MX2014007039A - Ventana de iluminacion para un vehiculo. - Google Patents
Ventana de iluminacion para un vehiculo.Info
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Abstract
La presente invención se refiere a una unidad de encristalado de iluminación para vehículos, que comprende: - una primera hoja de vidrio transparente (1) con una primera superficie principal (11), una segunda superficie principal (12) y un borde (13), - uno o más módulos que contienen diodos emisores de luz (módulos de LED) (8), cada uno teniendo una pluralidad de diodos emisores de luz (LEDs) (3) y componentes electrónicos asociados, fijados en una tarjeta de circuito impreso (PCB), los módulos estando colocados de tal manera que las superficies emisoras (31) de los LEDs se vuelven hacia el borde (13) de la primera hoja de vidrio, - un medio de encapsulación (4) en contacto con la primera superficie principal (11) de la primera hoja, y - un elemento de extracción de luz (7), preferiblemente ubicado en una de las superficies principales de la primera hoja de vidrio, caracterizada porque comprende adicionalmente un elemento disipador de calor (6), el cual está en contacto de conducción térmica con el módulo de LED, y está en contacto con el medio de encapsulación (4) y en contacto con la atmósfera a través de una superficie de intercambio de calor (S).
Description
VENTANA DE ILUMINACIÓN PARA UN VEHÍCULO
La presente invención se refiere a una unidad de encristalado de iluminación para vehículos, en particular, una unidad de encristalado de iluminación que forma parte del techo de un vehículo de motor.
Hay una manera conocida de incorporar módulos de diodos emisores de luz (módulos de LED) en los bordes de unidades de encristalado de una sola capa o laminadas, de tal manera que la luz emitida por los LEDs entra a través del borde de una hoja de vidrio y es guiada por la hoja a un elemento de difusión, también conocido como un medio de extracción de luz.
Estas unidades de encristalado de iluminacións tienen esencialmente la función de iluminación ambiental o de señalización luminosa, utilizando LEDs de baja potencia para este propósito. La salida de luz de estas unidades de encristalado con borde iluminado está generalmente limitada debido a las pérdidas de luz por absorción de la luz por el vidrio que actúa como la guía de ondas y/o los materiales en la proximidad del mismo.
Debido a que por lo general es difícil o incluso imposible hacer reducciones significativas en las pérdidas de luz por absorción, otra posible manera de obtener mayor potencia de iluminación sería utilizar fuentes de luz más
potentes .
Sin embargo, se sabe que el aumento de la potencia de los LEDs en esta forma conduce inevitablemente a un aumento en el calor emitido por estos dispositivos. Esto se debe a que, para una salida de luz dada, la cantidad de este calor es sustancialmente proporcional a la potencia del LED y al consumo de electricidad del módulo. Si este calor no se elimina de forma eficiente, da como resultado un aumento no deseado en la temperatura del módulo de LED lo cual, en prácticamente todos los casos, tiende a acortar la vida de los LEDs y otros componentes eléctricos del módulo.
En el campo de las unidades de encristalado con borde iluminado, a menudo es difícil eliminar el calor generado por los módulos de LED durante su funcionamiento. Esto se debe a que, particularmente en el campo de los vehículos de motor u otros vehículos, a menudo es necesario proteger los módulos de LED de la acción de la humedad que siempre está presente. Esta protección se proporciona comúnmente ya sea mediante encapsulación, es decir, sobremoldeado de los módulos de LED con un polímero orgánico, por ejemplo, poliuretano, inyectado en forma líquida y posteriormente endurecido, o mediante alojamiento de los módulos de LED de una manera extraíble o no extraíble en carcasas más o menos estancas al agua.
El problema del aumento en la temperatura de
módulos de LED relativamente potentes en un entorno confinado se ha resuelto en la presente invención mediante la incorporación de un elemento disipador de calor' en el borde de la unidad de encristalado. Este elemento está en contacto de conducción térmica con los módulos de LED y, debido a su alta conductividad térmica y gran superficie libre en contacto con la atmósfera, permite que el calor sea eliminado de los módulos de LED y permite que un aumento excesivo de la temperatura en el entorno inmediato de los LEDs sea evitado de manera eficiente.
Por lo tanto, la presente invención propone una unidad de encristalado de iluminación para vehículos, que comprende :
- una primera hoja de vidrio transparente con una primera superficie principal, una segunda superficie principal y un borde,
- uno o más módulos que contienen diodos emisores de luz (módulos de LED) , cada uno teniendo una pluralidad de diodos emisores de luz (LEDs) y componentes electrónicos asociados, fijados en una tarjeta de circuito impreso (PCB) , los módulos estando colocados de tal manera que las superficies emisoras de los LEDs se vuelven hacia el borde de la primera hoja,
un medio de encapsulación en contacto con la primera superficie principal de la primera hoja de vidrio, y
un elemento de extracción de luz, preferiblemente ubicado en una de las superficies principales de la primera hoja,
esta unidad de encristalado de conformidad con la invención se distingue de unidades de encristalado de LED conocidas en que la unidad de encristalado comprende además un elemento disipador de calor el cual está en contacto de conducción térmica con el módulo de LED, y está en contacto con el medio de encapsulacion y en contacto con la atmósfera a través de una superficie de intercambio de calor (S) .
Los módulos de LED se eligen preferiblemente de modo que la energía térmica emitida por unidad de longitud de un módulo cuando el módulo está encendido es de por lo menos igual a 1 W por decímetro, preferiblemente en el intervalo de 2 a 6 /dm, y en particular de 2.5 a 5 W/dm.
La energía térmica emitida por los módulos de LED no solamente depende de su consumo de electricidad, expresado en vatios, sino también de la salida de luz. De hecho, para un nivel dado de consumo de electricidad, el calor emitido aumenta a medida que la salida de luz disminuye. Sin embargo, esto no significa en modo alguno que en la presente invención se intenta utilizar módulos de LED con una baja salida de luz que emiten una gran cantidad de calor. La razón por la cual la presente invención se define adicionalmente con la ayuda de este parámetro es simplemente
que, por debajo de un cierto nivel, el calor generado por los módulos no conduce a un aumento de temperatura no deseado, y el problema técnico del acortamiento de la vida útil de los LEDs está presente en un menor grado o incluso completamente ausente.
Sin embargo, una persona experta en la técnica comprenderá que es difícil definir un umbral preciso para este valor, el cual depende de factores que pueden incluir el estado de confinamiento de los módulos de LED, la resistencia de los LEDs a altas temperaturas, o el grado de acortamiento de la vida útil de los LEDs que se considera aceptable .
En una modalidad ventajosa, la unidad de encristalado de iluminación de la presente invención es una unidad de encristalado laminada que tiene dos hojas de vidrio unidas entre sí por medio de una capa intermedia de laminación .
Por tanto, las unidades de encristalado de conformidad con la presente invención comprenden preferiblemente, además de la primera hoja, una segunda hoja de vidrio transparente con una primera superficie principal, una segunda superficie principal y un borde, y una capa intermedia de laminación transparente en contacto adhesivo con la segunda superficie principal de la primera hoja de vidrio y la primera superficie principal de la segunda hoja
de vidrio.
En la presente solicitud, el término "primera hoja" significa siempre la hoja con borde iluminado, y la segunda hoja generalmente no está iluminada. La unidad de encristalado de conformidad con la invención se monta preferiblemente en el vehículo de tal manera que la primera hoja es la que está en contacto con el compartimento de pasajeros del vehículo y la segunda hoja es la que está ubicada más cerca del exterior del vehículo, comúnmente en contacto directo con la atmósfera exterior del vehículo.
El término "primera superficie principal" significa, en relación tanto con la primera como con la segunda hojas, la superficie de la hoja está vuelta hacia el interior del vehículo. Lógicamente, el término "segunda superficie principal" significa la superficie de cada hoja que está de frente, o está destinada a estar de frente, hacia el exterior del vehículo.
La capa intermedia de laminación utilizada en las unidades de encristalado laminadas puede estar hecha de cualquier material de polímero transparente comúnmente utilizado para este propósito, por ejemplo poli (vinil butiral) (PVB), poliuretano termoplástico (TPU) o copolímero de etilenvinilacetato (EVA) .
La segunda hoja es preferiblemente más grande que la primera, de modo que se extiende más allá de esta última
en por lo menos una parte de su periferia. El sistema de iluminación de borde incluye módulos de LED, la encapsulación y/o el elemento disipador de calor se aplica posteriormente sobre la primera superficie de la segunda hoja en un punto en donde se extiende más allá de la primera hoj a .
Teóricamente, es posible utilizar lo que se conoce como módulos de LED "tropicalizados", es decir, aquellos que están cubiertos con una resina para hacerlos menos sensibles, o inmunes, a la humedad atmosférica, pero esta tropicalización no es esencial debido a que la función de protección de los LEDs se proporciona preferiblemente en la presente invención mediante la combinación del medio de encapsulación y el disipador de calor. En otras palabras, el elemento disipador de calor interactúa con el medio de encapsulación de modo que encierra los módulos de LED y los aisla de la atmósfera, preferiblemente de una manera estanca al agua y preferiblemente también de una manera hermética y estanca al vapor de agua.
En una modalidad de la presente invención, el disipador de calor tiene una parte en forma de placa que actúa como una cubierta para cerrar un espacio delimitado por el medio de encapsulación. En este caso, el medio de encapsulación adopta la forma de un reborde o un elemento perfilado que rodea y delimita un área en la cual se alojan
uno o más módulos de LED, y el disipador de calor interactúa con el medio de encapsulación a fin de cubrir el módulo o módulos de LED y cerrar el espacio en el cual se alojan.
El medio de encapsulación puede ser un elemento preparado mediante moldeo por inyección o puede ser un reborde preformado, tal como un reborde de adhesivo o elastómero, aplicado y fijado en la orilla de la unidad de encristalado, en la primera superficie principal de la primera hoja y también, si es necesario, en la primera superficie principal de la segunda hoja si la geometría de la orilla de la unidad de encristalado es adecuada para esto .
Sin embargo, el disipador de calor no actúa necesariamente como una cubierta para el espacio en el cual se alojan los LEDs. Puede ser simplemente una pieza hecha de un material conductor del calor, de forma más o menos compleja, que está en contacto de conducción térmica con los módulos de LED. En este caso, el medio de encapsulación se puede fabricar mediante sobremoldeado, el cual cubre, por lo menos parcialmente, los módulos de LED y la parte del disipador de calor en contacto con estos. Evidentemente, el medio de encapsulación debe dejar libre la superficie de intercambio de calor (S) del elemento disipador de calor. Con el fin de asegurar que el medio de encapsulación, el cual es generalmente opaco, no obstruye el espacio de
acoplamiento óptico entre las superficies emisoras de los LEDs y el borde de la primera hoja, puede ser necesario llenar este espacio con un adhesivo transparente.
La capacidad del disipador de calor para eliminar de manera eficiente la energía térmica emitida por los LEDs y los otros componentes electrónicos de los módulos de LED depende de:
- el alcance y la eficacia del contacto con los módulos de LED,
- la conductividad térmica del material del cual está hecho, y
la superficie de intercambio de calor en contacto con la atmósfera.
La conductividad térmica (?) del disipador de calor utilizado en la presente invención es preferiblemente de por lo menos 180 /mK, en particular de por lo menos 200 /mK, y en particular preferiblemente de por lo menos 230 W/mK.
El material del disipador de calor se elige preferiblemente de entre metales o aleaciones de metal, siendo particularmente preferible el aluminio y sus aleaciones, ya que tienen un bajo costo, bajo peso y una conductividad térmica mayor de 230 W/mK.
El disipador de calor está en contacto con el módulo o módulos de LED, generalmente a través de la PCB en
la cual están montados los LEDs . Evidentemente, es deseable maximizar la superficie de contacto entre la PCB y el disipador de calor. Puede ser útil unir estos dos elementos conjuntamente con un adhesivo térmico.
Por último, la geometría del disipador de calor obviamente tiene un efecto decisivo sobre su eficacia. En una modalidad preferida, el disipador de calor tiene una pluralidad de aletas en contacto con la atmósfera, estas aletas constituyen por lo menos 50%, o preferiblemente por lo menos 60%, de la superficie de intercambio de calor (S) del disipador de calor.
En la modalidad descrita anteriormente, en la cual el disipador de calor tiene una parte en forma de placa que cubre un espacio que contiene los LEDs, las aletas están ubicadas preferiblemente en la superficie de esta parte en forma de placa opuesta a la superficie que está vuelta hacia los LEDs. Cuando el espacio que contiene los LEDs ha sido cubierto por el disipador de calor, las aletas están de esta manera dirigidas hacia el exterior, en contacto con la atmósfera externa del vehículo o con la atmósfera del compartimento de pasajeros.
En una modalidad preferida, el elemento disipador de calor tiene suficiente conductividad térmica y una superficie de intercambio de calor suficiente (S) en contacto con la atmósfera para asegurar que el aumento de
temperatura de los LEDs durante el funcionamiento no es mayor de aproximadamente 40 °C, preferiblemente no mayor de aproximadamente 30 °C, y en particular no mayor de aproximadamente 20 °C. Este aumento se debe entender como en relación con la temperatura de los LEDs cuando los módulos de LED están apagados.
Los LEDs pueden ser LEDs que emiten luz hacia los lados o LEDs que emiten luz hacia arriba. Los LEDs que emiten luz hacia arriba forman una modalidad preferida. Esto se debe a que este tipo de LED está disponible en el mercado en la más amplia variedad de formas y a bajo costo.
El medio de extracción de luz teóricamente se puede ubicar en una de las dos superficies principales de la primera hoja de vidrio, en una de las dos superficies de la segunda hoja de vidrio, si está presente, o en el espesor de estas dos hojas. Puede ser un esmalte de difusión o una tinta de difusión que se aplican mediante la impresión en una de las superficies principales de las hojas de vidrio o en una de las superficies de la capa intermedia de laminación. El recubrimiento de difusión puede ser semiopaco u opaco.
Aunque todas estas posibles opciones son viables, algunas son preferibles con el propósito de optimizar la salida de luz general de la unidad de encristalado. Con el fin de obtener esta optimización, es en particular
preferible para el medio utilizado como un elemento de extracción de luz ser un recubrimiento de difusión esencialmente opaco, preferiblemente de color blanco, ubicado en la segunda superficie principal de la primera hoja. Esto se debe a que esta modalidad tiene la ventaja, en comparación con un recubrimiento semiopaco en la primera superficie principal de la primera hoja, de difundir la máxima cantidad de luz hacia el interior del vehículo, mientras que minimiza la cantidad de pérdida de luz por difusión hacia el exterior.
La unidad de encristalado de conformidad con la invención tiene preferiblemente una potencia de iluminación, cuando todos los LEDs contenidos en la misma están encendidos, de por lo menos 5 lúmenes, preferiblemente en el intervalo de 6 a 40 lúmenes, y en particular de 7 a 30 lúmenes .
Evidentemente, la presente invención también propone un vehículo, preferiblemente un vehículo de motor, que tiene una unidad de encristalado de iluminación tal como se describió anteriormente. Esta unidad de encristalado de iluminación puede ser una unidad de encristalado lateral, pero preferiblemente forma parte del techo del vehículo.
La presente invención será ilustrada ahora con referencia a algunas modalidades mostradas en los dibujos adjuntos, en los cuales:
La Figura 1 muestra, en sección transversal, el borde de una unidad de encristalado laminada en la cual el elemento disipador de calor cubre un espacio que contiene los LEDs.
La Figura 2 muestra, en sección transversal, otra modalidad de una unidad de encristalado laminada de conformidad con la invención, en la cual el elemento disipador de calor no cubre un espacio que contiene los LEDs, pero está parcialmente encapsulado.
La Figura 3 muestra, en sección transversal, una tercera modalidad de una unidad de encristalado laminada de conformidad con la invención, en la cual la encapsulación está presente en la forma de dos rebordes de adhesivo que fijan el disipador de calor en las hojas de vidrio.
Finalmente, la Figura 4 muestra una cuarta modalidad de una unidad de encristalado de una sola hoja de conformidad con la invención.
De manera más particular, la Figura 1 muestra el borde de una unidad de encristalado laminado que tiene una primera hoja de vidrio 1, una segunda hoja de vidrio 2, y una capa intermedia de laminación 5, en contacto adhesivo con la segunda superficie principal 12 de la primera hoja de vidrio 1 y la primera superficie principal 21 de la segunda hoja de vidrio 2. La primera superficie principal 11 de la primera hoja 1 está en contacto con el interior del
vehículo, y la segunda superficie principal 22 de la segunda hoja de vidrio 2 está vuelta hacia el exterior del vehículo.
La segunda hoja de vidrio es más grande que la primera hoja de vidrio y sirve para soportar parte del elemento de encapsulación 4 y el disipador de calor 6. El módulo de LED 8 con un LED que emite luz hacia arriba 3 está colocado de manera que la superficie emisora 31 del LED 3 está vuelta hacia el borde 13 de la primera hoja de vidrio 1. El borde 23 de v la segunda hoja de vidrio está cubierta por el medio de encapsulación 4.
La luz inyectada por el LED en el borde 13 de la primera hoja es guiada por esta última hasta el elemento de extracción de luz 7, el cual es un recubrimiento de esmalte de difusión opaco de color claro ubicado en la segunda superficie principal de la primera hoja.
El elemento disipador de calor 6 tiene una sección transversal general en la forma de una letra T invertida. La parte vertical sirve como un soporte para el módulo de LED 8. El contacto de conducción térmica entre el módulo de LED 8 y el elemento disipador de calor 6 es proporcionado por una capa de adhesivo térmico 9. La parte horizontal del disipador de calor cubre el espacio entre las dos partes del medio de encapsulación .
El disipador de calor 6 está fijado en las primeras superficies principales de la primera y de la
segunda hojas de vidrio mediante dos rebordes de adhesivo 10. Estos rebordes permiten que el disipador de calor 6 se coloque con el propósito del moldeo por inyección del medio de encapsulación 4. En esta modalidad, el acoplamiento óptico entre el borde 13 y la superficie emisora 31 del LED se proporciona simplemente mediante el aire atrapado entre el disipador de calor y las hojas de vidrio. El disipador de calor tiene un conjunto de aletas 14, solamente una de las cuales es visible en la Figura 1. Estas aletas no están cubiertas por el material de encapsulación. Ellas forman la parte esencial de la superficie de intercambio de calor del disipador de calor.
La Figura 2 muestra una modalidad de una unidad de encristalado de conformidad con la invención que difiere de aquella de la Figura 1 esencialmente en que el acoplamiento óptico entre la superficie emisora 31 del LED 3 se proporciona mediante un adhesivo transparente 15. En este caso, el elemento disipador de calor 6 en la forma de una T invertida no cubre un espacio que contiene los LEDs, pero la encapsulación 4 fija y parcialmente encierra el disipador de calor 6 que lleva el LED 3. Evidentemente, las aletas 14 que forman la superficie de intercambio de calor del disipador de calor no están encapsuladas , pero permanecen libres y en contacto con la atmósfera.
En la Figura 3, el elemento disipador de calor 6
lleva el módulo de LED 8 formado por el LED 3 y el soporte de la PCB tiene una sección transversal en la forma de un escalón. Este disipador de calor está fijado en la primera hoja 1 y en la segunda hoja 2 mediante el medio de encapsulación 4 el cual en este caso adopta la forma de dos rebordes de adhesivo. El acoplamiento óptico entre la superficie emisora 31 del LED 3 y el borde 13 se proporciona por el aire.
Por último, la Figura 4 muestra un ejemplo de una unidad de encristalado de una sola hoja de conformidad con la invención. El disipador de calor 6 en la forma de un elemento perfilado con una sección transversal en forma de L lleva el módulo de LED 8, que está fijado por medio de un adhesivo térmico 9. El acoplamiento óptico entre el LED y la hoja de vidrio se proporciona mediante un reborde de adhesivo transparente 15 el cual impide que el medio de encapsulación 4 se introduzca en el espacio entre la superficie emisora 31 del LED y el borde 1.3 de la hoja de vidrio 1. Como en todas las otras modalidades descritas anteriormente, el medio de encapsulación deja completamente libre la superficie de las aletas 14 del elemento disipador de calor 6.
Claims (14)
1. Una unidad de encristalado de iluminación para vehículos, que comprende: - una primera hoja de vidrio transparente con una primera superficie principal, una segunda superficie principal y un borde, - uno o más módulos que contienen diodos emisores de luz (módulos de LED, cada uno teniendo una pluralidad de diodos emisores de luz (LEDs) y componentes electrónicos asociados, fijados en una tarjeta de circuito impreso (PCB), los módulos estando colocados de tal manera que las superficies emisoras de los LEDs se vuelven hacia el borde de la primera hoja de vidrio, - un medio de encapsulación en contacto con la primera superficie principal de la primera hoja, y un elemento de extracción de luz, preferiblemente ubicado en una de las superficies principales de la primera hoja de vidrio, caracterizada porque comprende adicionalmente un elemento disipador de calor, el cual está en contacto de conducción térmica con el módulo de LED, y está en contacto con el medio de encapsulación y en contacto con la atmósfera a través de una superficie de intercambio de calor (S).
2. La unidad de encristalado de iluminación de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque la energía térmica emitida por los módulos de LED, cuando están prendidos, es de por lo menos igual a 1 W por decímetro, preferiblemente en el intervalo de 2 a 6 W/dm, y en particular de 2.5 a 5 W/dm.
3. La unidad de encristalado de iluminación de conformidad con la reivindicación 1 o 2, caracterizada porque comprende adicionalmente una segunda hoja de vidrio transparente con una primera superficie principal, una segunda superficie principal y un borde, y una capa intermedia de laminación transparente que está en contacto adhesivo con la segunda superficie principal de la primera hoja y la primera superficie principal de la segunda hoja de vidrio .
4. La unidad de encristalado de iluminación de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el elemento disipador de calor interactúa con el medio de encapsulación de modo que encierra los LEDs y los aisla de la atmósfera.
5. La unidad de encristalado de iluminación de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el medio de encapsulación (4) adopta la forma de un reborde o un elemento perfilado que rodea y delimita un área en la cual están alojados uno o más módulos de LED, el elemento disipador de calor interactúa con el medio de encapsulación a fin de cubrir el módulo o módulos de LED y cerrar el espacio en el cual se alojan el módulo o módulos de LED.
6. La unidad de encristalado de iluminación de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el elemento disipador de calor interactúa con el medio de encapsulación a fin de aislar el módulo o módulos de LED de la atmósfera de una manera hermética.
7. La unidad de encristalado de iluminación de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el disipador de calor tiene una pluralidad de aletas en contacto con la atmósfera, estas aletas constituyen por lo menos 50%, o preferiblemente por lo menos 60%, de la superficie de intercambio de calor (S) del disipador de calor.
8. La unidad de encristalado de iluminación de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque tiene una conductividad térmica (?) igual a por lo menos 180 W/mK, preferiblemente igual a por lo menos 200 W/mK, y en particular igual a por lo menos 230 W/mK.
9. La unidad de encristalado de iluminación de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el elemento disipador de calor tiene la suficiente conductividad térmica y una superficie de intercambio de calor suficiente (S) en contacto con la atmósfera para asegurar que el aumento de temperatura de los LEDs durante el funcionamiento no es mayor de 40 °C, preferiblemente no mayor de 30 °C, y en particular no mayor de 20 °C.
10. La unidad de encristalado de iluminación de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el elemento de extracción de luz es un recubrimiento de difusión opaco, preferiblemente de color blanco, situado en la segunda superficie principal de la primera hoja.
11. La unidad de encristalado de iluminación de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque los LEDs son LEDs que emiten luz hacia arriba.
12. La unidad de encristalado de iluminación de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque emite, cuando está encendida, una potencia de iluminación de por lo menos 5 lúmenes, preferiblemente en el intervalo de 6 a 40 lúmenes, y en particular de 7 a 30 lúmenes.
13. Un vehículo, preferiblemente un vehículo de motor, caracterizado porque tiene una unidad de encristalado de iluminación de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores.
14. El vehículo de conformidad con la reivindicación anterior, caracterizado porque la unidad de encristalado de iluminación forma parte del techo del vehículo.
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