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Die Erfindung betrifft eine Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Eine solche Beleuchtungseinrichtung ist aus der
DE 10 2011 01 867 A1 bekannt und besitzt ein Gehäuse, das eine durch eine Abdeckscheibe verschlossene Lichtaustrittsöffnung aufweist, und mindestens ein in dem Gehäuse angeordnetes Lichtmodul, das zur Erzeugung einer regelkonformen Lichtverteilung eingerichtet ist, und wenigstens ein Heizmittel, das dazu eingerichtet ist, einen Wärmestrom zu erzeugen und auf die Abdeckscheibe zu richten und das eine Glühlampe aufweist.
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Herkömmliche, mit Glühlampen als Lichtquelle arbeitende Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtungen, weisen heutzutage üblicherweise keine zusätzliche Heizvorrichtung auf, um die vereiste oder zugeschneite Abdeckscheibe der Beleuchtungseinrichtungen abzutauen oder einen Feuchtigkeitsbeschlag auf der Außenseite oder Innenseite der Abdeckscheibe zu entfernen. Die während des Betriebs der Glühlampe zusammen mit dem sichtbaren Licht und der ultravioletten Strahlung abgestrahlten Infrarotanteile am Spektrum der von der Glühlampe ausgehenden Strahlung liefern einen für die schnelle Enteisung und Enttauung ausreichend großen Wärmestrom.
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Bei Lichtquellen, deren Emissionsspektrum neben dem sichtbaren Licht nur einen vergleichsweise geringen Infrarotanteil aufweist, kann es jedoch erforderlich sein, zusätzliche Heizmittel in dem Scheinwerfergehäuse vorzusehen, um eine Abdeckscheibe innerhalb einer akzeptablen Zeit von Schnee, Eis und/oder kondensierter Feuchtigkeit befreien zu können.
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Die
DE 10 2011 001 867 A1 beschreibt einen Scheinwerfer für ein Fahrzeug mit einem Gehäuse, das von einer Abdeckscheibe verschlossen wird. In dem Gehäuse sind wenigstens ein Lichtmodul und ein Heizmittel zur Enttauung der Abdeckscheibe angeordnet. Das Heizmittel ist durch zumindest eine Glühlampe nach Art eines Temperaturstrahlers ausgebildet. Dabei trifft die von der Glühlampe ausgehende Strahlung direkt auf die Abdeckscheibe. Die Lichtfunktion wird dabei nicht von der Glühlampe der Heizeinrichtung, sondern von dem Lichtmodul erfüllt.
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Das Spektrum der von Glühlampen ausgehenden Strahlung erstreckt sich über einen großen Wellenlängenbereich, der sich von kurzwelliger ultravioletter Strahlung über den Bereich sichtbaren Lichts bis hin zu langwelliger Infrarotstrahlung erstreckt. Jeder Strahlungsanteil transportiert Energie und ist dazu geeignet, einen Körper, der die Strahlung absorbiert, zu erwärmen. Von einer Glühlampe ausgehende kurzwellige Strahlungsanteile wie UV-Licht oder sichtbares Licht tragen nur in geringem Maße zu einer Erwärmung der Abdeckscheibe bei, da die Abdeckscheibe für diese spektralen Anteile eine hohe Transparenz aufweist und entsprechend wenig absorbiert. Diese Spektralanteile sind somit wenig für die Enttauung und die Enteisung der Abdeckscheibe geeignet. Der sichtbare Anteil der von der als Wärmestrahler vorgesehenen Glühlampe emittierten Strahlung könnte darüber hinaus die regelkonforme Lichtverteilung und/oder das Erscheinungsbild der Beleuchtungseinrichtung beeinträchtigen.
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Um dies zu vermeiden, wird in der
DE 10 2011 001 867 A1 eine Anordnung eines Infrarotfilters im Strahlengang zwischen der als Heizeinrichtung vorgesehenen Glühlampe und der Abdeckscheibe vorgeschlagen. Der Infrarotfilter lässt nur die Strahlung passieren, deren Wellenlänge innerhalb eines definierten Wellenlängenbereiches liegt. Dadurch gelangt ein mehr oder weniger großer Teil der von der Glühlampe ausgehenden Strahlung nicht an die Abdeckscheibe und trägt nicht zu deren Erwärmung bei.
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Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung in der Angabe einer Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung der eingangs genannten Art, bei der die Abdeckscheibe effektiv und effizient erwärmt wird.
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Diese Aufgabe wird durch eine Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Die erfindungsgemäße Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung unterscheidet sich von dem eingangs genannten Stand der Technik dadurch, dass die Heizmittel eine als Wärmestrahler dienende Blende aufweisen, welche die Glühlampe so umschließt, dass sie die Abdeckscheibe gegen sämtliche von der Glühlampe ausgehende Strahlung abschattet, und die dazu eingerichtet ist, von der Glühlampe durch Konvektion und Strahlung abgeführte Energie aufzunehmen, in Wärme umzuwandeln und als Wärmestrahlung abzugeben und dass die Heizmittel dazu eingerichtet sind, von der Blende abgegebene Strahlungswärme auf die Abdeckscheibe zu richten.
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Ein solches Heizmittel hat die Eigenschaft, dass zunächst sämtliche von der Glühlampe ausgehenden Strahlungsanteile nahezu vollständig durch die Blende absorbiert werden. Als Folge erwärmt sich die Blende, so dass sie selbst zum Wärmestrahler wird. Aufgrund ihrer im Vergleich zum Glühdraht der Glühlampe viel größeren Masse und Fläche bleibt ihre Temperatur dabei jedoch wesentlich kleiner als die Temperatur des Glühdrahtes. Im Vergleich zum Glühdraht liegt das Maximum ihrer Strahlungskurve daher bei längeren Wellenlängen. Als Folge wird Energie, die von der Glühlampe in Form von sichtbarem Licht oder UV-Licht ausgeht und die in dieser Form für die Erwärmung der Abdeckscheibe schlecht nutzbar ist, durch die Blende absorbiert und überwiegend als Infrarotstrahlung emittiert. Die vergleichsweise langwellige Infrarotstrahlung wird von der Abdeckscheibe gut absorbiert. Dadurch, dass das Heizmittel dazu eingerichtet und angeordnet ist, die von der Blende ausgehende Wärmestrahlung auf die Abdeckscheibe zu richten, wird diese gezielt, effektiv und effizient und damit vor allem schnell erwärmt und dadurch von Eis und Feuchtigkeit befreit.
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Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die Beleuchtungseinrichtung einen Reflektor aufweist, in welchem die von der Blende umschlossene Glühlampe angeordnet ist, und der dazu eingerichtet und angeordnet ist, die von der Blende ausgehende Wärmestrahlung auf einen Bereich in der Abdeckscheibe zu richten, auf den ein von dem wenigstens einen Lichtmodul ausgehendes Lichtbündel fällt. Der Reflektor bündelt die gesamte, in Form von Strahlung zur Verfügung stehende Energie und lenkt sie gezielt auf diesen Bereich der Abdeckscheibe. Ausgehend von diesem Bereich verteilt sich die Wärme nach und nach durch Wärmeleitung in der gesamten Abdeckscheibe. Somit wird zunächst der Bereich, durch den das Lichtbündel zur Erzeugung der regelkonformen Lichtverteilung tritt, schnellstmöglich von niedergeschlagener Feuchtigkeit, Schnee oder Eis befreit.
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Es genügt, zunächst nur den Bereich der Abdeckscheibe zu enttauen beziehungsweise zu enteisen, der für die Erzeugung der regelkonformen Lichtverteilung wichtig ist. Für die Erzeugung der Lichtverteilung weniger relevante Bereiche der Abdeckscheibe werden aber bei weiterer Energiezufuhr allmählich ebenfalls enttaut und/oder enteist. Durch die Konzentration auf den lichttechnisch wichtigsten Bereich der Abdecksscheibe kann das Heizmittel und insbesondere sein Reflektor vergleichsweise klein dimensioniert werden. Die geringe Baugröße hat den Vorteil, dass das Heizmittel leicht in verschiedene, bereits bestehende Beleuchtungseinrichtungen integrierbar ist, ohne dass große Konstruktionsänderungen erforderlich sind.
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Ergänzend wird vorgeschlagen, dass die Blende aus Metall gefertigt ist. Metall weist im Vergleich zu anderen Materialien einen hohen Absorptionsgrad auf. Der Absorptionsgrad ist ein Maß dafür, wie gut ein Körper elektromagnetische Strahlung im Vergleich zu einem idealen Wärmestrahler absorbieren kann. Der Absorptionsgrad für den idealen Wärmestrahler, den sogenannten schwarzen Körper, ist 1. Für reale Körper nimmt der Absorptionsgrad Werte zwischen 0 und 1 an. Der Absorptionsgrad ist abhängig von der Wellenlänge der Strahlung, der Temperatur des Körpers und dem Material beziehungsweise der Oberflächenbeschaffenheit des Körpers. Metall absorbiert die von der Glühlampe ausgehende Strahlung gut und erwärmt sich somit schnell und, wegen seiner guten Wärmeleitfähigkeit, auch gleichmäßig. Die aus Metall gefertigte Blende trägt somit zur Effektivität des Heizmittels bei.
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Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die Blende eine schwarze Oberfläche aufweist. Der Begriff „schwarz” ist hierbei nicht auf den für den Menschen sichtbaren Bereich des Lichts beschränkt, sondern meint einen auf das gesamte elektromagnetische Spektrum verallgemeinerten Begriff. Insbesondere bezieht sich hier der Begriff „schwarz” darauf, dass die Oberfläche der Blende besonders gut die von der Glühlampe ausgehenden Spektralanteile absorbiert. Mit Oberfläche ist hier sowohl eine innere, der Glühlampe zugewandte Oberfläche, als auch eine äußere, dem Reflektor beziehungsweise der Abdeckscheibe zugewandte Oberfläche gemeint. Die innere Oberfläche dient der Strahlungsabsorption und die äußere Oberfläche dient der Emission der Strahlung. Sind beide Oberflächen im voranstehend erläuterten Sinn schwarz, wirkt sich das positiv auf eine Umwandlung der von der Glühlampe ausgehenden, über große Wellenlängenbereiche verteilten Strahlung in Infrarotstrahlung aus. Somit trägt die schwarze Oberfläche zu einer effizienten Nutzung der von der Glühlampe abgestrahlten Energie bei.
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Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass die Oberfläche der Blende matt ausgeführt ist. Die matte Oberfläche verfügt im Vergleich zu einer glänzenden Oberfläche über einen höheren Absorptionsgrad. Der höhere Absorptionsgrad trägt in bereits beschriebener Art und Weise zur effizienten Nutzung der durch den Betrieb der Glühlampe eingebrachten Energie auf.
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Idealerweise ist die Blende ein schwarzer Körper im physikalischen Sinn, der die auf ihn auftreffende elektromagnetische Strahlung unabhängig von ihrer Wellenlänge vollständig absorbiert und sie zugleich als Wärmestrahlung einer bestimmten Intensität und spektralen Verteilung abgibt, die nur von der Temperatur des schwarzen Körpers abhängt. Auf diese Weise wird die von der Glühlampe zur Verfügung gestellte Energie effektiv und effizient zur Erwärmung der Abdeckscheibe genutzt.
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Ergänzend wird vorgeschlagen, dass das Heizmittel als eine vormontierte, die Glühlampe, die Blende und den Reflektor aufweisende Baugruppe realisiert ist. Als vormontierte Baugruppe ist das Heizmittel einfach und kostengünstig in viele verschiedene Bauarten von Beleuchtungseinrichtungen integrierbar.
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Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass das Heizmittel in Relation zu dem Lichtmodul so angeordnet ist, dass eine Hauptabstrahlrichtung des Lichtmoduls und eine Hauptabstrahlrichtung des Heizmittels unter unterschiedlichen Winkeln auf den Bereich der Abdeckscheibe weisen. Diese Ausgestaltung erlaubt es, das Heizmittel unterhalb, oberhalb oder seitlich des Lichtmoduls so anzuordnen, dass es für einen Betrachter, der entgegen der Hauptabstrahlrichtung des Lichtmoduls, beziehungsweise der Beleuchtungseinrichtung, durch die Abdeckscheibe in das Gehäuse blickt, nicht sichtbar ist.
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Ergänzend wird vorgeschlagen, dass die Beleuchtungseinrichtung ein Element aufweist, das dazu eingerichtet und angeordnet ist, das Heizmittel vor einem Betrachter, der von außen durch die Abdeckscheibe in das Gehäuse blickt zu verbergen. Das Element ist ein eigenständiges Bauteil wie eine Abdeckblende oder ein Zierahmen, oder es ist ein gezielt undurchsichtig ausgestalteter Bereich der Abdeckscheibe. Die undurchsichtige Ausgestaltung erfolgt zum Beispiel durch eine Beschichtung oder eine Materialbeimischung. Das Element ist zusätzlich oder bauartgemäß an der Beleuchtungseinrichtung angeordnet. Dadurch ist das Heizmittel nicht sichtbar und beeinträchtigt ein Erscheinungsbild der Beleuchtungseinrichtung daher nicht.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass eine Seite des Gehäuses mittels einer demontierbaren Trägerplatte geschlossen ist. Durch Demontage der Platte wird das Gehäuse geöffnet und das Lichtmodul beziehungsweise das Heizmittel können in einfacher Art und Weise eingebaut, ausgebaut oder im Gehäuse justiert werden. Es versteht sich, dass die Trägerplatte auch bei einer bereits im Kraftfahrzeug montierten Beleuchtungseinrichtung bevorzugt leicht zugänglich angeordnet ist.
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Weiterhin ist vorgesehen, dass das Abdeckelement Mittel aufweist, die dazu eingerichtet sind, das Heizmittel zu halten. Das Heizmittel wird bevorzugt auf dem Abdeckelement vormontiert, so dass eine gemeinsam montierbare Baugruppe entsteht, die gegebenenfalls zusätzlich das Lichtmodul aufweisen kann. Diese Baugruppe wird dann mit dem Gehäuse verbunden. Dadurch wird die Montage der Beleuchtungseinrichtung vereinfacht.
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Als Signalgeber zum Aktivieren des Heizmittels kann ein Sensor zum Einsatz kommen, der die Reflexion der Abdeckscheibe innerhalb des Scheinwerfers misst. Bei beschlagener und/oder vereister Abdeckscheibe ist die Reflexion höher als bei von Eis und Feuchtigkeit freier Abdeckscheibe. Der Belag wird hauptsächlich bei niedrigen Außentemperaturen auftreten. Alternativ oder ergänzend zur Aktivierung des Heizmittels bei einem Reflexionsgrad, der größer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist, kann das Heizmittel auch bei einer Außentemperatur aktiviert werden, die kleiner als ein vorbestimmter Schwellenwert ist. Zur Aktivierung wird bevorzugt ein ohnehin im Kraftfahrzeug vorhandener Außentemperatursensor verwendet. Dieser Prozess kann zum Entlasten der Fahrzeugbatterie effizient z. B. mit zeitlichem Versatz nach der Motorzündung ausgeführt werden. Des Weiteren kann das Ein- und Ausschalten des Grundlichtes das Aktivierungssignal für das Heizmittel sein.
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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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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen, jeweils in schematischer Form:
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1 ein Heizmittel in einer Schnittdarstellung, deren Schnittrichtung parallel oder in einer Hauptabstrahlrichtung liegt;
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2 eine Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung in einer Schnittdarstellung, deren Schnittrichtung dieselbe ist wie die der 1.
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Die 1 zeigt insbesondere ein Heizmittel 10. Das Heizmittel 10 weist eine Glühlampe 12, eine Blende 14 und einen Reflektor 16 auf. Der Reflektor 16 ist dazu eingerichtet, von der Blende 14 ausgehende Strahlung zu bündeln und in eine bevorzugte Abstrahlrichtung zu lenken. In Abstrahlrichtung vor dem Reflektor 16 ist ein Bereich 18 einer Abdeckscheibe angeordnet.
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Die Blende 14 umschließt die Glühlampe 12 nahezu vollständig und ist in Relation zu der Glühlampe 12 so angeordnet, dass von der Glühlampe 12 ausgehende Strahlung 19 nur auf die Blende 14 und nicht auf den Reflektor 16 oder die Abdeckscheibe trifft. Die Blende bildet insofern eine Art von Heizbecher, der über die Glühlampe gestülpt ist.
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Das gesamte, von der Infrarotstrahlung über den Bereich des sichtbaren Lichts bis hin zur ultravioletten Strahlung reichende Spektrum der von der Glühlampe ausgehenden Strahlung 19 wird durch die Blende 14 absorbiert. Dadurch erwärmt sich die Blende 14. Zusätzlich zur Erwärmung durch die Strahlung 19 wird die Blende 14 mittels Konvektion und Wärmeleitung von der Glühlampe 12 erwärmt. Die Blende 14 besteht aus Metall, Sie weist bevorzugt eine schwarze Oberfläche auf. Die Oberfläche ist bevorzugt matt.
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Von der erwärmten Blende 14 geht eine thermische Strahlung 20 aus. Die thermische Strahlung 20 wird von dem Reflektor 16 gebündelt und in die bevorzugte Abstrahlrichtung gebündelt, so dass sie auf den Bereich 18 der Abdeckscheibe trifft. Der Bereich 18 absorbiert die thermische Strahlung. Dadurch erhöht sich die Temperatur zunächst in einem Bereich 18.1 des Bereichs 18, der von der thermischen Strahlung 20 getroffen wird. Durch Wärmeleitung verteilt sich die Wärme mit der Zeit im gesamten Bereich 18, beziehungsweise in der gesamten Abdeckscheibe.
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Das Heizmittel 10 ist in der in den Figuren dargestellten Ausgestaltung als eine vormontierte, die Glühlampe 12, die Blende 14 und den Reflektor 16 aufweisende Baugruppe realisiert.
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2 zeigt eine Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung 22 mit einem Gehäuse 24, das eine durch eine Abdeckscheibe 26 verschlossene Lichtaustrittsöffnung aufweist. Die Abdeckscheibe ist für sichtbares Licht transparent und absorbiert infrarote Strahlung. Für die Abdeckscheibe wird bevorzugt ein Material verwendet, dessen Absorptionsgrad für infrarote Strahlung größer ist als für sichtbares Licht. In einer bevorzugten Ausgestaltung besteht die Abdeckscheibe aus Polycarbonat (PC). In dem Gehäuse 24 ist mindestens ein Lichtmodul 28 angeordnet. Das Lichtmodul 28 ist zur Erzeugung einer regelkonformen Lichtverteilung eingerichtet. Auf einer der Abdeckscheibe 26 gegenüberliegenden Seite wird das Gehäuse 24 von einem Abdeckelement 30 verschlossen. Das Abdeckelement 30 weist Mittel 32 zur Halterung des Lichtmoduls 28 auf.
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Zusätzlich zum Lichtmodul 28 ist in dem Gehäuse 24 das Heizmittel 10 angeordnet. Die Funktionsweise des Heizmittels 10 ist voranstehend anhand von 1 näher erläutert worden. Es weist eine als Wärmestrahler dienende Blende auf, welche die Glühlampe 12 so umschließt, dass sie die Abdeckscheibe 26 gegen sämtliche von der Glühlampe 12 ausgehende Strahlung 19 abschattet, und es ist dazu eingerichtet, von der Glühlampe 12 durch Konvektion und Strahlung abgeführte Energie aufzunehmen, in Wärme umzuwandeln und als Wärmestrahlung 20 abzugeben. Ferner ist es dazu eingerichtet, die von der Blende 14 abgegebene Strahlungswärme als Wärmestrom auf die Abdeckscheibe 26 zu richten.
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Das Heizmittel 10 ist im Gehäuse 24 so angeordnet, dass die von dem Heizmittel 10 ausgehende thermische Strahlung 20 auf einen Bereich 18 in der Abdeckscheibe 26 gerichtet ist, der auch vom Licht des Lichtmoduls 28 beleuchtet wird. Als Folge des Einfalls der thermischen Strahlung 20 erhöht sich die Temperatur der Abdeckscheibe 26 zunächst in diesem Bereich 18. Wasser, das der Abdeckscheibe 26 in Form von Flüssigkeit oder Eis anhaftet, wird so zuerst in dem Bereich 18 zur Verdunstung gebracht. Mit zunehmender Dauer der Beheizung wird allmählich die gesamte Abdeckscheibe 26 erwärmt und die auf der Abdeckscheibe 26 kondensierte Feuchtigkeit verdunstet vollständig.
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Das Heizmittel 10 ist in Relation zu dem Lichtmodul 28 so angeordnet, dass eine Hauptabstrahlrichtung des Lichtmoduls 28 und eine Hauptabstrahlrichtung des Heizmittels 10 unter unterschiedlichen Winkeln auf den Bereich 34 der Abdeckscheibe 26 weisen. Dies erlaubt es, das Lichtmodul und die Heizeinrichtung im Scheinwerfer voneinander getrennt anzuordnen, so dass diese beiden Komponenten unabhängig voneinander konstruiert werden können.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Heizmittel 10 in dem Gehäuse 24 so angeordnet, dass es für einen Betrachter, der von außen durch die Abdeckscheibe 26 in das Gehäuse 24 schaut, nicht sichtbar ist. Dies wird in einer Ausgestaltung dadurch erzielt, dass die Heizeinrichtung bei einer bestimmungsgemäßen hinter einem undurchsichtigen Teil der Abdeckscheibe angeordnet ist. Der undurchsichtige Teil der Abdeckscheibe ist ein Beispiel eines Elements 40, dass dazu eingerichtet und angeordnet ist, das Heizmittel 10 vor einem Betrachter, der von außen durch die Abdeckscheibe 26 in das Gehäuse 24 blickt, zu verbergen. In einer alternativen Ausgestaltung weist die Beleuchtungseinrichtung 22 ein von der Abdeckscheibe verschiedenes Element 40 auf, dass dazu eingerichtet und angeordnet ist, das Heizmittel 10 vor einem Betrachter, der von außen durch die Abdeckscheibe 26 in das Gehäuse 24 blickt, zu verbergen. Bei diesem Element handelt es sich zum Beispiel um einen undurchsichtigen Zierrahmen, der innerhalb des Gehäuses 24 zwischen der Heizeinrichtung und der Abdeckscheibe angeordnet ist.
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Bevorzugt ist auch, dass das Abdeckelement 30 Mittel aufweist, die zur Halterung des Heizmittels 10 geeignet sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10201101867 A1 [0002]
- DE 102011001867 A1 [0005, 0007]
