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Die Erfindung betrifft eine Bohrungsinspektionsvorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art zum Inspizieren einer Bohrung in einem Werkstück.
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Derartige Bohrungsinspektionsvorrichtungen, die auch als Innenprüfsensoren und nachfolgend auch kurz als Vorrichtungen bezeichnet werden, werden beispielsweise bei der Bohrungsinspektion in Kurbelgehäusen für Verbrennungsmotoren eingesetzt. Sie dienen dazu, die radiale Innenfläche der Bohrung abzubilden und anhand der Abbildung mit Verfahren der Bildverarbeitung und Mustererkennung daraufhin zu prüfen, ob sie vorbestimmten Anforderungen hinsichtlich der Oberflächenbeschaffenheit genügt.
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Durch
DE 10 2009 019 459 B4 ist eine Bohrungsinspektionsvorrichtung der betreffenden Art zum Inspizieren einer Bohrung in einem Werkstück bekannt, die einen als in die zu inspizierende Bohrung einführbares und in unterschiedliche Positionen relativ zu der Bohrung bewegbares Endoskop ausgebildeten Messkopf aufweist, der eine Abbildungsoptik mit Rundumsicht zum Abbilden der Innenfläche der Bohrung aufweist, wobei die Abbildungsoptik eine optische Achse definiert und mit einem digitalen Bildaufnehmer und einer nachgeordneten Auswertungseinrichtung in Bildübertragungsverbindung steht. Die bekannte Vorrichtung weist ferner eine ringartige Lichtquellenanordnung zum Beleuchten der Innenfläche der zu inspizierenden Bohrung auf, wobei die Lichtquellenanordnung eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung der optischen Achse aufeinanderfolgenden Leuchtdioden aufweist
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art anzugeben, die einfach herstellbar und für eine Verwendung auch in engen Bohrungen geeignet ist.
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Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst.
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Die Erfindung sieht vor, dass die Lichtquellenanordnung eine Mehrzahl von Leiterplattensegmenten aufweist, von denen jede wenigstens eine Leuchtdiode trägt, wobei die Leiterplattensegmente in Umfangsrichtung der optischen Achse aufeinanderfolgend miteinander verbunden sind und so die ringartige Lichtquellenanordnung bilden.
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Durch die Verwendung von einzelnen Leiterplattensegmenten, die zur Bildung einer ringförmigen Lichtquellenanordnung miteinander verbunden werden, ist die Herstellung der Lichtquellenanordnung und damit der Bohrungsinspektionsvorrichtung insgesamt vereinfacht und kostengünstiger gestaltet. Entsprechend den jeweiligen Anforderungen und Gegebenheiten können mehr oder weniger der Leiterplattensegmente verwendet werden, um ringförmige Lichtquellenanordnungen unterschiedlicher Durchmesser zu bilden.
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Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass sich Lichtquellenanordnungen mit besonders geringem Durchmesser herstellen lassen, sodass die erfindungsgemäße Lichtquellenanordnung ohne Einbußen hinsichtlich der der Beleuchtungsqualität auch für Endoskope geeignet ist die für eine Inspektion von Bohrungen geringen Durchmessers vorgesehen sind.
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Aufgrund des erfindungsgemäß möglichen geringen Durchmessers der Lichtquellenanordnung ist es insbesondere möglich, durch entsprechende Anordnung der Lichtquellenanordnung an dem Messkopf das Licht gezielt dort abzustrahlen, wo es zur Beleuchtung der Innenfläche im Sinne einer möglichst guten Ausleuchtung derselben benötigt wird.
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Eine weitere Lösung der zugrunde liegenden Aufgabe ist im Anspruch 2 angegeben und sieht vor, dass die Leuchtdioden auf einem Trägerelement angeordnet sind, das aus einem biegsamen Trägermaterial besteht, wobei das Trägerelement zum Bilden einer ringartigen Lichtquellenanordnung zu einem Ring gebogen ist und vorzugsweise die in Umfangsrichtung einander gegenüberliegenden Enden des Trägerelements miteinander verbunden sind.
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Anstelle einer Mehrzahl von ringartig miteinander verbundenen einzelnen Leiterplattensegmenten sieht die Lösung gemäß Anspruch 2 einen zu einem Ring gebogenen flexiblen Träger vor, an dem die einzelnen Leuchtdioden in Umfangsrichtung aufeinanderfolgend angeordnet sind.
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Dadurch ergeben sich sind sinngemäß die gleichen Vorteile, wie bei der Vorrichtung gemäß Anspruch 1.
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Anstelle eines einzelnen zu einem Ring gebogenen flexiblen Trägerelements kann in äquivalenter Weise auch eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung aufeinanderfolgenden biegsamen Trägerelementen verwendet werden.
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Erfindungsgemäß ist es grundsätzlich möglich, auf allen oder einzelnen der Mehrzahl von Leiterplattensegmenten mehr als eine Leuchtdiode vorzusehen. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht jedoch vor, dass jede Leuchtdiode auf einem eigenen Leiterplattensegment angeordnet ist. Bei dieser Ausführungsform können die Leiterplattensegmente mit daran angeordneter Leuchtdiode als Gleichteile in großer Anzahl kostengünstig hergestellt werden. Zum Aufbau der Lichtquellenanordnung wird dann entsprechend dem benötigten Durchmesser eine entsprechende Anzahl der Leiterplattensegmente miteinander verbunden.
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Eine außerordentlich vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass jede Leuchtdiode derart auf dem zugeordneten Leiterplattensegment bzw. dem Trägerelement angeordnet ist, dass sie bei Benutzung der Bohrungsinspektionsvorrichtung bezogen auf die optische Achse in Radialrichtung oder überwiegend in Radialrichtung abstrahlt. Auf diese Weise ist eine direkte radiale Beleuchtung der Innenfläche ermöglicht. Unter einem Abstrahlen überwiegend in Radialrichtung wird verstanden, dass der Anteil des in Radialrichtung abgestrahlten Lichts größer, vorzugsweise wesentlich größer, ist als der Anteil des in Axialrichtung abgestrahlten und damit in Bezug auf eine Beleuchtung der Innenfläche der Bohrung nutzlosen Lichts.
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Im Sinne einer besonders einfachen und kostengünstigen Herstellung der Lichtquellenanordnung sieht eine vorteilhafte Weiterbildung der Lehre des Anspruchs 1 vor, dass jedes Leiterplattensegment an seinen bezogen auf die optische Achse axialen Enden Lötaugen zum Verlöten benachbarter Leiterplattensegmente aufweist.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der Lehre des Anspruchs 2 sieht vor, dass das Trägerelement aus einem biegsamen Leiterplattenmaterial, insbesondere einer Trägerfolie, besteht. Auch bei dieser Ausführungsform ist die Herstellung von Lichtquellenanordnung mit unterschiedlichen, insbesondere auch sehr geringen Durchmessern, auf einfache und kostengünstige Weise möglich.
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Entsprechend den jeweiligen Anforderungen können unterschiedliche biegsame Trägermaterialien, insbesondere in Form von Folien, verwendet werden. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht insoweit vor, dass das Trägerelement aus Kunststofffolie, insbesondere Polysiloxanfolie, besteht. Ein besonderer Vorteil von Polysiloxan besteht darin, dass es eine hohe Wärmeleitfähigkeit hat und im Vergleich zu herkömmlichen Leiterplattenmaterialien besonders umweltfreundlich ist.
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Eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Trägerelement aus einem Material besteht, dessen Wärmeleitfähigkeit größer oder gleich 0,4 W/(m * K) ist.
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Zum Gegenstand der Erfindung gehört auch ein Verfahren zum Herstellen einer erfindungsgemäßen Lichtquellenanordnung. Entsprechend der Lehre des Anspruchs 1 wird dabei eine Mehrzahl von Leiterplattensegmenten verwendet, von denen jede wenigstens eine Leuchtdiode trägt. Die Leiterplattensegmente werden zur Bildung eines Rings in Umfangsrichtung der optischen Achse aufeinanderfolgend miteinander verbunden. Entsprechend der Lehre des Anspruchs 2 wird bei einem erfindungsgemäßen Verfahren ein aus einem biegsamen Trägermaterial bestehendes Trägerelement, auf dem in Umfangsrichtung aufeinanderfolgend eine Mehrzahl von Leuchtdioden angeordnet ist, zu einem Ring gebogen.
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Unter einer Bohrung wird im Kontext der Erfindung jedwede rotationssymmetrische oder im Wesentlichen rotationssymmetrische Ausnehmung in einem Werkstück verstanden, unabhängig davon, auf welchem Wege die Ausnehmung in das Werkstück eingebracht worden ist, beispielsweise durch Bohren oder mittels eines anderen spanenden Bearbeitungsverfahrens, oder durch Einformen oder dergleichen. Unter einer im Wesentlichen rotationssymmetrischen Ausnehmung wird im Kontext der Erfindung verstanden, dass die Grundform der Ausnehmung rotationssymmetrisch ist, diese jedoch beispielsweise Nuten oder dergleichen enthalten kann. Unter einer rotationssymmetrischen Ausnehmung im Sinne der Erfindung werden naturgemäß auch Ausnehmungen verstanden, deren Grundform aufgrund von Anomalien von der Rotationssymmetrie abweicht.
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Soweit im Kontext der Erfindung die Begriffe „axial“ bzw. „Axialrichtung“ verwendet werden, ist damit die Axialrichtung der Bohrung gemeint, die mit der durch die optische Achse der Abbildungsoptik definierten Axialrichtung der Abbildungsoptik zusammenfällt.
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Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügte stark schematisierte Zeichnung näher erläutert, in der ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lichtquellenanordnung und einer erfindungsgemäßen Bohrungsinspektionsvorrichtung dargestellt ist. Dabei bilden alle in der Beschreibung beschriebenen, in der Zeichnung dargestellten und in den Patentansprüchen beanspruchten Merkmale für sich genommen sowie in beliebiger geeigneter Kombination miteinander den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen und deren Rückbezügen sowie unabhängig von ihrer Beschreibung bzw. Darstellung in der Zeichnung. Zum Offenbarungsgehalt der vorliegenden Anmeldung gehören auch Unterkombinationen des Anspruchs 1 und des Anspruchs 2, bei denen einzelne oder mehrere Merkmale des Anspruchs 1 oder des Anspruchs 2 weggelassen oder durch andere Merkmale ersetzt sind.
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Es zeigt:
- 1 in einer Perspektivansicht einen Messkopf einer Bohrungsinspektionsvorrichtung zusammen mit einem Werkstück zur Verdeutlichung des Grundprinzips eine Bohrungsinspektionsvorrichtung,
- 2 in einer Perspektivansicht ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen ringartigen Lichtquellenanordnung,
- 3 die Lichtquellenanordnung gemäß 2 in einer Axialansicht,
- 4 zur Verdeutlichung des Aufbaus der Lichtquellenanordnung gemäß 2 die Lichtquellenanordnung in einer anderen Perspektivansicht,
- 5 in einer Perspektivansicht ein Leiterplattensegment der Lichtquellenanordnung gemäß 2,
- 6 in gleicher Darstellung wie 5, jedoch in gegenüber 5 vergrößertem Maßstab eine Einzelheit aus 5 im Bereich eines Lötauges,
- 7 in einer Perspektivansicht ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Bohrungsinspektionsvorrichtung mit der Lichtquellenanordnung gemäß 1 und
- 8 in einer Draufsicht im Ritznutzen angeordnete Leiterplattensegmente der Lichtquellenanordnung gemäß 2.
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In 1 dient zur Verdeutlichung des Grundprinzips einer Bohrungsinspektionsvorrichtung zum Inspizieren einer Bohrung in einem Werkstück.
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Exemplarisch ist ein Werkstück 2 mit einer Stufenbohrung 4 dargestellt, deren Innenfläche zu inspizieren ist. Hierzu ist ein als Endoskop ausgebildeter Messkopf 6 vorgesehen, an dessen distalem Ende eine Abbildungsoptik 8 mit Rundumsicht bzw. Rundumblick zum Abbilden der Innenfläche der Stufenbohrung angeordnet ist. Die Abbildungsoptik definiert eine optische Achse 10 und steht mit einem digitalen Bildaufnehmer und einer nachgeordneten Auswertungseinrichtung in Bildübertragungsverbindung. Mittels einer nicht dargestellten Vorschubeinrichtung ist der Messkopf 6 in unterschiedliche axiale Positionen relativ zu der Stufenbohrung 4 beweglich.
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Aufbau und Funktionsweise einer entsprechenden Bohrungsinspektionsvorrichtung sowie die Art und Weise der Auswertung der mittels der Abbildungsoptik aufgenommenen Bilder sind dem Fachmann allgemein bekannt, beispielsweise und insbesondere durch
DE 10 2009 019 459 B4 ,
DE 10 2007 031 358 A1 und
DE 10 2008 009 975 A1 , deren Inhalt hiermit durch Bezugnahme vollinhaltlich in die vorliegende Anmeldung aufgenommen wird.
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Zum Beleuchten der Innenfläche der zu inspizierenden Bohrung ist eine ringartige, zu der optischen Achse koaxiale Lichtquellenanordnung vorgesehen, wie sie beispielsweise in
1 der
DE 10 2009 019 459 B4 gezeigt ist.
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Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lichtquellenanordnung und einer erfindungsgemäßen Bohrungsinspektionsvorrichtung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die 2 bis 7 näher erläutert.
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2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lichtquellenanordnung 12, die ringartig aufgebaut und in Montageposition an dem Messkopf 6 einer Bohrungsinspektionsvorrichtung (vgl. 7) zu der optischen Achse 10 der Abbildungsoptik 8 koaxial ist. Die Lichtquellenanordnung 12 weist eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung der optischen Achse zueinander beabstandeten und aufeinanderfolgenden Leuchtdioden auf, von denen in der Zeichnung exemplarisch drei Leuchtdioden mit den Bezugszeichen 14, 16 und 18 versehen sind.
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Erfindungsgemäß weist die Lichtquellenanordnung 12 eine Mehrzahl von Leiterplattensegmenten auf, von denen in der Zeichnung exemplarisch drei Leiterplattensegmente mit den Bezugszeichen 20, 22 und 24 versehen sind. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel trägt jedes Leiterplattensegment 20, 22 und 24 eine der Leuchtdioden 14, 16 und 18. Die übrigen in der Zeichnung nicht mit einem Bezugszeichen versehenen Leiterplattensegmente sind entsprechend aufgebaut.
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Die Leiterplattensegmente sind in Umfangsrichtung der optischen Achse 10 aufeinanderfolgend miteinander verbunden und bilden so die ringartige Lichtquellenanordnung, wie aus 2 ersichtlich ist.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist jede Leuchtdiode 14, 16 und 18 auf einem eigenen Leiterplattensegment 20, 22 und 24 angeordnet. Unter Beibehaltung des Grundgedankens der Erfindung ist es jedoch grundsätzlich auch möglich, auf einem Leiterplattensegment mehr als eine Leuchtdiode einzuordnen.
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Wie aus 2 und insbesondere aus 7 ersichtlich ist, ist jede Leuchtdiode 14, 16 und 18 derart auf dem zugeordneten Leiterplattensegment 20, 22 und 24 angeordnet, dass sie bei Benutzung der Bohrungsinspektionsvorrichtung bezogen auf die optische Achse 10 der Abbildungsoptik 8 in Radialrichtung abstrahlt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Leuchtdioden 14, 16 und 18 so angeordnet, dass sie exakt in Radialrichtung der optischen Achse 10, also exakt senkrecht zu derselben abstrahlen. Unter Beibehaltung des Grundprinzips der Erfindung können die Leuchtdioden jedoch auch so angeordnet sein, dass sie bezogen auf die optische Achse 10 und damit auf die Innenwandung der zu inspizierenden Bohrung unter einem von 90° verschiedenen Winkel abstrahlen, um so eine Schrägbeleuchtung der Innenwandung zu bilden. Eine Schrägbeleuchtung kann jedoch mit der Lichtquellenanordnung 12 gemäß 2 auch dadurch realisiert werden, dass ein vor die Leuchtdioden gesetzter Diffusor verwendet wird.
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3 zeigt eine Ansicht von oben der Lichtquellenanordnung 12, wobei ersichtlich ist, dass die einzelnen Leiterplattensegmente einen zu der optischen Achse 10 koaxialen Ring bildend miteinander verbunden sind.
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4 zeigt zur Verdeutlichung des Aufbaus der Lichtquellenanordnung 12 dieselbe in einer Perspektivansicht, wobei aus Gründen der Veranschaulichung einzelne Leiterplattensegmente weggelassen sind.
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5 zeigt das Leiterplattensegment 20 mit der Leuchtdiode 14 für sich genommen in gegenüber 2 bis 4 vergrößertem Maßstab. Es ist ersichtlich, dass das Leiterplattensegment an seinen bezogen auf die optische Achse 10 axialen Enden gegenüberliegend Lötaugen 26, 28 bzw. 30, 32 aufweist. Wie aus 5 ersichtlich ist, haben die Lötaugen 26 bis 32 jeweils einen bogenförmigen Querschnitt, der bezogen auf die optische Achse 10 in Umfangsrichtung offen ausgebildet ist. Zur Verbindung zweier benachbarter Leiterplattensegmente miteinander, beispielsweise der Leiterplattensegmente 20, 22, werden jeweils die sich gegenüberliegenden Lötaugen benachbarter Leiterplattensegmente miteinander verlötet. Auf diese Weise werden die Leiterplattensegmente 20 und 22 einerseits mechanisch miteinander verbunden. Andererseits wird eine elektrische Kontaktierung geschaffen, über die mittels auf der der Leuchtdiode gegenüberliegenden Seite der Leiterplattensegmente angeordneten Leiterbahnen die Leuchtdioden mit Strom versorgt werden können. Durch die Lötaugen ist auf geschickte Weise sowohl eine mechanische Verbindung als auch eine elektrische Kontaktierung geschaffen.
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7 zeigt eine Perspektivansicht des Messkopfes 6 mit der am distalen Ende des Messkopfes 6 angeordneten Abbildungsoptik 8, wobei die Lichtquellenanordnung 12 in Richtung auf das proximale Ende gesehen unmittelbar hinter der Abbildungsoptik 8 und an derselben angeordnet ist, sodass die Lichtquellenanordnung 12 unmittelbar den von der Abbildungsoptik 8 erfassten Abbildungsbereich beleuchtet.
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Zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Lichtquellenanordnung kann eine Vielzahl der Leiterplattensegmente 20 - 24 als Gleichteile verwendet werden. Entsprechend dem Durchmesser des jeweiligen Messkopfes wird eine mehr oder weniger große Anzahl von Leiterplattensegmenten 20 - 24 verwendet, um die ringförmige Lichtquellenanordnung 12 zu bilden.
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In diesem Sinne zeigt 8 eine streifenförmige, gefräste Leiterplatte, an der die einzelnen Leiterplattensegmente im Ritznutzen angeordnet sind.
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Eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels gemäß 2 bis 8 besteht darin, anstelle einzelner Leiterplattensegmente ein Trägerelement aus einem biegsamen Trägermaterial zu verwenden, auf dem die Leuchtdioden in Umfangsrichtung aufeinanderfolgend angeordnet sind und das zum Bilden eine ringartigen Lichtquellenanordnung zu einem Ring gebogen ist, wobei vorzugsweise in Umfangsrichtung einander gegenüberliegende Enden des Trägerelement miteinander verbunden sind. Hierbei kann des Trägerelement beispielsweise aus einem biegsamen Leiterplattenmaterial bestehen. Dabei wird das Leiterplattenmaterial so gewählt, dass nicht nur die für die Herstellung der Lichtquellenanordnung 12 benötigten mechanischen und elektrischen Eigenschaften gewährleistet sind, sondern darüber auch eine ausreichende Wärmeleitfähigkeit gegeben ist, um Wärme von der Lichtquellenanordnung 12 abzuführen Bevorzugt ist hierbei, dass das Trägerelement aus Polysiloxan besteht. Polysiloxan bietet nicht nur die benötigten mechanischen und elektrischen Eigenschaften sowie eine gute Wärmeleitfähigkeit, sondern ist darüber hinaus besonders umweltfreundlich.
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Die Erfindung ermöglicht auf einfache und kostengünstige Weise die Herstellung einer Lichtquellenanordnung 12 mit vorteilhaften Eigenschaften. Der Aufbau einer Bohrungsinspektionsvorrichtung ist dadurch ebenfalls vereinfacht und kostengünstiger gestaltet.
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2009/003692 [0003]
- DE 4416493 A1 [0003]
- DE 4320845 C1 [0003]
- DE 3232904 C2 [0003]
- DE 102009019459 B4 [0004, 0029, 0030]
- DE 102007031358 A1 [0005, 0029]
- DE 102008009975 A1 [0005, 0029]
