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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Head-Up-Display für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem ein mit einem derartigen Head-Up-Display ausgestattetes Kraftfahrzeug.
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Ein derartiges Head-Up-Display kann auch als Frontscheibenanzeigeeinrichtung bezeichnet werden und dient zur visuellen Anzeige von Informationen als Display-Bild im Blickfeld eines Fahrers (männlich, weiblich, divers) eines Kraftfahrzeugs. Dabei erfolgt die Projektion der visuellen Information, also des Display-Bilds auf einen Display-Bereich der Frontscheibe oder Windschutzscheibe in der Regel so, dass für den Fahrer der Eindruck entsteht, dass sich das virtuelle Bild außerhalb des Fahrgastraums vor dem Fahrzeug befindet. Problematisch für derartige Head-Up-Displays kann Umgebungslicht, also Licht von einer externen Lichtquelle sein, wenn dieses von außen einfallende Licht, insbesondere von der Projektionseinrichtung selbst, auf den Display-Bereich der Windschutzscheibe reflektiert bzw. gespiegelt wird, der für die Darstellung des Display-Bilds vorgesehen ist. Je nach Stärke dieser Reflektionen ergibt sich eine mehr oder weniger starke Überlagerung mit dem Display-Bild, was dessen Erkennbarkeit für den Fahrer entsprechend beeinträchtigt.
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Ein herkömmliches Head-Up-Display ist beispielsweise aus der
DE 10 2017 206 364 A1 bekannt und umfasst eine Projektionseinrichtung, die im Einbauzustand des Head-Up-Displays in einem Armaturenbrett des Kraftfahrzeugs versenkt angeordnet ist, sowie einen Schacht, der im Einbauzustand des Head-Up-Displays an das Armaturenbrett anschließt und der eine Schachtvorderwand sowie eine Schachtrückwand aufweist. Beim bekannten Head-Up-Display ist der Schacht an seinem von der Projektionseinrichtung entfernten offenen Ende mit Hilfe einer transparenten Abdeckscheibe verschlossen, die zur Reflektionsminderung mit einem optischen Gitter ausgestattet ist.
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Ein gattungsgemäßes Head-Up-Display ist z.B. aus der
US 2017/0 315 351 A1 bekannt und charakterisiert sich dadurch, dass die Schachtrückwand an ihrer der Schachtvorderwand zugewandten Innenseite einen reflektionsreduzierenden Wandabschnitt mit einer unebenen Oberflächenkontur aufweist, die durch eine Aufrauhung erzeugt ist.
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Ein weiteres Head-Up-Display, bei dem der reflektionsreduzierende Wandabschnitt durch eine unebene Oberflächenstruktur mit einer Vielzahl spitz zulaufender Zacken gebildet ist, lässt sich der
DE 10 2016 113 945 A1 entnehmen.
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Ein Head-Up-Display, bei dem der reflektionsreduzierende Wandabschnitt durch eine absorbierende Oberfläche gebildet ist, lässt sich der
DE 10 2016 109 879 A1 entnehmen.
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Aus der
DE 10 2017 211 507 A1 ist ein anderes Head-Up-Display bekannt, bei dem die offene Seite des Schachts ebenfalls mit einer Abdeckscheibe verschlossen ist, die mit einer reflektionsmindernden Oberflächenstruktur versehen ist.
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Aus der
DE 10 2017 219 069 A1 ist ein weiteres Head-Up-Display bekannt, bei dem die Abdeckscheibe zum Verschließen des Schachts mit einer Lamellenstruktur ausgestattet ist, um Reflektionen zu reduzieren.
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Aus der
US 2020/0 371 351 A1 ist ein Head-Up-Display bekannt, bei dem im Schacht eine Reflektionsminderungsvorrichtung angeordnet ist, die Störlicht der jeweiligen externen Lichtquelle so ablenkt, dass es außerhalb des Display-Bereichs auf die Windschutzscheibe trifft. Hierzu ist die Reflektionsminderungsvorrichtung im Schacht zwischen der Projektionseinrichtung und der Schachtöffnung angeordnet, sodass in den Schacht einfallendes Störlicht zwingend auf die Reflektionsminderungsvorrichtung trifft. Die hier zum Einsatz kommende Reflektionsminderungsvorrichtung arbeitet mit einem Prisma, das eine reflektierende Oberfläche mit Absorptionswirkung aufweist.
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Ein konventionelles Head-Up-Display ohne reflektionsmindernde Maßnahmen ist beispielsweise aus der
DE 10 2016 226 181 A1 bekannt.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für ein Head-Up-Display eine verbesserte oder zumindest eine andere Ausführungsform anzugeben, die vergleichsweise preiswert realisierbar ist und störende Reflektionen reduziert.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die Schachtrückwand an ihrer der Schachtvorderwand zugewandten Innenseite mit einem reflektionsreduzierenden Wandabschnitt auszustatten, der hierzu eine unebene Oberflächenkontur aufweist. Im Einbauzustand des Head-Up-Displays ist die Schachtrückwand hinter der Schachtvorderwand angeordnet und begrenzt dementsprechend den Schacht nach hinten. Im vorliegenden Zusammenhang beziehen sich die relativen Ortsangaben „vorne“ und „hinten“ auf das Fahrzeug, sodass vorne einer Fahrzeugfront zugewandt ist, während hinten einem Fahrzeugheck zugewandt ist. Für den Schacht bedeutet dies, dass im Einbauzustand des Head-Up-Displays die Schachtrückwand näher am Fahrzeugheck angeordnet ist als die Schachtvorderwand.
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Die Erfindung nutzt hier die Erkenntnis, dass Störlicht einer externen Lichtquelle, das aus der Umgebung durch die Windschutzscheibe in den Schacht einfällt, an Komponenten der Projektionseinrichtung, wie z.B. ein Projektor, eine Projektionsoptik und ein Spiegel, so reflektiert werden kann, dass das reflektierte Störlicht auf die Schachtrückwand trifft und bei herkömmlicher Bauweise von dort innerhalb des Display-Bereichs auf die Windschutzscheibe trifft. Hierdurch wird das Display-Bild quasi durch eine indirekte Reflektion über die Schachtrückwand beeinträchtigt. Durch den erfindungsgemäßen Vorschlag, die Schachtrückwand an ihrer Innenseite mit einem reflektionsreduzierenden Wandabschnitt auszustatten, lassen sich derartige Beeinträchtigungen durch solche indirekten Reflektionen reduzieren. Die unebene Oberflächenkontur des Wandabschnitts sorgt dafür, dass das auf den Wandabschnitt der Schachtrückwand auftreffende Störlicht nicht oder nur reduziert auf den Display-Bereich reflektiert wird.
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Bemerkenswert ist, dass sich eine derartige unebene Oberflächenkontur im Wandabschnitt der Schachtrückwand vergleichsweise einfach im Rahmen der Herstellung der Schachtrückwand bzw. des Schachts realisieren lässt.
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Beispielsweise lässt sich die unebene Oberflächenkontur integral an der Schachtrückwand ausformen. Somit ist die hier vorgestellte reflektionsreduzierende Maßnahme preiswert umsetzbar. Insbesondere kann auf eine reflektionsmindernde teure Abdeckung der freien Schachtöffnung verzichtet werden.
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Entsprechend einer ersten erfindungsgemäßen Lösung ist die Schachtrückwand an ihrer Innenseite im Wandabschnitt segmentiert, sodass sie mehrere Wandsegmente aufweist, die in einer Höhenrichtung des Schachts aufeinanderfolgen, wobei aneinandergrenzende Wandsegmente in einem parallel zur Höhenrichtung verlaufenden Wandquerschnitt der Schachtrückwand zueinander geneigt sind. Mit Hilfe der aufeinanderfolgenden und zueinander geneigten Wandsegmente wird die unebene Oberflächenkontur des Wandabschnitts realisiert. Die Neigung der Wandsegmente zueinander und zur Höhenrichtung sind dabei so gewählt, dass Störlicht, das von der Projektionseinrichtung auf den Wandabschnitt der Schachtrückwand reflektiert wird, von den Wandsegmenten so abgelenkt bzw. reflektiert wird, dass es außerhalb des Display-Bereichs auf die Windschutzscheibe trifft.
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Bei einer ersten Alternativen der ersten Lösung weisen die Wandsegmente im Wandquerschnitt gegenüber der Höhenrichtung jeweils einen Neigungswinkel auf, wobei die Neigungswinkel der aufeinanderfolgenden Wandsegmente so gewählt sind, dass sich in der Höhenrichtung größere Neigungswinkel und kleinere Neigungswinkel abwechseln. Das heißt, ein Wandsegment mit einem größeren Neigungswinkel folgt auf ein Wandsegment mit einem kleineren Neigungswinkel, das seinerseits wieder auf ein Wandsegment mit einem größeren Neigungswinkel folgt. Es hat sich gezeigt, dass eine derartige Anordnung mit abwechselnd großen und kleinen Neigungswinkeln eine effiziente Ablenkung des reflektierten Störlichts auf Bereiche außerhalb des Display-Bereichs begünstigt.
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Eine zweite Alternative der ersten Lösung schlägt vor, dass die Wandsegmente eine erste Wandsegmentgruppe bilden, die im Wandquerschnitt parallel zueinander verlaufende erste Wandsegmente aufweist, die jeweils einen ersten Neigungswinkel zur Höhenrichtung aufweisen. Des Weiteren bilden die Wandsegmente eine zweite Wandsegmentgruppe, die im Wandquerschnitt parallel zueinander verlaufende zweite Wandsegmente aufweist, die jeweils einen vom ersten Neigungswinkel verschiedenen zweiten Neigungswinkel zur Höhenrichtung aufweisen. Durch diese Bauform wird ebenfalls erreicht, dass sich bei den in der Höhenrichtung aufeinanderfolgenden Wandsegmenten größere und kleinere Neigungswinkel abwechseln, wobei die größeren Neigungswinkel gleich sind und z.B. den ersten Neigungswinkel bilden, während die kleineren Neigungswinkel gleich sind und beispielsweise den zweiten Neigungswinkel bilden. Hierdurch wird die Herstellung des segmentierten Wandabschnitts vereinfacht.
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Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Wandsegmente im Wandquerschnitt als ebene Wandsegmente ausgestaltet sind. Mit Hilfe der ebenen Wandsegmente wird eine gezielte Reflektion bewirkt. Grundsätzlich ist jedoch auch denkbar, die Wandsegmente im Wandquerschnitt gekrümmt auszugestalten.
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Bei einer dritten Alternativen der ersten Lösung verlaufen die Wandsegmente entlang der Schachtrückenwand geradlinig. Dies kann für eine gezielte Reflektion an den Wandsegmenten vorteilhaft sein.
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Gemäß einer Weiterbildung können die geradlinigen Wandsegmente innerhalb des Wandabschnitts fächerförmig verlaufen. Dieser Fächer kann sich beispielsweise von links nach rechts auffächern oder von rechts nach links auffächern. Hierdurch lässt sich der segmentierte Wandabschnitt beispielsweise an eine gekrümmte Kontur des Armaturenbretts adaptieren, während gleichzeitig eine effiziente Reflektion zur Ablenkung von Störlicht erzielt werden kann.
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Gemäß einer zweiten erfindungsgemäßen Lösung ist der Wandabschnitt in einem parallel zur Höhenrichtung des Schachts verlaufenden Wandquerschnitt der Schachtrückwand treppenförmig oder wellenförmig ausgestaltet. Vor allem die treppenförmige Ausgestaltung bewirkt eine effiziente Ablenkung von Störlicht außerhalb des Display-Bereichs.
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Gemäß einer zweckmäßigen Ausführungsform kann die Projektionseinrichtung einen Projektor, der ein Display-Bild erzeugt, und einen Spiegel aufweisen, der im Einbauzustand des Head-Up-Displays das Display-Bild durch die Schachtöffnung hindurch auf einen Display-Bereich einer Windschutzscheibe des Fahrzeugs projiziert. Vorteilhaft ist nun eine Ausführungsform, bei welcher im Einbauzustand des Head-Up-Displays Lichtstrahlen, die von einer außerhalb der Windschutzscheibe angeordneten externen Lichtquelle stammen, die Windschutzscheibe durchdringen, in den Schacht eindringen, auf den Spiegel treffen und vom Spiegel zum Wandabschnitt reflektiert werden, vom Wandabschnitt so abgelenkt werden, dass diese Lichtstrahlen außerhalb des Display-Bereichs oder gar nicht auf die Windschutzscheibe treffen. Erreicht wird dies durch die unebene Oberflächenkontur des Wandabschnitts. Störungen im Display-Bild durch Störlichtreflektionen können dadurch signifikant reduziert werden.
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Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug, bei dem es sich bevorzugt um einen Personenkraftwagen handelt, weist ein Armaturenbrett auf und ist mit einem Head-Up-Display der vorstehend beschriebenen Art ausgestattet.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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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 Erfindung zu verlassen. Vorstehend genannte und nachfolgend noch zu nennende Bestandteile einer übergeordneten Einheit, wie z.B. einer Einrichtung, einer Vorrichtung oder einer Anordnung, die separat bezeichnet sind, können separate Bauteile bzw. Komponenten dieser Einheit bilden oder integrale Bereiche bzw. Abschnitte dieser Einheit sein, auch wenn dies in den Zeichnungen anders dargestellt ist.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
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Es zeigen, jeweils schematisch,
- 1 einen Längsschnitt eines Kraftfahrzeugs im Bereich eines Head-Up-Displays,
- 2 eine Schrägansicht von vorn auf das Fahrzeug im Bereich des Head-Up-Displays,
- 3 ein vergrößertes Detail aus 2,
- 4 eine Schnittansicht entsprechend Schnittlinien IV in 3,
- 5 eine vereinfachte Prinzipdarstellung der Schnittansicht aus 4.
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Entsprechend 1 umfasst ein Kraftfahrzeug 1, bei dem es sich bevorzugt um einen Personenkraftwagen handelt, ein Armaturenbrett 2, das in einem Fahrzeuginnenraum 3 unterhalb einer Windschutzscheibe 4 verläuft, sowie ein Head-Up-Display 5, das in das Armaturenbrett 2 eingebaut ist. Das Head-Up-Display 5 weist eine Projektionseinrichtung 6 auf, die im gezeigten Einbauzustand des Head-Up-Displays 5 im Armaturenbrett 2 versenkt angeordnet ist. Die Projektionseinrichtung 6 kann einen Projektor 7 zum Erzeugen eines Display-Bilds sowie einen Spiegel 8 aufweisen, der das vom Projektor 7 erzeugte Display-Bild 8 auf einen Display-Bereich 9 der Windschutzscheibe 4 projiziert. Das Display-Bild zeigt im Display-Bereich 9 bestimmte Informationen für den Fahrer an, der in 1 durch ein Auge 10 symbolisiert ist. Das Head-Up-Display 5 weist außerdem einen Schacht 11 auf, der im gezeigten Einbauzustand an das Armaturenbrett 2 anschließt. Insbesondere verbindet der Schacht 11 das Armaturenbrett 2 mit der Projektionseinrichtung 6. Der Schacht 11 weist eine Schachtvorderwand 12 und eine Schachtrückwand 13 auf. Im Einbauzustand ist die Schachtrückwand 13 bezüglich der Längsorientierung des Fahrzeugs 1 hinter der Schachtvorderwand 12 angeordnet. Die Projektionseinrichtung 6 befindet sich an einem von der Windschutzscheibe 4 abgewandten unteren Ende des Schachts 11. Ein der Windschutzscheibe 4 zugewandtes oberes Ende des Schachts 11 definiert eine Schachtöffnung, die hier offen ist. Grundsätzlich kann dieses obere Schachtende mit einer Abdeckung verschlossen sein, die für das von der Projektionseinrichtung 6 erzeugte Licht bzw. Display-Bild durchlässig ist.
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In 1 ist eine Störsituation dargestellt, bei der eine externe Lichtquelle 14, also eine außerhalb der Windschutzscheibe 4 in der Umgebung 15 des Fahrzeugs 1 angeordnete Lichtquelle 14, wie z.B. die Sonne, Lichtstrahlen 16 emittiert, die durch die Windschutzscheibe 4 in den Schacht 11 bis zum Spiegel 8 gelangen, dann am Spiegel 8 reflektiert und auf die Rückwand 13 abgelenkt werden. Mit unterbrochener Linie ist in 1 nun ein Störlicht 17 angedeutet, das bei einem herkömmlichen Head-Up-Display 5 das vom Spiegel 8 kommende Licht auf die Windschutzscheibe 4 und dort in den Display-Bereich 9 reflektiert, sodass das Display-Bild beeinträchtigt wird.
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Zur Vermeidung einer derartigen Störung des Display-Bilds ist die Schachtrückwand 13 gemäß den 2 bis 5 an ihrer der Schachtvorderwand 12 zugewandten Innenseite 18 mit einem reflektionsreduzierenden Wandabschnitt 19 ausgestattet, der eine unebene Oberflächenkontur 20 aufweist. Diese Oberflächenkontur 20 bewirkt bei dem vorstehend mit Bezug auf 1 geschilderten Störlichteinfall, dass das Störlicht 17 nicht mehr in den Display-Bereich 9 abgelenkt wird, sondern so abgelenkt wird, dass das Störlicht 17 außerhalb des Display-Bereichs 9 auf die Windschutzscheibe 4 trifft oder gar nicht mehr auf die Windschutzscheibe 4 trifft. Hierdurch wird eine signifikante Reduktion störender Reflektionen realisiert.
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2 zeigt eine Ansicht von vorn durch die Windschutzscheibe 4 hindurch auf einen das Head-Up-Display 5 aufweisenden Bereich des Armaturenbretts 2. Erkennbar ist außerdem ein im Fahrzeuginnenraum liegender Lenkradanschluss 21 zum Anschließen eines hier nicht gezeigten Lenkrads.
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Entsprechend den 2 bis 5 kann die Schachtrückwand 13 zum Realisieren der unebenen Oberflächenkontur 20 an ihrer Innenseite 18 im Wandabschnitt 19 segmentiert sein, sodass der Wandabschnitt 19 mehrere Wandsegmente 22 aufweist. Die Segmentierung des Wandabschnitts 19 erfolgt dabei so, dass die Wandsegmente 22 in einer in Höhenrichtung 23 des Schachts 11 aufeinanderfolgen, wobei aneinandergrenzende Wandsegmente 22 in einem parallel zur Höhenrichtung 23 verlaufenden Wandquerschnitt der Schachtrückwand 13 zueinander geneigt sind. Die 4 und 5 zeigen jeweils einen solchen Wandquerschnitt, d.h. besagter Wandquerschnitt liegt in der Bildebene der 4 und 5 oder erstreckt sich parallel dazu. Die Neigung benachbarter Wandsegmente 22 zueinander ist am besten in der vergrößerten Ansicht des Querschnitts gemäß 5 erkennbar. Rein exemplarisch ist in 5 ein größerer Segmentwinkel 24 eingetragen, der zwischen zwei benachbarten Wandsegmenten 22 auftritt und größer als 180° ist. Außerdem ist benachbart dazu ein kleinerer Segmentwinkel 25 eingetragen, der zwischen zwei benachbarten Wandsegmenten 22 vorliegt und der kleiner als 180° ist. Die Höhenrichtung 23 erstreckt sich dabei im Einbauzustand des Head-Up-Displays 5 parallel zur Hochachse des Fahrzeugs 1.
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Des Weiteren kann zweckmäßig vorgesehen sein, dass die Wandsegmente 22 im Wandquerschnitt gegenüber der Höhenrichtung 23 jeweils einen Neigungswinkel 26 bzw. 27 aufweisen. Diese Neigungswinkel 26, 27 sind dabei so gewählt, dass sich in der Höhenrichtung 23 bei aufeinanderfolgenden Wandsegmenten 22 größere Neigungswinkel 26 und kleinere Neigungswinkel 27 abwechseln. Mit anderen Worten, in der Höhenrichtung 23 folgen abwechselnd größere und kleinere Neigungswinkel 26, 27 aufeinander. Dabei müssen die größeren Neigungswinkel 26 nicht gleich groß sein. Ebenso müssen die kleineren Neigungswinkel 27 nicht gleich groß sein.
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Bevorzugt ist jedoch eine Ausführungsform, bei der die größeren Neigungswinkel 26 alle gleich groß sind, beispielsweise können die größeren Neigungswinkel 26 jeweils etwa 45° betragen. Ebenso kann vorgesehen sein, dass die kleineren Neigungswinkel 27 etwa gleich groß sind. Beispielsweise können die kleineren Neigungswinkel jeweils etwa 30° betragen. Bevorzugt ist dabei eine Ausführungsform, bei der die Wandsegmente 22 eine erste Wandsegmentgruppe bilden, die im Wandquerschnitt parallel zueinander verlaufende erste Wandsegmente 221 aufweist, die jeweils einen ersten Neigungswinkel 27, der hier dem kleineren Neigungswinkel 27 entspricht, gegenüber der Höhenrichtung 23 aufweisen. Ferner bilden die Wandsegmente 22 eine zweite Wandsegmentgruppe, die im Wandquerschnitt parallel zueinander verlaufende zweite Wandsegmente 222 aufweist, die jeweils einen vom ersten Neigungswinkel 27 verschiedenen zweiten Neigungswinkel 26 aufweisen, der hier dem größeren Neigungswinkel 26 entspricht. Dementsprechend sind die ersten Wandsegmente 221 im Wandquerschnitt gegenüber der Höhenrichtung 23 jeweils um den ersten Neigungswinkel 27, also beispielsweise um etwa 30° geneigt, während die zweiten Wandsegmente 222 gegenüber der Höhenrichtung 23 jeweils um den zweiten Neigungswinkel 26 geneigt sind, also im Beispiel um etwa 45°.
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Beim hier gezeigten, bevorzugten Beispiel sind die Wandsegmente 22 im Wandquerschnitt jeweils als ebene Wandsegmente 22 ausgestaltet, sodass sie an der Innenseite 18 der Schachtrückwand 13 eben bzw. geradlinig sind. Gemäß den 2 bis 3 wird eine Ausführungsform bevorzugt, bei der die Wandsegmente 22 entlang der Schachtrückwand 13 geradlinig verlaufen. Somit bilden die Wandsegmente 22 an der Innenseite 18 ebene Flächen.
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Gemäß den 2 und 3 kann nun zusätzlich vorgesehen sein, dass die geradlinigen Wandsegmente 22 innerhalb des Wandabschnitts 19 fächerförmig verlaufen. In den Ansichten der 2 und 3 fächern sich die Wandsegmente 22 von links nach rechts auf. Mit anderen Worten, die Wandsegmente 22 sind in dem Wandabschnitt 19 geneigt zueinander angeordnet, derart, dass sie außerhalb des Schachts 11 konvergieren.
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Wie sich insbesondere den 4 und 5 entnehmen lässt, kann der Wandabschnitt 19 im Wandquerschnitt im Wesentlichen treppenförmig ausgestaltet sein, um die unebene Oberflächenkontur 20 zu realisieren. Diese treppenförmige Ausgestaltung des Wandabschnitts 19 lässt sich insbesondere durch die vorstehend beschriebene Segmentierung des Wandabschnitts 19 erzielen.
