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Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, die ein Exterieurbauteil sowie eine Lichteinheit umfasst.
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Zur Erzielung von Lichteffekten geht der Trend dahin, Exterieurbauteile teilweise lichtdurchlässig zu gestalten, um gezielt Lichtakzente in das Design des Fahrzeugs mit einfließen lassen zu können. Aus den älteren
deutschen Anmeldungen 10 2018 211 456.0 und 10 2018 211 357.9 sind beispielsweise verschiedene Ansätze bekannt, wie ein Exterieurbauteil eines Fahrzeugs teilweise lichtdurchlässig gestaltet werden kann. Zur gezielten Durchleuchtung dieser Exterieurbauteile soll auf der Innenseite ein Leuchtmittel vorgesehen werden.
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Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der Erfindung eine Möglichkeit aufzuzeigen, ein für die Serienfertigung geeignete derartige Beleuchtungseinrichtung bereitzustellen. Weiterhin soll eine Möglichkeit aufgezeigt werden, wie eine gewünschte Hinterleuchtung auf besonders einfache und kostengünstige Art und Weise realisiert werden kann.
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Gelöst wird die Aufgabe durch eine Beleuchtungsvorrichtung nach Patentanspruch 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
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Es wird eine Beleuchtungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug angegeben mit einem Exterieurbauteil und einer Lichteinheit, die ortsfest an dem Exterieurbauteil angeordnet ist. Das Exterieurbauteil beinhaltet einen transparenten oder transluzenten Kunststoffkörper. Auf dem Kunststoffkörper ist eine opake Beschichtung angeordnet mit einem strukturierten Bereich, der Beschichtungsmaterial-frei ist oder in dem die Dicke des Beschichtungsmaterials reduziert ist. Weiterhin beinhaltet das Exterieurbauteil mindestens eine geschlossene transluzente Farblackschicht.
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Die Lichteinheit beinhaltet ein von einer Lichtscheibe wasserdicht verschlossenes Gehäuse, und eine Vielzahl von Leuchtdioden (LEDs), die in dem Gehäuse angeordnet sind und deren Abstrahlrichtung durch die Lichtscheibe auf das Exterieurbauteil gerichtet ist. Wird die Lichteinheit an eine Stromversorgung angeschlossen und eingeschaltet, so strahlt sie Licht ab, welches durch den strukturierten Bereich der Beschichtung hindurchtritt.
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Die Vielzahl von LEDs lassen sich platzsparend in dem Gehäuse anordnen. Beispielsweise können sie auf einer Platine angeordnet sein, wodurch sich ein besonders flacher Aufbau der Lichteinheit realisieren lässt. Die LEDs können z.B. matrixförmig auf der Platine angeordnet sein, wodurch eine gleichmäßige Ausleuchtung erzielt wird. Bei den LEDs handelt es sich vorzugsweise um RGB-LEDs, bei denen rote, grüne und blaue Leuchtdioden in einem Gehäuse miteinander zu einer LED kombiniert sind. Durch individuelle Ansteuerung der roten, grünen und blauen Leuchtdioden kann die Farbe des von der LED abgestrahlten Gesamt-Lichts variiert und angepasst werden. Dies kann eingesetzt werden zur Einstellung der Farbtemperatur und Kompensation der Farbverschiebung durch das Exterieurbauteil.
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Durch die ortsfeste Anordnung der Lichteinheit am Exterieurbauteil wird eine gleichbleibende Beleuchtung über die Fahrzeuglebensdauer sichergestellt.
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Zur weiteren Reduzierung der erforderlichen Aufbauhöhe der Lichteinheit ist es besonders bevorzugt, dass die Lichteinheit optikfrei ausgebildet ist. Unter „optikfrei“ soll in diesem Zusammenhang verstanden werden, dass keine weiteren Elemente in der Lichteinheit vorgesehen sind, die Einfluss auf den Lichtweg des von den LED abgestrahlten Lichts nehmen, wie z.B. Linsen oder Blenden. Lediglich die Lichtscheibe kann eine gewisse lichtstreuende Wirkung aufweisen. Es hat sich herausgestellt, dass durch den nachfolgend näher beschriebenen Schichtaufbau des Exterieurbauteils eine ausreichende Lichtstreuung stattfinden, so dass auf zusätzliche Komponenten zur Lichtstreuung verzichtet werden kann.
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Alternativ kann die Lichteinheit weiterhin eine zwischen den LEDs und der Lichtscheibe angeordnete weiße Blende aufweisen. Die Blende kann z.B. einen weißen Blendenkörper mit einer Vielzahl von Blendenöffnungen aufweisen, die jeweils vor einer LED angeordnet sind. Durch die weiße Farbe des Blendenkörpers wird die Lichtausbeute der Lichteinheit auf besonders einfache Weise gesteigert.
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Die Lichteinheit kann weiterhin ein Steuergerät aufweisen zur Ansteuerung der LED's. In einer Ausgestaltung ist das Steuergerät eingerichtet, die Farbe der LED's in Abhängigkeit der Farbe der mindestens einen Farblackschicht zu steuern. Beim Durchleuchten des Bauteils erfolgt aufgrund der unterschiedlichen Absorbtion der Farbschichten eine Farbverschiebung des durchtretenden Lichts. Dies kann durch gezielte Ansteuerung der LED's kompensiert werden. Beispielsweise kann die Ansteuerung der LED's so gewählt werden, dass das durch das Exterieurbauteil hindurchtretende Licht dieses mit einer Lichtfarbe verlässt, die als weiß wahrgenommen wird. Ebenso können andere Lichtfarben, wie z.B. rot oder gelb gezielt angesteuert werden.
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Besondere Lichteffekte, wie z.B. Lauflichter oder Blinken lassen sich realisieren, wenn das Steuergerät in einer Ausgestaltung eingerichtet ist, die LED's einzeln anzusteuern.
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Das Exterieurbauteil kann z.B. ein Karosseriebauteil oder ein Karosserieanbauteil sein. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Exterieurbauteil eine Stoßfängerverkleidung. Die Stoßfängerverkleidung bestimmt das Erscheinungsbild des Fahrzeugs in der Front- bzw. Heckansicht erheblich mit. Ein Lichteffekt an diesem Bauteil ist daher besonders wünschenswert. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene flache Lichteinheit lässt sich die Beleuchtungseinrichtung mit der Stoßfängerverkleidung realisieren, wobei die Anforderungen an den Fußgängerschutz weiterhin erfüllt werden können.
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Auf ein zusätzliches Bauteil zur Befestigung der Lichteinheit kann verzichtet werden, wenn die Lichteinheit in einen Halterahmen integriert ist. Der Halterahmen ist ein Karosserieanbauteil, das standardmäßig zwischen Stoßfänger und Stoßfängerverkleidung angeordnet wird. Der Halterahmen dient zur Stabilisierung der Stoßfängerverkleidung. Weiterhin können am Halterahmen zusätzliche Anbaukomponenten, wie z.B. Nebelscheinwerfer oder ein Radom befestigt sein. Die Integration in den Halterahmen wird möglich dank des flachen Aufbaus der Lichteinheit. Beispielweise kann diese mit dem Halterahmen verschraubt und/oder verklippst sein.
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Bevorzugt ist die Lichteinheit in großer Nähe zu dem Exterieurbauteil angeordnet. Besonders bevorzugt ist es, wenn der Abstand der Lichtscheibe zum Exterieurbauteil weniger als 5 mm beträgt und insbesondere im Bereich von 1 bis 3 mm liegt. Bei einer derartige Anordnung wird das Licht durch die Lichtscheibe und anschließend durch die transluzente(n) Schicht(en) des Exterieurbauteil in besonders vorteilhafter Weise gebrochen.
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Das Exterieurbauteil beinhaltet einen Kunststoffkörper, eine strukturierte Beschichtung und mindestens eine Farblackschicht. Der Kunststoffkörper ist aus einem transparenten Material wie z.B. Polycarbonat oder PMMA oder aus einem transluzenten Material wie z.B. einem Polypropylen ausgebildet. Der Kunststoffkörper hat die Form des Exterieur-Bauteils, welches z.B. eine Stoßfängerverkleidung, ein Lüftungsgitter o.ä. sein kann.
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Für die Beschichtung wird ein Beschichtungsmaterial verwendet, das bereits in geringer Dicke lichtundurchlässig ist. Dies kann z.B. ein dunkler oder schwarzer Farblack oder ein Primer sein. Ein derartiges Beschichtungsmaterial erfordert keine Veränderungen in bestehenden Lackierprozessschritten.
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In einer Ausgestaltung wird die Beschichtung durch Auftragen eines Primermaterials ausgebildet. Herkömmliche Primer sind bereits bei einer Dicke im Bereich von 10 Mikrometern bis 15 Mikrometern ausreichend lichtundurchlässig, um eine lichtundurchlässige Beschichtung zu bilden.
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In den Bereichen, in denen der Lichtakzent erwünscht ist, werden ein oder mehrere strukturierte Bereiche in der Beschichtung ausgebildet. Ist ein großflächiger Lichtakzent gewünscht, so kann der strukturierte Bereich z.B. mittels einer Maskierung des Kunststoffkörpers ausgebildet werden. Der maskierte Bereich wird nach dem Auftragen der Beschichtung demaskiert, so dass er ohne Beschichtung verbleibt. Der strukturierte Bereich kann auch durch einen lokal begrenzten Auftrag von Beschichtungsmaterial ausgebildet werden. Beispielsweise kann das Beschichtungsmaterial mittels Tampondruck o.ä. lokal begrenzt aufgetragen werden, wobei der strukturierte Bereich vom Auftrag des Beschichtungsmaterials ausgenommen wird.
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Ebenso kann es vorgesehen sein, dass die Beschichtung auf der gesamten Innenfläche oder Außenfläche des Kunststoffkörpers aufgetragen wird und diese vollflächig bedeckt. Die Erzeugung des strukturierten Bereichs in der Beschichtung erfolgt in dieser Ausgestaltung durch Materialabtrag, z.B. durch Laserabtrag oder Fräsen. Beim Laserabtrag wird ein hochenergetischer Laserstrahl über die Beschichtung geführt. Der Laserstrahl erhitzt das Beschichtungsmaterial, auf das er trifft, und verdampft es, wodurch die Dicke der Beschichtung im strukturierten Bereich zumindest reduziert ist. Vorzugsweise wird das Beschichtungsmaterial zur Erzeugung des strukturierten Bereichs bis zum Material des Kunststoffkörpers abgetragen. Derart können besonders feine und filigrane Strukturen erzeugt werden. Mittels Laserabtrag sind darüber hinaus besonders präzise Kanten darstellbar. Verbleibt nach der Strukturierung Material im strukturierten Bereich, so wird die Dicke der Beschichtung im strukturierten Bereich so weit reduziert, dass die verbleibende Struktur aufgrund der reduzierten Dicke lichtdurchlässig wird.
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Weiterhin ist auf dem Kunststoffkörper eine geschlossene Farblackschicht aufgetragen. Das Material und die Dicke für diese Farblackschicht wird derart gewählt, dass die Schicht hinreichend transluzent ist, damit Licht, das durch den strukturierten Bereich hindurchtritt, auch durch die Farblackschicht tritt. Die Lackschicht hat vorzugsweise eine Dicke im Bereich von 10 bis 25 Mikrometern. Eine ähnliche Farbwirkung ließe sich auch erzeugen, wenn anstelle der Farblackschicht eine PVD-Beschichtung des Bauteils vorgenommen würde.
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Weiterhin kann eine geschlossene Klarlackschicht auf der Farblackschicht ausgebildet sein. Die Klarlackschicht hat vorzugsweise eine Dicke im Bereich von 20 bis 40 Mikrometern. Hierdurch ist das Exterieur-Bauteil ebenso unempfindlich gegenüber Steinschlag wie ein Exterieur-Bauteil ohne Lichtakzent. Durch die beiden durchgängigen Lackschichten bleibt der Lichteffekt auch erhalten, wenn die Lackschichten vereinzelt Steinschläge aufweisen. Auch sehr tiefe Beschädigungen, die bis in den Kunststoffkörper vordringen, führen nicht zu Störstellen im Lichtbild. Weiterhin ist ein Nachlackieren bzw. Polieren des Bauteils bei kleinen Beschädigungen möglich, ohne dass der Lichteffekt beeinflusst wird.
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In einer Ausgestaltung ist die Beschichtung auf einer Innenfläche des Kunststoffkörpers ausgebildet, während die Farblackschicht auf einer Außenfläche des Kunststoffkörpers ausgebildet ist. Die Außenfläche liegt der Innenfläche gegenüber und bildet die Sichtseite des Exterieurbauteils. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass der strukturierte Bereich bei ausgeschalteter Lichteinheit nicht zu erkennen ist. Der strukturierte Bereich und der resultierende Lichteffekt ist am Bauteil erst bei Einschalten des Lichts sichtbar. Ohne Durchleuchtung ist der strukturierte Bereich unsichtbar. Wird für den Kunststoffkörper ein transparentes Material verwendet, so können durch das Aufbringen der Beschichtung auf der Innenfläche des Kunststoffkörpers insbesondere in Kombination mit einem zwei-Schicht Lackaufbau (Farblackschicht plus Klarlackschicht) präzise Konturen mit hohem Kontrast dargestellt werden. Durch die geschlossenen Lackschichten ergibt sich eine verbesserte Lackhaftung, was z.B. bei der Gitterschnitt-, Steinschlag- oder Dampfstrahlprüfung feststellbar ist.
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In einer alternativen Ausgestaltung ist die Beschichtung auf der Außenfläche des Kunststoffkörpers angeordnet und die mindestens eine Farblackschicht ist auf der Beschichtung ausgebildet. Beim Auftragen des Farblacks fließt dieser auch in die Struktur innerhalb der Beschichtung, so dass eine durchgehende Farblackschicht ausgebildet wird.
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Vorzugsweise ist nur eine einzige Farblackschicht auf dem Kunststoffkörper ausgebildet. Ein derartiger 2-Schicht-Lackaufbau (eine Schicht Farblack und eine Schicht Klarlack) ist vorteilhaft zur Erzielung brillanter Lichtakzente und klarer Lichtkonturen.
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Wenn die Beschichtung auf der Außenfläche des Kunststoffkörpers aufgebracht wird, sind insbesondere in Kombination mit dem zwei-Schicht Lackaufbau selbst auf milchigem bzw. transluzentem Material des Kunststoffkörpers sehr präzise Konturen mit hohem Kontrast darstellbar. Das Farblackmaterial dringt in die Strukturen in der Beschichtung ein und füllt diese zumindest teilweise auf. Hierdurch entsteht eine geschlossene Farblackschicht, so dass im Kaltzustand, d.h. Lichtfunktion aus, kein Muster erkennbar ist. Das Muster ist höchstens beim Ausspiegeln der Oberfläche oder bei eingeschaltetem Licht erkennbar. Durch die geschlossenen Lackschichten ergibt sich eine verbesserte Lackhaftung, was z.B. bei der Gitterschnitt-, Steinschlag- oder Dampfstrahlprüfung feststellbar ist.
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Auf der Innenseite des Exterieur-Bauteils ist die Lichteinheit angeordnet. Licht fällt durch den Kunststoffkörper, die Farb- und ggf. Klarlackschicht und den strukturierten Bereich der Beschichtung und wird auf der Außenseite sichtbar. Das von außen sichtbare Lichtmuster entspricht hierbei dem Muster des strukturierten Bereichs, während die Farbe durch die verwendeten Schichtmaterialien und die Ansteuerung der LED's vorgegeben wird.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Sofern in dieser Anmeldung der Begriff „kann“ verwendet wird, handelt es sich sowohl um die technische Möglichkeit als auch um die tatsächliche technische Umsetzung.
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Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele an Hand der beiliegenden Zeichnungen erläutert. Darin zeigen:
- 1 eine schematische Schnittansicht einer beispielhaften Beleuchtungseinrichtung eines Kraftfahrzeugs,
- 2 eine schematische Schnittansicht zur Veranschaulichung der Schichtenfolge in einem beispielhaften Exterieurbauteil und
- 3 eine schematische Schnittansicht zur Veranschaulichung der Schichtenfolge in einem weiteren beispielhaften Exterieurbauteils.
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1 zeigt eine Beleuchtungseinrichtung 1 eines Kraftfahrzeugs mit einem Exterieurbauteil 10 in Form einer Stoßfängerverkleidung und einer Lichteinheit 20. Die Lichteinheit 20 ist auf einer Innenseite des Exterieurbauteils 10 angeordnet und in einen Halterahmen 30 integriert, der zur Versteifung und Stabilisierung der Stoßfängerverkleidung dient. Die Lichteinheit 20 ist an dem Halterahmen 30 verschraubt, dieser ist (nicht dargestellt) an der Stoßfängerverkleidung 10 befestigt, so dass die Lichteinheit 20 ortsfest an dem Exterieurbauteil 10 befestigt ist.
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Die Lichteinheit 20 weist ein Gehäuse 21 auf, das zum Exterieurbauteil 10 hin durch eine Lichtscheibe 22 wasserdicht verschlossen ist. In dem Gehäuse 21 ist eine Platine 23 mit einer Vielzahl von LEDs 24 angeordnet, von denen nur zwei beispielhaft dargestellt sind. Bei den LEDs 24 handelt es sich vorzugsweise um RGB-LEDs. Weiterhin beinhaltet die Lichteinheit 20 ein nicht dargestelltes Steuergerät zur elektrischen/elektronischen Ansteuerung der LEDs 24. Zur Erzielung einer besonders flachen Aufbauhöhe ist die Lichteinheit 20 vorzugsweise optikfrei ausgebildet, d.h. es sind - abgesehen von der Lichtscheibe 22 - keinerlei Einbauten vorgesehen, welche das Licht auf ihrem Weg von der LED bis zum Austritt aus der Lichteinheit brechen oder formen.
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In einer alternativen Ausgestaltung kann die Lichtausbeute durch die Verwendung einer weißen Lochblende 25 gesteigert werden. Die Lochblende 25 ist zwischen den LED's und der Lichtscheibe angeordnet, wobei die Öffnungen 26 jeweils vor einer LED angeordnet sind.
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Das Exterieur-Bauteil 10 ist zumindest teilweise transluzent ausgebildet. Hierzu ist ein Schichtaufbau mit mehreren Schichten auf dem Kunststoffkörper vorgesehen. 2 und 3 zeigen zwei beispielhafte Schichtaufbauten.
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Gemäß der Ausgestaltung nach 2 weist das Exterieur-Bauteil 10 einen transluzenten Kunststoffkörper 11 auf. Der Kunststoffkörper 11 hat eine Außenfläche, welche die spätere Sichtseite des Exterieur-Bauteils 10 bildet und eine gegenüberliegende Innenfläche. Auf der Außenfläche ist eine Beschichtung 12 durch Auftragen eines Beschichtungsmaterials ausgebildet, vorzugsweise in Form eines Primers. Die Dicke des Beschichtungsmaterials ist dabei derart gewählt, dass die Beschichtung 12 lichtundurchlässig ist. In Bereichen, in denen ein Lichteffekt gewünscht wird, ist eine Strukturierung der Beschichtung 12 erfolgt. Beispielsweise wurde das Beschichtungsmaterial mittels Laser gezielt abgetragen, wodurch mindestens ein strukturierter Bereich 13 entstanden ist, in dem das Beschichtungsmaterial teilweise oder vollständig entfernt ist. Der oder die strukturierten Bereiche können nahezu beliebige Muster bilden. Alternativ zu einer Strukturierung mittels Laserabtrag sind auch andere Verfahren denkbar, z.B. ein Auftragen des Beschichtungsmaterials in einem Druckverfahren oder eine vorhergehende Maskierung des Kunststoffkörpers zur Erzeugung des strukturierten Bereichs 13. Verbleibt im strukturierten Bereich Beschichtungsmaterial so ist dessen Dicke so gering, dass der strukturierte Bereich selbst transluzent ist.
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Auf der Beschichtung 12 des Kunststoffkörpers 11 ist eine transluzente Farblackschicht 14 und anschließend eine Klarlackschicht 15 in bekannter Art und Weise aufgebracht. Die Lichteinheit 20 ist auf der Innenseite des ExterieurBauteils 10 angeordnet.
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Gemäß dem alternativen Ausführungsbeispiel nach 3 weist das Exterieur-Bauteil ebenfalls einen transluzenten oder transparenten Kunststoffkörper 11 auf. Die Beschichtung 12 ist auf der Innenfläche ausgebildet. Die Dicke des Beschichtungsmaterials ist dabei derart gewählt, dass die Beschichtung 12 lichtundurchlässig ist. In Bereichen, in denen ein Lichteffekt gewünscht wird, ist eine Strukturierung der Beschichtung 12 erfolgt. Beispielsweise wurde das Beschichtungsmaterial gezielt abgetragen, wodurch mindestens ein strukturierter Bereich 13 entstanden ist, in dem das Beschichtungsmaterial teilweise oder vollständig entfernt ist. Auf der Außenfläche des Kunststoffkörpers 11 ist eine transluzente Farblackschicht 14 und eine Klarlackschicht 15 in bekannter Art und Weise aufgebracht. Nicht dargestellt ist eine optionale transparente oder transluzente Primerschicht, die unter der Farblackschicht angeordnet sein kann. Die Lichteinheit 20 ist auf der Innenseite des Exterieur-Bauteils 10 angeordnet.
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Im eingeschalteten Zustand fällt Licht L der Lichteinheit 20 durch die strukturierten Bereiche, den Kunststoffkörper und die Lackschichten und ist von der Außenseite als Lichtmuster sichtbar.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Beleuchtungseinrichtung
- 10
- Exterieur-Bauteil
- 11
- Kunststoffkörper
- 12
- Beschichtung
- 13
- strukturierter Bereich
- 14
- transluzente Farblackschicht
- 15
- Klarlackschicht
- 20
- Lichteinheit
- 21
- Gehäuse
- 22
- Lichtscheibe
- 23
- Platine
- 24
- LED
- 25
- Blende
- 26
- Öffnung
- 30
- Halterahmen
- L
- Licht
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102018211456 [0002]
- DE 102018211357 [0002]
