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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lichtscheibe für eine Fahrzeugleuchte mit einer Außenseite und einer Innenseite, einem integrierten Reflektor und einem auf der Innenseite ausgebildeten Vorsprung, insbesondere einem Steg, zum Befestigen der Lichtscheibe an einem Gehäuse der Fahrzeugleuchte. Außerdem betrifft die Erfindung eine Fahrzeugleuchte mit einer solchen Lichtscheibe sowie ein Fahrzeug mit einer solchen Fahrzeugleuchte.
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Lichtscheiben mit integrierten Rückstrahlern eignen sich bevorzugt für Multifunktionsleuchten für Fahrzeuge. Diese stellen mehrere Lichtfunktionen über ein Leuchtmodul bereit. Für Rückleuchten sind beispielweise sogenannte SBBR-Leuchten bekannt, die die Ständlicht-Bremslicht- Blinklicht- und Rücklichtfunktion in einer Fahrzeugleuchte vereinen. Auf diese Weise lassen sich durch die Reduzierung der Bauteile auch eine. Reduzierung der Fertigungs-und ggf. Wartungskosten erreichen.
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Die Bereitstellung einer Rückstrahlfunktion über die Lichtscheibe hat dabei noch den Vorteil, dass im Leuchtenkörper selber keine Flächen für Rückstrahlelemente vorgesehen werden müssen. Dazu wird beispielsweise die Innenseite der Lichtscheibe mit einem Zackenprofil versehen, sodass von außen auf die Lichtscheibe auftreffendes . Licht an der Luft-Lichtscheiben-Grenzfläche durch Totalreflexion in entgegengesetzte Richtung reflektiert wird. Die Lichtscheibe ist für Licht aus dem Inneren der Fahrzeugleuchte durchlässig, weil sich durch die Umkehrung der optischen Einfallsrichtung eine Brechung zum Lot ergibt. Ein auf diese Weise bereitgestellter Rückstrahler eröffnet weitere Freiheiten im Design der Fahrzeugleuchte.
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An der Lichtscheibe ist beispielsweise ein nach innen gerichteter . Steg ausgebildet, mit dem die Lichtscheibe derart mit dem Leuchtengehäuse z.B. durch Kleben oder Schweißen verbindbar ist, dass zwischen dem Rand der Lichtscheibe und den angrenzenden Fahrzeugteilen die Spaltbreite möglichst klein wird. Dies verbessert nicht nur die ästhetische Anmutung des Fahrzeugs, sondern stellt auch sicher, dass weniger Staub und Feuchtigkeit über den Spalt eindringen kann.
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Bei derartigen Lösungen hat es sich jedoch als nachteilig herausgestellt, dass die. Verbindungsstellen von vorne durch die Lichtscheibe sichtbar sind und dass bei dem Rückstrahler an den Stellen, an denen der Steg nach innen ragt, das Zackenprofil unterbrochen werden muss. Ferner würde das so ausgebildete Zackenprofil am Rande der Lichtscheibe als unsauberer Grat wahrgenommen. Dieses Problem ist in der 5 näher dargestellt. Eine Lichtscheibe 1' ist aus einem lichtbrechenden Kunststoff so geformt, dass die Oberfläche der Außenseite 2' glatt und die Oberfläche der Innenseite 3' zackig verläuft. Die Zacken bilden mit senkrecht auf die Lichtscheibe auftreffendem Licht 7' einen 45°-Winkel, sodass an der Innenseite 3', die eine Kunststoff-Luft-Grenzfläche bildet, eine zweimalige Totalreflexion erfolgt und der Lichtstrahl in entgegengesetzte Richtung reflektiert wird. Auf diese Weise wird ein Rückstrahler 17' bereitgestellt. Die Lichtscheibe 1' weist aber Befestigungspunkte für das Befestigen an einem Leuchtengehäuse 9' auf, die als Stege 4' ausgebildet sind. An diesen Stellen kann auf der Innenseite 3' keine Zackenstruktur ausgebildet sein. Der Rückstrahler 17' kann somit nicht durchgehend bis an den Rand 8' der Lichtscheibe 1' ausgebildet werden, wodurch sich zwischen der Reflexionsfläche und einem ümliegenden Karosserieteil ein reflexionsfreier Streifen ausbildet. Dieser wird als optisch störend empfunden werden, zumal die Stege 4' von außen teilweise sichtbar sind.
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Die
DE 10 2004 062 919 A1 beschreibt einen Rückstrahler für Fahrzeuge, in dem zwischen einem Träger und einer Lichtscheibe Rückstrahlelemente vorgesehen sind, die vorzugsweise mittels Spritzgussverfahren aus Kunststoff gefertigt sind. Die Rückstrahlelemente bilden dabei einen gezackten Hohlkörper, an deren Innenseiten Reflexionsflächen gebildet werden. Diese weisen idealerweise einen Winkel von 45° gegenüber senkrecht einfallendem Licht auf, um dieses durch zweimalige Totalreflexion in entgegengesetzte Richtung zu reflektieren. Die Außenseite der Rückstrahlelemente ist mit einer aus demselben Kunststoff hergestellten Deckschicht überzogen, die die Zwischenräume benachbarter Rückstrahlelemente ausfüllt. Nachteilig an dieser Lösung ist jedoch, dass der Schichtaufbau aufwendig ist und durch den Hohlraum bedingt die Lichtscheibe bei vergleichbarer Stabilität relativ dick ausgebildet werdenmuss.
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Aus der
EP 0 485 818 B1 ist ein Scheinwerfer bekannt, der z. B. bei einer Lichtanlage eines Fahrrades eingesetzt wird. Der Scheinwerfer weist eine Streuscheibe aus Kunststoff auf, die mit einem nach vorn gerichteten Reflektorring versehen ist. Dieser Reflektorring besitzt auf der Rückseite eine Reflektorstruktur. Er ist außerdem mit einem Signalring verschweißt, durch den seitlich Streulicht austreten kann.
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Schließlich ist aus der
DE 1 101 985 A eine Leuchte bekannt, die einen kranzartigen Rückstrahler aufweist. Dabei werden die Rückstrahlelemente von der Randzone des Leuchtenfensters. übergriffen.
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Es ist die -Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lichtscheibe für eine Fahrzeugleuchte der eingangs genannten Art sowie eine Fahrzeugleuchte mit einer solchen Lichtscheibe anzugeben, welche einfach und kostengünstig herzustellen ist und bei welcher sich die Reflexionsflächen flexibel, insbesondere im Randbereich der Lichtscheibe, anordnen lassen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Lichtscheibe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch eine Fahrzeugleuchte mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Die erfindungsgemäße Lichtscheibe ist dadurch gekennzeichnet, dass der integrierte Rückstrahler dadurch gebildet wird, dass die Lichtscheibe in Richtung der Außenseite vor dem Vorsprung zumindest zwei durch eine Grenzfläche sich berührende Materialschichten umfasst, wobei die außen liegende Materialschicht einen größeren optischen Brechungsindex aufweist als die innen liegende Materialschicht und die Grenzfläche so gebildet ist, dass auf die Außenseite auf die Lichtscheibe auftreffendes Licht bei der Grenzfläche wenigstens teilweise durch Totalreflektion reflektiert wird.Auf diese Weise kann nicht nur der zur Verbindung mit dem Leuchtengehäuse nötige Vorsprung visuell kaschiert werden, sondern der Rückstrahler auch. unabhängig von der Position des Vorsprungs angeordnet werden. Bei dem Vorsprung handelt, es sich insbesondere um einen Steg zum Befestigen der Lichtscheibe an dem Gehäuse der Fahrzeugleuchte. Bei der erfindungsgemäßen Lichtscheibe ist die Reflektorfläche des Rückstrahlers vorteilhafterweise direkt vor dem Steg angeordnet, so dass der Steg von außen nicht sichtbar ist.
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Die Lichtscheibe kann dabei als einfach herzustellendes Austauschteil gefertigt werden und weist durch die zwei aufeinander liegenden Schichten eine hohe mechanische Stabilität auf. Die Lichtscheibe kann bauartbedingt in einfacher Weise für verschiedene Fahrzeugleuchten angepasst werden, weshalb sie sich auch zum Nachrüsten bereits existierender Leuchtentypen eignet. Die lichtbrechende Grenzschicht ist dabei beidseitig von einer Materialschicht geschützt und kann bei ihrer Handhabung, z.B. während des Einsetzens der Lichtscheibe an das Gehäuse der Fahrzeugleuchte, nicht versehentlich verkratzt werden.
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Je nach Abstimmung der Materialwahl zwischen der innen und außen liegenden Materialschicht kann sich hierbei bereits durch eine zweifache Totalreflexion ein in entgegengesetzter Richtung reflektierter Lichtstrahl ergeben. Bei geringeren Unterschieden der Brechungsindizes beider Materialschichten kann ggf. eine direkte Reflexion in die Richtung eines Betrachters ausbleiben, wobei jedoch immer noch Streulicht aus anderen Richtungen in die Richtung des Betrachters reflektiert werden kann.
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In einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lichtscheibe bildet die Grenzfläche abschnittsweise einen solchen Winkel mit der Flächennormalen der Lichtscheibe, sodass ein senkrecht auf die Lichtscheibe auftreffender Lichtstrahl durch mindestens drei Totalreflexionen in die entgegengesetzte Richtung reflektiert wird. Hierdurch wird die Grenzfläche an das Verhältnis der Brechungsindizes der beiden Materialschichten angepasst. Insbesondere strahlt durch eine Mehrfachreflexion mit mindestens drei Totalreflexionen der Rückstrahler vorteilhafterweise auch dann in die entgegengesetzte Richtung zurück, wenn das Verhältnis der Brechungsindizes kleiner als 1,41 ist. Unterhalb dieses. Verhältnisses ist eine Totalreflexion unter einem Eintrittswinkel von 45° nicht mehr möglich.
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Die Grenzschicht ist beispielsweise als Halbprofil eines Polygonzugs ausgestaltet, an dessen Seitenflächen ein einfallender Lichtstrahl mehrmals um denselben Winkel totalreflektiert wird, bis sich dieser zu 180° summiert. Geeignet wären hier neben einer an sich bekannten Zackenstruktur insbesondere eine Sechseckstruktur mit einer dreimaligen 60°-Reflexion und eine Achteckstruktur mit einer viermaligen 45°-Reflexion. Alternativ können auch gekrümmte Grenzflächen zum Einsatz kommen.
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Durch die Verwendung zweier Materialschichten mit unterschiedlichen Brechungsindizes wird die Voraussetzung geschaffen, dass die äußere Oberfläche der außen liegenden Materialschicht und/oderdie innere Oberfläche der nach innen liegenden Materialschicht glatt sind, d.h. dass die Oberfläche keine kleinräumigen Strukturen größer einer bestimmten Toleranz aufweisen. Die Lichtscheibe kann dabei selber beispielsweise gewölbt sein. Eine glatte Oberfläche beugt Verschmutzungen der Lichtscheibe vor und die Lichtscheibe kann im Falle einer Verschmutzung leichter gereinigt werden. Ferner wird durch eine glatte Oberfläche die ästhetische Wahrnehmung der Fahrzeugleuchte verbessert.
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Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung sind die außen liegende und innen liegende Materiaischicht aus zwei verschiedenen transparenten Kunststoffen gebildet. Für die Materialwahl bieten sich verschiedene, leicht und kostengünstig zu verarbeitende Kunststoffe unterschiedlicher Brechungsindizes an, z.B. Polycarbonate (PC) und Polymethylmethacrylat (PMMA) an. Diese werden beispielsweise durch Spritzgießen nach an sich bekannter Art in zwei Verfahrensschritten aufeinander gegossen. Die konkrete Materialwahl wird sich je nach Anwendungsbereich nach den mechanischen, thermischen und optischen Eigenschaften der verwendeten Materialien richten. Hier ist insbesondere ein Kompromiss zwischen einem möglichst großen Unterschied der Brechungsindizes einerseits und den thermischen Ausdehnungskoeffizienten im Temperaturbereich während des Herstellungsprozesses und während des Betriebs der Fahrzeugleuchte zu finden.
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In einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lichtscheibe ist der Rückstrahler in der Lichtscheibe bis zum Rand ausgebildet. Eine solche Ausgestaltung wird durch die erfindungsgemäße Anordnung des Rückstrahlers in der Lichtscheibe unterstützt und bietet eine verbesserte Reflexionswirkung, weil der Randbereich der Lichtscheibe für eine Rückstrahlfunktion mit benutzbar ist. Außerdem ergeben sich Freiheiten im Design der Fahrzeugleuchten.
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Der Rückstrahler ist beispielsweise flächig auf der Lichtscheibe angeordnet. Er bildet z.B. einen umlaufenden, z. B. ringförmigen, Rückstrahler in der Lichtscheibe. Alternativ sind nur einzelne Bereiche auf der Lichtscheibe mit dem Rückstrahler ausgestattet, wobei durch Ausnutzung der Verfügbarkeit des Randes der Rückstrahler eine relativ große Ausdehnung erhalten kann.
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Vorteilhafterweise sind der Vorsprung und die innen liegende Materialschicht einstückig aus demselben Material ausgebildet sind. Dies erlaubt eine einfache und kostengünstige Herstellung der Lichtscheibe.
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Die erfindungsgemäße Fahrzeugleuchte weist ein Gehäuse und wenigstens eine darin angeordnete Lichtquelle auf und ist dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse mit der erfindungsgemäßen Lichtscheibe abgedeckt ist. Die Verwendung der erfindungsgemäßen Lichtscheibe für Fahrzeugleuchten ist vorteilhaft, weil im Fahrzeugbau, insbesondere beim Bau von Personenkraftfahrzeugen, die Designfreiheit einen hohen Stellenwert hat. Außerdem kann die erfindungsgemäße Lichtscheibe dabei für eine verbesserte. Reflexionswirkung sorgen und somit einen Beitrag für die Verkehrssicherheit liefern.
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In einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Fahrzeugleuchte ist die Lichtscheibe mittels des Vorsprungs, insbesondere mittels des Stegs, auf der Innenseite der Lichtscheibe mit dem Gehäuse der Fahrzeugleuchte verbunden, wobei der Vorsprung bzw. Steg mit einem Gegensteg am Gehäuse verschweißt oder verklebt ist. Hierbei können die Klebe- oder Schweißstellen von dem Rückstrahler bei Betrachtung von außen verdeckt werden, wodurch die ästhetische Wirkung verbessert wird.
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Die erfindungsgemäße Fahrzeugleuchte kann vorteilhafterweise eine Heckleuchte, insbesondere eine Mültifunktionsheckleuchte mit einer Vielzahl von Lichtfunktionen sein. Neben der Rückstrahlfunktion umfasst diese Multifunktionsleuchte in einer Ausgestaltung als sogenannte SBBR-Leuchte mit einem Standlicht, einem Bremslicht, einem Blinklicht und einem Rücklicht alle wesentlichen Rücklichtfunktionen eines Kraftfahrzeugs.
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Erfindungsgemäß ist außerdem ein Fahrzeug mit einer zuvor genannten Fahrzeugleuchte ausgestattet, wobei der Rückstrahler direkt an ein Karosserieteil des Fahrzeugs angrenzt. Der Rückstrahler grenzt z.B. direkt an eine Fuge vom Stoßfänger oder Kotflügel an. Hierdurch wird die Fahrzeugleuchte optisch noch besser in das Fahrzeug integriert.
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Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug zu den Figuren näher erläutert.
- 1 zeigt schematisch den Aufbau einer Fahrzeugleuchte mit einer Lichtscheibe gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in einem Seitenriss,
- 2 zeigt schematisch einen Querschnitt durch eine Lichtscheibe gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
- 3 zeigt schematisch einen Detailausschnitt der Grenzfläche zwischen zwei Materialschichten der Lichtscheibe gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
- 4 zeigt ein Fährzeug mit einer Multifunktionsrückleuchte gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung und
- 5 zeigt schematisch einen Querschnitt durch eine aus dem Stand der Technik bekannte Lichtscheibe, die eine Fahrzeugleuchte abdeckt..
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In der 1 ist schematisch der Aufbau einer Fahrzeugleuchte 12 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in einem Seitenriss dargestellt. Die Fahrzeugleuchte 12 umfasst ein Gehäuse 9, in dem in einem Reflektor eine Lichtquelle 10 angeordnet ist. Es kann sich um eine beliebige, nach dem Stand der Technik bekannte Lichtquelle 10 handeln, z.B. eine Glühlampe, eine Halogenlampe, eine Leuchtdiode oder eine Matrix von Leuchtdioden. In dem Gehäuse 9 sind gemäß einer Ausführungsform mehrere Lichtquellen 10 angeordnet, - die verschiedene Lichtfunktionen unabhängig voneinander bereitstellen.
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Das Gehäuse 9 ist in der Öffnung in einer Fahrzeugkarosserie angeordnet, sodass es an einzelne Karosserieteile 11 angrenzt. Das Gehäuse 9 ist ferner mit einer erfindungsgemäßen Lichtscheibe 1 abgedeckt, wie diese im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben wird..
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In der 2 ist schematisch ein Querschnitt durch eine Lichtscheibe 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Lichtscheibe. 1 ist freiförmig leicht nach außen gewölbt. Sie deckt das Gehäuse 9 einer zuvor beschriebenen Fahrzeugleuchte 12ab und grenzt direkt an ein benachbartes Karosserieteil 11 an.
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In die Lichtscheibe
1 ist ein Rückstrahler
17 integriert. Hierfür ist die Lichtscheibe
1 aus zwei Kunststoffschichten
6A,
6B unterschiedlicher optischer Brechungsindizes hergestellt. Die zur Außenseite
2 gerichtete Kunststoffschicht
6A besteht aus einem Polycarbonat oder einem noch höher lichtbrechenden, transparenten Kunststoff, wie diese aus der optischen Industrie bekannt sind. Polycarbonate haben gewöhnlicherweise einen Brechungsindex von ungefähr 1,6, wobei durch chemische Modifikationen auch höhere Brechungsindizes erreicht werden können (siehe z.B.
WO 2009/016550 A1 ). Die Kunststoffschicht
6A ist an der nach außen liegenden Oberfläche
14 glatt. Die zur Innenseite
3 gerichtete Kunststoffschicht
6B besteht aus Polymethylmethacrylat (PMMA) mit einem Brechungsindex von 1,49. Die Kunststoffschicht
6B ist an der nach innen liegenden Oberfläche
15 ebenfalls glatt.
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Die beiden Kunststoffschichten 6A, 6B bilden über die gesamte Fläche der Lichtscheibe 1 bishin zum Rand 8 oder nur am Rand 8 als Ring eine Grenzfläche 5 mit einer unebenen Struktur, sodass ein einfallender Lichtstrahl 7 reflektiert wird, und zwar durch Totalreflexion. Die unebene Struktur bildet dabei lokal solche Winkel mit der Flächennormalen N der Lichtscheibe 1, dass gemäß dem Snelliusschen Brechungsgesetz parallel zur Flächennormale N der Lichtscheibe 1 einfallendes Licht die Bedingung der Totalreflexion an der Grenzfläche 5 erfüllt. Schräg von der Seite einfallendes Licht wird dabei ebenfalls teilweise reflektiert.
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In der Nähe des Randes 8 der Lichtscheibe 1 ist an der Innenseite 3 ein als Steg 4 ausgebildeter Vorsprung vorgesehen, der einstückig mit der innen liegenden Kunststoffschicht 6B ausgebildet ist, also im gezeigten Falle aus PMMA besteht. Der Steg 4 ist mittels Kleben oder Ultraschallschweißen an einem Gegensteg 16 des Gehäuses 9 befestigt. Der Steg 4 kann umlaufend um den Umfang der ganzen Lichtscheibe 1 ausgebildet sein. Alternativ können auch andere Stegformen verwendet werden. Beispielsweise sind mehrere, voneinander beabstandete Stege 4 über einen Bereich in der Nähe des Randes 8 verteilt angeordnet.
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In der 3 ist schematisch ein Detailausschnitt einer Ausführungsform der Grenzfläche 5 zwischen den zwei Kunststoffschichten 6A, 6B der Lichtscheibe 1 dargestellt. Es kann sich insbesondere um die mit Bezug zu der 2 beschriebene Lichtscheibe 1 handeln. Die unebene Struktur der Grenzfläche 5 ist bienenwabenförmig ausgebildet, sodass die Grenzfläche 5 teilweise senkrecht und teilweise in einem 30°-Winkel in Bezug zur Flächennormalen N der Lichtscheibe 1 verläuft. Hierdurch wird ein senkrecht auf die Lichtscheibe 1 auftreffender Lichtstrahl 7 jeweils an der einfallenden Schräge 5A, der Basis 5B und der ausfallenden Schräge 5C durch Totalreflexion um einen 60°-Winkel abgelenkt, sodass durch dreimalige Reflexion der Lichtstrahl 7 in entgegengesetzte Richtung reflektiert wird.
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Eine solche Totalreflexion ist nach dem Snelliusschen Brechungsgesetz möglich, wenn das Verhältnis V der Brechungsindizes der Kunststoffschichten 6B und 6A kleiner als V = cos 30° ist. Dies kann durch geeignete Auswahl der Kunststoffe erreicht werden. Alternativ können auch andere Formen der Grenzfläche 5 gewählt werden, z.B. ein gekrümmter Verlauf oder ein Verlauf gemäß einem achteckigen Polygonzug, bei dem senkrecht einfallendes Licht teilweise auf einen 22,5°-Winkel auftrifft und durch viermalige Reflexion in entgegengesetzte Richtung reflektiert wird. Im letzteren Falle kann der relative Unterschied der Brechungsindizes der zwei Kunststoffschichten 6A, 6B noch kleiner ausfallen.
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In der 4 ist ein Kraftfahrzeug 13 mit einer Multifunktionsrückleuchte gemäß einem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Fahrzeugleuchte 12 dargestellt. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Rückstrahlers 17 in der Lichtscheibe 1 grenzt der Rückstrahler 17 direkt an die Karosserieteile 11 an, z.B. dem hinteren Stoßfänger, weshalb sich die Multifunktionsrückleuchte optisch vorteilhaft in das Design der Heckpartie des Kraftfahrzeugs 13 einfügt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lichtscheibe
- 2
- Außenseite
- 3
- Innenseite
- 4
- Steg
- 5
- Grenzfläche
- 5A, 5C
- Schrägen
- 5B
- Basis
- 6A, 6B
- Kunststoffschichten
- 7
- Lichtstrahl
- 8
- Rand
- 9
- Gehäuse
- 10
- Lichtquelle
- 11
- Karosserieteil
- 12
- Fahrzeugleuchte
- 13
- Kraftfahrzeug
- 14
- außen liegenden Oberfläche
- 15
- innen liegenden Oberfläche
- 16
- Gegensteg
- 17
- Rückstrahler
