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Für lichtaushärtende Substanzen, wie Klebstoffe, Lacke oder Zahnfüllungen aus Kunststoff, ist es allgemein wünschenswert, die zur Polymerisation notwendige elektromagnetische Strahlung (im Allgemeinen im blauen, violetten oder ultravioletten Spektralbereich) möglichst dicht an die auszuhärtende Substanz zu bringen. Einerseits soll die Strahlung möglichst nahe und damit möglichst intensiv an die Substanz herangebracht werden, ohne dass seitlich austretendes Streulicht die Bestrahlungseffizienz vermindert oder das mit der Aushärtung beschäftigte Personal geschädigt wird. Andererseits besteht bei einem direkten Kontakt zwischen der auszuhärtenden Substanz und der die elektromagnetische Strahlung transportierenden Lichtleitungseinrichtung die Gefahr, dass Letztere an der auszuhärtenden Substanz, insbesondere einem lichtaushärtenden Kleber, anhaftet und/oder durch aus der Substanz austretende Dämpfe bleibend kontaminiert wird.
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In der deutschen Patentschrift
DE 10 2012 100 375 A1 wird das oben beschriebene Grundproblem dadurch gelöst, dass über das Lichtaustrittsende eines Lichtleiters eine Kappe aus einem Thermoplast gestülpt wird, wobei das Kappenmaterial transparent ist und zumindest an seiner Strahlaustrittsfläche aus einem Fluor-Kohlenstoff-Polymer, wie beispielsweise Teflon
® FEP, Teflon
® MFA, Teflon
® PTFE oder Hyflon
® THV, besteht. Aufgrund der anti-adhäsiven Eigenschaften des Fluor-Kohlenstoff-Polymers kann die Kappe direkt in Kontakt mit der auszuhärtenden Substanz oder beliebig nahe an diese heran gebracht werden, ohne nach erfolgter Bestrahlung und Aushärtung der Substanz an dieser anzuhaften oder zu kontaminieren.
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Diese bekannte Idee eines Lichtleiters mit abnehmbarer Kappe hat sich in mehrfacher Hinsicht als nachteilig erwiesen. Zum einen muss die Kappe thermisch oder als Spritzguss so vorgeformt werden, dass sie die gewünschten Abmessungen hat. Zum anderen muss die Kappe für einen ausreichend festen Sitz auf dem Lichtleiterende relativ eng an dessen zylindrischer Außenwand anliegen. Dazu müssen die Kappen entweder individuell und damit relativ kostenintensiv an die Durchmessergröße des vorhandenen Lichtleiters angepasst werden, oder man muss dafür Sorge tragen, dass der Außendurchmesser des verwendeten Lichtleiters nur innerhalb ganz enger Toleranzgrenzen um einen Sollwert schwankt. Kommerziell erhältliche Acrylglas-Lichtleiterstäbe schwanken in ihrem Durchmesser aber um bis zu 5%. Auch bei nicht behandelten Glasstäben oder Quarzglasstäben mit einem Durchmesser von ca. 2 bis 50 mm schwankt der Außendurchmesser um einige Zehntel Millimeter. Auf ein genaues Maß geschliffene und polierte Lichtleiterstäbe aus Quarzglas kosten ca. 30 Mal so viel wie Acrylglas-Lichtleiterstäbe und können außerdem leicht brechen.
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Eine weitere bekannte Problematik besteht darin, dass die wegen der geringeren Anschaffungskosten und der besseren Bruchfestigkeit gegenüber den (Quarz-)Glasstäben bevorzugten Lichtleiterstäbe aus Acryl- bzw. Plexiglas oder einem anderen Kunststoff thermisch weniger stabil sind. Bringt man die Kunststoffstäbe an ihrem Lichteintrittsende in die Nähe oder sogar in Kontakt mit der Strahlungsquelle, um die optischen Verluste bis zum Lichtaustrittsende zu minimieren, so können sie aufweichen oder sich thermisch verformen.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die oben genannten Nachteile zu überwinden und eine Lichtleiteranordnung zu schaffen, die preisgünstig und einfach herstellbar ist und besonders brauchbare thermische und optische Eigenschaften hat, insbesondere für die Aushärtung von lichtaushärtenden Kunststoffen, wie beispielsweise Klebstoffen, Lacken oder Zahnfüllungen.
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Die Lösung der Aufgabe gelingt durch die Lichtleiteranordnung mit den im Anspruch 1 definierten Merkmalen. Demnach wird über das Lichtaustrittsende und/oder das Lichteintrittsende des Lichtleitungselements keine formstabile Kappe, sondern eine Folie aus einem zumindest semitransparenten hochtemperaturbeständigen Thermoplast, Elastomer oder Duroplast, insbesondere einem Fluor-Kohlenstoff-Polymer, strumpfartig übergestülpt. Der Randbereich der Folie ist dabei sandwichartig zwischen der Seitenwand des Lichtleiterelements und einer koaxialen Ummantelung desselben eingespannt. Die Ummantelung ist vorzugsweise aus Metall oder ebenfalls aus einem Fluor-Kohlenstoff-Polymer und umhüllt den an das Lichtaustrittsende des Lichtleitungselements angrenzenden Endbereich seitlich.
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Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht vor allem darin, dass sich die Folie beim Aufbringen auf den Lichtleiterstab individuell an dessen äußere Abmessungen anpassen lässt (so zum Beispiel auch an eine konvexe Lichtaustrittsfläche desselben) und daher auch größere Fertigungstoleranzen beim Außendurchmesser des Lichtleiterstabs hingenommen werden können, was sich in einem günstigeren Preis niederschlägt. Ferner entfällt die Notwendigkeit einer thermischen Vorformung der aus dem Stand der Technik bekannten Kappen bzw. deren Herstellung im Spritzgussverfahren.
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Als Material für die strumpfartig über das Lichtleiterstabende gestülpte Folie wählt man vorteilhafterweise das Elastomer Silikon oder ein perfluoriertes oder zumindest teilfluoriertes und zumindest teilweise transparentes Fluor-Kohlenstoff-Polymer, wie beispielsweise Teflon® FEP, Teflon® MFA, Teflon® PFA, Teflon® PTFE, Teflon® AF oder Hyflon® THV. Diese Materialien sind gut in Folienform verarbeitbar und von einer chemischen Beschaffenheit, die zuverlässig verhindert, dass die Folie bei Kontakt mit einer lichtaushärtenden Substanz, insbesondere einem lichtaushärtendem Klebstoff, an diesem anhaftet. Außerdem besitzen solche Folien, insbesondere solche aus Teflon® PFA, eine hervorragende optische Transmission in dem hier relevanten Spektralbereich. Schließlich zeichnen sich die genannten Materialien durch eine gute thermische Belastbarkeit und eine geringe Wärmeleitfähigkeit aus.
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Die rohrförmige Ummantelung des Lichtleiterstabs kann aus einem Metall wie Aluminium, Messing oder (V2A-)Stahl sein oder sie enthält ebenfalls ein Fluor-Kohlenstoff-Polymer aus der oben aufgeführten Materialgruppe. Sie sitzt derart fest an der Seitenwand des Lichtleiterstabs oder der rohrförmigen Ummantelung desselben, dass der Randbereich der Folie zuverlässig dazwischen eingepresst ist. Fluor-Kohlenstoff-Polymere sind wegen ihres niedrigen Brechungsindexes auch besonders gut als optischer Isolator des Lichtleiterstabs geeignet.
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Die Dicke der Folie beträgt bis zu einem Millimeter und gemäß einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel zwischen 0,05 und 0,5 mm. Dies bedeutet eine Materialersparnis gegenüber den relativ dickwandigen Kappen aus dem oben erwähnten Stand der Technik. Vor allem führt die Dünnwandigkeit der Folie aber zu einer Verbesserung der optischen Transmission.
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Besonders vorteilhaft kann es weiterhin sein, wenn die Ummantelung des Lichtleitungselements oder Lichtleiterstabs nicht bündig mit dem von der Folie umspannten Lichtaustrittsende oder Lichteintrittsende des Lichtleitungselements abschließt, sondern um einen Abstand d über diesen hinausragt. Der Abstand d beträgt vorzugsweise zwischen 10% und 50% des lichtaktiven Lichtleiter-Durchmessers an der Lichtaustrittsfläche. Dann wirkt die Ummantelung nämlich zusätzlich als Blendschutz gegen aus dem Lichtaustrittsende austretende elektromagnetische Strahlung für das Bedienpersonal und erleichtert außerdem das Einhalten eines Sicherheitsabstands zwischen Folie und auszuhärtender Substanz, den man möglichst klein halten will.
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Als besonders vorteilhaft hat sich eine Ausführungsform erwiesen, bei der die Umhüllung oder wenigstens ein Teil davon mit einer lichtabsorbierenden Substanz, beispielsweise Graphit, eingefärbt ist. Dadurch lässt sich ein Strahlungsaustritt an der Seitenwand des Lichtleiterelements, also abseits vom gewünschten Strahlungsdurchgang durch das Lichtaustrittsfenster, wirksam unterbinden. Überraschenderweise hat die Einfärbung mit der lichtabsorbierenden Substanz kaum Auswirkungen auf die Antihaft-Eigenschaften des für die Umhüllung verwendeten perfluorierten Fluor-Kohlenstoff-Polymers. Das heißt, dass auch mit der Substanz eingefärbte Teile der Umhüllung nicht an der lichtaushärtenden Substanz anhaften, wenn sie während der Behandlung mit dieser in Berührung kommen.
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Nachfolgend werden drei Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigt:
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1 eine Querschnittsansicht eines Endabschnitts einer Lichtleiteranordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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2 eine Querschnittsansicht einer Beleuchtungsvorrichtung mit einer Lichtleiteranordnung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
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3 eine Querschnittsansicht einer Beleuchtungsvorrichtung mit einer Lichtleiteranordnung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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1 zeigt ein Lichtleitungselement in Form eines Lichtleiterstabs 11, der eine zylindrische Grundform hat und flexibel oder starr sein kann. Der Stab 11 kann aus Glas, Quarzglas (SiO2), einer Keramik (wie Al2O3 oder MgO) oder einem Kunststoff wie Plexiglas bzw. Acrylglas bestehen oder eines dieser Materialien vorwiegend enthalten. Besonders bevorzugt ist PMMA bzw. Acrylglas wegen der günstigen Herstellungskosten und der hohen Bruchfestigkeit. Es können aber auch starre Glasfaserstäbe verwendet werden, die am Lichtaustrittsende gebogen sind, beispielsweise zur Verwendung im Dentalbereich zur Polymerisation von Füllungen.
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Am Lichteintrittsende des Stabs 11 befindet sich eine Strahlungsquelle (nicht gezeigt), die später im Zusammenhang mit dem zweiten Ausführungsbeispiel näher beschrieben wird.
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Über das Lichtaustrittsende des Stabs 11 ist eine dünnwandige Schicht bzw. Folie 12 aus einem Thermoplast, Elastomer oder Duroplast, vorzugsweise einem Fluor-Kohlenstoff-Polymer übergestülpt. Besonders bevorzugt sind perfluorierte und zumindest teilweise transparente Fluor-Kohlenstoff-Polymere bzw. Copolymere von PTFE, wie zum Beispiel Teflon® FEP, Teflon® MFA und Teflon® PFA, oder auch ein amorphes perfluoriertes Polymer, wie beispielsweise Teflon® AF oder Hyflon® AD. Diese Materialien lassen sich hervorragend in Form einer Folie verarbeiten und schützen das Lichtaustrittsende des Stabs 11 durch ihre anti-adhäsiven Eigenschaften zuverlässig vor einem Anhaften an der auszuhärtenden Substanz oder vor Anhaftung von deren verdampftem Material.
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In einem typischen Beispiel beträgt die Länge des von der Folie 12 überdeckten Seitenwandendbereichs des Lichtleiterstabs 11 zwischen 1 und 30 mm, und der Durchmesser der Folie 12 am Lichtaustrittsende zwischen 2 und 50 mm. Die Dicke der Folie beträgt zwischen 0,01 und 1 mm, bevorzugt zwischen 0,02 und 0,8 mm, besonders bevorzugt zwischen 0,1 und 0,5 mm, weiter bevorzugt zwischen 0,2 und 0,3 mm.
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Die Umhüllung des Lichtleiterstabs 11 besteht in dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 aus einem schlauchförmigen Mantel 13 und einem diesen umhüllenden Außenmantel 14. Beide sind aus einem perfluorierten Fluor-Kohlenstoff-Polymer, wie beispielsweise Teflon® PTFE, Teflon® FEP, Teflon® PFA und Teflon® MFA und pressen den Randbereich der Folie 12 fest gegen die Seitenwand des Lichtleiterstabs 11. Für die Mantelschläuche können insbesondere Schrumpfschläuche verwendet werden. In jedem Fall sorgen sie für einen festen Sitz der Folie 12 am Lichtaustrittsende des Lichtleiters 11.
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Der Außenmantel 14 ist im Gegensatz zu dem Mantel 13 mit einer lichtabsorbierenden Substanz eingefärbt, vorzugsweise mit Graphit. Der Außenmantel 14 schließt am Lichtaustrittsende bündig mit dem Mantel 13 ab und verhindert aufgrund seiner Einfärbung, dass Blendlicht seitlich aus dem Lichtleiter austritt und das Bedienpersonal der Lichtleiteranordnung stört oder schädigt. Überraschenderweise reduziert das Einfärben mit der lichtabsorbierenden Substanz kaum die Antihaft-Eigenschaften des Fluor-Kohlenstoff-Polymers, das für den Außenmantel 14 verwendet wird, so dass die Antihaft-Eigenschaft auch im Randund Umfangsbereich der Lichtleiteranordung erhalten bleibt.
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Ist der Lichtleiterstab 11 bereits ausreichend optisch isoliert, so kann der innenliegende Mantel 13 auch entfallen und stattdessen nur der Außenmantel 14 vorgesehen sein, der mit der lichtabsorbierenden Substanz eingefärbt ist. Der innenliegende Mantel 13 dient nämlich vor allem zur optischen Isolation des Lichtleiterstabs 11, die aufgrund des niedrigen Brechungsindexes der verwendeten Fluor-Kohlenstoff-Polymere gewährleistet ist. Der Außenmantel 14 muss dann entsprechend eng an der Mantelfläche des im Wesentlichen zylindrischen Lichtleiterstabs 11 anliegen, um einen festen Sitz der Folie 12 an dessen Lichtaustrittsende zu gewährleisten. Der Außenmantel 14 muss sich nicht über die gesamte Länge des Lichtleiterstabs 11 erstrecken. Er kann auch nur die Form einer kurzen Manschette haben, die den Randbereich der Folie 12 fest an die Seitenwand des Lichtleiterstabs 11 andrückt.
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Im gezeigten Ausführungsbeispiel schließen die Mantelschläuche 13, 14 nicht bündig mit dem von der Folie 12 umspannten Lichtaustrittsende des Lichtleiters 11 ab, sondern ragen um einen Abstand d über dieses hinaus. In diesem Fall wirkt der überstehende Kragen der Umhüllung 13, 14 als Abstandshalter zwischen der von der Folie 12 überspannten Lichtaustrittsfläche des Lichtleiters 11 und der auszuhärtenden Substanz. Außerdem reduziert der Kragen weiter den Austritt von Streulicht und wirkt so auch als zusätzlicher Blendschutz. Der Abstand d beträgt vorzugsweise zwischen 10% und 50% des Durchmessers der Lichtaustrittsfläche des Lichtleiterstabs 11, besonders bevorzugt zwischen 25% und 40%. Der Abstand d kann aber auch gleich 0 mm oder sogar geringfügig unter 0 mm sein.
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2 zeigt als zweites Ausführungsbeispiel einen Laminator mit der erfindungsgemäßen Lichtleiteranordnung. Als Lichtleitungselement wird hier ein Gehäuse 27 aus Kunststoff oder Metall betrachtet, über dessen Lichtaustrittsende die Folie 22 gespannt ist. In eine dem Lichtaustrittsende gegenüberliegende Öffnung des Gehäuses 27 ist ein Lichtleiterstab 21 eingeschoben. Der Lichtleiterstab 21 kann ebenfalls als Teil des Lichtleitungselements angesehen werden. Er transportiert die von einer Strahlungsquelle 25 ausgesendete elektromagnetische Strahlung in das Gehäuse 27 oder durch das Gehäuse 27.
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Der gezeigte Lichtleiterstab 21 ist ein starrer oder flexibler Lichtleiter, der Glas, Quarzglas, eine Keramik, wie beispielsweise Al2O3 oder MgO, oder einen Kunststoff, wie beispielsweise Acrylglas, enthält oder daraus besteht. Er hat eine zylindrische Grundform und ragt in eine dem Lichtaustrittsende entgegengesetzte Öffnung des Gehäuses 27 in dieses hinein. Es kann stattdessen aber auch ein flexibler Flüssigkeitslichtleiter oder ein optischer Faserbündellichtleiter verwendet werden, dessen stabförmiges Lichtaustrittsende in die Öffnung des Gehäuses 27 hineinragt. Außerdem kann der Lichtleiterstab 21 auch komplett entfallen, und die Strahlungsquelle 25 direkt in dem Gehäuse 27 untergebracht sein.
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Bei der schematisch gezeigten Strahlungsquelle 25 handelt es sich um eine LED bzw. ein LED-Array. Es kann aber auch ein Laser, eine Gasentladungslampe, insbesondere eine Hg-Lampe oder eine Xe-Lampe, oder eine Glühfadenlampe als Strahlungsquelle 25 verwendet werden.
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Die Umhüllung besteht in dem zweiten Ausführungsbeispiel in einer ringförmigen Manschette 24, die aus einem perfluorierten Fluor-Kohlenstoff-Polymer hergestellt und mit einer lichtabsorbierenden Substanz, beispielsweise Graphit, lichtdicht eingefärbt sein kann. Die Manschette 24 presst die Folie 22 an die Seitenwand des im Wesentlichen zylindrischen Gehäuses 27 und spannt die Folie 22 daher fest über das Lichtaustrittsende des Gehäuses 27 vergleichbar mit der Schwingungsmembran auf einer Trommel.
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Die Folie 22 ist aus einem Thermoplast, Elastomer oder Duroplast und enthält ebenso wie die Manschetten-Umhüllung 24 eines der Fluor-Kohlenstoff-Polymere, die in dem ersten Ausführungsbeispiel genannt sind, oder besteht aus diesem. Für die Manschette 24 kommen aber auch andere Materialien in Betracht, bspw. Thermoplaste wie Polyoxymethylen (POM) und Polycarbonate (z.B. Macrolon®) oder Metalle wie V2A-Stahl oder Aluminium. Dies insbesondere dann, wenn der Durchmesser des Gehäuses 27 am Lichtaustrittsende so groß gewählt ist, dass ohnehin kaum die Gefahr besteht dass die Manschette 24 in Berührung mit der auszuhärtenden Substanz kommen könnte.
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Der optionale Lichtleiter 21 ist ein starrer oder flexibler Lichtleiterstab, der optisch isoliert sein kann und ansonsten aus den gleichen Materialien wie der Lichtleiterstab 11 des ersten Ausführungsbeispiels besteht.
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Das Gehäuse 27 ist innen hohl und hat die in der 2 gezeigte zylindrische oder eine trichterförmige Grundform. Es ist aus Kunststoff oder Metall hergestellt. Das Gehäuse 27 kann auch die Form eines länglichen Hohlrohrs haben, das den Lichtleiterstab 21 auf seiner ganzen oder einem Teil seiner Länge eng umhüllt
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Der in der 2 angedeutete Strahlengang 26 zeigt die Ausbreitungsrichtung der elektromagnetischen Strahlung, die in einem Wellenlängenbereich zwischen 0,25 µm und 3 µm liegt. Besonders bevorzugt sind Wellenlängen λ im blauen, violetten oder ultravioletten Spektralbereich, die für die Polymerisation von Kunststoffen vorwiegend Verwendung finden.
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Ein typisches Anwendungsbeispiel der in der 2 gezeigten Beleuchtungsvorrichtung in Form eines Laminators ist die Versiegelung einer Unterschrift bzw. Signatur. Man gibt dazu einen Tropfen lichthärtenden Klebers, zum Beispiel einen Acrylat-Kleber, der im violetten Spektralbereich (λ ≈ 400 nm) aushärtet, auf die Folie 22. Anschließend wird die Folie mit der Klebstoffsubstanz planar auf die zu versiegelnde Signatur gepresst. Nach einigen Sekunden Belichtungszeit kann der Laminator wieder abgehoben werden, ohne dass Klebstoff an der Folie 22 haften bleibt. Man erhält eine dünne, kreisrunde, transparente Laminierung der Signatur durch den ausgehärteten Klebstoff mit absolut trockener Oberfläche. Die Trocknung der Oberfläche entsteht durch den Andruck der Folie 22, durch den die Luftsauerstoff-Inhibierung des auszuhärtenden Klebstoffs verhindert wird.
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Weitere Anwendungsbeispiele der vorliegenden Erfindung bestehen in der Aushärtung von Lackierungen mit lichtaushärtenden Lacken durch Andruck des in 2 gezeigten Laminators und gleichzeitige Belichtung. Eine weitere mögliche Anwendung ist die Laminierung und Reparatur kleinerer Schäden an Fahrzeugfensterscheiben oder an der Sichtscheibe von Smartphones oder Tablets. Ebenfalls denkbar ist die Verwendung zur Aushärtung lichthärtender Wundkleber in der Medizin durch Andruck des Laminators auf das Gewebe.
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Die 3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer schematischen Querschnittsansicht. Bei diesem hat das Gehäuse 37 die Form eines länglichen, dünnwandigen Hohlrohrs, in dem der Lichtleiterstab 31 (aus Glas vorzugsweise Acrylglas oder einem anderen transparenten Kunststoff) sitzt. Das Gehäuse 37 ist vorzugsweise aus Metall kann aber auch aus einem Kunststoff (insbesondere wieder einem Fluor-Kohlenstoff-Polymer aus der bereits mehrfach genannten Materialgruppe) bestehen und liegt eng an der Mantelfläche des Lichtleiterstabs 31 an.
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Zusätzlich zu der Folie 321 am Lichtaustrittsende des Lichtleiters 31, 37, die schon bei dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel vorgesehen ist und durch die Manschette 341 gehalten wird, weist die Lichtleiteranordnung des dritten Ausführungsbeispiels auch am Lichteintrittsende eine Folie 322 auf, die von der Manschette 342 gehalten wird.
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Die zusätzliche Folie 322 am Lichteintrittsende führt wegen der geringen Wärmeleitfähigkeit des für die Folie verwendeten Thermoplastes, Elastomers oder Duroplastes (vorzugsweise Silikon oder ein Fluor-Kohlenstoff-Polymer, besonders vorzugsweise Teflon® PFA) zu einer guten thermischen Isolation zwischen der Strahlungsquelle 35 und dem Lichtleiterstab 31. Dadurch kann die Lichtleiteranordnung sehr nahe an die Strahlungsquelle 35 herangebracht werden und diese sogar kontaktieren, ohne dass sich der Lichtleiterstab 31 zu schnell thermisch aufheizt und dadurch aufweicht, sich verformt oder vergilbt.
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Insgesamt bedeutet dies eine Verbesserung der optischen Transmission, weil durch die Minimierung des Abstands zur Strahlungsquelle 35 die Verluste beim Einkoppeln der Strahlung in das Lichteintrittsende des Lichtleiters 31 verringert werden. Es kann also eine höhere Leistung entlang des Strahlengangs 36 zum Lichtaustrittsende übertragen werden. Außerdem wird für die meisten Anwendungszwecke die Strahlungsquelle 35 nicht im Dauerbetrieb verwendet, sondern nur über eine relativ kurze Zeitspanne von unter einer Minute (beispielsweise im Dentalbereich). Für derartige Kurzeinsätze ist die thermische Isolation durch die Folie 322 besonders vorteilhaft, weil sie ein Aufheizen des Lichtleiterstabs 31 am Lichteintrittsende wirksam unterbindet und eine spürbare Erwärmung des Lichtleiterstabs zumindest soweit verzögert, dass sie noch keine Beschädigung verursachen kann, bevor die Strahlungsquelle 35 bereits wieder ausgeschaltet wird.
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Bevorzugte Materialien für die Folien 321, 322 am vorderen und hinteren Ende der Lichtleiteranordnung sind transparente, hochtemperaturbeständige Thermoplaste, Elastomere oder Duroplaste, insbesondere Silikon oder Fluor-Kohlenstoff-Polymere, die zumindest teilfluoriert sind. Als besonders brauchbar haben sich transparente Fluor-Kohlenstoff-Polymere bzw. Copolymere von PTFE, wie zum Beispiel Teflon® FEP, Teflon® MFA und Teflon® PFA erwiesen. Letzteres hat sogar noch eine etwas höhere optische Transparenz und eine stärkere thermische Belastbarkeit als Teflon® FEP bzw. Teflon® MFA und ist daher besonders bevorzugt. Die hohe Dauertemperaturbelastbarkeit und die hohe optische Transparenz von Teflon® PFA gilt insbesondere bei Foliendicken zwischen 0,1 und 1 mm für Wellenlängen λ im Bereich von 300 nm bis 800 nm.
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Die Manschette 342 am Lichteintrittsende besteht in einem dünnwandigen Schlauch oder Röhrchen, das aus Metall (beispielsweise Aluminium, Messing oder V2A-Stahl) oder einem Polymer hergestellt sein kann. Metall-Manschetten lassen sich sehr einfach handhaben und erlauben daher eine besonders schnelle Montage der Folie 321 auf die Lichtleiteranordnung. Weil das Lichteintrittsende nicht mit einer lichtaushärtenden und möglicherweise klebenden Substanz in Kontakt kommt, muss die Manschette 342 keine Antihaft-Eigenschaften aufweisen. Natürlich kann dies aber (beispielsweise aus Symmetriegründen mit der Manschette 341 am Lichtaustrittsende) trotzdem erwünscht sein und dadurch erreicht werden, dass die Manschette auch aus einem zumindest teilfluorierten Fluor-Kohlenstoff-Polymer hergestellt wird oder dieses enthält.
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Abhängig vom Anwendungszweck der Lichtleiteranordnung können die Folie 321 und die Manschette 341 am Lichtaustrittsende die bereits bezüglich des ersten und des zweiten Ausführungsbeispiels erläuterten und besonders bevorzugten Antihaft-Eigenschaften aufweisen, oder aber – wie schon am Lichteintrittsende – nur auf eine thermische Isolation oder einem Schutz gegen Kontaminierung des Lichtleiterstabs 31 abzielen. Wenn die Antihaft-Wirkung nicht erforderlich ist, lässt sich die Manschette 341 (ebenso wie die Manschette 342 am Lichteintrittsende) aus einem Metall herstellen. Dies hat zum einen den Vorteil, dass der Lichtleiter dann symmetrisch aufgebaut ist, und sein Lichteintritts- und Austrittsende beim Einbau in eine Beleuchtungsapparatur somit nicht verwechselt werden können. Zum anderen verformt sich eine Metall-Manschette 341 während des Einpressens der Folie 321 zwischen Manschette 341 und Lichtleitergehäuse 37 kaum bis gar nicht und behält auch während der weiteren Handhabung der Lichtleiteranordnung stabil seine äußeren Abmessungen bei.
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Dies führt zu dem Vorteil einer besonderen Maßhaltigkeit der äußeren Abmessungen der gesamten Lichtleiteranordnung, die dann an ihren beiden Enden durch die Manschetten 341, 342 und die Folien 321, 322, sowie durch das rohrförmige Gehäuse 37 an ihrer Mantelfläche auch besonders gut vor Fremdeinwirkungen von außen geschützt ist und in ihrer Dimensionierung passgenau und stabil in eine vorgegebene Einbaustelle einer Beleuchtungsapparatur einsetzbar ist. Ferner führt die komplette Einkapselung des Lichtleiterstabs 31 durch das Gehäuse 37, die Manschetten 341, 342 und die Folien 321, 322 zu einem wirksamen Schutz des Lichtleiterstabs 31 vor Verschmutzung und schädlichen Umwelteinflüssen. Dadurch kann die Lichtleiteranordnung ihre guten optischen Eigenschaften dauerhaft beibehalten.
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Statt, wie in 3 gezeigt, sowohl am Lichteintrittsende als auch am Lichtaustrittsende Folien 321, 322 einzuspannen, kann auch nur einseitig eine Folie vorgesehen werden. Am Lichtaustrittsende insbesondere dann, wenn die Folie 321 – wie schon in den Ausführungsbeispielen 1 und 2 beschrieben – wegen ihrer Antihaft-Eigenschaften einen möglichst nahen Kontakt mit einer lichtaushärtenden Substanz, insbesondere Klebstoff, ermöglichen soll. Am Lichteintrittsende dann, wenn es insbesondere auf eine gute Einkopplung der Strahlung aus der Strahlungsquelle 35 ankommt. Diese wird dann dadurch verbessert, dass der Lichtleiter an seinem Eintrittsende durch die Folie 322 so gut gegen thermisches Aufweichen isoliert ist, dass er extrem nahe an die Lichtquelle 35 herangebracht werden kann.
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Es ist auch möglich, nur eine dünne Schicht des zumindest teilfluorierten Fluor-Kohlenstoff-Polymers auf dem Stirn-Randbereich der Manschette 341 bzw. auf der Folie 321 aufzubringen. Dies deshalb, weil für die Antihaft-Eigenschaften nur die möglicherweise mit klebender Substanz in Kontakt kommende Außenfläche entscheidend ist, während für die thermische Isolation die gesamte Dicke der Folie 321 bedeutsam ist. Besonders gut für eine dünnflächige Beschichtung eignet sich Teflon® AF.
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Zusammenfassend wird über das Lichtaustrittsende und/oder Lichteintrittsende eines Lichtleitungselements
11,
21,
27,
31,
37 eine Folie
12,
22,
321,
322 aus einem zumindest semitransparenten hochtemperaturbeständigen Thermoplast, Elastomer oder Duroplast, insbesondere einem Fluor-Kohlenstoff-Polymer, strumpfartig übergestülpt. Der Randbereich der Folie
12,
22,
321,
322 wird durch eine Umhüllung
13,
14,
24,
341,
342 gegen die Seitenwand des Lichtleitungselements
11,
27,
37 gepresst. Die thermisch isolierende Wirkung der Folie
322 am Lichteintrittsende kann ein thermisches Aufweichen des Lichtleiterstabs
31 verhindern oder zumindest verzögern. Darüber hinaus können die Antihaft-Eigenschaften des für die Folie
12,
22,
321 und die Umhüllung
13,
14,
24,
341 am Lichtaustrittsende verwendeten Materials, insbesondere Fluor-Kohlenstoff-Polymers, zuverlässig ein Anhaften der Lichtleiteranordnung an einem durch optische Bestrahlung auszuhärtenden Kunststoff verhindern. Auch Verdampfungsrückstände auf der Lichtemissionsfläche oder deren Randbereich, welche sich durch die Aufheizung der Substanz beim Bestrahlen ergeben können, lassen sich wegen des Antihafteffekts leicht entfernen. Durch die individuelle Anpassung der Folie
12,
22,
321,
322 an die äußeren Abmessungen des Lichtleitungselements
11,
27,
37 können für dieses unterschiedliche Geometrien, insbesondere verschieden große Durchmesser, am Lichtaustrittsende und beispielsweise auch konvex geformte Lichtaustritts- bzw. Lichteintrittsflächen verwendet bzw. größere herstellungsbedingte Toleranzen für diese Geometrien am Lichtaustritts- bzw. Lichteintrittsende zugelassen werden, wodurch die Kosten sinken. Bezugszeichenliste
| 11, 21, 31 | Lichtleiterstab |
| 12, 22, 321, 322 | Folie |
| 13 | Mantel |
| 14 | Außenmantel |
| 24, 341, 342 | Manschette |
| 25, 35 | Strahlungsquelle |
| 26, 36 | Strahlengang |
| 27, 37 | Gehäuse |
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012100375 A1 [0002]
