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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft Frontscheibenanzeigeeinrichtungen, insbesondere Head-up-Display-Einrichtungen, für Kraftfahrzeuge. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Maßnahmen zur Unterdrückung von Störreflexionen durch in eine Projektionseinrichtung der Frontscheibenanzeigeeinrichtung einfallendes Umgebungslicht.
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Stand der Technik
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Frontscheibenanzeigeeinrichtungen, wie Head-up-Displays, zur visuellen Anzeige von Informationen im Blickfeld eines Fahrers eines Kraftfahrzeugs sind aus dem Stand der Technik bekannt. Beispielsweise beschreibt die Druckschrift
DE 10 2010 032 998 A1 ein Head-up-Display für ein Kraftfahrzeug mit einer Projektionseinrichtung, über die ein anzuzeigendes Bild auf eine als Kombiniereinrichtung wirkende Frontscheibe eines Kraftfahrzeugs projiziert wird. Derartige Frontscheibenanzeigeeinrichtungen haben im Unterschied zu den übrigen Anzeigeeinrichtungen im Kraftfahrzeug den Vorteil, dass der Fahrer den Blick nicht von dem Verkehrsgeschehen abwenden muss, um wichtige Informationen, wie zum Beispiel die momentane Fahrzeuggeschwindigkeit oder optische Anweisungen eines Navigationssystems zu erfassen.
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Bei bekannten Frontscheibenanzeigeeinrichtungen werden Maßnahmen vorgesehen, um zu vermeiden, dass Umgebungslicht, das in eine Projektionseinrichtung der Frontscheibenanzeigeeinrichtung fällt, auf die Frontscheibe des Kraftfahrzeugs reflektiert wird und ggfs. den Fahrer blendet und/oder die Darstellung der anzuzeigenden Information beeinträchtigt. Daher enthält die Projektionseinrichtung in der Regel eine reflektierende und gekrümmte Abdeckscheibe, die einfallendes Umgebungslicht in Richtung einer lichtabsorbierenden Fläche, auch Spiegelbank genannt, reflektiert. Das reflektierte Umgebungslicht wird an der lichtabsorbierenden Fläche nur in geringem Maß reflektiert, so dass störende Reflexionen von Umgebungslicht oder Ausleuchtungen in einem Anzeigebereich auf der Frontscheibe im Wesentlichen vermieden werden können.
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Frontscheibenanzeigeeinrichtungen werden üblicherweise in einer Oberseite einer Instrumententafel im Bereich über der Lenksäule eingesetzt, wo in der Regel nur ein begrenzter Bauraum zur Verfügung steht. In der Regel weist die Baugruppe aus der lichtabsorbierenden Fläche und der reflektierenden gekrümmten Abdeckscheibe jedoch eine Bauhöhe zwischen 5 und 10 cm auf, die die Gesamtbauhöhe der Frontscheibenanzeigeeinrichtung erheblich vergrößert. Eine Reduzierung der Bauhöhe dieser Baugruppe kann nur bedingt erreicht werden, da bei einer flacheren, d.h. weniger gekrümmten Abdeckscheibe, eine größere Höhe der lichtabsorbierenden Fläche benötigt wird.
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Aus der Druckschrift
DE 10 2014 214 510 A1 ist eine Anordnung zur Reflexionsminderung für eine Frontscheibenanzeigeeinrichtung für ein Kraftfahrzeug bekannt, die eine transparente Abdeckscheibe zum Schutz einer Projektionseinrichtung und ein Abschirmgitter mit einem oder mehreren flächigen senkrecht oder geneigt zu einer Oberfläche der Abdeckscheibe angeordneten Gitterelementen einer Gitterstruktur umfasst.
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Um eine ausreichende Stabilität der Gitterelemente zur Verfügung zu stellen, werden diese aus einem Metall oder einem formstabilen Kunststoffmaterial hergestellt. Damit die metallischen Lamellen keine Beeinträchtigung der Abbildungsqualität bewirken, müssen diese mit Dicken von weniger als 50 µm hergestellt werden. Dies hat jedoch massive Einschränkungen hinsichtlich der Gebrauchssicherheit. So nimmt das Verletzungsrisiko zu, wenn die Gitterelemente mit einer Festigkeit hergestellt werden, die gewährleistet, dass diese bei Berührung durch den Benutzer nicht zerstört werden. Ist die Festigkeit geringer können diese bei einer Berührung durch einen Benutzer irreversibel verformt werden, so dass die Gitterelemente die Entspiegelungsfunktion verlieren und die Abbildung des Anzeigebilds dauerhaft beeinträchtigen.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Reflexionsunterdrückungsanordnung und eine Frontscheibenanzeige zur Verfügung zu stellen, die bei Krafteinwirkung nicht beschädigt werden und bei der insbesondere Störreflexionen durch einfallendes Umgebungslicht unterdrückt werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung für eine Frontscheibenanzeigeeinrichtung für ein Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 1 sowie durch eine Frontscheibenanzeigeeinrichtung gemäß dem nebengeordneten Anspruch gelöst.
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Weitere Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Gemäß einem ersten Aspekt ist eine Anordnung für eine Frontscheibenanzeigeeinrichtung für ein Kraftfahrzeug vorgesehen, umfassend:
- - eine transparente Abdeckscheibe zum Schutz einer Projektionseinrichtung;
- - ein Abschirmgitter mit einem oder mehreren senkrecht oder geneigt zu einer Oberfläche der Abdeckscheibe angeordneten flächigen Gitterelementen einer Gitterstruktur,
wobei die Gitterelemente aus einem flexiblen oder elastischen Material ausgebildet sind, das sich bei Krafteinwirkung verformt und sich nach Wegfall der Krafteinwirkung wieder zurückstellt.
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Eine Idee der obigen Anordnung für eine Frontscheibenanzeigeeinrichtung besteht darin, diese mit einer Gitterstruktur vorzusehen, die ein oder mehrere Gitterelemente, insbesondere längliche Gitterelemente aufweist. Die Gitterelemente sind insbesondere als flächige Lamellen ausgebildet, wobei deren Flächenrichtungen in Projektionsrichtung einer Projektionseinrichtung verlaufen. Die Gitterelemente sind nebeneinander in einer Anordnungsrichtung angeordnet, so dass sich eine flächige Gitterstruktur ergibt, deren Flächenrichtungen durch eine längliche Erstreckung der Gitterelemente und deren Anordnungsrichtung bestimmt ist.
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Insbesondere kann die Anordnung eine transparente Abdeckscheibe aufweisen, an der die Gitterstruktur mit den Gitterelementen angeordnet ist bzw. anliegt. Die Abdeckscheibe dient dazu, die Projektionseinrichtung gegen Verunreinigungen zu schützen. Auf die Abdeckscheibe fallendes Umgebungslicht kann an deren Oberfläche reflektiert werden und das so reflektierte Umgebungslicht trifft auf die Seitenflächen der Gitterelemente, die das reflektierte Umgebungslicht absorbieren. Somit dienen die Seitenflächen der Gitterelemente jeweils als eine Spiegelbank für einen entsprechenden reflektierenden Abschnitt der Abdeckscheibe.
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Auf diese Weise ist es möglich, dass die Gitterstruktur mit dem einen oder den mehreren flächigen Gitterelementen unmittelbar über oder nahe der Abdeckscheibe angeordnet sein kann, so dass die gesamte Bauhöhe der Baugruppe, die zur Unterdrückung von Störreflexionen in dem Anzeigebild dient, erheblich verringert werden kann. Dadurch, dass das eine oder die mehreren Gitterelemente flächig, d.h. lamellenartig, ausgebildet und jeweils in Projektionsrichtung der Projektionseinrichtung ausgerichtet sind, beeinträchtigen diese die Darstellungsqualität und Lichtstärke des projizierten Bildes nur minimal und reduzieren zudem durch ihre Abschattungswirkung den Anteil des Umgebungslichts, das auf die Abdeckscheibe treffen kann.
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Es wird für die obige Anordnung vorgesehen, das Material für die Lamellen ein flexibles elastisches Material vorzusehen, das bei Krafteinwirkung nicht irreversibel verformt wird und aufgrund seiner geringen Festigkeit kein Verletzungsrisiko bergen kann.
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Weiterhin können das eine oder die mehreren Gitterelemente jeweils eine Seitenfläche aufweisen, die lichtabsorbierend ausgebildet ist, um von der transparenten Abdeckscheibe reflektiertes Umgebungslicht zu absorbieren. Insbesondere kann bei geneigt zur Oberfläche der Abdeckscheibe angeordneten Gitterelementen zumindest die der Abdeckscheibe zugewandte Seitenfläche lichtabsorbierend ausgebildet sein.
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Es kann vorgesehen sein, dass das Material der Gitterelemente Gummi, Elastomer, Polyurethan und/oder Polyethylen aufweist oder vollständig aus diesem besteht.
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Gemäß einer Ausführungsform können die Seitenflächen der Gitterelemente mit einem lichtabsorbierenden Material, insbesondere einer mattschwarzen Beschichtung, versehen sein.
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Weiterhin können durch das eine oder die mehreren Gitterelemente der Gitterstruktur Gitteröffnungen gebildet werden, die einen mehreckigen Querschnitt, insbesondere einen hexagonalen Querschnitt aufweisen.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Gitterelemente lamellenartig ausgebildet und insbesondere flächenparallel zueinander angeordnet und voneinander beabstandet sind.
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Gemäß einer Ausführungsform können die Gitterelemente eine Höhe in Projektionsrichtung aufweisen, die mindestens das 5-fache, insbesondere mindestens das 20-fache ihrer jeweiligen Dicke in einer Anordnungsrichtung der Gitterelemente entspricht.
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Weiterhin kann die Dicke der der Gitterelemente weniger als 50 µm, insbesondere weniger als 30µm betragen. Die elastischen Materialien müssen mit sehr geringen Lamellenstärken ausgebildet sein, um keine optischen Artefakte in der Abbildung der Projektionsanzeigeeinheit zu bewirken.
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Insbesondere können als Materialien Elastomere, Polyurethan, Polyethylen und dergleichen verwendet werden, die in den geforderten Lamellenstärken von kleiner 50 µm gefertigt werden können.
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Ferner können die Gitterelemente eine Höhe in Projektionsrichtung aufweisen, die das 0,5-fache bis 5-fache, insbesondere das 1-fache bis 3-fache einer kleinsten Breite einer durch die Gitterelemente gebildeten Gitteröffnung in Anordnungsrichtung der Gitterelemente entspricht.
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Es kann vorgesehen sein, dass das Material der Gitterelemente so gewählt ist, dass es einen Glanzgrad aufweist, der durch ein Reflexionsverhalten unter einem Messwinkel von 85° mit einem Reflektometerwert von weniger als 5, vorzugsweise weniger als 3 definiert ist.
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Weiterhin kann das Material der Gitterelemente eine Hitzebiegungstemperatur von 0 - 0,45 MPa bei 130°C bis 160°C aufweisen.
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Gemäß einer Ausführungsform kann das Material der Gitterelemente eine Reißdehnung von 120 bis 250% aufweisen.
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Es kann vorgesehen sein, dass das Material der Gitterelemente ein E-Modul zwischen 2 und 5 GPa aufweist.
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Weiterhin kann das Material der Gitterelemente eine Zugfestigkeit 50 bis 250 MPa aufweisen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt kann die obige Abdeckung für eine Frontscheibenanzeigeeinrichtung für ein Kraftfahrzeug verwendet werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Frontscheibenanzeigeeinrichtung für ein Kraftfahrzeug vorgesehen, umfassend:
- - eine Projektionseinrichtung zum Projizieren eines Projektionsstrahlenbündels für die Darstellung einer Abbildung auf einem Anzeigebereich auf einer Frontscheibe des Kraftfahrzeugs; und
- - die obige Abdeckung, die so an der Projektionseinrichtung angeordnet ist, dass die Abdeckscheibe die Projektionseinrichtung vor Umfeldeinflüssen schützt und dass die Gitterelemente der Gitterstruktur mit ihren Längsrichtungen im Wesentlichen parallel zur Richtung des Projektionsstrahlenbündels ausgerichtet sind.
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Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Kraftfahrzeug vorgesehen, umfassend:
- - eine Oberseite einer Instrumententafel zwischen einer Frontscheibe des Kraftfahrzeugs und einer Lenksäule;
- - die obige Frontscheibenanzeigeeinrichtung, wobei die Abdeckung im Wesentlichen bündig zur Oberseite der Instrumententafel angeordnet ist.
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Figurenliste
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Ausführungsformen werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Querschnittsdarstellung durch eine Frontscheibenanzeigeeinrichtung für ein Kraftfahrzeug; und
- 2 eine Abdeckung für eine Frontscheiben-Anzeigeeinrichtung mit einer wabenförmigen Gitterstruktur.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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1 zeigt schematisch eine Querschnittsdarstellung durch eine Frontscheibenanzeigeeinrichtung 1, wie z.B. ein Head-up-display. Die Frontscheibenanzeigeeinrichtung 1 umfasst eine optische Projektionseinrichtung 2 und eine Abdeckung 3.
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Die Frontscheibenanzeigeeinrichtung 1 ist im Wesentlichen in eine Öffnung 9 in einer Oberseite 8 einer Instrumententafel 7 zwischen einem Lenkrad und einer Frontscheibe 5 so eingesetzt, dass diese im Wesentlichen bündig mit der Oberseite 8 abschließt bzw. an diese angrenzt.
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Die Projektionseinrichtung 2 gibt in geeigneter Weise ein Projektionsstrahlenbündel L aus, der in einer Projektionsrichtung P auf einen Anzeigebereich 4 einer Frontscheibe 5 eines Kraftfahrzeugs gerichtet ist. Die Projektionseinrichtung 2 umfasst in bekannter Weise ein System aus einem oder mehreren Spiegeln 21, ggfs. Linsen (nicht gezeigt) und einem Projektor 22. Ein von dem Projektor 22 ausgegebenes Projektionsbild wird als Projektionsstrahlenbündel L durch den einen oder die mehreren Spiegel 21 in die Projektionsrichtung P ausgerichtet und auf den Anzeigebereich 4 projiziert. Das in dem Anzeigebereich 4 angezeigte Projektionsbild dient zur Darstellung einer Information für einen Fahrer des Kraftfahrzeugs.
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Während üblicherweise zwischen der Projektionseinrichtung 2 und dem Anzeigebereich 4 eine Abdeckscheibe 6 mit einer Krümmung ausgebildet ist, um einfallendes Umgebungslicht auf eine seitlich angeordnete lichtabsorbierende Fläche zu richten, ist nun unmittelbar an der Projektionseinrichtung 2 eine Abdeckscheibe 6 vorgesehen, die die Projektionseinrichtung 2 vor einer Verschmutzung durch zum Beispiel Staubpartikel schützt. Die Abdeckscheibe 6 kann transparent und im Wesentlichen eben ausgebildet sein. Jedoch sind auch beliebig gekrümmte Formen der Abdeckscheibe 6 denkbar.
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Unmittelbar in Richtung der Frontscheibe 5 an die Abdeckscheibe 6 anschließend oder mit geringem Abstand (d.h. einem Abstand von z.B. ca. 1mm bis 20mm) kann ein Abschirmgitter 10 vorgesehen sein, das flächige Gitterelemente 11 aufweist, die sich mit ihrer Höhe E in Projektionsrichtung P des Projektionsstrahlenbündels L erstrecken. Mit anderen Worten können sich die Gitterelemente 11 bezüglich des Projektionsstrahlenbündels L parallel oder im Wesentlichen parallel zu dem Projektionsstrahlenbündel L erstrecken. Die Gitterelemente 11 können separate Elemente sein. Alternativ kann die Gitterstruktur auch einstückig ausgebildet sein.
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Die Höhe E der Gitterelemente 11 in Richtung des Projektionsstrahlenbündel L kann zur Anordnungsrichtung A der Gitterelemente 11 geneigt sein oder senkrecht dazu verlaufen.
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Das Maß der Höhe E der Gitterelemente 11 in Richtung des Projektionsstrahlenbündels L ist abhängig von der Neigung zur Anordnungsrichtung A der Gitterelemente 11 und abhängig von dem Abstand der einzelnen Gitterelemente 11 zueinander bzw. der Größe des zwischen den Gitterelementen 11 gebildeten Gitteröffnungen 14 gewählt. Die Dimensionierung erfolgt so, dass das durch die Gitteröffnungen 14 auf die Abdeckscheibe 6 fallende Umgebungslicht auf eine erste Seitenfläche 12 der Gitterelemente 11 reflektiert wird, wo dieses absorbiert wird.
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Die Gitterelemente 11 können als parallel (flächenparallel) zueinander ausgerichtete Lamellen vorgesehen sein, so dass längliche Gitteröffnungen 14 ausgebildet werden, oder als in Gitterform zueinander ausgerichtete Lamellen zum Ausbilden von rechteckigen Gitteröffnungen 14 vorgesehen sein.
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Insbesondere sind Abstand und Höhe E von als parallele Lamellen ausgebildeten Gitterelementen 11 so gewählt, dass zwischen den Gitterelementen 11 hindurch auf die Abdeckscheibe 6 fallendes Umgebungslicht überwiegend auf eine erste Seitenfläche 12 eines der angrenzenden Gitterelemente 11 reflektiert wird. Die ersten Seitenflächen 12 der Gitterelemente 11 sind lichtabsorbierend, insbesondere mattschwarz ausgebildet, so dass darauf reflektiertes Umgebungslicht möglichst absorbiert wird.
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Insbesondere bei zur Anordnungsrichtung A geneigten Gitterelementen 11 kann eine der ersten Seitenfläche gegenüberliegenden zweite Seitenfläche 13 ebenfalls lichtabsorbierend, insbesondere mattschwarz, ausgebildet sein, um einfallendes Umgebungslicht direkt zu absorbieren und eine Reflektion auf die Frontscheibe 5 zu unterbinden.
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Die Gitterelemente 11 können in einem Gitterrahmen 17 angeordnet sein, dessen Form im Wesentlichen der Form der Vertiefung 18 des Abdeckrahmens 15 entsprechen kann, so dass dieses dort formschlüssig eingesetzt werden kann. Die Gitterelemente 11 sind so in dem Gitterrahmen 17 angeordnet, dass die Gitterelemente 11 sich im Wesentlichen unmittelbar an die Abdeckscheibe 6 anschließen. Die Formgebung der Vertiefung 18 ist so an das Abschirmgitter 10 angepasst, dass bei Einsetzen des Abschirmgitters 10 in die Vertiefung 18 die Gitterelemente 11 so ausgerichtet sind, dass diese parallel zum Projektionsstrahlenbündel L verlaufen.
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Die Gitterelemente 11 bzw. Gitterstrukturen sind aus einem flexiblen bzw. elastischen Material ausgebildet. Insbesondere können als Materialien für die Gitterelemente Gummi, Elastomer, Polyurethan, Polyethylen und dergleichen verwendet werden. Diese Materialien ermöglichen bei Krafteinwirkung eine kurzzeitige Verformung, die sich nach Wegfall der Krafteinwirkung wieder zurückstellt.
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Insbesondere wird das Material für die Gitterelemente 11 schwarz eingefärbt, um ein möglichst geringes Reflexionsverhalten aufzuweisen. Dabei soll ein hohes Rückstellvermögen und geringes Kriechverhalten über den Temperaturbereich von - 40°C bis 115°C eingehalten werden.
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Weiterhin soll das Material so gewählt sein, dass es einen geringen Glanzgrad aufweist, und insbesondere einen Glanzgrad, der mithilfe eines Reflektometers bestimmbar ist. So kann beispielsweise ein Glanzgrad mit einem Reflektometer bestimmt werden. Der Glanzgrad ist insbesondere so vorgesehen, dass das Reflexionsverhalten unter einem Messwinkel von 85° einen Reflektometerwert (Verhältnis zwischen der Stärke des einfallenden Lichts und der Stärke des reflektierten Lichts) von weniger als 5, vorzugsweise weniger als 3 entspricht.
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Vorzugsweise ist das Material der Gitterelemente mit Eigenschaften gewählt, die eine oder mehrere der folgenden Eigenschaften umfassen:
- - Hitzebiegungstemperatur 0 - 0,45 MPa bei 130°C bis 160°C;
- - Reißdehnung von 120 bis 250%
- - E-Modul von 2 bis 5 GPa
- - Zugfestigkeit 50 bis 250 MPa
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In der Ausführungsform der 1 sind die Gitterelemente 11 in Form von parallel angeordneten Lamellen vorgesehen. Die Lamellen können eine Höhe zwischen 5 und 20 mm und/oder einen Abstand in Anordnungsrichtung von 5mm bis 25 mm aufweisen.
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Anstelle von parallel zueinander angeordneten Gitterelementen 11 können auch Gitterelemente bzw. Gitterstrukturen vorgesehen sein, die sich zu vier- oder mehreckigen Gitteröffnungen der Gitterstruktur ergänzen, wobei deren Wandneigungen so ausgelegt sind, dass sie im Wesentlichen parallel zum Projektionsstrahlenbündel L der Projektionseinrichtung 2 verlaufen.
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So ist in 2 beispielsweise eine hexagonale Gitterstruktur gezeigt, die eine sechseckige Gitteröffnung mit einem Durchmesser von 3,5 mm aufweist. Die Gitterstruktur kann einstückig oder durch Fügen von geeigneten Gitterelementen ausgebildet sein. Die Höhe der Gitterelemente der Gitterstruktur kann zwischen 3 und 10 mm, insbesondere zwischen 4mm und 7mm, z.B. 6,5 mm betragen.
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Gitterelemente 11 bzw. Gitterstrukturen, insbesondere hexagonale Gitterstrukturen, können insbesondere aus einem dünnwandigen Aluminiummaterial in günstiger Weise hergestellt werden, insbesondere mit einer sehr geringen Wandstärke von 0,1 bis 0,5 mm.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Frontscheibenanzeigeeinrichtung
- 2
- Projektionseinrichtung
- 3
- Abdeckung
- 4
- Anzeigebereich
- 5
- Frontscheibe
- 6
- Abdeckscheibe
- 7
- Instrumententafel
- 8
- Oberseite
- 9
- Öffnung
- 10
- Abschirmgitter
- 11
- Gitterelement
- 12
- erste Seitenfläche
- 13
- zweite Seitenfläche
- 14
- Gitteröffnung
- 15
- Abdeckrahmen
- 16
- abstehender Rand
- 17
- Gitterrahmen
- 18
- Vertiefung
- 21
- Projektionsspiegel
- 22
- Projektor
- 30
- Gehäuse
- 31
- abstehender Rand
- L
- Projektionsstrahlenbündel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010032998 A1 [0002]
- DE 102014214510 A1 [0005]
