauptscheinwerferfunktion notwendig sind.
  • Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Leuchtvorrichtung eines Fahrzeugs, aufweisend wenigstens ein erfindungsgemäßes Lichtmodul.
  • Dementsprechend bringt eine erfindungsgemäße Leuchtvorrichtung die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf ein erfindungsgemäßes Lichtmodul erläutert werden.
  • Ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren für die Herstellung eines Lichtmoduls, insbesondere gemäß der vorliegenden Erfindung, aufweisend die folgenden Schritte:
    • – Zur Verfügung stellen von einer Lichtquelle in Form eines Lasers und von wenigstens zwei Optikelementen,
    • – Anordnen von zumindest einem diffraktiven Element im Strahlengang zwischen der Lichtquelle und den wenigstens zwei Optikelementen, welches den von der Lichtquelle emittierten Lichtstrahl auf die wenigstens zwei Optikelemente in zumindest zwei Teillichtstrahlen aufteilt.
  • Ein erfindungsgemäßes Verfahren bringt die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf ein erfindungsgemäßes Lichtmodul erläutert worden sind.
  • Die vorliegende Erfindung wird näher erläutert anhand der beigefügten Zeichnungsfiguren. Die dabei verwendeten Begrifflichkeiten „links“, „rechts“, „oben“ und „unten“ beziehen sich auf eine Ausrichtung der Zeichnungsfiguren mit normal lesbaren Bezugszeichen. Es zeigen schematisch:
  • 1 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lichtmoduls,
  • 2 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lichtmoduls und
  • 3 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lichtmoduls.
  • 1 zeigt eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lichtmoduls 10. Dieses ist mit einer Lichtquelle 20 in Form eines Lasers versehen. Darüber hinaus weist dieses Lichtmodul 10 drei Optikelemente 30 auf, welche bei dieser Ausführungsform vorzugsweise als Lichtleiter und/oder als TIR (Total Internal Reflection) Körper ausgebildet sind. Die Optikelemente 30 weisen an ihrem rechten Ende jeweils eine Auskoppelfläche 34 auf, aus welcher eingekoppeltes Licht zum Erzeugen einer Lichtfunktion ausgekoppelt werden kann.
  • Zwischen der Lichtquelle 20 und den Optikelementen 30 ist ein diffraktives Element 40 angeordnet. Es ist derart ausgebildet, dass der Lichtstrahl 22, welcher von der Lichtquelle 20, also dem Laser, emittiert wird, in drei Teillichtstrahlen 32 aufgeteilt wird. Die Aufteilung erfolgt im diffraktiven Element 40 derart, dass auch eine Ausrichtung der Teillichtstrahlen 32 auf die entsprechenden zugehörigen Flächen der Optikelemente 30 erfolgt. Zusätzliche optische Einrichtungen sind bei dieser Anordnung nicht mehr notwendig. So kann eine einzige gemeinsame Lichtquelle 22 in Form eines Lasers verwendet werden, um auch geometrisch voneinander versetzt angeordnete Optikelemente 30 mit entsprechenden Teillichtstrahlen 32 zu versorgen.
  • Die 2 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lichtmoduls 10. Dieses basiert grundlegend auf der technischen Ausführungsform, wie sie bereits mit Bezug auf 1 ausführlich erläutert worden ist. Jedoch ist hier zusätzlich eine weitere Versatzrichtung der Optikelemente 30 schematisch dargestellt. So sind die Optikelemente 30 nicht nur nach oben und unten versetzt, sondern darüber hinaus auch nach links und nach rechts. Ein weiteres besonderes Merkmal dieser Ausführungsform des Lichtmoduls 10 ist es, dass jedes der Optikelemente 30 einen eigenen optischen Konverter 50 aufweist. Dieser ist jeweils links, also im Bereich des Einkoppelabschnitts des Optikelements 30, vorgesehen. Wird nun von der Lichtquelle 20 in Form eines Lasers ein Lichtstrahl 22 emittiert, so weist dieser eine für die Art des Lasers spezifische Farbe auf. Mit dieser spezifischen Farbe erreicht auch der jeweilige Teilstrahl 32 nach der Aufteilung im diffraktiven Element 40 das zugehörige Optikelement 30. Durch den entsprechenden optischen Konverter 50 kann nunmehr die Farbe verändert werden, sodass die gewünschte Farbgebung für die entsprechende Lichtfunktion erzielt wird. Die optischen Konverter 50 sind über alle Optikelemente 30 entweder gleich ausgebildet oder können für unterschiedliche Farbgebung innerhalb einer Lichtfunktion auch unterschiedlich ausgebildet sein.
  • 3 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lichtmoduls 10. Diese unterscheidet sich von den Ausführungsformen der 1 und der 2 dadurch, dass zwar ebenfalls ein optischer Konverter 50 vorgesehen ist, dieser jedoch gemeinsam für alle Optikelemente 30 im Bereich der Lichtquelle 20 angeordnet ist. Somit erfolgt die Konvertierung und damit die Farbeinstellung bereits zwischen der Lichtquelle 20 und dem diffraktiven Element 40, also bereits für den Lichtstrahl 22. Die Teillichtstrahlen 32 weisen nunmehr bereits das konvertierte Licht und dementsprechend das farblich richtig eingestellte Licht auf, sodass mit Bezug auf die Ausführungsform der 2 eine weitere Komplexitätsreduzierung erreicht werden konnte. Bei der Ausführungsform der 3 ist darüber hinaus die Auskoppelfläche 34 jedes Optikelements 30 mit einer entsprechenden Struktur für die optische Beeinflussung des aus dem Optikelement 30 ausgekoppelten Lichts versehen. Diese Strukturen der Auskoppelfläche 34 sind bei dieser Ausführungsform Kissenoptiken.
  • Die voranstehende Erläuterung der Ausführungsformen beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Einzelne Merkmale der Ausführungsformen können, sofern technisch sinnvoll, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Lichtmodul
    20
    Lichtquelle
    22
    Lichtstrahl
    30
    Optikelement
    32
    Teillichtstrahl
    34
    Auskoppelfläche
    40
    diffraktives Element
    50
    optischer Konverter

Claims (10)

  1. Lichtmodul (10), aufweisend eine Lichtquelle (20) und wenigstens zwei Optikelemente (30), wobei die Lichtquelle (20) ein Laser ist, dadurch gekennzeichnet, dass im Strahlengang zwischen der Lichtquelle (20) und den wenigstens zwei Optikelementen (30) zumindest ein diffraktives Element (40) angeordnet ist, welches den von der Lichtquelle (20) emittierten Lichtstrahl (22) auf die wenigstens zwei Optikelemente (30) in zumindest zwei Teillichtstrahlen (32) aufteilt.
  2. Lichtmodul (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Lichtquelle (20) und dem diffraktiven Element (40) und/oder zwischen dem diffraktiven Element (40) und mindestens einem der wenigstens zwei Optikelemente (30) ein optischer Konverter (50) für die Veränderung der Lichtfarbe angeordnet ist.
  3. Lichtmodul (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Optikelemente (30) ausgebildet sind als wenigstens einer der folgenden Körper: – Lichtleiter – TIR-Körper – Linse – Reflektor – Blende
  4. Lichtmodul (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das diffraktive Element (40) zumindest abschnittsweise aus Kunststoff ausgebildet ist.
  5. Lichtmodul (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das diffraktive Element (40) zumindest abschnittsweise aus Glas ausgebildet ist.
  6. Lichtmodul (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Optikelemente (30) auf einer Auskoppelfläche (34) zumindest eine optisch wirksame Oberflächenstruktur aufweisen.
  7. Lichtmodul (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Optikelemente (30) voneinander in zumindest einer Richtung beabstandet angeordnet sind.
  8. Lichtmodul (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieses ausgebildet ist für den Einsatz in einem Fahrzeug, insbesondere für eine der folgenden Lichtfunktionen: – Bremslicht – Rückleuchte – Nebelscheinwerfer – Nebelschlussleuchte – Abbiegelicht – Warnblinklicht – Tagfahrleuchte – Positionslicht
  9. Leuchtvorrichtung eines Fahrzeugs, aufweisend wenigstens ein Lichtmodul (10) mit den Merkmalen eines der Ansprüche 1 bis 8.
  10. Verfahren für die Herstellung eines Lichtmoduls (10), insbesondere mit den Merkmalen eines der Ansprüche 1 bis 8, aufweisende die folgenden Schritte: – Zur Verfügung stellen von einer Lichtquelle (20) in Form eines Lasers und von wenigstens zwei Optikelementen (30), – Anordnen von zumindest einem diffraktiven Element (40) im Strahlengang zwischen der Lichtquelle (20) und den wenigstens zwei Optikelementen (30), welches den von der Lichtquelle (20) emittierten Lichtstrahl (20) auf die wenigstens zwei Optikelemente (30) in zumindest zwei Teillichtstrahlen (32) aufteilt.
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