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Die
Erfindung betrifft ein Beleuchtungsmittel eines Handgeräts
mit Wärmespreizung und Anpassung an das Stromversorgungsnetz
gemäß dem Patentanspruch 1 und gemäß Patentanspruch
6 ein Verfahren zur Herstellung des Beleuchtungsmittels.
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Eine
Leuchtdiode ist ein elektronisches Halbleiter-Bauelement, bei dem – wenn
durch die Leuchtdiode Strom in Durchlassrichtung fließt – Licht
(Infrarotstrahlung als Infrarotdiode oder auch Ultraviolettstrahlung)
mit einer vom Halbleitermaterial abhängigen Wellenlänge
abgestrahlt wird. Grundsätzlich sind zwei verschiedene
Ausgestaltungen, nämlich bedrahtete Leuchtdiode und LED-Chip
(in SMD-Gehäuseform oder ungehäust oder direktes „Bonden” des LED-Chips
auf der Platine (chip an board)) bekannt.
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Bedrahtete
Leuchtdioden werden mit optisch transparentem Kunststoffgehäuse
oder Glasgehäuse auf einem Gehäusesockel (Grundplatte)
verkappt und der Halbleiterkristall ist in einer Reflektorwanne eingebettet.
Dabei sind 5 mm oder 3 mm Gehäusedurchmesser handelsüblich.
Ein durch die Grundplatte hindurch geführter elektrischer
Anschlussdraht trägt den Reflektor, stellt bei den meisten
LEDs den Kontakt zur Kathode her und nimmt die Verlustwärme auf.
In der Mitte des Kristalls stellt ein Bonddraht den Kontakt zur
Anode her. Bei fabrikneuen bedrahteten LEDs ist der Anschlussdraht
der Kathode kürzer, z. B. bei einem bedrahteten LED mit
5 mm Gehäusedurchmesser ca. 2,3 cm lang (wobei der Anschlussdraht
zur Anode ca. 2,5 cm lang ist). Der Kunststoffkörper ist
oft wie eine Linse geformt und liegt über dem Kristall,
setzt den Grenzwinkel der Totalreflexion herab und bündelt
somit die austretende Strahlungsleistung auf einen kleineren Raumwinkel.
Da Glas in der Regel eine höhere Brechzahl als Plastik
besitzt, kann durch den Einsatz von Glaslinsen die Strahlungsleistung
der LED noch stärker gebündelt werden. Das nicht
entspiegelte Glas besitzt jedoch höhere Reflexionsverluste
von etwa 10%, auch weil es den Kristall nicht direkt berührt.
Die industrielle Verarbeitung von bedrahteten LEDs ist aufwändig
und teuer und zudem hemmt das optisch transparente Kunststoffgehäuse
oder Glasgehäuse die Wärmeabfuhr.
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LED-Chips
können in unterschiedlichsten Formen und unterschiedliche
Farben abstrahlend als Massenprodukt preiswert bezogen werden, wobei die
Dimensionen der LED-Chips in der Größenordnung
von ca. 0,3 × 0,3 × 0,3 mm liegen. Neuerdings kann
auch auf entsprechende ungehäuste organische Licht emittierende
Dioden (OLED) zurückgegriffen werden. Der allenfalls sehr
dünne Träger ist mit den notwendigen elektrische
leitenden Strukturen versehen, um die lichterzeugenden Elemente
elektrisch kontaktieren zu können. Im Falle der Verwendung
von LED-Chip erfolgt die elektrische Kontaktierung in der Regel
durch einen sogenannten Diebond, der erstens den Chip auf dem Träger
befestigt und zweitens einen ersten elektrischen Kontakt erstellt, sowie
durch einen sogenannten Drahtbond, der von der oberen Chipfläche
auf eine entsprechende Kontaktstelle der Trägerplatte führt.
In anderen Fällen erfolgt mittels des Diebondes nur eine
Befestigung des LED-Chips, während die elektrische Kontaktierung mit
zwei Drahtbonds geschieht. Selbstverständlich kann die
Befestigung und Kontaktierung der lichterzeugenden Elemente auf
dem Träger auch mittels anderer aus dem Bereich der Montage
von Halbleiterchip hinlänglich bekannten Methoden, wie
beispielsweise dem bekannten Flip-Chip-Verfahren erfolgen. Diese
Methode weist den Vorteil auf, dass keine Drahtbonds von Nöten
sind, sondern die LED-Chips direkt mittels sogenannter Lot-Bumps kontaktiert
und befestigt werden. Dies bringt neben einer in vielen Fällen
erhöhten Betriebssicherheit, den Vorteil, dass insgesamt
eine geringere Bauhöhe und Baubreite entsteht. Auch kann
eine Variante der bekannten Glas-Flip-Chip Technik eingesetzt werden,
bei der als Träger ein optisch transparentes Material verwendet
wird und auf dem optisch transparente elektrische leitende Bahnen
und Bondpads vorhanden sind, die beispielsweise mittels einer strukturierten
ITO-Schicht hergestellt wurden. Die mittels Stud-Bumps – dies
sind im Prinzip kurz abgerissene Bonddrähte – versehenen
LED-Chip werden mit ihrer Licht abstrahlenden Seite auf den so vorbereiteten transparenten
Träger gebondet. Bei dem nun folgenden sogenannten Underfill-Prozess
wird der Luftspalt zwischen LED-Chip und transparentem Träger
mit einem in seiner Viskosität für diesen Zweck
geeigneten transparenten Material ausgefüllt werden. Hierzu
ist beispielsweise ein entsprechendes Silikon-Gel geeignet. Eine
oder mehrere der mit den elektrisch kontaktierten LED-Chips bestückten
dünnen Trägerplatten werden auf der, der Lichtabstrahlung
abgewandten Seite und in den tragenden Zonen des Basiselementes
mit demselben, beispielsweise mittels Verklebung, Verlötung
oder Vernietung verbunden. In Fällen, in denen die Lichtquelle
mit sehr vielen lichterzeugenden Elementen, also beispielsweise
mit 16 oder 25 LED-Chip pro cm2, ausgestattet
wird, ist es wesentlich, dass der dünne Träger
möglichst gut Wärme ableitet. In diesen Fällen
ist es von Vorteil, den Träger so aufzubauen, dass er eine
metallische Trägerfolie bzw. -platte aufweist, welche eine
dünne elektrisch isolierende Schicht besitzt, also beispielsweise
eine einige 10 μm dicke Kunststoffschicht, besser aber
eine 0.5 μm bis 1 μm dünne Siliziumoxyd- oder
Siliziumnitridschicht oder eine entsprechend dünne, beispielsweise
mittels Sol-Gel Verfahren aufgebrachte Glas- bzw. Keramikschicht.
Auf dieser, allenfalls örtlich geöffneten isolierenden
Schicht befindet sich eine nächste, strukturierte metallische Schicht,
welche – allenfalls unter Einbezug der unteren metallischen
Trägerfolie – die elektrische Kontaktierung der
LED-Chips ermöglicht.
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Bei
der Chip-on-Board-Technologie werden die ungehäusten LED-Chips
direkt auf die Leiterplatte geklebt und danach mit Mikrodrähten
zur Platine kaltgeschweißt (Drahtbonden).
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Wenn
entweder eine große Anzahl einzeln gehäuster LED-Chip
auf einer möglichst kleinen Fläche vereinigt werden
soll oder wenn sogenannte Power-Chips verwendet werden, d. h. Chips,
die ein elektrische Leistung von 1 W, 5 W oder noch mehr aufnehmen
und neben einer entsprechend hohen Lichtabgabe auch sehr viel Verlustwärme
erzeugen, ist es von rasch zunehmender Wichtigkeit, dass ein optimaler
Wärmetransport vom Chip in die plattenartige Trägerstruktur
gewährleistet ist. Den genannten und vielen anderen bekannten
Aufbauten von LED-Chips ist gemeinsam, dass der LED-Chip auf einem
Träger befestigt ist, der in sich oder in Verbindung mit
einem zusätzlichen Körper als mehr oder weniger
optimale Wärmesenke wirkt. Im Sinne der Lichtbündelung
ist bezüglich der Aufbauten von bekannten LED-Chips zu
sagen, dass die Lichtbündelung praktisch ausschließlich
mit domartigen, optisch transparenten Kunststofflinsen durchgeführt
wird. Ausgehend von kleinen LED-Chips (Größe ca.
0,3 × 0,3 mm) werden enge Bündelungswinkel von
weniger als 20° auf diese Weise nur mit Linsenelementen mit
Dimensionen in der Größenordnung eine Durchmessers
von 5 mm und einer Höhe von ca. 8 mm erreicht. Für
LED-Chips der Größe 1 × 1 mm sind für Winkel < 20° derartige
Linsenelemente von ca. 12 mm Durchmesser und 15 mm Höhe
notwendig. Für sehr kleine LED-Lampen mit kleinen LED-Chips,
beispielsweise die SMD-LEDs mit einem Volumen von beispielsweise
1,5 × 1,2 × 1,5 mm, ist bestenfalls eine Lichtbündelung
auf ca. 40° bekannt
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Ärztliche/zahnärztliche
Handinstrumente mit einer Beleuchtungseinrichtung oder dentale Aushärtungsvorrichtung
mit Licht sind seit langem bekannt. Beispielsweise ist aus der
DE 698 16 716 T2 ein zahnärztliches
Handstück mit einem Hauptteil, das einen Turbinenkopf,
eine Kupplung und eine Lichtquelle zur Beleuchtung der Behandlungsstelle
im Mund des Patienten enthält, bekannt. Um eine Halogenlampe
mit einem Faden zu vermeiden, ist die Lichtquelle eine in dem Turbinenkopf
angeordnete Halbleitereinrichtung. Das optische Halbleiterbauelement
kann eine Licht emittierende Diode (LED), insbesondere eine sichtbares
Licht emittierende Diode (VLED), sein, welche eine lange Lebensdauer,
etwa mindestens 10.000 Stunden, aufweist. Die VLED ist in dem unteren
distalen Bereich des Halses nahe dem Kopf angeordnet und elektrisch
an eine externe Versorgungsquelle angeschlossen. Hierzu ist die VLED
an Leitungsdrähten angeschlossen, die durch den Turbinenkopf
zu Kontakten am proximalen Ende des Turbinenkopfs verlaufen. Die
Kontakte sind wiederum an Kontakte in der Kupplung angeschlossen, um
eine elektrische Verbindung zwischen dem Turbinenkopf und der Kupplung
zu schaffen. Im unteren distalen Endbereich des Halses ist ein auf
die VLED ausgerichtetes Projektionsfenster vorgesehen, so dass von
der VLED emittiertes Licht auf die Spitze des Werkzeuges gerichtet
wird, um die Behandlungsstelle im oralen Hohlraum eines Patienten
zu beleuchten. Alternativ kann die VLED auch im Kopf des Handstücks
angeordnet sein, wobei in diesem Fall das Lichtprojektionsfenster
auf die VLED ausgerichtet an dem Kopf angeordnet ist, so dass die
Beleuchtung der Behandlungsstelle wie oben beschrieben bewirkt werden
kann. Dadurch, dass die Beleuchtungseinrichtung im Kopf oder Hals
des Handstücks zur direkten Beleuchtung der Behandlungsstelle
angeordnet werden kann, entfällt die Notwendigkeit teurer
optischer Fasern, wie einem Faserstab oder Glasfasern, und die Dämpfung
des Lichts wird minimiert. Ferner wird der Aufbau des Handstücks
vereinfacht und die Kosten werden verringert.
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In
Weiterbildung hierzu ist aus der
EP 1 093 765 A2 eine Beleuchtungseinrichtung
für ein zahnärztliches oder medizinisches Instrument
bekannt, welche eine Vielzahl von LEDs und zugehörige Halter
aufweist, Die LEDs sind dabei so angeordnet, dass auch eine seitliche
Beleuchtung ohne Schattenwurf ermöglicht wird.
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Eine ähnliche
Beleuchtungseinrichtung für ein ärztliches oder
zahnärztliches Handinstrument ist aus der
DE 10 2004 006 805 A1 bekannt.
Um zusätzliche Informationen in das Blickfeld des Behandlers einzublenden,
beispielsweise anzuzeigen, ob an einer zu behandelnden Stelle Karies
vorhanden ist, sind Mittel zum Beimischen farbigen Lichts zu dem Beleuchtungskegel
vorgesehen. Die Beimischung farbigen Lichts zu der Grundbeleuchtung
ist bei Verwendung ausreichend heller Leuchtkörper für
den Behandler deutlich wahrzunehmen und gestattet damit, ihn ergonomisch
mit der Zusatzinformation zu versorgen.
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In
letzter Zeit sind dentale Aushärtungsvorrichtungen entwickelt
worden, die mehrere Lichtquellen verwenden, wobei eine solche Konstruktion
eine Vielzahl von LEDs, die auf einer oder mehreren Wärmesenken
angebracht sind, einschließt. Um wirksam Wärme
von der Spitze der dentalen Aushärtungsvorrichtung abzuführen,
die von einer oder mehreren LEDs erzeugt wird, umfasst diese gemäß der
DE 10 2004 061 551
A1 ein längliches Gehäuse mit einem nahen
Ende und einem fernen Ende, eine an dem fernen Ende des Gehäuses
angebrachte Lichtquelle, elektronische Schaltkreise, die zumindest
teilweise innerhalb des Gehäuses zwischen dem nahen Ende und
dem fernen Ende angeordnet sind, einen metallischen Wärmesenkebereich,
der Lichtquelle benachbart und sich innerhalb eines Teilbereichs
des Gehäuses erstreckend und einen Wärmesenkebereich auf
Polymerbasis, dem metallischen Wärmesenkebereich benachbart
und sich innerhalb eines weiteren Teilbereichs des Gehäuses
erstreckend. Der thermisch leitende Bereich auf Polymerbasis umgibt zumindest
teilweise die elektronischen Schaltkreise und erstreckt sich innerhalb
eines Bereichs des Stabgehäuses, der während der
Benutzung von dem Benutzer ergriffen wird. Der thermisch leitende
Bereich der Wärmesenke auf Polymerbasis kann den elektronischen
Schaltkreisen der dentalen Aushärtungsvorrichtung benachbart
sein, ohne Probleme durch elektrische Leitfähigkeit (z.
B. einen Kurzschluss der elektronischen Schaltkreise) zu verursachen,
die eine metallische Wärmesenke verursachen würde.
Anders als Metalle, kann wärmeleitendes Polymer bei einer
relativ niedrigen Temperatur (z. B. Raumtemperatur) in den Stabhohlraum
eingeführt werden, um so die Schaltkreise einzuschließen,
ohne sie zu beschädigen. Da die Wärmesenke sich
im wesentlichen über die gesamte Länge des Stabs
erstrecken kann, kann sie wirksam Wärme von der Spitze
der dentalen Aushärtungsvorrichtung hinunter zu dem Bereich
des Stabs abführen, der von dem Benutzer ergriffen wird.
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Es
ist auch bekannt, Chips zur Lichtabgabe auf einen metallischen Körper
aufzukleben. Zwar ist bei einer derartigen Lösung der Wärmewiderstand zwischen
Chip und Kühlkörper geringer als bei Integration
in einem Kunststoffgehäuse/Kunststoffmodul, dennoch wirkt
auch hier die Klebstoffschicht als Wärmesperre, so dass
die Gefahr der Überhitzung des oder der Chips besteht.
Um dies zu vermeiden, ist aus der
EP 1 228 738 A1 eine dentale Aushärtungsvorrichtung
bekannt, bei welcher die Halbleiter-Strahlungsquelle als eine Anordnung
von Einzel-Strahlungsquellen ausgebildet ist, die auf einem gemeinsamen
Basiskörper aufgelötet sind. Die entstehende Strahlungswärme
auf dem Chip wird über die Wärmeleitverbindung
sofort auf einen recht großen Basiskörper abgeleitet,
welcher dann zwar erwärmt wird dieser jedoch gut gekühlt
werden, nachdem er eine große Oberfläche aufweisen
kann. Insbesondere ist es vorgesehen, jeden Chip in einer Mulde
in dem Basiskörper gegenüber der Oberfläche
versenkt anzuordnen. Diese Lösung hat einen noch weiter
verbesserten Lichtwirkungsgrad zur Folge. Die Mulde ist bevorzugt
innen verspiegelt und wirkt als Mikro-Reflektor, wobei die Oberfläche
des lichtabgebenden Chips im Brennpunkt des so gebildeten Mikroreflektors
angeordnet sein kann. Die zur Seite emittierte Strahlung lässt
sich auf diese Weise fokussieren, so dass die Lichtverluste durch
Fehlleitung der Strahlung deutlich reduziert sind.
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Weiterhin
ist eine ähnliche dentale Aushärtungsvorrichtung
mit einem röhrenförmigen Gehäuse und
mit verschiedenen Mitteln zur Kühlung der Lichtquellen
aus der
WO 2004/0011848
A2 bekannt, wodurch die LEDs mit 4-facher Leistung betrieben
werden können. Allen beschriebnen Ausführungsformen ist
die Kombination aus metallischem Wärmesenkebereich und
damit in Kontakt stehender Heatpipe gemeinsam. Im Einzelnen wird
bei einer Ausführungsform Kühlmittel (beispielsweise
Wasser) vom Wärmesenkebereich mittels einer Pumpe über
Kanäle der Heatpipe in die Hochleistungs-LED geleitet.
Bei einer weiteren Ausführungsform weist die Heatpipe eine
Doppelfunktion auf, nämlich einerseits eine elektrische
Verbindung zwischen Batterie und an dem freien Ende der Heatpipe
angeordneten Hochleistungs-LED herzustellen und andererseits die Wärme
der LED nach hinten zum Wärmesenkebereich zu leiten. Bei
einer weiteren Ausführungsform ist für ein Array
aus LEDs eine Wärmesenke aus Kupfer vorgesehen, welche
einen Hohlraum ausgestaltet, bei welcher die Heatpipes in den Hohlraum eingeführt
werden und der Dampf sich dann im Holraum niederschlägt.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist das LED-Gehäuse
auf einem leitenden Substrat angeordnet, welches mit einer Heatpipe
verbunden ist.
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Bei
weiteren Ausführungsformen ist zur Verbesserung der Kühlleistung
ein Gebläse für den Wärmesenkebereich
vorgesehen oder die Heatpipe selbst ist an einem Ende als Kondensator
(kaltes Ende) ausgestaltet und wird vom Gebläse gekühlt.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist zwischen Heatpipe
und röhrenförmigem Gehäuse der dentalen
Aushärtungsvorrichtung, vorzugsweise zwischen Mitte und
anderem freien Ende, ein bei Erwärmung den physikalischen
Zustand (von fest nach flüssig) änderndes Material
vorgesehen, beispielsweise Paraffin oder Kupferwolle.
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In
neuerer Zeit werden zunehmend LED-Chips als Lösung für
Allgemeinbeleuchtung oder für Kfz-Scheinwerfer eingesetzt,
da die industrielle Verarbeitung von bedrahteten LEDs aufwändig und
teuer ist. Beispielsweise betrifft die
DE 20 2006 006 336 U1 bei
einer ersten Ausgestaltung den Aufbau eines Hochleistungs-LED-Pakets,
welches aus einer Linse, einem Lampenschirm, einer LED-Chipgruppe,
einem Metall-Kühlkörper und einer wärmeleitfähigen
Basis aufgebaut ist. Weiterhin ist die wärmeleitfähige
Basis für die Aufnahme des Metall-Kühlkörpers
mit einer mittleren Fassung ausgeführt, wobei sich zwischen
dieser mittleren Fassung und dem Metall-Kühlkörper
eine Isolierschicht befindet. Der Metall-Kühlkörper,
die Isolierschicht, die wärmeleitfähige Basis
und der Lampenschirm sind so miteinander zusammengesetzt, das sie
einen integralen Metallkörper bilden, bei dem die Abwärme
von der LED-Chipgruppe schnell abgeleitet wird. Das dabei ausgestrahlte
Licht wird fokussiert und mit dem Lampenschirm und der Linse in
einem gewünschten Projektionswinkel erneut ausgerichtet.
Bei einer zweiten Ausgestaltung des Hochleistungs-LED-Pakets sind ein
Metall-Kühlkörper und eine wärmeleitfähige
Basis in Form eines Streifens ausgeführt. Auf der oberen Fläche
des Metall-Kühlkörpers sind der Länge
nach mehrere LED-Chips angeordnet, die elektrisch verbunden sind
und deren verlängert ausgeführter Träger
sich nach unten und aus der wärmeleitfähigen Basis
erstrecken. Am oberen Teil des Metall-Kühlkörpers
ist ein Lampenschirm montiert. Bei einer dritten Ausgestaltung ist
die LED-Gruppe der Länge nach angeordnet und diese in einem
rechteckigen Lampenschirm einer Tischlampe oder in einem Träger
eines Scheinwerfers mit einer Schraube montiert. Bei allen diesen
Ausgestaltungen sind der Metall-Kühlkörper, die
Isolierschicht, die wärmeleitfähige Basis und
der Lampenschirm so miteinander zusammengesetzt, das sie einen integralen
Metallkörper bilden, bei dem die Abwärme von den
LED-Chips in üblicher Weise in der Fläche schnell
abgeleitet wird. Schließlich ist bei einer vierten Ausgestaltung
des Hochleistungs-LED-Pakets, dieses aus mindestens einem lichtemittierenden
Dioden-Chip aufgebaut, der auf einer Außenfläche
eines Metall-Kühlkörpers mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit
befestigt ist. Der Aufbau besteht weiter aus einer wärmeleitfähigen
Basis, auf der der Metall-Kühlkörper befestigt
ist. Zwischen dem Metall-Kühlkörper und der wärmeleitfähigen
Basis befindet sich eine Isolierschicht. Dank dem dreifachen Aufbau
werden sowohl die mechanische Robustheit als auch der Bereich für
die Ableitung der Abwärme deutlich verbessert, wobei die
im Metall-Kühlkörper erzeugte Abwärme
schnell zur wärmeleitfähigen Basis verteilt und
danach abgeleitet wird. Zusammenfassend ist dem aus der
DE 20 2006 006 336
U1 bekannten Aufbau eines Hochleistungs-LED-Pakets mit
den bekannten Aufbauten von LED-Chips gemeinsam ist, dass der (oder
die) LED-Chips auf einem Träger befestigt ist (sind), der in
sich oder in Verbindung mit einem zusätzlichen Körper
als mehr oder weniger optimale Wärmesenke in üblicher
Weise in der Fläche wirkt.
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Weiterhin
ist aus der
DE
10 2006 017 718 A1 eine Leuchte für Fahrzeuganwendung
mit mindestens einem elektrooptischen Wandler, Leiterbahnen für
die Stromversorgung des elektrooptischen Wandlers und Kühleinrichtung
(Gehäuse oder auf die Innenwandung des Gehäuses
aufgebrachte Schicht) bekannt. Bei einer ersten Ausführungsform
ist die Kühleinrichtung durch das Gehäuse in dem
Bereich des elektrooptischen Wandlers realisiert. Bei einer zweiten
Ausführungsform besteht die Kühleinrichtung aus
einer gut Wärme leitenden Schicht, die zwischen der Innenwandung
des Gehäuses und der Rückseite des elektrooptischen
Wandlers angeordnet und welche fest mit der Innenwandung des Gehäuses
verbunden ist. Hierbei sind die als Schicht ausgebildete Kühleinrichtung
und die zu dem elektrooptischen Wandler führenden Leiterbahnen
in MID-Technik (MID = Moulded Interconnect Devices) hergestellt.
Unter einem elektrooptischen Wandler im Sinne der
DE 10 2006 017 718 A1 ist
eine üblicherweise als LED (Light Emitting Diode) bezeichnetes Halbleiterbauelement
zu verstehen, das bei Stromdurchfluss Licht erzeugt. Im einzelnen
wird bei der ersten Ausführungsform der elektrooptische
Wandler mit dem Gehäuse verklebt, während seine
elektrischen Anschlüsse mit den Leiterbahnen verbunden, insbesondere
verlötet sind. Die Leiterbahnen sind ebenfalls unmittelbar
auf dem Boden und auf der Innenwandung des Gehäuses angeordnet.
Die Leiterbahnen bestehen aus einem elektrisch gut leitenden Material,
wie insbesondere Kupfer, und dienen der Stromzufuhr zu dem elektrooptischen
Wandler. Die dem elektrooptischen Wandler abgewandten Endstücke
der Leiterbahnen sind mit Steckverbindern verbunden, die beispielsweise
eine Verbindung zu dem Bordnetz eines Fahrzeugs ermöglichen.
Als Kühleinrichtung fungiert wenigstens der unmittelbar
an den elektrooptischen Wandler angrenzende Bereich des Gehäuses.
Zu diesem Zweck ist wenigstens dieser Teil des Gehäuses
gut Wärme leitend ausgebildet. Dies wird beispielsweise
dadurch erreicht, dass Metallpartikel in das Kunststoffmaterial
des Gehäuses eingebracht sind. Im Einzelnen ist bei der
zweiten Ausführungsform eine Kühleinrichtung vorgesehen, die
in Form einer Schicht auf wenigstens einen Teilbereich der Innenwandung
des Gehäuses aufgebracht ist. In einer Ausführungsvariante
hat die Kühleinrichtung die Gestalt einer Kugelkalotte,
mit Ausnehmungen für die Leiterbahnen. Die Kühleinrichtung
bedeckt einen großen Teil der Innenoberfläche des
Gehäuses und auf der äußeren Oberfläche
der Kühleinrichtung ist der elektrooptische Wandler angeordnet.
Die Kühleinrichtung besteht wiederum aus einem gut Wärme
leitenden Material. In einer dritten Ausführungsform ist
die Leuchte als Blinkleuchte bei einem Motorrad einsetzbar und umfasst
ein aus Kunststoff bestehendes topfförmiges Gehäuse.
In dem Boden des Gehäuses ist ein Kühlkörper
angeordnet. Eine Berandungsfläche des Kühlkörpers schließt
bündig mit der Innenoberfläche des Bodens ab und
trägt ein Leuchtelement, dessen Verlustwärme abgeführt
werden muss. Bei dem Leuchtelement handelt es sich vorzugsweise
um eine Hochleistungs-LED. Der Kühlkörper durchsetzt
den Boden des Gehäuses und umfasst, zwecks optimaler Wärmeableitung,
Kühlrippen, welche sich bis an die Außenoberfläche
des Gehäuses erstrecken. Die Endflächen der Kühlrippen
liegen dabei formangepasst in der Außenoberfläche
des Gehäuses und der Kühlkörper besteht
aus einem gut Wärme leitenden Material, nämlich
einem Metall, wie Aluminium oder Kupfer oder aus einem hochgefüllten
Kunststoff.
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Weiterhin
ist aus der
DE 103
16 512 A1 ein Signalgerät mit wenigstens einer
Leiterplatte, die ein oder mehrere Leuchtdioden trägt und
mehrere Anschlusskontakte aufweist, bekannt. Dabei sind die Anschlusskontakte
stirnseitig an der Leiterplatte angebracht, wodurch der Aufwand
für den Anschluss der Leiterplatte an entsprechende Anschlusselemente
verringert wird. Die LED bzw. weitere Bauelemente sind mit der sogenannten
SMD-Technik auf der Leiterplatte aufgebracht. Die zur Ansteuerung
der LED erforderliche Steuerelektronik kann teilweise oder ganz
auf der Leiterplatte oder aber im Sockelelement des Signalgeräts
untergebracht werden. Die Anschlusskontakte können über
Federzungen oder dergleichen ausgebildet werden, wobei wesentlich
die stirnseitige Kontaktierung der Leiterplatte, durch die sich
die erfindungsgemäße Vereinfachung des Fertigungsaufwandes
ergibt, ist.
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Um
nicht die Platine selbst als Kühlkörper zu gestalten,
ist aus der
DE
20 2005 012 652 U1 ein Leistungs-LED-Modul mit mindestens
einem Leistungs-LED, einer Platine, welche die LED trägt,
und einen zur Kühlung der LED angeordneten Kühlkörper aus
Metall bekannt. Im Einzelnen ist die Platine in einem unter der
LED liegenden Bereich mit einem Durchgangsloch versehen, in das
der Kühlkörper an einer rückseitigen
Kontaktfläche der LED anliegend eingesetzt ist. Die Dicke
des in das Durchgangsloch eingesetzten flachen zylindrischen Kühlkörpers
aus Kupfer entspricht genau der Dicke der Platine. Der Kühlkörper
liegt somit mit seiner Oberseite, die eine obere Kontaktfläche
bildet, an der rückseitigen Kontaktfläche der
LED an, die der vom Durchgangsloch freigegebenen Unter – bzw.
Rückseite der LED entspricht. Die thermische Kopplung der
LED mit dem Kühlkörper erfolgt durch eine wärmeleitende
Kontaktschicht, bei der es sich um einen Klebstoff zur festen Verbindung
von LED und Kühlkörper, einen Lack, eine Wärmeleitpaste
oder dergleichen handeln kann. Zur Vermeidung von Kurzschlüssen
ist die Kontaktschicht elektrisch isolierend ausgebildet. Es ist
auch denkbar, zwischen der LED und dem Kühlkörper mehrere
Schichten vorzusehen, also beispielsweise einen Klebstoff und zusätzlich
einen elektrisch isolierenden Lack. An seiner der LED abgewandten
Rückseite bzw. Unterseite, die bündig mit der
Unterseite der Platine abschließt, liegt der Kühlkörper
auf dem Boden des Gehäuses auf und ist somit mit dem Gehäuse
ebenfalls thermisch gekoppelt, welches auf diese Weise als zweiter
Kühlkörper dient. Zwischen den einander zugewandten
Kontaktflächen der beiden Kühlkörper,
also zwischen Unterseite des Kühlkörpers und dem
Boden
14 des Gehäuses ist eine Wärmeleitpaste
oder dergleichen als Kontaktschicht vorgesehen. Die beim Betrieb
der Leistungs-LED erzeugte Wärme kann somit über
die obere Kontaktschicht, den ersten Kühlkörper
und die untere Kontaktschicht an das Gehäuse als zweiten
Kühlkörper weitergegeben werden. Bei weiteren
Ausgestaltungen ragt der Kühlkörper in der Montageposition
nach unten über die Unterseite der Platine hinaus. Beispielsweise
weist der Kühlkörper einen radial nach außen
abgestuften Erweiterungsbereich auf, der den Kühlkörper
ringförmig umläuft, so dass dieser einen T-förmigen
Querschnitt aufweist.
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Weiterhin
ist für bedrahtete LEDS aus der
DE 195 28 459 C2 ein Leuchtaggregat
mit einer Trägerplatte, die auf der einen Seite mit einer
Vielzahl von eingekapselten LEDs bestückt ist, und mit
einer Wärme abgebenden Fläche, die zumindest der
einen Seite der Trägerplatte zugeordnet und mit dieser
so verbunden ist, so dass ein guter Wärmeübergang von
der Trägerplatte zur Wärme abgebenden Fläche gewährleistet
ist, bekannt. Im einzelnen wird der notwendige Betriebstrom über
eine auf der Trägerplatte angeordnete Schaltung zugeführt
und die Wärme abgebende Fläche ist eine Außenseite
einer zusätzlichen Kühlschicht oder Kühlplatte,
welche auf der Seite der Trägerplatte angeordnet ist, die
mit den LEDs bestückt ist. In einer zweiten Ausgestaltung
ist auf jeder Seite der Trägerplatte ein Wärme
gut aufnehmendes und abgebendes Mittel (Frontplatte) angeordnet,
das Wärme von der Trägerplatte abführt
und an die Umgebung abgibt. Zwischen jeder der Wärme abgebenden
Platten und der Ober- bzw. Unterseite der Trägerplatte
ist jeweils eine Schicht angeordnet. Die Schichten (Verguss) sollen
einen guten Wärmeübergang zwischen der Trägerplatte
bzw. den LEDs und den Wärme abgebenden Platten nicht behindern,
gegebenenfalls sogar begünstigten und gleichzeitig das
gesamte Aggregat in sich stabilisieren und den Durchgang von Feuchtigkeit
zwischen beiden Seiten der Trägerplatte unterbinden und
schließlich eine zuverlässige Haftung zwischen
den Wärme abgebenden Platten und der Trägerplatte
gewährleisten. Andererseits sollen die Schichten elektrisch
isolieren. Es handelt sich beispielsweise um Schichten aus elektrisch
isolierendem Material, in das Wärmebrücken eingebaut
sind, die zwar dem Wärmetransport dienen, die elektrisch
isolierende Wirkung aber nicht beeinträchtigen. Der Schichtwerkstoff
kann beispielsweise ein Epoxidharz sein, in dem die Wärmebrücken
von Partikeln gebildet sind, die wärme- nicht aber elektrisch
leitend sind. Infrage kommen beispielsweise Korund oder entsprechend
ausgelegte Kunststoffe. Die Schichten können aus entsprechendem
Material gefertigt und angelegt sein. Sie können aber auch
an Ort und Stelle hergestellt werden, indem beispielsweise die für
die Schichten bestimmten Freiräume als geschlossene Hohlräume
ausgebildet werden, in die die einzelnen Materialkomponenten eingeführt
werden und durch entsprechende Behandlung zu den Schichten zusammengefügt
werden. Es kann sich beispielsweise um Material in Granulatform
handeln, dessen einzelne Partikel durch die Zuführung von
Wärme zusammenbacken oder die durch die Zufuhr von Wärme
so weit erweicht werden, dass sie zu homogenen Schichten ineinander
fließen. Auch können die Komponenten in fluidisierter
Form eingebracht werden, aufschäumen und anschließend
zu einem starren homogenen Körper erstarren. Die Frontplatte
dient als Grundträger des Aggregates bzw. Leuchtenkörpers
und zu dessen Befestigung in einem Gehäuse. Durch parallele
Bohrungen in der Frontplatte werden die mechanischen und optischen
Achsen der LEDs parallel ausgerichtet. Dadurch entfällt
die bisher übliche Einzelausrichtung von Hand und die Ausrichtung
ist für die gesamte Lebensdauer des Aggregates gewährleistet.
Die Verlustwärme beim Betrieb der LED-Leuchte wird sowohl
an die Frontplatte als auch den hinteren Kühlkörper
geleitet und dort an die Umgebungsluft abgegeben.
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Um
den Benutzer eine kostengünstig herstellbare Halbleiterbeleuchtung
(LED) zur Verfügung, welche einen Betrieb mit erhöhter
Leistung in einem bestimmten Temperaturbereich ermöglicht
ist aus der nicht vorveröffentlichten
DE 10 2007 011 968.4-15 der Anmelderin
ein Beleuchtungsmittel, insbesondere für ein Handgerät
zur Beleuchtung einer zu untersuchenden oder zu behandelnden Stelle
bekannt, welches aufweist:
- – eine
Halbleiter-Strahlungsquelle mit Gehäusehaube und mit durch
eine Grundplatte hindurchgeführte elektrische Anschlüsse,
- – ein an die Grundplatte anschließendes und
damit in Kontakt stehendes wärmeleitendes LED-Teil mit
Bohrungen für das Durchführen der elektrischen
Anschlüsse,
- – ein dem wärmeleitenden LED-Teil nachgeordnetes
Kupplungsteil mit Ausnehmungen für das Führen
der elektrischen Anschlüsse und
- – eine den noch vorhandenen Raum zwischen Grundplatte
der Halbleiter-Strahlungsquelle und LED-Teil einschließlich
der Bohrungen ausfüllende Wärmleitsubstanz,
so
dass die Kontaktfläche zwischen LED-Teil und Halbleiter-Strahlungsquelle
vergrößert ist und die Wärmeableitung
zum Kupplungsteil auch über die elektrischen Anschlüsse
erfolgt. Das erfindungsgemäße Prinzip der Wärmespreizung
und Abführen der Wärme gemäß der
nicht vorveröffentlichten DE 10 2007 011 968.4–15 wird
also mittels einer einzelnen bedrahteten handelüblichen
LED mit Gehäusehaube und mit durch die Grundplatte hindurchgeführte
elektrische Anschlüsse, mit dem LED-Teil, der Wärmleitsubstanz
und dem Kupplungsteil, d. h. über die elektrischen und
durch die vorgenannten Teile hindurchgeführten und mit
diesen in unmittelbaren Kontakt stehenden Anschlüsse und
vom LED weg in die Tiefe, realisiert. Das aus der nicht vorveröffentlichten DE 10 2007 011 968.4–15 bekannte
Beleuchtungsmittel weist den Vorteil auf, dass auf überraschend
einfache und kostengünstige Art und Weise das Verhältnis
von Wärmeübergangswert zu Wärmedurchgangswert (durch
Ausfüllen des noch vorhandenen Raums zwischen Grundplatte
der Halbleiter-Strahlungsquelle und LED-Teil einschließlich
der Bohrungen mit Wärmleitsubstanz) derart optimiert wurde,
dass eine besonders effektive Wärmeabfuhr gewährleistet
ist. In Weiterbildung sind zumindest Teilbereiche der Gehäusehaube
und des Randbereichs der Grundplatte mit einem Wärmeleitlack
beschichtet oder benetzt. Durch Umspritzen zumindest eines Teils
der Gehäusehaube und des Randbereichs der Grundplatte wird deren
Wärmeleitfähigkeit bzw. Wärmekapazität
erhöht. Insbesondere kann eine Wärmespreizung
innerhalb der Körper (Gehäusehaube, Grundplatte bzw.
LED-Teil) dadurch erfolgen, dass die Grundplatte, an welcher die
Gehäusehaube bzw. das LED-Teil befestigt ist bzw. anliegt,
mindestens einen Bereich erhöhter thermischer Leitfähigkeit
aufweist, indem diese als eine Komponente aus einem wärmeleitenden
Kunststoff beim Mehrkomponentenspritzgießen oder durch
Umgießen eines Inserts aus einem wärmeleitenden
Kunststoff oder aus Metall hergestellt ist. Weiterhin kann vorgesehen
werden, dass zusätzlich zumindest der Randbereich am Übergang
zwischen Mantel des wärmeleitenden LED-Teils und Grundplatte
und/oder Gehäusehaube der Halb leiter-Strahlungsquelle
mit Wärmeleitlack beschichtet oder benetzt ist. Allen Ausführungsformen
gemeinsam ist, dass die vorstehenden Maßnahmen, welche keinen
hohen Kostenaufwand bedeuten, auch nachträglich auf die
herkömmliche bedrahtete Leuchtdiode angewandt werden können,
ohne dass nun bei Betrieb als Hochleistungs-Leuchtdiode die üblicherweise
hohe Lebensdauer von Leuchtdioden verkürzt ist. Insbesondere
wird auf einfache Art und Weise ein Beleuchtungsmittel mit Wärmespreizung
durch Wärmeleitbeschichtung bzw. Wärmeleitsubstanz
realisiert
-
Wie
die vorstehende Würdigung des Standes der Technik aufzeigt,
sind unterschiedlich ausgestaltete ärztliche/zahnärztliche
Handinstrumente mit einer Beleuchtungseinrichtung oder dentale Aushärtungsvorrichtungen
mit Licht oder die Benutzung von LED-Chips als Lösung für
Allgemeinbeleuchtung oder für Kfz-Scheinwerfer bekannt.
In der Praxis fehlt jedoch ein kostengünstiges und mit
handelsüblichen konventionellen LEDs ausgestattetes Handgerät, welches
ohne die Verwendung von aufwendiger Kühlmittel, beispielsweise
Heatpipes in Kombination mit Wärmesenken oder zusätzliche
Kühlung mit Gebläse oder Ausgestaltung von Kühlmittelkanaälen,
einen Betrieb mit erhöhter Leistung in einem bestimmten
Temperaturbereich ermöglicht und welches den Anschluss
und Betrieb an Stromversorgungsnetze mit unterschiedlichen Spannungswerten
(im Niederspannungsbereich bis 500 V). Besonders bedeutsam ist dies,
weil die medizinische Geräte herstellende Industrie als äußerst
fortschrittliche, entwicklungsfreudige Industrie anzusehen ist,
die schnell Verbesserungen und Vereinfachungen aufgreift und in
die Tat umsetzt.
-
Der
Erfindung liegt gegenüber den bekannten Beleuchtungsmitteln,
insbesondere für Handgeräte, die Aufgabe zugrunde,
diese derart weiterzuentwickeln, dass der Betrieb an Stromversorgungsnetze mit
unterschiedlichen Spannungswerten und mit erhöhter Leistung
in einem bestimmten Temperaturbereich ermöglicht wird und
dass dieses kostengünstig herstellbar ist.
-
Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Beleuchtungsmittel,
insbesondere für ein Handgerät zur Beleuchtung
einer zu untersuchenden oder zu behandelnden Stelle, nach Patentanspruch
1 gelöst, welches aufweist:
- – eine
bedrahtete Halbleiter-Strahlungsquelle mit optisch transparenter
Gehäusehaube und mit durch eine Grundplatte hindurchgeführte
elektrische Anschlüsse,
- – ein an die Grundplatte anschließendes und
damit in Kontakt stehendes wärmeleitendes LED-Teil mit
Bohrungen für das Durchführen der elektrischen
Anschlüsse,
- – ein dem wärmeleitenden LED-Teil nachgeordnetes
Kupplungsteil mit Ausnehmungen für das Führen
der elektrischen Anschlüsse, wobei zwischen Grundplatte
und Kupplungsteil eine Ausnehmung oder Aussparung ausgestaltet ist,
- – ein in der Ausnehmung oder Aussparung angeordnetes
und mit den elektrischen Anschlüssen kontaktiertes Bauteil,
- – eine den noch vorhandenen Raum zwischen Grundplatte
der Halbleiter-Strahlungsquelle, Bauteil und Kupplungsteil sowie
LED-Teil einschließlich der Bohrungen ausfüllende
und elektrisch isolierende Wärmleitsubstanz und
- – eine Beschichtung oder Benetzung zumindest des Randbereichs
am Übergang zwischen Mantel des wärmeleitenden
LED-Teils und Grundplatte und/oder Gehäusehaube der Halbleiter-Strahlungsquelle
mit Wärmeleitlack,
derart dass einerseits eine
Wärmespreizung durch Wärmeleitbeschichtung und/oder
Wärmeleitsubstanz andererseits eine Selbstzentrierung zwischen und
Kontaktierung des Bauteils mit den elektrischen Anschlüssen
erfolgt.
-
Das
erfindungsgemäße Beleuchtungsmittel ermöglicht
dessen Anschluss an bereits auf dem Markt befindlichen Stromversorgungen,
einen Betrieb mit erhöhter Leistung in einem bestimmten
Temperaturbereich und ist auf der Basis handelsüblicher bedrahteter
LEDs mit geringen Fertigungskosten herstellbar. Bei dem Nachrüsten
des bedrahteten LEDs wurde auf überraschend einfache und
kostengünstige Art und Weise das Verhältnis von
Wärmeübergangswert zu Wärmedurchgangswert
(durch Ausfüllen des noch vorhandenen Raums zwischen Grundplatte
der Halbleiter-Strahlungsquelle und LED-Teil einschließlich
der Bohrungen mit Wärmleitsubstanz) derart optimiert, dass
eine besonders effektive Wärmeabfuhr vom LED weg in die
Tiefe und gleichzeitig ein Schutz des Bauelements gegen mechanische
und klimatische Einflüsse gewährleistet ist. Die
erfindungsgemäße Lösung des Nachrüstens ist
für den Fachmann überraschend, da der Stand der Technik
von der Weiterentwicklung der LED-Chips als Lösung, wie
vorstehend für Allgemeinbeleuchtung oder für Kfz-Scheinwerfer
beschrieben, geprägt ist. Dies ist nicht nur darauf zurückzuführen,
dass die industrielle Verarbeitung von bedrahteten LEDs aufwändig
und teuer ist, sondern auch darauf, dass das Abführen der
erzeugten Verlustwärme als technisch schwierig angesehen
wird und einem Nachrüsten somit erhebliche technische Probleme
entgegenstehen.
-
Weiterhin
wird diese Aufgabe erfindungsgemäß bei einem Verfahren
zum Herstellen eines Beleuchtungsmittels mit Wärmespreizung
durch Wärmeleitbeschichtung und/oder Wärmeleitsubstanz und
mit Selbstzentrierung zwischen und Kontaktierung eines Bauteils
mit elektrischen Anschlüssen einer bedrahteten Halbleiter-Strahlungsquelle
mit optisch transparenter Gehäusehaube und Grundplatte, nach
Patentanspruch 6 gelöst, bei dem:
- • zunächst
die bedrahtete Halbleiter-Strahlungsquelle mit Gehäusehaube
und mit durch die Grundplatte hindurchgeführten elektrischen
Anschlüssen hergestellt und die bedrahtete Halbleiter-Strahlungsquelle
auf einem Bearbeitungs- und Montagewerkzeug fixiert wird,
- • im zweiten Schritt in der Grundplatte zwischen den
elektrischen Anschlüssen spanabnehmend eine Ausnehmung
oder Aussparung für das Bauteil ausgestaltet wird,
- • im dritten Schritt das Bauteil in der Ausnehmung oder
Aussparung positioniert wird,
- • im vierten Schritt ein wärmeleitendes LED-Teil, welches
Bohrungen für das Durchführen der elektrischen
Anschlüsse aufweist, auf die elektrischen Anschlüsse
aufgesteckt wird,
- • im fünften Schritt ein Kupplungsteil mit
auf der Stirnseite aufgebrachte elektrisch isolierende Wärmleitsubstanz
und mit Ausnehmungen für das Führen der elektrischen
Anschlüsse auf diese aufgesteckt und gegen die Grundplatte
und das Bauteil gedrückt wird, so dass der noch vorhandenen Raum
zwischen Grundplatte der Halbleiter-Strahlungsquelle, Bauteil und
Kupplungsteil sowie LED-Teil einschließlich der Bohrungen
ausgefüllt ist und
- • im sechsten Schritt eine Beschichtung oder Benetzung
zumindest des Randbereichs am Übergang zwischen Mantel
des wärmeleitenden LED-Teils und Grundplatte und/oder Gehäusehaube
der Halbleiter-Strahlungsquelle mit Wärmeleitlack erfolgt.
-
Mit
dem erfindungsgemäßen Verfahren können
auf überraschend einfache Art und Weise bedrahtete LEDs
kostengünstig nachgerüstet werden, um den Anschluss
an bereits auf dem Markt befindlichen Stromversorgungen und einen
Betrieb mit erhöhter Leistung in einem bestimmten Temperaturbereich
zu gewährleisten.
-
In
Weiterbildung der Erfindung sind, gemäß Patentanspruch
2, das LED-Teil und das Kupplungsteil aus Vollmaterial mit guter
Wärmeableitung und Wärmekapazität ausgestaltet
und das Kupplungsteil und/oder die Grundplatte weisen die Ausnehmung oder
Aussparung entsprechend der Form des oder der Bauteile auf.
-
Diese
Weiterbildung der Erfindung weist den Vorteil auf, dass einerseits
genügend Raum für das Unterbringen des oder der
Bauteile zur Verfügung gestellt werden kann und dass andererseits
die erfindungsgemäße Wärmespreizung sichergestellt
ist.
-
Weitere
Vorteile und Einzelheiten lassen sich der nachfolgenden Beschreibung
einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf
die Zeichnung entnehmen. In der Zeichnung zeigt:
-
1 in
Seitenansicht eine Ausführungsform eines bedrahteten LEDs
mit zwischen LED-Anschlüssen geklemmten Bauteil,
-
2 in
Draufsicht die bedrahtete LED mit Ausnehmung in Grundplatte nach 1,
-
3 in
Seitenansicht die Ausführungsform nach 1 mit
eingepresstem Bauteil und
-
4 in
Seitenansicht die Ausführungsform nach 1 mit
Beschichtung/Benetzung der bedrahteten LED mit Wärmeleitlack
W.
-
1 zeigt
in Seitenansicht eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Beleuchtungsmittels, welches auf der Basis einer handelüblichen
bedrahteten Halbleiter-Strahlungsquelle LED mit optisch transparenter
Gehäusehaube GH und mit durch eine Grundplatte GP hindurchgeführte
elektrische Anschlüsse A1, A2 aufgebaut ist und welches insbesondere
für ein Handgerät zur Beleuchtung einer zu untersuchenden
oder zu behandelnden Stelle eingesetzt werden kann. Je nach Betriebsart
der LED und Stromversorgung ist es oft erforderlich, parallel dazu
ein Bauteil B anzuschließen, da die Lampe an bereits auf
dem Markt befindlichen Stromversorgungen angeschlossen wird.
-
Ein
solches Bauteil B kann sein:
- • ein
einfacher ohmscher Widerstand zur Erhöhung des Betriebsstromes.
- • Eine Kapazität, die als Hochpass-Filter
zur Filterung hochfrequenter Signale dient,
- • Ein spannungsabhängiger Widerstand, zur
Begrenzung einer Spannung.
-
Da
die bestehenden Spannungsversorgungen nicht mehr verändert
werden können, ist erfindungsgemäß ein
solches Bauteil B direkt in das Beleuchtungsmittel eingebaut. Voraussetzung
für die Kontaktierung des Bauteils B ist, dass der Abstand der
LED-Anschlussdrähte unwesentlich kleiner ist als die Breite
des Bauteils N. Beispielsweise ist der effektive Betrieb des erfindungsgemäßen
Beleuchtungs- oder (dentalen) Aushärtungsmittels an Netzspannung
(welche weltweit zwischen ca. 100 V und ca. 400 V liegt, beispielsweise
in den USA und weiten Teilen des amerikanischen Kontinents beträgt
der Nennwert der Netzwechselspannung zwischen 110 und ca. 120 Volt;
für größere Verbraucher wie Klimaanlagen
sind auch 240 V gebräuchlich. Die Nennfrequenz beträgt
dort und auch in Südamerika 60 Hz mit Ausnahme von Argentinien
und Chile. Japan besitzt mit 100 Volt die niedrigste Netzspannung)
mit einem Gleichrichter und einem Vorschaltkondensator möglich.
Die Summe der Flussspannungen der (in Reihe geschalteten) LED muss
hierbei deutlich geringer als die Netzspannung sein, um den Strom
innerhalb der Netzspannungstoleranz ausreichend konstant zu halten.
Diese oft in Leuchtmitteln angewendete Lösung erfordert
zusätzlich einen Schutzwiderstand und einen weiteren Kondensator,
die den Gleichrichter bzw. die LED vor dem vom Vorschaltkondensator verursachten
Einschaltstromstoß sowie vor Überspannungsimpulsen
im Netz schützt, was bei der erfindungsgemäßen
Lösung ohne weiteres realisierbar ist. Der Betrieb mit
Vorwiderstand an einer Festspannungsquelle oder an einer Konstantstromquelle
oder der Betrieb mit Schaltregler und mit entsprechender Anpassungsmöglichkeit
an diese Betriebsmöglichkeiten innerhalb eines sehr weiten
Spannungsbereichs ist ebenfalls möglich.
-
Im
Einzelnen weist das in 4 dargestellte Beleuchtungsmittel
ein an die Grundplatte GP anschließendes und damit in Kontakt
stehendes wärmeleitendes LED-Teil HS mit Bohrungen für
das Durchführen der elektrischen Anschlüsse A1,
A2 an. Dem wärmeleitenden LED-Teil HS ist ein Kupplungsteil
SO mit Ausnehmungen für das Führen der elektrischen
Anschlüsse A1, A2 nachgeordnet, wobei zwischen Grundplatte
GP und Kupplungsteil SO eine Ausnehmung oder Aussparung A ausgestaltet
ist. In der Ausnehmung oder Aussparung A ist das Bauteil B angeordnet
und mit den elektrischen Anschlüssen A1, A2 kontaktiert.
Den noch vorhandenen Raum zwischen Grundplatte GP der Halbleiter-Strahlungsquelle
LED, dem Bauteil B dem Kupplungsteil SO und dem LED-Teil HS einschließlich
der Bohrungen füllt eine elektrisch isolierende Wärmleitsubstanz
WL aus. Schließlich ist erfindungsgemäß eine
Beschichtung oder Benetzung zumindest des Randbereichs am Übergang
zwischen Mantel des wärmeleitenden LED-Teils HS und Grundplatte
GP und/oder Gehäusehaube GH der Halbleiter-Strahlungsquelle
LED mit Wärmeleitlack W derart vorgesehen, dass einerseits eine
Wärmespreizung durch Wärmeleitbeschichtung W und/oder
Wärmeleitsubstanz WL andererseits eine Selbstzentrierung
zwischen und Kontaktierung des Bauteils B mit den elektrischen Anschlüssen
A1, A2 erfolgt.
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Der
LED-Teil HS ist vorzugsweise so ausgestaltet, dass die in der Halbleiter-Strahlungsquelle LED
entstehende Wärmemenge schnellstmöglich aufgesaugt
und darin weitergeleitet werden kann. LED-Teil und Kupplungsteil
SO werden insbesondere aus einem Vollmaterial in Frästechnik
oder in Spritzgussverfahren hergestellt, und nicht wie üblich
dünnwandig, so dass durch die höhere Materialmenge
die Wärmekapazität maximiert wird. Das Kupplungsteil SO
wird entsprechend der Vorgaben des Gerätes/Instrumentes
angepasst (ist also von dem Gerät/Instrument und dessen
elektrischen Kontaktierung abhängig). Durch den flachen
Aufbau der Fläche auf der LED-Seite, berührt auch
eine Standard-LED den LED-Teil HS auf einer möglichst großen
Fläche, wodurch eine bessere Wärmeableitung zum
LED-Teil HS und Kupplungsteil SO hin erzielt wird. Der noch vorhandene
Raum zwischen dem LED-Teil HS und LED (zwei Festkörper
berühren sich nur an drei Punkten) wird durch die Wärmleitsubstanz
WL (auch vernetzbar) ausgefüllt. Zur besseren mechanischen Festigkeit
kann zusätzlich die Halbleiter-Strahlungsquelle LED bzw.
die Grundplatte GP mit dem LED-Teil HS miteinander verklebt werden.
Insbesondere ist das LED-Teil HS so aufgebaut, dass durch die Anbringung
der Wärmleitsubstanz WL, diese die Möglichkeit
hat in den zwei Bohrungen des LED-Teils HS zu kapillieren und somit
die Kontaktfläche zwischen Halbleiter-Strahlungsquelle
LED noch mal vergrößert wird, so dass die Wärmeableitung
zum LED-Teil HS auch über die LED Anschlüsse erfolgt. Erfindungsgemäß weisen
das Kupplungsteil SO und/oder die Grundplatte GP die Ausnehmung
oder Aussparung A entsprechend der Form des oder der Bauteile B
auf. 2 zeigt die spanabnehmende Ausgestaltung einer
Ausnehmung oder Aussparung A für das Bauteil B in der Grundplatte
GP als Vertiefung (Mulde oder Hohlkehle).
-
Der
die Teilbereiche der Gehäusehaube GH und des Randbereichs
der Grundplatte GP beschichtende oder benetzende Wärmeleitlack
W ist transparent oder eingefärbt und die Wärmleitsubstanz
WL ist ein Leitkleber oder eine Leitpaste. Insbesondere kann eine
Wärmespreizung innerhalb der Körper (Gehäusehaube
GH, Grundplatte GP bzw. LED-Teil HS) dadurch erfolgen, dass die
Grundplatte GP, an welcher die Gehäusehaube GH bzw. das
LED-Teil HS befestigt ist bzw. anliegt, mindestens einen Bereich
erhöhter thermischer Leitfähigkeit aufweist, indem
diese als eine Komponente aus einem wärmeleitenden Kunststoff
beim Mehrkomponentenspritzgießen oder durch Umgießen
eines Inserts aus einem wärmeleitenden Kunststoff oder
aus Metall hergestellt ist. Im Einzelnen können zur Steigerung
der thermischen Leitfähigkeit Kunststoffe mit Metall- oder Keramikpulvern
compoundiert werden. In den Fällen, wo bei Verwendung von
Metallpulver die erhöhte elektrische Leitfähigkeit
des Kunststoffes unerwünscht ist (wegen Führung
der Anschlüsse der Halbleiter-Strahlungsquelle), können
keramische Füllstoffe wie Silikatoxid, Aluminiunioxid oder
Berylliumoxid benutzt werden. Gezielt eingebrachte Anisotropien
der Wärmeleitfähigkeit mit einer Vorzugsrichtung,
z. B. durch faserförmige Füllstoffe, dienen dazu die
Wärme gerichtet durch das Bauteil der Körper (insbesondere
Grundplatte GP und LED-Teil HS) abzuleiten. Alternativ dazu ist
es möglich, nur mit einer Spritzgusskomponente zu arbeiten und
vorgefertigte Inserts aus thermisch leitfähigem Kunststoff
oder aus Keramik oder Metall, z. B. Magnesium oder Aluminium, in
den Kunststoff einzubringen.
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Werden
bedrahtete Halbleiter-Strahlungsquellen LED mit weitgehend quadratischer
Endfläche der Gehäusehaube GH eingesetzt (sogenannte FormLEDs
= rechteckige LEDs), so kann man diese aneinanderreihen und braucht
damit nur eine rechteckige Öffnung in der Frontplatte des
Gerätes/Instrumentes (Flächen-LEDs, d. h. Direktmontage
hinter der Frontplatte). Dabei kann auch die Tatsache berücksichtigt
werden, dass die Erkennbarkeit von optischen Informationen nicht
nur vom Lichtstrom der Quelle, sondern bei gleichem Lichtstrom auch
von der Fläche des Lichtaustritts abhängt. Insbesondere können
die Rechtecke nahtlos aneinandergereiht werden; beim Einsatz von
Lichtleitern ist zur Vermeidung von Übersprechen ein geringer
Abstand zwischen den rechteckigen Austritten erforderlich.
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Das
erfindungsgemäße Herstellungsverfahren des Beleuchtungsmittels
ist wie folgt:
Zunächst wird die bedrahtete Halbleiter-Strahlungsquelle
LED mit Gehäusehaube GH und mit durch die Grundplatte GP
hindurchgeführten elektrischen Anschlüssen A1,
A2 hergestellt und die bedrahtete Halbleiter-Strahlungsquelle LED
auf einem Bearbeitungs- und Montagewerkzeug fixiert. Um das Bauteil B
im Beleuchtungsmittel einbauen zu können, wird dann in
der Grundplatte GP eine Vertiefung A bzw. Mulde erstellt, die mindestens
den Abmessungen des Bauteils B entspricht. In dieser Vertiefung
A wird ein Wärmeleitkleber WL mit Elektroisoliereigenschaft mengendefiniert
dosiert. Das erforderliche Bauteil B kann direkt in dem Kleber WL
positioniert werden. Wahlweise kann das Bauteil B auch zwischen
den LED-Kontakten A1, A2 vorgespannt werden, unmittelbar unter der
Gehäusehaube GH gemäß 1.
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Beim
Einschieben der LED-Anschlussdrähte A1, A2 durch die Bohrung
des wärmeleitenden LED-Teils HS und Kupplungsteils SO wird
das Bauteil B in der Mulde A durch die Haube eingepresst und darin
positioniert (3). Dabei kontaktiert das Bauteil
mit den LED-Anschlüssen A1, A2. Der Kleber WL, der auch
Elektroisoliereigenschaften besitzt, schützt die Kontaktstellen
einerseits mechanisch und auch gegen klimatischen Einflüsse.
Schließlich erfolgt eine Beschichtung oder Benetzung zumindest
des Randbereichs am Übergang zwischen Mantel des wärmeleitenden
LED-Teils HS und Grundplatte GP und/oder Gehäusehaube GH
der Halbleiter-Strahlungsquelle LED mit Wärmeleitlack W.
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Im
Rahmen der Erfindung kann die spanabnehmende Ausgestaltung der Ausnehmung
oder Aussparung A für das Bauteil B in der Grundplatte GP
zwischen den elektrischen Anschlüssen A1, A2 entfallen
und das Bauteil B in einer Ausnehmung oder Aussparung A des Kupplungsteils
SO positioniert werden.
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Die
Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele
beschränkt, sondern umfasst auch alle im Sinne der Erfindung
gleichwirkenden Ausführungen. Ferner ist die Erfindung
bislang auch noch nicht auf die in den Patentansprüchen
1 und 6 definierte Merkmalskombination beschränkt, sondern
kann auch durch jede beliebige andere Kombination von bestimmten
Merkmalen aller insgesamt offenbarten Einzelmerkmale definiert sein.
Dies bedeutet, dass grundsätzlich praktisch jedes Einzelmerkmal
der Patentansprüche 1 und 6 weggelassen bzw. durch mindestens
ein an anderer Stelle der Anmeldung offenbartes Einzelmerkmal ersetzt
werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 69816716
T2 [0007]
- - EP 1093765 A2 [0008]
- - DE 102004006805 A1 [0009]
- - DE 102004061551 A1 [0010]
- - EP 1228738 A1 [0011]
- - WO 2004/0011848 A2 [0012]
- - DE 202006006336 U1 [0014, 0014]
- - DE 102006017718 A1 [0015, 0015]
- - DE 10316512 A1 [0016]
- - DE 202005012652 U1 [0017]
- - DE 19528459 C2 [0018]
- - DE 102007011968 [0019, 0019, 0019]