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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Linsenhalter zur Aufnahme einer Linse in einem Scheinwerfer, wobei der Linsenhalter einen Aufnahmeabschnitt zur Aufnahme der Linse und einen Befestigungsabschnitt umfasst, wobei der Befestigungsabschnitt mittels Befestigungsmitteln in dem Scheinwerfer befestigbar ist.
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STAND DER TECHNIK
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Scheinwerfer für Kraftfahrzeuge sind aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt. Moderne Projektionsscheinwerfer umfassen als wesentliche Komponenten eine Lichtquelle, insbesondere Xenon-Gasentladungslampen oder Leuchtdioden (LED), optional einen die Lichtquelle rückwärtig umschließenden Reflektor, eine mittels eines Linsenhalters vor der Lichtquelle angeordnete Linse, eine frontseitige Abdeckscheibe sowie einen Tragrahmen, welcher zur Aufnahme der vorgenannten Komponenten und zur Verbindung mit der Fahrzeugkarosserie dient. Der Linsenhalter umfasst einen Aufnahmeabschnitt zur Aufnahme der Linse und einen Befestigungsabschnitt zur Verbindung mit dem Tragrahmen oder einem Kühlkörper oder einem weiteren optischen Bauteil, üblicherweise mittels Schraubverbindungen.
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Ein generelles Problem von Projektionsscheinwerfern besteht darin, dass sich bei Veränderungen der Betriebs- und/oder Umgebungstemperatur der Scheinwerfer die unterschiedlichen Komponenten, welche üblicherweise aus unterschiedlichen Werkstoffen gefertigt sind, aufgrund ihrer materialspezifischen Wärmeausdehnungskoeffizienten unterschiedlich stark ausdehnen. Insbesondere wird dadurch eine temperaturabhängige Verschiebung zwischen Lichtquelle und Linse und/oder eine Verlagerung der optischen Achse des Scheinwerfers hervorgerufen, wobei sich das Ausmaß dieser Effekte üblicherweise nicht linear-reversibel mit der Temperatur ändert, sondern vielmehr komplexere Abhängigkeiten auftreten, insbesondere irreversible und/oder hysteretische Verschiebungen und/oder Verlagerungen. Aus derartigen Verschiebungen zwischen Lichtquelle und Linse resultieren entsprechende Verschiebungen und/oder Verkippungen des auf die Straße projizierten Lichtkegels und/oder Verringerungen der durch die Linse transmittierten Lichtintensität und/oder sonstige unerwünschte Abbildungsfehler.
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Zur Kompensation solcher temperaturabhängiger Beeinträchtigungen der Scheinwerferfunktionalität schlägt die
EP 2 306 077 A2 vor, die Linsenhalterung derart einzurichten, dass der Abstand auf der optischen Achse zwischen der Lichtaustrittsfläche der Lichtquelle und der Lichteintrittsfläche der Linse in Abhängigkeit von einer im Scheinwerfer auftretenden Temperaturänderung durch eine eigene, thermisch bedingte Längenänderung des Linsenhalters auf einen Sollwert eingestellt wird.
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Nachteilig an dieser Vorrichtung aus dem Stand der Technik ist die Einschränkung der Verschiebungskorrektur auf Verschiebungen zwischen Lichtquelle und Linse entlang der optischen Achse, wohingegen radial zur optischen Achse gerichtete Verschiebungen und/oder Verlagerungen keine Berücksichtigung finden. Jedoch führen bereits kleinste Verschiebungen in der Ebene senkrecht zur optischen Achse zu einer deutlich sichtbaren Verschiebung der Hell-Dunkel-Grenze auf der Straße, wodurch es beispielsweise zu gefährlicher Blendung des Gegenverkehrs kommen kann. Solche Radialverschiebungen treten insbesondere in Scheinwerfern auf, bei denen der Tragrahmen und der daran angeschraubte Linsenhalter aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehen, was in Scheinwerfern aus dem Stand der Technik üblicherweise der Fall ist. So bestehen Linsenhalter beispielsweise aus einem Polycarbonat, welches zur Verbindung mit der Linse mittels Laserschweißen geeignet ist, wohingegen der Tragrahmen beispielsweise aus einem mechanisch robusterem und tragfähigerem Faser-Matrix-Halbzeug gefertigt ist. Beide Komponenten werden üblicherweise direkt miteinander verschraubt, etwa mittels vier Schrauben, und durchläuft die Baugruppe einen Temperaturwechsel, wobei in der Praxis ein Temperaturbereich von etwa -40°C bis +100°C relevant ist, besteht der Zwang jedes Bauteils sich gemäß des jeweiligen Wärmeausdehnungskoeffizienten zu dehnen. Der Wärmeausdehnungskoeffizient beträgt für Polycarbonat etwa 60×10-6 /K und für einen typischerweise verwendeten Faser-Matrix-Werkstoff etwa 20×10-6 /K. Linsenhalter und Tragrahmen dehnen sich bei Temperaturveränderungen also unterschiedlich stark aus und die feste Schraubverbindung untereinander stellt dabei eine Zwangsbedingung für das Ausdehnvermögen dar, wodurch Kräfte quer zur Schraubrichtung in die Komponenten eingebracht werden. Nach einem oder mehreren Temperaturzyklen treten dadurch irreversible Verformungen eines oder beider Bauteile auf, woraus irreversible Veränderungen des auf die Straße projizierten Lichtkegels resultieren, insbesondere Verlagerungen der Hell-Dunkel-Grenze.
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Die gleiche Problematik tritt auch in Ausführungsformen von Scheinwerfern auf, bei denen der Linsenhalter mit einem Kühlkörper oder einem weiteren optischen Bauteil verbunden ist. Selbst bei einer Befestigung des Linsenhalters an einem Bauteil, welches aus demselben Werkstoff wie der Linsenhalter gefertigt ist, kann irreversibler Verzug des Linsenhalters durch Temperaturwechsel entstehen, da Temperaturgradienten, welche sich insbesondere entlang der optischen Achse des Scheinwerfers ausbilden können, zu lokal unterschiedlich stark ausgeprägter Wärmeausdehnung der Komponenten des Scheinwerfers führen.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die vorgenannten Nachteile von Scheinwerfern nach dem Stand der Technik zu überwinden und somit eine Weiterbildung eines Scheinwerfers vorzuschlagen, dessen Funktionalität eine höhere Robustheit gegen Temperatureinflüsse aufweist, d.h. dessen auf die Straße projizierter Lichtkegel keinen Verschiebungen und/oder Verkippungen unterliegt, wenn sich die Betriebs- und/oder Umgebungstemperatur des Scheinwerfers verändert.
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Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Linsenhalter gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 und einem Scheinwerfer gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 8 jeweils in Verbindung mit den kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass der Linsenhalter zwischen dem Aufnahmeabschnitt und dem Befestigungsabschnitt eine wenigstens abschnittsweise umlaufende Auskehlung aufweist.
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Die Erfindung geht dabei von dem Gedanken aus, konstruktionsseitig eine thermo-mechanische Entkopplung des Aufnahmeabschnittes und des Befestigungsabschnittes zu erzeugen, indem der zwischen den beiden Abschnitten auftretende thermo-mechanische Verzug durch eine geeignete Verbiegung der zwischen den beiden Abschnitten umlaufenden Auskehlung aufgenommen und kompensiert wird. Bei einer Temperaturänderung des Scheinwerfers dehnt oder verkürzt sich der Aufnahmeabschnitt des Linsenhalters in einem anderen Ausmaß als der Befestigungsabschnitt, da Letzterer in der Schraubebene an den Tragrahmen fixiert ist und der Tragrahmen aufgrund der unterschiedlichen Werkstoffe ein anderes thermisches Ausdehnungsvermögen aufweist. Die erfindungsgemäße Auskehlung weist vorzugsweise einen U-förmigen oder bogenförmigen Querschnitt auf, wobei der eine Endabschnitt des Bogens in den Befestigungsabschnitt mündet und der andere Endabschnitt in den Aufnahmeabschnitt überleitet. Auf die beschriebene, ungleich stark ausgeprägte thermische Ausdehnung von Befestigungs- und Aufnahmeabschnitt reagiert die Auskehlung mit einer Querschnittsveränderung, die im Wesentlichen durch eine Veränderung der Bogenkrümmung gekennzeichnet ist. Die Auskehlung übernimmt damit anschaulich die Funktion eines Puffers, d.h. indem die beiden Endabschnitte des bogenförmigen Querschnittes jeweils der wärmebedingten Verformung von Befestigungsabschnitt und Aufnahmeabschnitt folgen, wird die Auskehlung in ihrer Krümmung verändert und nimmt dabei die zwischen dem angeschraubten Befestigungsabschnitt und dem Aufnahmeabschnitt wirksamen Querkräfte auf. Durch eine derartige thermo-mechanische Entkopplung zwischen Befestigungs- und Aufnahmeabschnitt werden in der an den Tragrahmen anschließenden Schraubebene des Befestigungsabschnittes die durch Wärmeausdehnung hervorgerufenen und seitwärts gerichteten Scherkräfte unter den Schraubenköpfen stark herabgesetzt, so dass die durch die Schrauben vermittelten Klemmkräfte ausreichend groß sind, um eine irreversible Verformung des Linsenhalters und/oder des Tragrahmens zu verhindern.
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Die Auskehlung kann auch die Gestalt einer Nut aufweisen. Insbesondere kann die Gestalt des Querschnitts der Auskehlung in Umlaufrichtung der Auskehlung variieren.
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In vorteilhafter Ausführungsform des erfindungsgemäßen Linsenhalters ist der Aufnahmeabschnitt als ein tubusförmiger Hohlkörper mit stirnseitigen Öffnungen ausgebildet, wobei eine Längsachse des Hohlkörpers definiert ist und die Längsachse senkrecht durch die stirnseitigen Öffnungen verläuft, wobei ein Übergangsabschnitt in Bezug auf die Längsachse an den Aufnahmeabschnitt axial anschließt, wobei der Befestigungsabschnitt in Bezug auf die Längsachse an den Übergangsabschnitt axial anschließt und die Auskehlung in Bezug auf die Längsachse radial um den Übergangsabschnitt umläuft. Die Längsachse verläuft dabei durch den geometrischen Schwerpunkt des Aufnahmeabschnittes und entspricht im Wesentlichen der optischen Achse des Scheinwerfers. Die Lichtquelle wird hinter dem Befestigungsabschnitt des Linsenhalters angeordnet und strahlt in die rückwärtige stirnseitige Öffnung des Aufnahmeabschnittes ein. Die Kontur des Aufnahmeabschnittes ist durch die Linsenkontur vorgegeben und gegebenenfalls werden in dem Tubus noch Sonnenschutzbleche oder weitere Designelemente montiert. Vor der frontseitigen stirnseitigen Öffnung des Aufnahmeabschnittes wird die Abdeckscheibe des Scheinwerfers angeordnet.
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Vorzugsweise weist der Linsenhalter eine Mehrzahl von Rippen auf, wobei die Rippen außenseitig und/oder innenseitig an dem Linsenhalter angeordnet sind und in Bezug auf die Längsachse im Wesentlichen axial jeweils entlang des Befestigungsabschnittes und des Übergangsabschnittes und des Aufnahmeabschnittes verlaufen. Derartige Längsrippen sorgen für eine Versteifung zwischen Anschraubebene und Linsenebene, um eine Lasteinleitung in den Tragrahmen und somit ausreichende mechanische Stabilität für den Einsatz im Fahrbetrieb zu gewährleisten. Die Längsrippen sind dabei derart dimensioniert und angeordnet, dass durch ihr Vorhandensein keine signifikante Überbrückung bzw. Versteifung der erfindungsgemäßen Auskehlung einhergeht.
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Die Dimensionierung der erfindungsgemäßen Auskehlung ist vorzugsweise wie folgt gewählt. Der Aufnahmeabschnitt weist einen mittleren Radius in Bezug auf die durch den geometrischen Schwerpunkt des Aufnahmeabschnittes verlaufende Längsachse auf und die Auskehlung eine mittlere Tiefe, wobei die mittlere Tiefe der Auskehlung das 0,1-fache bis 0,5-fache, vorzugsweise das 0,3-fache, des mittleren Radius des Aufnahmeabschnittes beträgt.
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In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Linsenhalters weist die Auskehlung zumindest einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt auf, wobei der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt auf einander gegenüberliegenden Seiten des Linsenhalters angeordnet sind. Es kann unter Umständen aus konstruktiven Gründen notwendig sein auf eine vollumfänglich umlaufende Auskehlung zu verzichten, und stattdessen lediglich zwei gegenüberliegende Abschnitte des Linsenhalters mit einer Auskehlung zu versehen. In diesem Fall erfolgt die thermo-mechanische Entkopplung von Befestigungsabschnitt und Aufnahmeabschnitte dementsprechend nicht in sämtliche Querrichtungen. In Bezug auf die Anordnung des Scheinwerfers in einem Kraftfahrzeug werden vorzugsweise die obere und die untere Seite des Linsenhalters mit einer Auskehlung versehen, so dass zumindest eine durch thermische Ausdehnung bedingte Auf und/oder Ab Verschiebung des auf die Straße projizierten Lichtkegels verhindert wird.
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Vorzugsweise wird der erfindungsgemäße Linsenhalter mittels eines Spritzgussverfahrens hergestellt ist. Zur Anformung der Auskehlung ist dabei typischerweise der Einsatz eines Schieber-Werkzeugs vonnöten.
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Gegenstand der Erfindung ist des Weiteren ein Scheinwerfer umfassend einen Tragrahmen und einen Linsenhalter zur Aufnahme einer Linse, wobei der Linsenhalter in einer der vorgenannten Ausführungsformen ausgebildet ist.
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Vorzugsweise umfasst der Scheinwerfer einen Tragrahmen, wobei der Befestigungsabschnitt des Linsenhalters mit dem Tragrahmen verbunden ist, und wobei der Tragrahmen aus einem Faser-Matrix-Halbzeug (Bulk Moulding Compound) hergestellt ist und der Linsenhalter (100) aus Polycarbonat hergestellt ist. Polycarbonat eignet sich zum Laserschweißen, so dass dieses Verfahren zum Fügen des Linsenhalters mit der Linse eingesetzt werden kann.
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Figurenliste
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Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:
- 1a eine erste schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Linsenhalters,
- 1b eine zweite schematische Darstellung der Ausführungsform, und
- 2 eine Schnittdarstellung der Ausführungsform.
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Die 1a, 1 b und 2 zeigen eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Linsenhalters 100 mit einem durch einen tubusförmigen Hohlkörper gebildeten Aufnahmeabschnitt 1 zur Aufnahme einer Linse, einem zur Verbindung mit dem Tragrahmen vorgesehenen Befestigungsabschnitt 2 sowie einem zwischen Aufnahmeabschnitt 1 und Befestigungsabschnitt 2 angeordnetem Übergangsabschnitt 5, welcher abschnittweise von der erfindungsgemäßen Auskehlung 3 umlaufen wird. Die Längsachse 4 verläuft durch den geometrischen Schwerpunkt des Linsenhalters 100 und bildet die Ebenennormale der stirnseitigen Öffnungen 11, 12 des Aufnahmeabschnittes 1. Die am Befestigungsabschnitt 2 angeordneten Schrauböffnungen 7 dienen der Verschraubung des Linsenhalters 100 mit dem Tragrahmen eines Scheinwerfers. Die Lichtquelle des Scheinwerfers ist dabei derart zu dem Linsenhalter 100 angeordnet, dass das ausgesendete Licht durch die rückwärtige Öffnung 12 des Aufnahmeabschnittes 1 eintritt, dann eine in dem Aufnahmeabschnitt 1 aufgenommene Linse durchläuft und in weiterer Folge aus der frontseitigen Öffnung 11 des Aufnahmeabschnittes 1 austritt.
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Bei Veränderungen der Betriebs- und/oder Umgebungstemperatur des Linsenhalters 100 in einem Scheinwerfer wird das thermische Ausdehnungsvermögen des Befestigungsabschnittes 2 eingeschränkt durch die Verschraubung mit dem Tragrahmen des Scheinwerfers, welcher üblicherweise aus einem anderen Werkstoff gefertigt ist als der Linsenhalter 100. Um dabei irreversible Verformungen und dauerhaften Verzug des Befestigungsabschnittes 2 zu vermeiden, wird erfindungsgemäß eine thermo-mechanische Entkopplung von dem sich frei thermisch ausdehnenden Aufnahmeabschnitt 1 vorgenommen. Diese Entkopplung wird durch den zwischenliegenden Übergangsabschnitt 5 mit der abschnittsweise umlaufenden Auskehlung 3 realisiert. In 2, welche eine Schnittansicht entlang der in 1a und 1b eingezeichneten Schnittlinien II darstellt, ist die Auskehlung 3 als bogenförmige Struktur in der schraffiert gezeichneten Schnittebene dargestellt. Die an die benachbarten Abschnitte, d.h. an den Aufnahmeabschnitt 1 und den Befestigungsabschnitt 2, anschließenden Schenkel der Auskehlung 3 werden bei Temperaturwechseln jeweils nach Maßgabe der thermischen Dehnung der benachbarten Abschnitte gedehnt. Ungleich stark ausgeprägte Dehnungen von Aufnahmeabschnitt und Befestigungsabschnitt führen somit zu einer Verformung des Übergangsabschnittes 5, insbesondere zu einer Änderung der Krümmung der Auskehlung 3, nicht aber zu einem irreversiblen Verzug des Linsenhalters 100, insbesondere des Befestigungsabschnittes 2 im Bereich der Verschraubung mit dem Tragrahmen. Dank dieser erfindungsgemäßen thermo-mechanische Entkopplung von Aufnahmeabschnitt 1 und Befestigungsabschnitt 2 ist der Linsenhalter 100 im Vergleich zu Linsenhaltern nach dem Stand der Technik wesentlich robuster gegen wiederholte Temperaturwechsel, d.h. auch nach einer Vielzahl an Temperaturwechselzyklen tritt kein die Funktionalität des zugehörigen Scheinwerfers verschlechternder Verzug des Linsenhalters 100 auf.
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In der in den 1a, 1b und 2 dargestellten Ausführungsform des Linsenhalters 100 ist die Auskehlung 3 nur abschnittsweise als ein erster Abschnitt 31 und ein zweiter Abschnitt 32 an gegenüberliegenden Seiten des Linsenhalters 100 ausgebildet. Dies kann insbesondere der Gewährleistung einer ausreichenden mechanischen Stabilität und Tragfähigkeit des Linsenhalters 100 dienen. Die thermo-mechanische Entkopplung von Aufnahmeabschnitt 1 und Befestigungsabschnitt 2 ist daher nicht alle Raumrichtungen gegeben. Bei einem Einbau des Linsenhalters 100 in einem Scheinwerfer in einem Fahrzeug derart, dass die Längsachse 4 in der Horizontalen liegt, ist jedoch eine thermo-mechanische Entkopplung in der Senkrechten gegeben, d.h. insbesondere ein Schutz gegen Auf und Ab Verlagerungen des auf die Straße projizierten Lichtkegels. Dem Zwecke der Erhöhung der Tragfähigkeit des Linsenhalters 100 dienen auch die außenseitig an den Linsenhalter 100 angeformten Rippen 6, welche an dem Befestigungsabschnitt 2 ansetzen und entlang des Befestigungsabschnittes 5 und des Aufnahmeabschnittes 1 verlaufen. Durch diese Längsrippen 6 können Traglasten von dem Aufnahmeabschnitt 1 in den Tragrahmen des Scheinwerfers eingeleitet werden.
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In 2 sind der mittlere Radius 10 des Aufnahmeabschnittes 1 und die mittlere Tiefe 30 der Auskehlung 3 dargestellt. Der mittlere Radius 10 des Aufnahmeabschnittes 1 ist als der mittlere Abstand zwischen der Längsachse und der Wand des hohlkörperförmigen Aufnahmeabschnittes 1 definiert und die mittlere Tiefe 30 der Auskehlung 3 als der mittlere radiale Abstand in Bezug auf die Längsachse 4 zwischen dem Boden der Auskehlung 3 und der Wand des hohlkörperförmigen Aufnahmeabschnittes 1 am Übergang zum Übergangsabschnitt 5. Das Verhältnis der mittleren Tiefe 30 der Auskehlung 3 zum mittleren Radius 10 des Aufnahmeabschnittes 1 ist vorzugsweise derart gewählt, dass der Linsenhalter 100 eine für den Praxiseinsatz von Scheinwerfern ausreichende thermo-mechanischer Entkopplung von Aufnahmeabschnitt 1 und Befestigungsabschnitt 2 aufweist, bei gleichzeitiger Gewährleistung einer ausreichenden Stabilität und Tragfähigkeit.
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Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Zeichnungen hervorgehenden Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiven Einzelheiten und räumlichen Anordnungen, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Linsenhalter
- 1
- Aufnahmeabschnitt
- 10
- mittlerer Radius des Aufnahmeabschnittes
- 11
- frontseitige Öffnung
- 12
- rückwärtige Öffnung
- 2
- Befestigungsabschnitt
- 3
- Auskehlung
- 30
- mittlere Tiefe der Auskehlung
- 31
- erster Abschnitt der Auskehlung
- 32
- zweiter Abschnitt der Auskehlung
- 4
- Längsachse
- 5
- Übergangsabschnitt
- 6
- Rippen
- 7
- Schrauböffnung
- II
- Schnittlinie
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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