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Die Erfindung betrifft eine Leuchtvorrichtung, aufweisend eine lichtdurchlässige Streuplatte oder Streuscheibe mit einer Vorderseite, einer Rückseite und einer Randseite, an welcher Rückseite mindestens eine reflektierende Schicht angeordnet ist, und ferner aufweisend mindestens eine Halbleiterlichtquelle, welche optisch mit der Randseite der Streuplatte gekoppelt ist. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Leuchtvorrichtung. Die Erfindung ist insbesondere anwendbar auf LED-Module.
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Es ist eine Leuchtvorrichtung der betreffend genannten Art bekannt, bei welcher eine Streuplatte aus einfachem Plexiglas durch ihre Randseite mit Leuchtdioden (LEDs) beleuchtet wird (”Kantenbeleuchtung”). Das durch die Randseite eingestrahlte Licht wird zumindest teilweise durch die Vorderseite und die Rückseite der Streuplatte abgestrahlt. Die Rückseite ist mit einer weißen Schicht als reflektierender Schicht belegt, wobei die weiße Schicht weiße Farbpigmente aufweist. Die reflektierende Schicht wirft das Licht zurück in die Streuplatte und homogenisiert es. Von der Leuchtvorrichtung als solches abgestrahltes Nutzlicht tritt nur aus der Vorderseite der Leuchtvorrichtung aus. Für eine weitere Vergleichmäßigung der Helligkeitsverteilung kann der Streuplatte ein Diffusor, z. B. eine milchig-weiße Scheibe, nachgeschaltet sein. Jedoch hat die Leuchtvorrichtung den Nachteil, dass sie eine vergleichsweise niedrige Homogenität der Helligkeitsverteilung des über die Fläche der Vorderseite emittierten Lichts aufweist. Zudem ist eine Lichtausbeute eher gering.
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Des Weiteren zeigt die europäische Patentanmeldung
EP 0 823 587 A1 eine Lichtleiter-Beleuchtungsvorrichtung bzw. eine Lichtleiter-Anzeigevorrichtung mit einer Streuplatte, einer reflektierenden Schicht und LEDs, über die Licht seitlich in die Streuplatte eingekoppelt wird.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zumindest teilweise zu überwinden.
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Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine Leuchtvorrichtung, aufweisend eine lichtdurchlässige Streuplatte mit einer Vorderseite, einer Rückseite und einer Randseite, an welcher Rückseite mindestens eine erste reflektierende Schicht angeordnet ist, welche diffus reflektierende Farbpigmente aufweist und ferner aufweisend mindestens eine Halbleiterlichtquelle, welche optisch mit der Randseite der Streuplatte gekoppelt ist, wobei zwischen der Rückseite der Streuplatte und der ersten Schicht eine zweite Schicht angeordnet ist, welche Partikel aus lichtdurchlässigem Material aufweist.
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Diese Leuchtvorrichtung weist den Vorteil auf, dass durch die Partikel aus lichtdurchlässigem Material der zweiten Schicht eine zusätzliche, starke Streuung bzw. Reflektion des an der Rückseite austretenden Lichts erzeugt wird, was eine verbesserte Homogenität der Helligkeitsverteilung über die Fläche der Streuplatte, und damit auch deren Vorderseite, bewirkt. Dabei sind Lichtverluste durch das Vorhandensein der zweiten Schicht vernachlässigbar. Die zweite Schicht ist also insbesondere zumindest teilweise lichtdurchlässig.
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Die Leuchtvorrichtung mag ein Leuchtmodul, eine Lampe oder eine Leuchte sein.
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Unter einer Streuplatte kann grundsätzlich jeder Körper verstanden werden, welcher dazu in der Lage ist, in die Randseite der Streuplatte eingekoppeltes Licht in signifikantem Maß über die Rückseite und Vorderseite abzustrahlen. Die Streuplatte mag insbesondere eine Dicke aufweisen, welche erheblich, insbesondere um eine Größenordnung, geringer ist als seine Ausdehnung in seiner Hauptebene. Insbesondere mag die Dicke konstant sein. Die Vorderseite und die Rückseite stellen die der Hauptebene zugeordneten Oberflächen dar. Die Streuplatte bzw. deren Hauptebene mag plan sein, ist aber nicht darauf beschränkt und mag beispielsweise auch gekrümmt, z. B. kugelkalottenförmig, geformt sein. Zudem ist eine Form der Streuplatte in Draufsicht nicht beschränkt und mag beispielsweise rund, oval, eckig oder freiförmig sein.
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Es ist eine Weiterbildung, dass die Streuplatte eine kreisscheibenartige Grundform aufweist.
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Es ist noch eine Weiterbildung, dass die Streuplatte aus einem transparenten Kunststoff besteht, insbesondere aus Polymethylmethacrylat (Kurzzeichen PMMA, umgangssprachlich auch als Acrylglas oder Plexiglas bezeichnet). Das Material der Streuplatte mag beispielsweise PLEXIGLAS® Endlighten der Firma Evonik sein. Dieses ist speziell zur Kantenbeleuchtung geeignet und weist dazu im PMMA eingebettete Lichtdiffuserpartikel auf, wodurch dieses Material im nicht beleuchteten Zustand transluzent ist.
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Es ist eine besonders bevorzugte Weiterbildung, dass das Material der Streuplatte PLEXIGLAS® Endlighten T bzw. PLEXIGLAS® LED der Firma Evonik ist. PLEXIGLAS® Endlighten T weist gegenüber PLEXIGLAS® Endlighten die Vorteile auf, dass es transparent ist (keine Trübung aufweist) und gleichmäßiger über die Fläche ausgekoppelt wird. Zudem wird das Licht nun deutlich stärker im rechten Winkel zur Vorderseite bzw. Rückseite abgestrahlt, wodurch bei frontaler Betrachtung der Streuplatte die Helligkeit um 250% gesteigert wird.
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Bevorzugterweise umfasst die mindestens eine Halbleiterlichtquelle mindestens eine Leuchtdiode. Bei Vorliegen mehrerer Leuchtdioden können diese in der gleichen Farbe oder in verschiedenen Farben leuchten. Eine Farbe kann monochrom (z. B. rot, grün, blau usw.) oder multichrom (z. B. weiß) sein. Auch kann das von der mindestens einen Leuchtdiode abgestrahlte Licht ein infrarotes Licht (IR-LED) oder ein ultraviolettes Licht (UV-LED) sein. Mehrere Leuchtdioden können ein Mischlicht erzeugen, z. B. ein weißes Mischlicht. Die mindestens eine Leuchtdiode kann mindestens einen wellenlängenumwandelnden Leuchtstoff enthalten (Konversions-LED). Der Leuchtstoff kann alternativ oder zusätzlich entfernt von der Leuchtdiode angeordnet sein (”Remote Phosphor”). Die mindestens eine Leuchtdiode kann in Form mindestens einer einzeln gehäusten Leuchtdiode oder in Form mindestens eines LED-Chips vorliegen. Mehrere LED-Chips können auf einem gemeinsamen Substrat (”Submount”) montiert sein. Die mindestens eine Leuchtdiode kann mit mindestens einer eigenen und/oder gemeinsamen Optik zur Strahlführung ausgerüstet sein, z. B. mindestens einer Fresnel-Linse, Kollimator, und so weiter. Anstelle oder zusätzlich zu anorganischen Leuchtdioden, z. B. auf Basis von InGaN oder AlInGaP, sind allgemein auch organische LEDs (OLEDs, z. B. Polymer-OLEDs) einsetzbar. Alternativ kann die mindestens eine Halbleiterlichtquelle z. B. mindestens einen Diodenlaser aufweisen.
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Dass die mindestens eine Halbleiterlichtquelle optisch mit der Randseite der Streuplatte gekoppelt ist, mag insbesondere bedeuten, dass die Streuplatte durch die mindestens eine Halbleiterlichtquelle kantenbeleuchtbar ist, also das von der mindestens einen Halbleiterlichtquelle abgestrahlte Licht durch die Randseite der Streuplatte in diese eingekoppelt wird. Dies kann direkt oder über mindestens ein zwischengeschaltetes optisches Element, z. B. eine Linse und/oder einen Lichtleiter, geschehen.
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Es ist eine Ausgestaltung, dass die mindestens eine erste Schicht weiße Farbpigmente aufweist. Dies ermöglicht eine farbneutrale diffuse Reflexion. Es ist eine Weiterbildung, davon, dass die mindestens eine erste Schicht absolute weiße Farbpigmente aufweist. Die mindestens eine erste Schicht stellt dadurch eine absolute weiße Schicht (gemäß der RAL-Farbskala) bereit. So wird eine besonders farbneutrale diffuse Reflexion ermöglicht.
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Es ist noch eine Ausgestaltung, dass die mindestens eine erste Schicht mehrere Schichten aufweist. Bei einer Auftragung mehrerer Schichten lassen sich Lichtverluste verkleinern, insbesondere falls eine Schicht nicht vollständig lichtundurchlässig ist. Die mindestens eine erste Schicht mag beispielsweise mehrere (Teil-)Schichten aus identischem Material umfassen. Die mehreren Schichten mögen die gleiche Schichtdicke aufweisen. Beispielsweise mag die mindestens eine erste Schicht aus vier aufeinanderliegenden gleichen Schichten bestehen.
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Es ist noch eine Ausgestaltung, dass die zweite Schicht Partikel aus transparentem Material aufweist. So wird ein ohnehin schon geringer Lichtverlust noch weiter reduziert.
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Die Partikel können beispielsweise aus Keramik oder Kunststoff bestehen. Es ist eine besonders bevorzugte Ausgestaltung, dass die Partikel Glaspartikel sind, da diese preiswert und in vielen Variationen kommerziell erhältlich sind.
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Es ist noch eine weitere Ausgestaltung, dass die Partikel eine maximale Ausdehnung zwischen 0,2 mm und 0,5 mm aufweisen. Diese Ausdehnung bewirkt eine besonders hohe Streuwirkung bei geringen Streuverlusten. Falls die Partikel kugelförmig sind, kann unter einer maximalen Ausdehnung insbesondere deren Durchmesser verstanden werden.
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Es ist ferner eine Ausgestaltung, dass die Partikel eine rechteckige bzw. quaderförmige Form aufweisen. Dies ermöglicht eine besonders einfache und preiswerte Herstellung. Unter einer maximalen Ausdehnung mag insbesondere eine größte Kantenlänge verstanden werden.
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Es ist eine Weiterbildung davon, dass die Partikel eine Quaderform mit einer Länge von 0,25 mm und einer Höhe von 0,1 mm aufweisen. Es ist eine weitere Weiterbildung davon, dass die Partikel eine Quaderform mit einer Länge von 0,45 mm und einer Höhe von 0,2 mm aufweisen. Die kleineren Partikel bewirken eine gleichmäßigere Lichtverteilung bzw. bessere Homogenität des abgestrahlten Lichts in einem Nahfeld mit einem Abstand bis zu 0,5 m von der Leuchtvorrichtung, die größeren Partikel eine gleichmäßigere Lichtverteilung in einem Fernfeld mit einem Abstand von mehr als einem Meter von der Leuchtvorrichtung. Partikel unterschiedlicher Größe können auch gemischt werden.
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Grundsätzlich ist die Form der Partikel jedoch nicht beschränkt und mag z. B. würfelförmig oder freiförmig sein.
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Es ist außerdem eine Ausgestaltung, dass die Partikel der zweiten Schicht in ein lichtdurchlässiges, insbesondere transparentes, Matrixmaterial eingebettet sind. ein transluzentes Matrixmaterial erhöht eine Streuwirkung, ein transparentes Matrixmaterial reduziert Lichtverluste.
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Es ist eine Weiterbildung, dass das transparente Matrixmaterial Klarlack ist. Klarlack weist die Vorteile auf, dass er preiswert ist, widerstandsfähig ist, gut haftfähig ist, gut fließfähig ist und sich einfach aufbringen lässt, insbesondere auf die Rückseite der Streuplatte.
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Es ist eine Weiterbildung davon, dass die Partikel eine höhere Dichte aufweisen als das, insbesondere transparente, Matrixmaterial. Dadurch können sich die Partikel nach Auftragen des noch flüssigen Klarlacks absetzen und näher an dem Untergrund angeordnet werden. Insbesondere falls der mit den Partikeln versetzte Klarlack auf die Rückseite der Streuplatte als Untergrund aufgetragen wird, können sich die Partikel direkt an der Streuplatte absetzen und so eine (Teil-)Schicht oder Schichtbereich von Streupartikeln höherer Dichte in direktem Kontakt bzw. in direkter Nachbarschaft zu der Streuplatte bilden. Es ist somit eine Ausgestaltung, dass die Partikel der zweiten Schicht mit erhöhter Dichte an der Rückseite der Streuplatte angeordnet sind.
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Es ist ein zugehöriges Verfahren, welches folgende Schritt aufweist: Aufbringen der zweiten Schicht aus in das transparente Matrixmaterial eingebetteten Partikeln aus transparentem Material auf die Rückseite der Streuplatte und Sedimentierenlassen bzw. Absetzenlassen der Partikel auf die Rückseite der Streuplatte. Die Partikel weisen dazu insbesondere eine höhere Dichte auf als das Matrixmaterial.
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Es ist eine Weiterbildung, dass ein Verhältnis von Klarlack zu Partikeln 95 zu 5 beträgt, insbesondere von 95 Millilitern Klarlack zu 5 Gramm Glaspartikeln.
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Alternativ mögen die Partikel aus transparentem Material direkt (ohne Matrixmaterial) an der Streuplatte befestigt sein, z. B. durch Anbringung mittels erhöhten Drucks und/oder Temperatur, z. B. durch ein „Anbacken”.
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Alternativ zu Partikeln aus transparentem Material können z. B. auch in einem Matrixmaterial befindliche Luftblasen verwendet werden.
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Es ist noch eine Ausgestaltung, dass die mindestens eine Halbleiterlichtquelle mehrere um die Randseite der Streuplatte verteilte, insbesondere gleichverteilte, Halbleiterlichtquellen aufweist. Dies begünstigt eine gleichförmige Helligkeitsverteilung weiter.
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Es ist noch eine weitere Ausgestaltung, dass der Vorderseite der Streuplatte ein Diffusor optisch nachgeschaltet ist. Dies erhöhte eine Gleichmäßigkeit des abgestrahlten Lichts weiter.
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Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden schematischen Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden.
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1 zeigt in Draufsicht eine Leuchtvorrichtung;
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2 zeigt die Leuchtvorrichtung als Schnittdarstellung in Seitenansicht; und
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3 zeigt einen detaillierteren Ausschnitt aus der 2 im Bereich der ersten und zweiten Schicht.
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1 zeigt in Draufsicht eine Leuchtvorrichtung 1. Die Leuchtvorrichtung 1 weist eine kreisscheibenförmige, transparente Streuplatte 2 konstanter Dicke aus PLEXIGLAS Endlighten T auf, an deren kreisförmiger Randseite 3 in Umfangsrichtung zu einer Längsachse L oder Symmetrieachse mehrere weißes Licht abstrahlende Leuchtdioden 4 gleichverteilt angeordnet sind. Das von den Leuchtdioden 4 abgestrahlte weiße Licht wird durch die Randseite 3 in die Streuplatte 2 eingekoppelt („Kantenbeleuchtung”) und zu einem erheblichen Teil an der gezeigten Vorderseite 5 und der dazu parallelen Rückseite 6 abgestrahlt (siehe 2). Die Leuchtdioden 4 sind auf einer gemeinsamen flexiblen Platine angeordnet, z. B. einem Leuchtband vom Typ LinearLight Flex der Firma Osram. Die Streuplatte 2 und die Leuchtdioden 4 sind in einem gemeinsamen Gehäuse 7 untergebracht. Die Leuchtvorrichtung 1 mag insbesondere ein LED-Modul sein.
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Wie in 2 und vergrößert in 3 gezeigt, sind an der Rückseite 6 mehrere Schichten 8, 9 angeordnet, nämlich vier gleichartige erste Schichten 8 zwischen der Rückseite 6 und den mehreren ersten Schichten 8 eine zweite Schicht 9. Die ersten Schichten 8 weisen Farbpigmente der Farbe „absolut weiß” (gemäß RAL) auf, so dass sie von der Streuplatte 2 durch die Rückseite 6 auf sie einfallendes Licht farbneutral wieder diffus zurückreflektieren. Die zweite Schicht 9 weist in Klarlack 10 als Matrixmaterial eingebettete, quaderförmige Glaspartikel 11 auf. Die Glaspartikel 11 sind transparent und weisen z. B. eine Kantenlänge von ca. 0,25 mm × 0,1 mm bis ca. 0,45 mm × 0,2 mm auf. Die zweite Schicht 9 mag beispielsweise aus einer Mischung von 95 Millilitern Klarlack und 5 Gramm Glaspartikeln hergestellt worden sein.
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Wie insbesondere in 3 gezeigt, weist die zweite Schicht über ihre Dicke (oder Höhe) eine ungleichmäßige Verteilung der Glaspartikel 11 auf, da diese sich an der Rückseite 6 der Streuscheibe 2 konzentrieren. Dies wird dadurch erreicht, dass sich die Glaspartikel 11 nach Auftragen des noch flüssigen Klarlacks 10 auf die Rückseite 6 der Streuplatte 2 absetzen bzw. sedimentieren und somit direkt an der Streuplatte 2 (ohne Abstand oder Spalt) angeordnet sind.
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Beabstandet über der Vorderseite 5 der Streuplatte 2 und dieser optisch nachgeschaltet befindet sich eine Diffusorscheibe 12 zur Diffusion von durch sie hindurchtretendes Licht.
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Bei einem Betrieb der Leuchtvorrichtung 1 wird Licht der Leuchtdioden 4 durch die Randseite 3 in die Streuplatte 2 eingekoppelt und von dieser durch die Vorderseite 5 und die Rückseite 6 abgestrahlt. Durch die Rückseite 6 abgestrahltes Licht wird zunächst durch die Glaspartikel 11 in der Fläche weiter verteilt und so bezüglich seiner Helligkeit homogenisiert. Durch die Glaspartikel 11 gestreutes oder reflektiertes Licht wird entweder wieder in die Streuplatte 2 zurückgeworfen oder trifft nach Lauf durch den Klarlack 10 auf die erste Schicht 8. An der ersten Schicht wird das Licht diffus farbneutral reflektiert und tritt nach Lauf durch die zweite Schicht 9 wieder in die Streuplatte 2 ein. An der Vorderseite 5 der Streuplatte 2 abgestrahltes Licht läuft durch die Diffusorscheibe 12 und kann dann als Nutzlicht verwendet werden.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch das gezeigte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht darauf eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
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So mag beispielsweise auf die Diffusorscheibe 12 verzichtet werden.
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Allgemein kann unter ”ein”, ”eine” usw. eine Einzahl oder eine Mehrzahl verstanden werden, insbesondere im Sinne von ”mindestens ein” oder ”ein oder mehrere” usw., solange dies nicht explizit ausgeschlossen ist, z. B. durch den Ausdruck ”genau ein” usw.
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Auch kann eine Zahlenangabe genau die angegebene Zahl als auch einen üblichen Toleranzbereich umfassen, solange dies nicht explizit ausgeschlossen ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Leuchtvorrichtung
- 2
- Streuplatte
- 3
- Randseite
- 4
- Leuchtdiode
- 5
- Vorderseite der Streuplatte
- 6
- Rückseite der Streuplatte
- 7
- Gehäuse
- 8
- erste Schicht
- 9
- zweite Schicht
- 10
- Klarlack
- 11
- Glaspartikel
- 12
- Diffusorscheibe
- L
- Längsachse
