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Die Erfindung betrifft eine Streuscheibe, um Licht, das von einer Lichtquelle stammt, in seiner Intensität zu vergleichmäßigen, soweit das Licht von der Lichtquelle die Streuscheibe durchdringt. Die Erfindung betrifft weiterhin eine lichttechnische Anordnung, die eine Lichtquelle und eine solche Streuscheibe umfasst.
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Streuscheiben finden im Stand der Technik weithin Einsatz, um Licht, das diese durchstrahlt, in seiner Intensität zu vergleichmäßigen. So sind Streuscheiben beispielsweise in lichttechnischen Anordnungen eingesetzt, um das Licht beispielsweise von Leuchtröhren nach dem Passieren der Streuscheibe als homogen erscheinen zu lassen.
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Die Streuscheiben aus dem Stand der Technik haben eine Reihe von Nachteilen, die es zu überwinden gilt. So sind Streuscheiben kompliziert in der Herstellung, basieren auf mitunter schwer beschaffbaren Partikeln, die überdies hohe Kosten verursachen und sind im Hinblick auf die Vergleichmäßigung des sie durchstrahlenden Lichtes manchmal wenig effektiv.
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Hier setzt die Erfindung ein, die es sich zur Aufgabe gemacht hat, eine Streuscheibe anzugeben, die gegenüber dem Stand der Technik verbessert ist. Insbesondere soll die Streuscheibe einen hohen Transmissionsgrad aufweisen und eine nur minimale Farbverschiebungen im Lab-System für Rot-Grün und für Gelb-Blau, um so eine farbreine Lichtvergleichmäßigung hoher Effizienz bereitzustellen.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine lichttechnische Anordnung anzugeben, die neben einer Lichtquelle eine solche Streuscheibe aufweist.
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Die Lösung der Aufgabe, eine Streuscheibe anzugeben, erfolgt gemäß Anspruch 1. Es wurde im Rahmen der vorliegenden Erfindung erkannt, dass eine Streuscheibe zum Vorsetzen vor eine Lichtquelle, die einzelne voreinander beabstandete Leuchtmittel aufweist, wobei die Streuscheiben von dem Licht der Lichtquelle durchstrahlbar ist und das aus der Streuscheibe austretende Licht hochgradig vergleichmäßigt ist, dann besonders vorteilhaft ausgebildet ist, wenn diese eine Matrix umfasst, die aus einem Polymermaterial besteht oder ein solches enthält, in der Partikel aus diesem Polymermaterial in vernetzter Form verteilt sind.
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Die Streuscheibe der vorliegenden Erfindung ist daher insofern sehr vorteilhaft ausgebildet, da diese aus einer Matrix gebildet ist, die aus einem Polymermaterial besteht oder aus ein solches enthält, wobei in der Matrix Partikel aus dem Polymermaterial der Matrix in vernetzter Form verteilt sind. Es ist auf diese Weise möglich, ohne großen Aufwand eine solche Streuscheibe zur Verfügung zu stellen.
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In einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung hat sich gezeigt, dass die Streuscheibe dann sehr günstig ausgebildet ist, wenn das Polymermaterial in der Matrix ausgewählt ist aus den Werkstoffen, die im Wellenlängenbereich des Lichts von 380 bis 780 nm transparent sind und einen Transmissionsgrad von > 80 % nach DNI EN 410 aufweisen.
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Werkstoffe, die im genannten Wellenlängenbereich des Lichts transparent sind und den vorstehend angegebenen Transmissionsgrad aufweisen, sind besonders günstig geeignet, um daraus die Streuscheibe der vorliegenden Erfindung zu bilden.
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Streuscheiben aus diesem Polymermaterial sind in ganz besonders günstiger Weise geeignet, das sie durchstrahlende Licht hochgradig zu vergleichmäßigen.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung hat es sich als sehr günstig erwiesen, wenn vorgesehen ist, dass das Polymermaterial aus Werkstoffen, umfassend Polycarbonate, Polymethyl(meth)acrylate, Acrylatharze, Polystyrol, Cycloolefin-Copolymere, Polyamide, Polyurethane, Polyethylenterephthalat, Polybutylenterephthalat und Stryrol-Methyl(meth)acrylate, ausgewählt ist.
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Die vorstehend genannten Materialien sind ganz besonders gut dafür geeignet, daraus eine Streuscheibe gemäß vorliegender Erfindung zu bilden.
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Die in der Matrix aus Polymermaterial verteilten Partikel aus vernetztem Polymermaterial weisen einen Vernetzungsgrad von > 20 %, bevorzugt von > 40 % und besonders bevorzugt von 40 bis 80 % auf.
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Die Partikel aus dem vernetzten Polymermaterial zeigen einen im Vergleich zum unvernetzten Polymermaterial der Matrix geringfügig anderen Prägungsindex auf, der dafür verantwortlich ist, dass Licht, das in die Streuscheibe eingestrahlt wird, in seiner Intensität beim Austritt aus der Streuscheibe vergleichmäßigt ist.
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Der geringe Brechungsunterschied zwischen dem vernetzten Polymermaterial und dem unvernetzten Polymermaterial der Matrix ist bei den vorgenannten Vernetzungsgraden besonders günstig, um diese Vergleichmäßigung der Lichtintensität zu erreichen.
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Es hat sich bei der vorliegenden Erfindung aus überaus günstig erwiesen, wenn vorgesehen ist, dass die Partikel aus dem vernetzten Polymermaterial eine sphärische und / oder eine ellipsoide und / oder eine stäbchenförmige und / oder eine plättchenförmige und / oder eine polyedrische Form aufweisen.
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Partikel dieser Form können durch Emulsions- und / oder Suspensionspolymerisation und / oder durch 3D-Druck und / oder durch Mahlprozesse und / oder durch Schneidprozesse und / oder durch Gießprozesse hergestellt werden.
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Partikel, die die vorgenannten Formen aufweisen, können sich für den Einsatz in einer Streuscheibe im Rahmen der vorliegenden Erfindung als besonders effektiv erweisen.
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Die Oberfläche der Partikel kann eine glatte und / oder eine rauhe und / oder eine mikrorauhe und / oder eine mikrostrukturierte und / oder eine texturierte Oberfläche und / oder eine Kombination der vorstehend genannten aufweisen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Größe der Partikel aus dem vernetzten Polymermaterial ≥ 100 µm und ≤ 1000 µm betragen.
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Partikel aus dem vernetzten Polymermaterial in der vorgenannten Größenordnung können in der Matrix aus unvernetztem Polymermaterial in besonders günstiger Weise verteilt werden und zeigen eine hohe Effektivität bei der Vergleichmäßigung der Lichtintensität.
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Es hat sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung als günstig herausgestellt, wenn die Partikel aus dem vernetzten Polymermaterial in der Matrix aus Polymermaterial homogen oder nicht homogen verteilt sind.
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Bei einer homogenen Verteilung der Partikel in der Matrix sind diese in etwa an allen Stellen der Streuscheibe in gleicher Konzentration vorhanden und tragen so zu einer sehr gleichmäßigen Lichtstreuung bei.
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In einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Partikel in der Matrix nicht homogen verteilt. Hierbei kann ein Konzentrationsgradient vorgesehen sein, sodass beispielsweise an einer Seite oder an einer Fläche oder an einer Kante oder in einer Schichtlage der Streuscheibe eine höhere Konzentration an Partikeln vorliegt, als an einer anderen Seite, Fläche oder Kante oder in einer anderen Schichtlage. Hierdurch können besondere Effekte erzielt werden, weil dann die Streueigenschaften der Streuscheibe örtlich unterschiedlich sind.
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Die Streuscheibe der vorliegenden Erfindung kann im Rahmen eines Extrusionsprozesses oder / oder Koextrusionsprozesses und / oder eines Spritzgussprozesses und / oder eines Thermoformprozesses und / oder eines Gießprozesses hergestellt sein.
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Bevorzugt sind in diesem Zusammenhang der Extrusionsprozess und / oder der Spritzgussprozess, wenn Streuscheiben benötigt werden, die beispielsweise eine große Länge bei einer schmalen Breite aufweisen oder solche, die in etwa quadratisch ausgebildet sind und in hoher Stückzahl benötigt werden.
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Alternativ ist es auch möglich, dass die Streuscheibe unter Verwendung eines generativen Fertigungsverfahrens, insbesondere einstückig, beispielsweise durch ein 3-D-Druckverfahren, hergestellt ist.
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Hierzu kann mit Vorteil ein datenverarbeitungsmaschinenlesbares dreidimensionales Modell für die Herstellung genutzt werden.
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Die Erfindung umfasst auch ein Verfahren zur Erzeugung eines datenverarbeitungsmaschinenlesbaren dreidimensionalen Modells zur Verwendung in einem Herstellungsverfahren für derartige Streuscheiben. Hierbei umfasst das Verfahren insbesondere auch die Eingabe von Daten, die derartige Streuscheiben darstellen, in eine Datenverarbeitungsmaschine und die Nutzung der Daten, um derartige Streuscheiben als dreidimensionales Modell darzustellen, wobei das dreidimensionale Modell geeignet ist zur Nutzung bei der Herstellung derartige Streuscheiben. Ebenfalls umfasst ist bei dem Verfahren eine Technik, bei der die eingegebene Daten eines oder mehrerer 3D-Scanner, die entweder auf Berührung oder berührungslos funktionieren, wobei bei letzteren Energie auf die Streuscheibe abgegeben wird und die reflektierte Energie empfangen wird, und wobei ein virtuelles dreidimensionales Modell der Streuscheibe unter Verwendung einer Computer-unterstützten Design-Software erzeugt wird.
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Die erfindungsgemäße Streuscheibe zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass diese einen Transmissionsindex nach DIN EN 410 (in Anlehnung) von > 80 % und einen Gelbindex nach ASTM D1925 von > 2.5 aufweist.
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Die erfindungsgemäße Streuscheibe ist gegenüber solchen aus dem Stand der Technik verbessert, indem der Term TG – ALH – GI > 76 ist, wobei TG der Transmissionsgrad nach DIN EN 410 (in Anlehnung), ALH der Abstand der Streuscheibe zum LED-Band in cm und GI der Gelbindex nach ASTM D1925 ist.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine lichttechnische Anordnung anzugeben, erfährt ihre Lösung in Anspruch 9. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde erkannt, dass eine lichttechnische Anordnung sehr vorteilhaft zur Verfügung gestellt werden kann, wenn diese wenigstens eine Lichtquelle und wenigstens eine Streuscheibe – wie vorstehend beschrieben – umfasst. Eine solche lichttechnische Anordnung weist eine gleichmäßige Lichtabstrahlung auf.
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In einer bevorzugten Ausführung der lichttechnischen Anordnung kann die Lichtquelle als LED (lichtemittierende Diode), als LED-Band oder als Röhre ausgebildet sein oder einzelne OLED-Flächenelemente (Organische Leuchtdiode) enthalten. Lichttechnische Anordnungen mit den vorstehend genannten Lichtquellen sind für Beleuchtungszwecke besonders bevorzugt.
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Anwendung findet die Streuscheibe zum Vorsetzen vor Lichtquellen, um das aus den Lichtquellen austretende Licht in seiner Intensität zu vergleichmäßigen. Hierzu durchstrahlt das Licht der Lichtquelle die Streuscheibe.
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Die lichttechnische Anordnung findet in vielfältiger Ausgestaltung als Leuchte Verwendung, um damit Räume, Objekte, Innen- und Außenbereiche und dergleichen zu beleuchten bzw. mit Licht zu versorgen.
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Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung:
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Stand der Technik
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Eine Streuscheibe aus Polycarbonat, die < 0,1 Gew.-% Streupartikel der Größe 10 µm (Mikrometer) aus Silikat enthält und 1,55 mm dick ist, vergleichmäßigt das Licht eines LED-Bandes, bei dem jeweils benachbarte LED’s einen Abstand von 8 mm aufweisen, bei einem Abstand der Streuscheibe zum LED-Band von 3 cm bei visueller Beurteilung (keine punktförmigen LED-Einzellichtquellen mehr erkennbar). Der Transmissionsgrad nach DIN EN 410 (in Anlehnung) der Streuscheibe beträgt 70 %. Die Rot-Grün-Farbverschiebung im Lab-Farbraum nach DIN EN 11664-4 beträgt a* = 1.76, die Gelb-Blau-Farbverschiebung b* = –1,65.
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Erfindungsgemäße Streuscheiben
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- 1. Eine Streuscheibe aus Polymethylmethacrylat, die 20 Gew.-% Polymethylmethacrylat-Streupartikel mit einem Vernetzungsgrad von > 60 % und einer mittleren Partikelgröße von 300 bis 800 µm (Mikrometer) enthält und 1,10 mm dick ist, vergleichmäßigt das Licht eines LED-Bandes, bei dem jeweils benachbarte LED’s einen Abstand von 8 mm aufweisen, bei einem Abstand der Streuscheibe zum LED-Band von 2,5 cm bei visueller Beurteilung (keine punktförmigen LED-Einzellichtquellen mehr erkennbar). Der Transmissionsgrad nach DIN EN 410 (in Anlehnung) der Streuscheibe beträgt 82,2 %. Der Gelbindex nach ASTM D1925 beträgt 1,88. Die Rot-Grün-Farbverschiebung im Lab-Farbraum nach DIN EN 11664-4 beträgt a* = 0,11, die Gelb-Blau-Farbverschiebung b* = 0,79.
- 2. Eine Streuscheibe aus Polymethylmethacrylat, die 20 Gew.-% Polymethylmethacrylat-Streupartikel mit einem Vernetzungsgrad von > 60 % und einer mittleren Partikelgröße von 100 µm (Mikrometer) enthält und 1,38 mm dick ist, vergleichmäßigt das Licht eines LED-Bandes, bei dem jeweils benachbarte LED’s einen Abstand von 8 mm aufweisen, bei einem Abstand der Streuscheibe zum LED-Band von 3,5 cm bei visueller Beurteilung (keine punktförmigen LED-Einzellichtquellen mehr erkennbar). Der Transmissionsgrad nach DIN EN 410 (in Anlehnung) der Streuscheibe beträgt 82,1 % %. Der Gelbindex nach ASTM D1925 beträgt 2,15. Die Rot-Grün-Farbverschiebung im Lab-Farbraum nach DIN EN 11664-4 beträgt a* = 0,07, die Gelb-Blau-Farbverschiebung b* = 0,94.
- 3. Eine Streuscheibe aus Polymethylmethacrylat, die 10 Gew.-% Polymethylmethacrylat-Streupartikel mit einem Vernetzungsgrad von > 60 % und einer mittleren Partikelgröße von 100 µm (Mikrometer) und 10 Gew.-% Polymethylmethacrylat-Streupartikel mit einem Vernetzungsgrad von > 60 % und einer mittleren Partikelgröße von 300 bis 800 µm (Mikrometer) enthält und 1,46 mm dick ist, vergleichmäßigt das Licht eines LED-Bandes, bei dem jeweils benachbarte LED’s einen Abstand von 8 mm aufweisen, bei einem Abstand der Streuscheibe zum LED-Band von 4,0 cm bei visueller Beurteilung (keine punktförmigen LED-Einzellichtquellen mehr erkennbar). Der Transmissionsgrad nach DIN EN 410 (in Anlehnung) der Streuscheibe beträgt 82,9 %. Der Gelbindex nach ASTM D1925 beträgt 2,15. Die Rot-Grün-Farbverschiebung im Lab-Farbraum nach DIN EN 11664-4 beträgt a* = 0,03, die Gelb-Blau-Farbverschiebung b* = 0,96.
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Daraus ergibt sich der große Vorteil der vorliegenden Erfindung.
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Es kann dadurch eine Streuscheibe zur Verfügung gestellt werden, die einen Transmissionsgrad von größer 75 % aufweist mit Farbverschiebungen im Lab-System für Rot-Grün a* und für Gelb-Blau b* von kleiner 0,2.
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Eine solche erfindungsgemäße Streuscheibe ist gegenüber dem Stand der Technik wesentlich verbessert, was durch die oben dargestellten Messergebnisse gezeigt ist.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Figuren und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Figuren dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Hierzu zeigt:
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1: eine schematische Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Streuscheibe;
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2: eine schematische Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen lichttechnischen Anordnung mit einer Streuscheibe.
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In 1 ist in einer schematischen Querschnittsansicht eine Streuscheibe 1 gemäß vorliegender Erfindung gezeigt. Der Querschnitt der Streuscheibe 1 ist etwa rechteckig. Die Streuscheibe 1 weist eine erste Fläche 4 und eine zweite Fläche 5 auf, die etwa einander gegenüberliegen und etwa parallel zueinander angeordnet sind.
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Die erste Fläche 4 und die zweite Fläche 5 der Streuscheibe 1 sind glatt ausgeführt, insbesondere weisen diese nur eine sehr geringe Rauigkeit auf. Dies kann erreicht werden, indem die erste Fläche 4 und die zweite Fläche 5 der Streuscheibe 1 beispielsweise in einem Spritzgusswerkzeug an einer entsprechenden hochglanzpolierten Fläche des Werkzeugs erzeugt werden oder indem beispielsweise die erste Fläche 4 und die zweite Fläche 5 der Streuscheibe 1 in einem Polierprozess bearbeitet werden, bis diese hochglanzpoliert sind.
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Die Flächen können aber auch rauh bzw. wellig bzw. strukturiert sein. Dies kann aufgrund von Designanforderungen oder Anforderungen bezüglich der Haptik erforderlich sein. Eine Strukturierung kann auch auf Grund der Partikel ausgebildet sein. Glatte Oberflächen können auch durch zusätzliche Koextrusionsschichten gebildet sein, wobei eine Schicht mit Streupartikel als Zwischenschicht vorgesehen ist.
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Die Streuscheibe 1 weist eine Matrix 2 auf. Die Matrix 2 der Streuscheibe 1 besteht aus einem Polymermaterial oder enthält ein solches. Bevorzugt ist in diesem Zusammenhang, wenn die Matrix 2 der Streuscheibe 1 aus einem Polycarbonat oder einem Polymethyl(meth)acrylat gebildet ist.
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In der Matrix 2 der Streuscheibe 1 sind Partikel 3 verteilt. Die Verteilung der Partikel 3 in der Matrix 2 der Streuscheibe 1 ist dabei homogen, d.h. die Konzentration der Partikel 3 in der Matrix 2 der Streuscheibe 1 ist an allen Stellen der Streuscheibe 1 etwa gleich groß.
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Die Partikel 3 sind aus dem Polymermaterial, aus dem die Matrix 2 besteht oder das in der Matrix 2 enthalten ist, in vernetzter Form. Der Vernetzungsgrad des vernetzten Polymermaterials der Partikel 3 beträgt im vorliegenden Fall 50 %.
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Die Partikel 3 aus dem vernetzten Polymermaterial weisen eine sphärische Form auf. Die Größe der Partikel 3 aus dem vernetzten Polymermaterial beträgt 250 µm. Die Streuscheibe 1 ist in einem Spritzgussprozess oder in einem Extrusionsprozess gebildet.
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Es sei hier festgehalten, dass in den Figuren gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bezeichnungen versehen sind, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf gleich Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bezeichnungen übertragen werden können.
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In der 2 ist in einer schematischen Querschnittsansicht eine lichttechnische Anordnung gemäß vorliegender Erfindung gezeigt, die eine Streuscheibe 1 aufweist. Die Bezugszeichen in der 2 entsprechen denen aus 1.
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Die Streuscheibe 1 weist einen etwa rechteckigen Querschnitt auf, wobei die Matrix 2 der Streuscheibe 1 aus einem Polymermaterial besteht oder ein solches enthält, in dem Partikel 3 aus diesem Polymermaterial in vernetzter Form vorliegen. Die Verteilung der Partikel 3 in der Matrix 2 der Streuscheibe 1 ist homogen.
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In der 2 ist weiter gezeigt, dass die Streuscheibe 1 eine erste Fläche 4 und eine zweite Fläche 5 aufweist, wobei die erste Fläche 4 und die zweite Fläche 5 einander etwa gegenüberliegen und etwa parallel zueinander ausgerichtet sind.
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Weiter ist in der 2 eine Lichtquelle 6 gezeigt, die als LED (lichtemittierende Diode) ausgebildet ist. Aus der Lichtquelle 6 werden Lichtstrahlen 7 ausgesandt, die zueinander divergieren, d.h. die von einem Punkt von einer Fläche in verschiedene Richtungen ausgesandt werden.
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Die Lichtstrahlen 7, die aus der Lichtquelle 6 ausgesandt werden, treffen auf die erste Fläche 4 der Streuscheibe 1 und dringen in die Matrix 2 der Streuscheibe 1 ein.
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An einem Partikel 3 in der Matrix 2 der Streuscheibe 1 werden die Lichtstrahlen 7 gestreut und treten an der zweiten Fläche 5 der Streuscheibe 1 aus. Die austretenden Lichtstrahlen 7‘ haben beim Austritt aus der Streuscheibe 1 eine Richtungsänderung erfahren und sind gemäß 2 in metallisierter Form parallel zueinander ausgerichtet.
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Auf diese Weise ist das aus der zweiten Fläche 5 der Streuscheibe 1 austretende Licht hinsichtlich seiner Intensität stark vergleichmäßigt.
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Es versteht sich von selbst, dass die lichttechnische Anordnung 8 beispielsweise um ein hier nicht gezeigtes Gehäuse, um hier nicht gezeigte Befestigungselemente und beispielsweise um hier nicht gezeigte Stromversorgungen für die Lichtquelle 6 erweiterbar ist.
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Ebenso ist durch die Erfindung umfasst, dass die Streuscheibe 1 beispielsweise an der ersten Fläche 4 und / oder an der zweiten Fläche 5 Schichten aufweist, die beispielsweise als Schutzschichten, als Farbfilter oder zu andern Zwecken ausgebildet sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Streuscheibe
- 2
- Matrix
- 3
- Partikel
- 4
- erste Fläche
- 5
- zweite Fläche
- 6
- Lichtquelle
- 7, 7‘
- Lichtstrahl
- 8
- lichttechnische Anordnung
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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 Nicht-Patentliteratur
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- DNI EN 410 [0008]
- DIN EN 410 [0030]
- ASTM D1925 [0030]
- DIN EN 410 [0031]
- ASTM D1925 [0031]
- DIN EN 410 [0037]
- DIN EN 11664-4 [0037]
- DIN EN 410 [0037]
- ASTM D1925 [0037]
- DIN EN 11664-4 [0037]
- DIN EN 410 [0037]
- ASTM D1925 [0037]
- DIN EN 11664-4 [0037]
- DIN EN 410 [0037]
- ASTM D1925 [0037]
- DIN EN 11664-4 [0037]
