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Es wird ein Lichtleiter für eine Beleuchtungseinrichtung eines Kraftfahrzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 vorgeschlagen.
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Lichtleiter für Beleuchtungseinrichtungen von Kraftfahrzeugen sind allgemein bekannt. Diese Lichtleiter sind so ausgebildet, um über einen Lichteinkoppelbereich eingekoppeltes Licht innerhalb eines Lichtleitbereichs zu einem Lichtauskoppelbereich zu leiten.
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Beispielsweise ist aus der
DE 20 2014 010 486 U1 ein Fahrzeuglichtleiter für eine Fahrzeugleuchte bekannt, der ein bogenförmiges Hinterkantenflächenprofil umfasst. Dieses definiert eine nicht-parabolische, stetige, konvexe, bogenförmige Kurve. Im Betrieb treten Lichtstrahlen von einer Lichtquelle durch eine Eingangsfläche in einen Hauptleitabschnitt ein, wandern durch den Hauptleitabschnitt und werden an der nicht-parabolischen Hinterkantenfläche zu einer Austrittslinse reflektiert, welche die reflektierten Lichtstrahlen als Lichtverteilung mit einer vorgegebenen horizontalen Hell-Dunkel-Grenze und einer vorgegebenen horizontalen Streuung abbildet. Das bogenförmige Profil der Hinterkantenfläche steuert die vertikale Verteilung des reflektierten Lichts und legt dadurch die horizontale Hell-Dunkel-Grenze der Lichtverteilung in Bezug auf die horizontale optische Achse fest.
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Derartige Lichtleiter ermöglichen nur eine unzureichende Modellierung des eingekoppelten Lichtes, weshalb die Abstrahllichtverteilung auch nur unzureichend definiert werden kann. Darüber hinaus folgt aus dieser unzureichenden Möglichkeit der Modellierung ein hoher Effizienzverlust.
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Mithin ist es Aufgabe der Erfindung, die Ausbreitung des Lichts im Lichtleiter genauer zu definieren und gleichzeitig die Effizienz des Lichtleiters im Hinblick auf das Verhältnis von eingestrahltem zu abgestrahltem Lichtstrom zu verbessern.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch einen Lichtleiter nach dem Anspruch 1 gelöst.
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Es wird ein Lichtleiter für eine Beleuchtungseinrichtung eines Kraftfahrzeugs vorgeschlagen. Eine erste Lichtleitfläche des Lichtleitbereichs folgt zumindest abschnittsweise einer gedachten ersten parabolischen Zylinderfläche. Eine zweite Lichtleitfläche des Lichtleitbereichs ist der ersten Lichtleitfläche gegenüberliegend angeordnet. Die zweite Lichtleitfläche folgt zumindest abschnittsweise einer gedachten zweiten parabolischen Zylinderfläche. Die erste parabolische Zylinderfläche und die zweite parabolische Zylinderfläche weisen in einem Schnitt einen gemeinsamen Brennpunkt und eine gemeinsame Parabelachse jedoch unterschiedliche Brennweiten auf.
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Durch diese Anordnung erhöht sich ein Querschnitt entlang einer Hauptausbreitungsrichtung des Lichts im Lichtleitabschnitt, was dazu führt, dass sich der Öffnungswinkel des im Lichtleitabschnitt propagierenden Lichtbündels verringert. Gleichzeitig sind die Richtung eines mittleren Strahls des Lichtbündels und die Reflexionswirkung der ersten und zweiten Lichtleitflächen an jeder Stelle im Lichtleitabschnitt bekannt. Dies ermöglicht, dass unter Zuhilfenahme von Modellierungswerkzeugen der Lichtauskoppelabschnitt in gewünschter Form angepasst werden kann. Mithin ergeben sich Freiheitsgrade bei der Gestaltung der ausgekoppelten Lichtverteilung.
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Darüber hinaus kann hierdurch eine wesentliche Steigerung der Effizienz erreicht werden, da unter Zuhilfenahme des beschriebenen Lichtleiters bis über 50 % des in den Lichtleiter eingekoppelten Lichtstroms in gewünschter Weise ausgekoppelt werden kann. Entsprechend kann eine Halbleiterlichtquelle mit verringerter Leistung gewählt werden und/oder eine Leistungsaufnahme der Halbleiterlichtquelle kann verringert werden. Entsprechend ergeben sich geringere Kosten für die Halbleiterlichtquelle selbst und gleichzeitig kann die Leistungsaufnahme der Halbleiterlichtquelle gesenkt werden. Mithin kann der Lichtleiter dazu beitragen, die Energieeffizienz der Beleuchtungseinrichtung deutlich zu verbessern.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass eine Mittenlängsachse eines ersten Lichteinkoppelabschnitts des Lichteinkoppelbereichs im Wesentlichen parallel zur gemeinsamen Parabelachse verläuft. Damit verläuft eine Hauptausbreitungsrichtung im Lichteinkoppelabschnitt parallel zur gemeinsamen Parabelachse. Innerhalb des Lichtleitabschnitts erfolgen Totalreflexionen des eingekoppelten Lichts an der ersten und zweiten Lichtleitfläche in der Art, als dass ein Lichtstrahl entweder parallel zur gemeinsamen Parabelachse oder parallel zu einer Geraden durch den gemeinsamen Brennpunkt verläuft. Mithin können Lichtstrahlen im Lichtleiter erzeugt werden, deren Richtung an jedem Ort bekannt ist.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass eine Mittenlängsachse eines zweiten Lichteinkoppelabschnitts des Lichteinkoppelbereichs zumindest in ihrer Verlängerung im Wesentlichen durch den gemeinsamen Brennpunkt verläuft. Damit verläuft eine Hauptausbreitungsrichtung im Lichteinkoppelabschnitt entlang einer Geraden durch den gemeinsamen Brennpunkt. Innerhalb des Lichtleitabschnitts erfolgen Totalreflexionen des eingekoppelten Lichts an der ersten und zweiten Lichtleitfläche in der Art, als dass ein Lichtstrahl entweder parallel zur gemeinsamen Parabelachse oder entlang einer Geraden durch den Brennpunkt verläuft.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass eine Mittenlängsachse eines ersten Lichteinkoppelabschnitts des Lichteinkoppelbereichs im Wesentlichen parallel zur gemeinsamen Parabelachse verläuft, wobei eine Mittenlängsachse eines zweiten Lichteinkoppelabschnitts des Lichteinkoppelbereichs zumindest in ihrer Verlängerung im Wesentlichen durch den gemeinsamen Brennpunkt verläuft. Hierdurch können vorteilhaft zwei unterschiedliche Halbleiterlichtquellen an unterschiedlichen Stellen platziert für eine Lichteinkopplung sorgen. Insbesondere können Halbleiterlichtquellen mit unterschiedlichen Lichtfarben vorgesehen werden, um über den gemeinsamen Lichtleiter unterschiedliche Lichtfunktionen zu realisieren.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die zweite Lichtleitfläche in einem von dem Lichteinkoppelbereich abgewandten Abschnitt des Lichtleitabschnitts zwischen der ersten und der zweiten parabolischen Zylinderfläche verläuft. Damit verjüngt sich der Lichtleitabschnitt in seinem Verlauf und sorgt dafür, dass die Wahrscheinlichkeit einer Lichtauskopplung im Lichtauskoppelbereich steigt.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass der Lichtauskoppelbereich im Bereich der ersten Lichtleitfläche angeformte Lichtauskoppelelemente umfasst, deren wirksame Auskoppelfläche sich im Verlauf des Lichtleitbereichs ausgehend von dem Lichteinkoppelbereich erhöht. Hierdurch wird eine homogen erscheinende Abstrahllichtverteilung bei einem sich im Verlauf des Lichtleitabschnitts verringernden Lichtstrom ermöglicht.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass ein dem Lichteinkoppelbereich abgewandter Endabschnitt des Lichtleiters zu einer Lichtauskopplung in eine von einer Hauptabstrahlrichtung abweichenden Richtung ausgebildet ist. Vorteilhaft findet auf diese Art und Weise eine definierte Lichtauskopplung statt.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass bei einem Lichtmodul zumindest eine Halbleiterlichtquelle vorgesehen ist, mittels welcher Licht in den Lichteinkoppelbereich, insbesondere in den ersten oder zweiten Lichteinkoppelabschnitt, einstrahlbar ist.
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Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen:
- 1 eine schematisch dargestellte Beleuchtungseinrichtung für Kraftfahrzeuge;
- 2 in einem schematischen Schnitt einen Teil eines Lichtleiters;
- 3 eine schematische Seitenansicht des Lichtleiters;
- 4 den Lichtleiter in einer z-Richtung;
- 5 eine weitere Ausführungsform des Lichtleiters in einer Seitenansicht; und
- 6 einen Teil des Lichtleiters in einer schematischen Schnittansicht.
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In 1 ist eine schematisch dargestellte Beleuchtungseinrichtung für Kraftfahrzeuge in ihrer Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 101 bezeichnet. Die Beleuchtungseinrichtung 101 ist als ein Kraftfahrzeugscheinwerfer ausgebildet. Der Scheinwerfer 101 umfasst ein Gehäuse 102. In einer Lichtaustrittsrichtung 103 weist das Scheinwerfergehäuse 102 eine Lichtaustrittsöffnung auf, die durch eine transparente Abdeckscheibe 104 verschlossen ist. Im Inneren des Scheinwerfergehäuses 102 sind in dem dargestellten Ausführungsbeispiel zwei Lichtmodule 105, 106 angeordnet. Die Lichtmodule 105, 106 sind fest oder relativ zu dem Gehäuse 102 bewegbar angeordnet. Durch eine Relativbewegung der Lichtmodule 105, 106 zum Gehäuse 102 in horizontaler Richtung kann beispielsweise eine dynamische Kurvenlichtfunktion realisiert werden. Bei einer Bewegung der Lichtmodule 105, 106 um eine horizontale Achse, also in vertikaler Richtung, kann eine Leuchtweitenregelung realisiert werden. Die Lichtmodule 105, 106 sind zur Erzeugung einer gewünschten Lichtverteilung, beispielsweise einer Abblendlicht-, einer Fernlicht-, einer Stadtlicht-, einer Landstraßenlicht-, einer Autobahnlicht-, einer Nebellicht-, einer statischen oder dynamischen Kurvenlicht- oder einer beliebig anderen statischen oder adaptiven Lichtverteilung ausgebildet. Die Lichtmodule 105, 106 erzeugen die gewünschte Lichtfunktion entweder alleine oder in Kombination miteinander, indem die von jedem einzelnen Lichtmodul 105, 106 gelieferten Teillichtverteilungen zu der gewünschten Gesamtlichtverteilung überlagert werden. Selbstverständlich können in dem Scheinwerfergehäuse 102 auch mehr oder weniger als die dargestellten zwei Lichtmodule 105, 106 vorgesehen sein.
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Das Lichtmodul 106 ist über eine Versorgungsleitung mit einem Steuergerät 107 verbunden. Das Steuergerät 107 betreibt eine Halbleiterlichtquelle 2 des Lichtmoduls 106 zu einer Lichtabstrahlung. Die Halbleiterlichtquelle 2 ist derart angeordnet, dass das von ihr erzeugte Licht in einen Lichtleiter 4 über einen nicht gezeigten Lichteinkoppelbereich eingekoppelt wird. Der Lichtleiter 4 wiederum leitet das Licht derart um, sodass das eingekoppelte Licht in einem nicht gezeigten Lichtauskoppelbereich in die Lichtaustrittsrichtung 103, welche parallel zur Fahrtrichtung ist, ausgekoppelt wird. Das vorgeschlagene Lichtmodul 106 kann selbstverständlich neben der gezeigten Anordnung in einem Kraftfahrzeugscheinwerfer auch in Heckleuchten oder in Fahrzeuginnenbeleuchtungen zum Einsatz kommen.
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2 zeigt in einem schematischen Schnitt einen Teil des Lichtleiters 4. Der Lichtleiter 4 umfasst in nicht gezeigter Form den Lichteinkoppelbereich und den Lichtauskoppelbereich. Es ist ein Lichtleitbereich 6 gezeigt, welcher einen Raumabschnitt zwischen einer konkav gekrümmten Lichtleitfläche 8 und einer konvex gekrümmten Lichtleitfläche 10 ausfüllt. Die erste konkav gekrümmte Lichtleitfläche 8 wird auch als erste Lichtleitfläche bezeichnet und folgt einer gedachten ersten parabolischen Zylinderfläche 12. Die konvex gekrümmte Lichtleitfläche 10 wird auch als zweite Lichtleitfläche bezeichnet und folgt einer gedachten zweiten parabolischen Zylinderfläche 14. Die parabolische Zylinderfläche 14 begrenzt zumindest einen Teil der Lichtleitfläche 10. Die Lichtleitfläche 10 ist ein Ausschnitt der parabolischen Zylinderfläche 14. Sowohl die Brennpunkte als auch die Parabelachsen der beiden parabolischen Zylinderflächen 12 und 14 fallen im Querschnitt, also wenn man die Zylinderflächen 12 und 14 als Parabelkurve betrachtet, in einem gemeinsamen Brennpunkt 16 und in einer gemeinsamen Parabelachse 18 zusammen. Dieser Querschnitt oder Schnitt erfolgt lotrecht zur Zylinderachse der Zylinderflächen 12 und 14. Die parabolischen Zylinderflächen 12 und 14 weisen im Schnitt unterschiedliche Brennweiten auf. Der gemeinsame Brennpunkt 16 liegt auf einer Brennpunktachse, welche in y-Richtung lotrecht zur gemeinsamen Parabelachse 18 verläuft. Auf der Brennpunktachse liegen weitere Brennpunkte 16 weiterer xz-Schnitte des Lichtleiters 4. Die Brennpunktachse spannt gemeinsam mit der gemeinsamen Parabelachse 18 eine Ebene auf, in welcher sowohl die weiteren Brennpunkte 16 als auch weitere Parabelachsen 18 weiterer Schnitte des Lichtleiters 4 liegen.
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Damit ist eine Parabel, die den Lichtleiter 4 auf der der Parabelachse 18 zugewandten Seite begrenzt und die kleinere Brennweite besitzt, konkav. Die Parabel, die den Lichtleiter 4 auf der der Parabelachse 18 abgewandten Seite begrenzt und die größere Brennweite besitzt, konvex.
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Bei einer Ausbildung des Lichtleiters 2 als Teil des Scheinwerfers oder einer Heckleuchte verläuft die Parabelachse 18 bevorzugt parallel zu einer Längsachse des Kraftfahrzeugs, um Licht in Fahrtrichtung bzw. entgegen der Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs abzustrahlen.
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Ein Lichtstrahl 20 tritt achsparallel zu der Parabelachse 18 in den Lichtleitbereich 6 ein. An der konkav gekrümmten Lichtleitfläche 8 erfüllt der Lichtstrahl 20 die Bedingungen für Totalreflexion und wird gemäß einem Lichtstrahl 22 totalreflektiert. Der Lichtstrahl 22 wiederum trifft auf die konvex gekrümmte Lichtleitfläche 10, erfüllt die Bedingungen für Totalreflexion und wird gemäß einem Lichtstrahl 24 totalreflektiert. Der Lichtstrahl 24 erfüllt wiederum die Bedingung, parallel zur Parabelachse 18 zu verlaufen. Der Lichtstrahl 22 hingegen verläuft auf einer Geraden 26 durch den gemeinsamen Brennpunkt 16. Dieses erläuterte Prinzip der Lichtausbreitung im Lichtleitbereich 6 setzt sich im Verlauf des Lichtleitbereichs 6 entlang einer Hauptausbreitungsrichtung 28 des Lichts fort. Folglich ergibt sich, dass, wenn man zwischen den zwei konfokalen Lichtleitflächen 8 und 10 einen Lichtstrahl achsparallel zur Parabelachse 18 oder vom gemeinsamen Brennpunkt 16 kommend einstrahlt, an der Lichtleitfläche 8 Lichtstrahlen achsparallel zur Parabelachse 18 ankommen und an der Lichtleitfläche 10 Lichtstrahlen entlang einer Geraden durch den gemeinsamen Brennpunkt 16 ankommen, d. h. diese kommen scheinbar vom Brennpunkt 16.
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Durch den gemeinsamen Brennpunkt 16 verläuft eine Lotebene 30 der Parabelachse 18, welche den Raum in einen ersten Halbraum 32 und einen zweiten Halbraum 34 aufteilt. Wie nachgehende erläutert ist ein Lichteinkoppelabschnitt bevorzugt im ersten Halbraum 32 an den Lichtleitbereich 6 angeformt. Der erste Halbraum 32 ist ausgehend von dem Brennpunkt 16 in Richtung der sich öffnenden parabolischen Zylinderflächen 12 und 14 angeordnet.
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3 zeigt eine schematische Seitenansicht des Lichtleiters 4. Die Halbleiterlichtquelle 2 ist derart angeordnet, dass sie Licht über eine Lichteinkoppelfläche in den Lichteinkoppelabschnitt 36 des Lichteinkoppelbereichs einstrahlt. Eine Mittenlängsachse 38 des Lichteinkoppelabschnitts 36 verläuft parallel zu der Parabelachse 18. Der Lichteinkoppelabschnitt 36 umfasst eine Querschnittsvergrößerung ausgehend von der Lichteinkoppelfläche. Ausgehend von der Halbleiterlichtquelle 2 bzw. der Lichteintrittsfläche vergrößert sich der Querschnitt des Lichteinkoppelabschnitts 36 beispielsweise streng monoton, womit sich der Lichteinkoppelabschnitt 36 gemäß einem Winkel 40 öffnet.
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Die beiden Lichtleitflächen 8 und 10 folgen den jeweiligen gedachten parabolischen Zylinderflächen 12 und 14. In einem distalen, von dem Lichteinkoppelabschnitt 36 abgewandten Abschnitt 42 weicht die konvexe Lichtleitfläche 10 jedoch von der gedachten parabolischen Zylinderfläche 14 ab und biegt sich stärker in Richtung der konkaven Lichtleitfläche 8.
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Der Lichtauskoppelbereich 44 umfasst eine Reihe von Lichtauskoppelelementen 46A bis 46K, welche an die konkav gekrümmte Lichtleitfläche 8 angeformt sind. Ausgehend von dem Lichtleitbereich 6 schließt sich an den distalen Abschnitt 42 ein dem Lichteinkoppelabschnitt 36 abgewandter Endabschnitt 54 an, welcher nach einer Biegung in z-Richtung in einer Lichtauskoppelfläche 56 endet. Über die Lichtauskoppelfläche 56 ausgekoppeltes Licht ist damit nicht Teil einer Lichtverteilung, welche mittels des Lichtauskoppelbereichs 44 ausgekoppelt wird.
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4 zeigt den Lichtleiter 4 in einer z-Richtung. Die wirksame Auskoppelfläche der einzelnen Auskoppelelemente 46A bis 46K erhöht sich im Verlauf des Lichtleitbereichs 6 ausgehend von dem angeformten Lichteinkoppelabschnitt 36. Die jeweilige Auskoppelfläche der Auskoppelelemente 46A bis 46K ist in 4 nicht zu sehen und erstreckt sich im Wesentlichen parallel zu einer yz-Ebene. Darüber hinaus ist gezeigt, dass die Halbleiterlichtquelle 2, die Mittenlängsachse 38 des Lichteinkoppelabschnitts 36, die Hauptausbreitungsrichtung 28 und die Parabelachse 18 in einer gemeinsamen xz-Ebene 48 liegen. Des Weiteren wird der Lichtleitbereich 6 durch zwei Lichtleitflächen 50 und 52, welche zueinander und zur xz-Ebene 48 parallel verlaufen, begrenzt.
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5 zeigt eine weitere Ausführungsform des Lichtleiters 4 in einer Seitenansicht. Im Unterschied zur 4 umfasst der Endabschnitt 54 zwei zur Hauptausbreitungsrichtung 28 Endflächen 58 und 60, welche lotrecht zur Achse 18 stehen und welche das Licht gezielt auskoppeln. Über die Endflächen 58 und 60 ausgekoppeltes Licht nimmt für den Betrachter die sichtbare Form zweier Rechtecke an.
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Selbstverständlich ist es auch möglich, den Endabschnitt 54 hinter einem Zierelement zu verbergen. Des Weiteren kann der Endabschnitt 54 auch so ausgebildet sein, dass das im Endabschnitt 54 ankommende Restlicht für weitere Lichtfunktionen genutzt wird.
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6 zeigt einen Teil des Lichtleiters 4 in einer schematischen Schnittansicht und einer Ausführungsform mit einem ersten Lichteinkoppelabschnitt 36A, welchem eine erste Halbleiterlichtquelle 2A zugeordnet ist, und einem zweiten Lichteinkoppelabschnitt 36 B, welchem eine zweite Halbleiterlichtquelle 2B zugeordnet ist. Eine erste Mittenlängsachse 38A verläuft parallel zur Parabelachse 18. Eine Mittenlängsachse 38B verläuft entlang einer Gerade 62 durch den gemeinsamen Brennpunkt 16.
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Ein Verbindungsabschnitt 64 verbindet den Lichtleitbereich 6 mit den beiden Lichteinkoppelabschnitten 36A und 36B. Der Verbindungsabschnitt 64 befindet sich in der Zeichenebene Linkerhand der Lotebene 30 und damit in dem Halbraum 32. In dem Verbindungsabschnitt 64 schließen der erste und der zweite Lichteinkoppelabschnitt 36A, 36B, insbesondere deren jeweilige Mittenlängsachse 38A, 38B, jeweils mit dem Lichtleitbereich 6, insbesondere dessen Mittenkurve 66, einen Winkel 68 von größer 100°, bevorzugt größer 120° oder größer 125° ein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202014010486 U1 [0003]
