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Die Erfindung betrifft ein Lichthärtgerät zum Aushärten von
1ichthärtbaren
Materialien, gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1.
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Ein derartiges Lichthärtgerät ist seit
langen bekannt, wobei beispielhaft auf die
DE-PS 198 15 846 verwiesen sei. Derartige
Lichthärtgeräte dienen zum
Härten
von lichthärtbaren
Materialien, beispielsweise auch im Mund eines Patienten, und werden auch
für die
Aushärtung
von lichtpolymerisierbaren Dentalmaterialien verwendet. Gedruckte
Schaltungen lassen sich einsetzen, wenn es gilt, rasch und kosteneffizient
einen Schaltungsaufbau zu realisieren. Bei der aus der
DE-PS 198 15 846 bekannten Lösung verläuft eine
Leiterplatte senkrecht zur Lichtaustrittsrichtung der Lichtquelle
quer durch den Handgriff des Lichthärtgeräts. Auf der gedruckten Schaltung
sind elektrische und elektronische Bauteile angeordnet, die teilweise
auch Verlustleistung abgeben und daher Wärmequellen darstellen.
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Lichthärtgeräte werden regelmäßig mit
wärmeabgebenden
Lichtquellen bestückt.
Hierzu gehören
Halogenlampen oder eine Mehrfachanordnung von LED-Chips verwendet.
Die von der Lichtquelle abgegebenen Wärme wird regelmäßig durch
ein Gebläse
abgeführt,
das im rückwärtigen Bereich
des Laufs des pistolenförmigen
Lichthärtgerät angeordnet
ist.
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Um die im Handgriff des Lichthärtgeräts montierten
Bauteile, wie einen Längsregeltransistor für die Lichtquelle,
kühlen
zu können,
ist es vorgeschlagen worden, an der Unterseite des Handgriffes zusätzliche
Kühlluftschlitze
anzubringen. Hierdurch soll ein Neben-Kühlluftstrom erzeugt werden,
der mit dem Hauptkühlluftstrom
vor dem Gebläse
zusammengeführt
wird. Diese Lösung
hat jedoch verschiedene Nachteile.
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Zum einen verlaufen der Haupt-Kühlluftstrom
und der Neben-Kühlluftstrom
nahezu senkrecht zueinander. Im Bereich der Zusammenführung entstehen
damit zwangsläufig
Turbulenzen, die den Strömungswirkungsgrad
signifikant reduzieren.
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Zwar könnten Umlenkrippen eingesetzt
werden, um eine weniger turbulente Strömung anzustreben. In einem
Handgerät
steht jedoch relativ wenig Platz zur Verfügung, und zusätzliche
Strömungsumlenkungsmaßnahmen
würden
die Baulänge
des Gerätes
verlängern,
was unerwünscht
ist. Wenn der Längsregeltransistor
einfach auf der Leiterplatte montiert wird, ist die Kühlwirkung
des Nebenluftstroms recht begrenzt, zumal der Neben-Kühlluftstrom
nur mit geringer Stömungsgeschwindigkeit
den Transistor überstreichen
kann. Zwar besteht die Möglichkeit,
an dem Transistor einen Kühlkörper zu montieren,
so dass die Kühlwirkung
deutlich verbessert wird. Ein derartiger Kühlkörper besteht meist aus Metall
und erhöht
das Gewicht des Lichthärtgeräts, was
unerwünscht
ist.
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Die Verwendung einer derartigen Lösung ist dann
ohnehin nicht möglich,
wenn ein akkumulatorbestücktes
Lichthärtgerät verwendet
werden soll, dessen Energiequellen sich im Handgriff befinden, so dass
die gesamte Elektronik im Übergangsbereich zwischen
Handgriff und Lauf des Lichthärtgeräts untergebracht
werden muss.
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Demgegenüber liegt der Erfindung die
Aufgabe zugrunde, ein Lichthärtgerät gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1 zu schaffen, das flexibler einsetzbar ist, einen
verbesserten Wirkungsgrad erlaubt; aber dennoch mit kleinen Abmessungen
auskommt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch Anspruch
1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Durch die Ausbildung der gedruckten
Schaltung in erfindungsgemäß abgewinkelter
oder abgebogener Form lässt
sich die gesamte Leistungselektronik überraschend auch im Lauf des
Lichthärtgeräts anbringen,
so dass sie im Haupt-Kühlluftstrom
zu liegen kommt. Damit kann der Neben-Kühlluftstrom vollständig entfallen,
so dass die damit einhergehenden Probleme von vornherein vermieden
werden. Der Kühlluftstrom
kann daher im Wesentlichen umlenkungsfrei den Lauf des Lichthärtgeräts von den vorderen
Kühlluftschlitzen
zum Gebläse
hindurchtreten. Hierdurch ist der Kühlwirkungsgrad verbessert, so
dass ein Gebläse
mit vergleichsweise geringer Leistung eingesetzt werden kann. Dies
hat den Vorteil, dass der behandelnde Zahnarzt weniger stark dem
Austritt von Warmluft ausgesetzt ist, und dass der Geräuschpegel
des Gebläses
sinkt.
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Erfindungsgemäß besonders günstig ist
es, wenn die gedruckte Schaltung mit der Elektronik sich dem Kühlkörper der
Lichtquelle benachbart erstreckt. Durch die Erstreckung in Axialrichtung
des Gebläseluftstroms
und zugleich der Lichtquelle lässt
sich trotz der beengten Platzverhältnisse die erforderliche Menge
an elektronischen Bauteilen unterbringen. Auch bei der Verwendung
einer biegsamen Trägerschicht
für die
gedruckte Schaltung ist die Erfindung nicht auf eine Single-Layer-Board
beschränkt.
Vielmehr kann durchaus die an sich bekannte Multilayertechnik zum
Einsatz gelangen. In diesem Zusammenhang ist es besonders günstig, wenn
die Lichtquelle in LED-Technik oder Niedervolt-Halogentechnik ausgebildet
ist. Die verwendeten Spannungen liegen dann im unteren zweistelligen
Voltbereich, so dass die Durchschlagsfestigkeit der Trägerschicht aus
isoliertem Material ausgesprochen gering sein kann. Dies begünstigt andererseits
die freie Formwahl der erfindungsgemäßen gedruckten Schaltung, denn
dünnere
Folienplatten lassen sich leichter abbiegen oder abknicken, ohne
dass es zu Beeinträchtigungen
des Materials oder gar Brüchen
kommen würde.
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Beispielsweise kann die Trägerschicht
eine Stärke
von lediglich 0,1 mm oder gar von 0,05 mm aufweisen, so dass sie
in den Bereich der Stärke
der Leiterbahnen gerät.
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Es versteht sich, dass die Stärke und
Breite der Leiterbahnen in an sich bekannter Weise an die Erfordernisse
angepasst werden kann. Bevorzugt ist die Stärke der Leiterbahnen über die
gesamte gedruckte Schaltung in jeder Schicht gleich, und typischerweise
sind stromführende
Leitungen wesentlich breiter als Signalleitungen ausgebildet.
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Besonders günstig ist es auch, dass die Kühlrippen
des erfindungsgemäßen Lichthärtgeräts zur Wärmeableitung
auch der wärmeabgebenenden Bauteile
der Elektronik des Lichthärtgeräts eingesetzt
werden können.
Der erfindungsgemäße Kühlkörper kann
daher eine Doppelfunktion haben, nämlich einerseits der Kühlung der
LED-Anordnung – oder
gegebenenfalls der Halogenglühlampe – dienen,
aber andererseits auch die Verlustwärme des Längsregeltransistors oder Thyristors
oder dergleichen abführen,
und dies, ohne dass zusätzlicher Platzbedarf
im Handgriff des Lichthärtgeräts erforderlich
wäre.
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Der Handgriff des Lichthärtgeräts kann
daher in beliebiger geeigneter Weise ausgestaltet werden, so dass
das Lichthärtgerät im Grunde
auch für
Akkumulatorbetrieb geeignet ist.
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Durch die erfindungsgemäße Montage
der Wärmequelle
der Elektronik auf dem Kühlkörper der Lichtquelle
lässt sich
ein besonderer Effekt erzielen:
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Bei geringer Lichtstärke gemäß Programmvorwahl
des Benutzers gibt die Lichtquelle eine verminderte Leistung ab,
so dass auch ihre Verlustleistung geringer ist. Ein Regeltransistor
hat hingegen bei reduzierter Betriebsspannung der Lichtquelle die grö ßere Verlustleistung.
Wenn umgekehrt der Regeltransistor voll durchgeschaltet ist, reduziert
sich seine Verlustleistung auf das Produkt aus Durchlassspannung
und dem Betriebsstrom der Lichtquelle. Hingegen hat bei diesem Betriebszustand
die Lichtquelle ihre maximale Leistung und gibt damit das Maximum
an Verlustleistung ab. Die Summe der so erzeugten Verlustleistungen
ist daher geringer als die Summe der Maxima, so dass es überraschend
möglich
ist, bei der Auslegung des Gebläses
eine verminderte Gesamt-Wärmeabgabe
zugrundezulegen.
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Durch die biegsame Ausbildung der
gedruckten Schaltung schmiegt sich die gedruckte Schaltung an die
Profilierung des Kühlkörpers an,
so dass die Herstellung und Montage ausgesprochen einfach ist. Bevorzugt
ist eine Isolierschicht zwischen elektrisch leitenen Teilen der
gedruckten Schaltung und dem Kühlkörper vorgesehen,
die Kurzschlüsse verhindert.
Die gedruckte Schaltung kann auch gut auf den Kühlkörper aufgeklebt werden, und
es ist sowohl möglich,
gedruckte Schaltungen mit Lötaugen als
auch solchen SMD-Technik zu verwenden.
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Erfindungsgemäß besonders günstig ist
es, dass die gedruckte Schaltung bei Verwendung einer LED-Matrix
als Lichtquelle ausgesprochen nah an die LED-Chips herangeführt werden
kann. Hierdurch lassen sich die LED-Chips in Bondtechnik mit der
gedruckten Schaltung verbinden. Diese Lösung hat auch den Vorteil,
dass die Kunststoffumhüllung
der LED-Chips, in die sie häufig
eingegossen sind, entfallen kann. Anstelle dessen ist eine Abdeckscheibe, beispielsweise
aus Quarzglas, vorgesehen, so dass die Wirkungsgradreduktion durch
die Verwendung der Vergussmasse vor den LED-Chips verhindert werden
kann. Dennoch lässt
sich eine gekapselte und hermetisch abgeriegelte Ausgestaltung der LED-Matrix
bereitstellen.
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Weitere Vorteile, Einzelheiten und
Merkmale ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
der Erfindung anhand der Zeichnung.
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Es zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht eines Kühlkörpers für ein erfindungsgemäßes Lichthärtgerät in einer
Ausführungsform;
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2 eine
perspektivische Ansicht einer gedruckten Schaltung für das erfindungsgemäße Lichthärtgerät gemäß 1;
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3 eine
Darstellung eines Substratkörpers
zur Aufnahme einer Lichtquelle für
das Lichthärtgerät gemäß 1;
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4 der
Substratkörper
mit den LED-Chips gemäß 3, wobei zusätzlich eine
Abdeckscheibe angebracht ist;
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5 die
montierte Einheit aus ersten und zweiten Kühlkörper, gedruckter Schaltung
und Lichtquelle für
die Verwendung in der Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Lichthärtgeräts; und
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6 das
teilweise aufgebrochene Lichthärtgerät in der
Ausführungsform,
wobei die montierte Einheit bereits eingebaut ist.
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In 1 ist
ein erster Kühlkörper 10 als
Teil eines erfindungsgemäßen Lichthärtgeräts in einer
erfindungsgemäßen Ausführungsform
dargestellt. Der Kühlkörper 10 weist
eine Vielzahl von Kühlrippen 12 auf,
die sich parallel zu seiner Längsachse 18 erstrecken.
Am vorderen Ende des Kühlkörpers 10 ist
eine Lichtquelle 16 angebracht, deren Ausgestaltung aus 4 und 5 besser ersichtlich ist. Die Lichtquelle
sendet Lichtstrahlung zur Lichthärtung
von Polymermassen ebenfalls in Richtung der Achse 18 aus.
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Der Kühlkörper 10 weist einen
rückwärtigen, im
wesentlichen zylindrischen Bereich 20 und einen vorderen
konischen Bereich 22 auf. In an sich bekannter Weise ist
der konische Bereich zusam men mit der Lichtquelle 16 in
einem entsprechend geformten Teil eines Gehäuses des Lichthärtgeräts aufgenommen,
wozu auf die deutsche Patentanmeldung 101 27 416 vollinhaltlich
Bezug genommen wird. Der zylindrische Bereich ist ebenfalls in einem
entsprechend geformten Teil des Gehäuses aufgenommen. Zur Abstützung sind
vier gleichmäßig um den
Umfang verteilte Stützelemente 24 vorgesehen,
die den Kühlkörper 10 fest
in dem Gehäuse
lagern.
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Erfindungsgemäß ist der Kühlkörper 10 mit zwei einander
gegenüberliegenden
Kanälen
versehen, von denen ein Kanal 26 aus 1 ersichtlich ist. Die Ausgestaltung
des gegenüberliegenden
Kanals 28 ist symmetrisch zum Kanal 26. Jeder
Kanal 26, 28 erstreckt sich sowohl über den
konischen Bereich 22 als auch über den zylindrischen Bereich 20 parallel zur
Achse 18 und damit neben den Kühlrippen 12. Während zwischen
den Kühlrippen
Nuten 30 ausgebildet sind, deren Breite lediglich etwas
größer als
die Breite einer Kühlrippe
selbst ist oder dieser entspricht, sind die Kanäle 26 und 28 wesentlich
breiter.
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Jeder Kanal 26 und 28 dient
zur Aufnahme der erfindungsgemäßen gedruckten
Schaltung. Erfindungsgemäß kann die
gedruckte Schaltung flexibel und auch mehrteilig sein, wobei es
jedoch bevorzugt ist, dass sie einteilig ausgebildet ist und den
aus 2 ersichtlichen
Aufbau hat.
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Jeder Kanal 26 und 28 weist
einen Boden 32 und zwei Seitenflanken 34 und 36 auf,
wobei die Seitenflanken 34 und 36 nach außen hin
leicht voneinander divergieren. Durch diese Ausgestaltung lassen sich
auf der gedruckten Schaltung Bauteile platzsparend und günstig anordnen,
und die gedruckte Schaltung lässt
sich gut in den derart ausgebildeten Kanal einbringen.
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Der Kühlkörper 10 weist am hinteren
Ende um seine Achse herum eine sacklochartige Ausnehmung 42 auf.
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Aus 2 ist
eine gedruckte Schaltung 50 in einer beispielhaften erfindungsgemäßen Ausgestaltung
ersichtlich. In dieser Ausführungsform
ist die gedruckte Schaltung 50 einstöckig, wobei es sich versteht,
dass es anstelle dessen auch möglich
ist, eine mehrstöckige
Ausgestaltung zu wählen
und die einzelnen Teile der gedruckten Schaltung über Lötverbindungen
oder gegebenenfalls Steckverbindungen miteinander zu verbinden.
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Erfindungsgemäß ist die gedruckte Schaltung 50 als
ein 3-dimensionales Gebilde vorgeformt. Die Herstellung der gedruckten
Schaltung selbst und auch die Bestückung erfolgt in üblicher
Weise, also während
die gedruckte Schaltung 50 sich noch plan erstreckt. Durch
geeignete Abkantmittel wird dann die aus 4 ersichtliche Form erzeugt. In dieser Form
besteht die gedruckte Schaltung 50 aus zwei Hauptstreifen 52 und 54,
die über
einen Verbindungsring 56 miteinander verbunden sind. Von
jedem Hauptstreifen 52 und 54 erstrecken sich
je zwei Flügel 58 und 60 weg,
in einem Winkel, der dem Winkel der Seitenflanken 34 und 36 zu
dem Boden 32 des Kanals 26 entspricht.
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Am hinteren Ende des Hauptstreifens 52 und 54 ist
je ein abgewinkelter Bereich 64 und 66 vorgesehen,
der je ein Steckelement 66 und 68 trägt. Zwischen
dem abgewinkelten Bereich 64, 66 und dem Steckelement 66, 68 sind
Anschlageelemente 65 und 67 vorgesehen, welche
der axialen Abstützung
der Steckelemente 66, 68 dienen. Die Anschlageelemente 65, 67 ragen
seitlich in eine umlaufende Nut 69 des Kühlkörpers, die
im hinteren Bereich der Kühlrippen angeordnet
ist. Die axiale Länge
dieser Nut 69 entspricht im Wesentlichen der Stärke der
Anschlageelemente 65, 67. In dem dargestellten
Ausführungsbeispiel
ist die gedruckte Schaltung 50 überwiegend in SMD-Technik ausgebildet,
während
im Bereich der Steckelemente 66 und 68 Lötaugen vorgesehen sind.
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Die gedruckte Schaltung 50 weist
nicht dargestellte Leiterbahnen auf und trägt zahlreiche elektrische und
elektronische Bauteile 70, wie es in 2 schematisch angedeutet ist. Soweit
die Bauteile in SMD-Technik ausgebildet sind und auf der Oberfläche der Flügel 58 und 60 ausgebildet
sind, ist es auch möglich,
Durchbrechungen in der gedruckten Schaltung vorzusehen und die gedruckten
Bauteile mit ihren Kühlflächen 72 bündig mit
der Unterseite der gedruckten Schaltung 50 abschließen zu lassen.
Diese Lösung
erlaubt es, eine direkte Kühlung
des betreffenden Bauteils über
seine Kühlfläche 72 an
der angrenzenden Kühlrippe
des Kühlkörpers 10 zu
gewährleisten.
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Der eine axiale Durchbrechung 74 aufweisende
Verbindungsring 56 verbindet die Hauptstreifen 52 und 54 miteinander.
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Die Ausgestaltung des Verbindungsrings 56 im
Einzelnen zur Aufnahme der Lichtquelle ist aus 3 besser ersichtlich.
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Der Verbindungsring 56 trägt an seiner
Unterseite einen scheibenförmigen
Substratkörper 76. Der
Substratkörper 76 nimmt
an seiner Oberseite eine Mehrzahl von LED-Chips auf, von denen drei Chips 80, 82 und 84 dargestellt
sind. Auch wenn lediglich drei Chips dargestellt sind, versteht
es sich, dass tatsächlich
ein Vielzahl von Chips die Oberfläche des Substratkörpers 76 bedeckt
und eine matrixartige Anordnung vorgesehen ist.
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Der Substratkörper 76 besteht aus
einem gut wärmeleitenden
Metall und weist eine Außenform 88 auf,
die größer als
die innere Ausgestaltung der Durchbrechung 74 ist. Der
Substratkörper 76 ist
an der Unterseite des Verbindungsrings 56 angeklebt, kann
aber auch in beliebiger anderer Weise befestigt sein, z.B. durch
Einklemmen.
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Es versteht sich, dass die LED-Chips
in an sich bekannter Weise elektrisch gegenüber dem metallischen Substratkörper 76 isoliert
sind, beispielsweise durch eine dünne Siliziumoxidschicht.
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Bevorzugt werden bondbare Chips verwendet,
die mit nicht dargestelten Bonddrähten mit entsprechenden Anschlussflächen oder
Bondpads auf der gedruckten Schaltung 50 angeschlossen
sind. Hier ist die Realisierung recht kurzer Bonddrähte möglich, gera de
auch, wenn eine ovale Form für
die Durchbrechung und den Substratkörper 76 gewählt ist.
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Für
den Schutz der Chips vor Verunreinigungen ist es bevorzugt, eine
Abdeckscheibe 90 zu verwenden, die in 5 dargestellt ist und beispielsweise
aus einem hochtransparenten Quarzglas bestehen kann. Die Abdeckscheibe 90 ist
bevorzugt auf dem Substratkörper 76 aufgeklebt,
so dass sich eine geschlossene Einheit ergibt, die im Bedarfsfall
auch vollständig
ausgetauscht werden kann. Zwischen der Vorderseite des Verbindungsrings 56 und
der Abdeckscheibe 80 kann ein nicht dargestellter Distanzring 75 angeordnet
sein, mit dem ein Abstand zwischen den Chips und der Abdeckscheibe 90 erreicht werden
kann.
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Es versteht sich, dass der Anschluss
der LED-Matrix, die die Lichtquelle 92 bildet, an die gedruckte
Schaltung 50 in beliebiger geeigneter Weise erfolgen kann.
Beispielsweise ist ein direktes Auflöten möglich. Es kann auch eine kleine
Tochterplatine verwendet werden, die steckbar auf der gedruckten Schaltung
gelagert und Teil der Lichtquelle ist.
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Erfindungsgemäß günstig ist es auch, dass durch
das Einstecken des Substratkörpers 76 in
die Durchbrechung 74 eine automatisch korrekte Ausrichtung
der Lichtquelle erzeugt wird, so dass eine Nachjustage entbehrlich
ist.
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Aus 5 ist
eine montierte Einheit 54 ersichtlich, die aus dem Kühlkörper 10,
der Lichtquelle 92 und der gedruckten Schaltung 50 besteht.
Wie ersichtlich ist, ergibt sich eine ausgesprochen kompakte Einheit 94.
Durch die intensive Durchströmung
der recht tief gehaltenen Kühlrippen 12 ergibt
sich eine gute Kühlwirkung.
Bevorzugt sind die Nuten 30 dem konischen Bereich 22 benachbart
etwas weniger tief und weisen ihre maximale Tiefe am hinteren Ende des
Kühlkörpers 10 auf.
Hierdurch ist die Strömungsgeschwindigkeit
der Kühlluft
am Übergang
zwischen dem konischen Bereich 22 und dem zylindrischen Bereich 20 besonders
groß und
im rückwärtigen Bereich
geringer, so dass dort eine längere
Verweildauer der Kühlluft
an den Kühlrippen 12 besteht.
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Aus 6 ist
eine Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Lichthärtgeräts 96 mit
der eingebauten und montierten Einheit 94 ersichtlich.
In an sich bekannter Weise sind am Gehäuse in dem den konischen Bereich 22 umgeben
den Bereich Kühlluftschlitze 98 vorgesehen,
durch die die Kühlluft
einströmt.
Sie strömt
entlang der Achse 18 an der Einheit 94 entlang
und wird durch ein Gebläse 100 ausgeworfen.
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Aus 6 ist
ersichtlich, dass die Einheit 94 mit der dortigen und aus 6 nicht ersichtlichen gedruckten
Schaltung an eine weitere gedruckte Schaltung 102 angeschlossen
ist. Die Verbindung erfolgt bevorzugt über Buchsen, die den Steckelementen 66 und 68 entsprechen.
Die gedruckte Schaltung 102 dient dem Anschluss des Gebläsemotors
und der Lichtquelle, aber auch der Elektronik auf der gedruckten
Schaltung 50 an die Stromversorgung und auch dem Anschluss
an einen Finger-Druckschalter 104. Die Stromversorgung
kann entweder durch Akkumulatoren gebildet werden, die in an sich
bekannter Weise im Handgriff 106 des Lichthärtgeräts 96 aufgenommen
sind, oder ein Verbindungskabel erstreckt sich unten aus dem Handgriff 106 heraus
zu einer Basisstation des Lichthärtgeräts 96,
die die Spannungsversorgung gewährleistet.
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Es versteht sich, dass die gedruckte
Schaltung 102 in beliebiger geeigneter Weise ausgestaltet sein
kann. Sie kann sich auch quer durch den Handgriff 106 unten
durch erstrecken und unten einen Lagerpunkt für das Anschlusskabel bilden.
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Während
die hier beschriebene Ausführungsform
einen Kühlkörper 10 aufweist,
an dem entlang sich die gedruckte Schaltung 50 erstreckt,
versteht es sich, dass es bei Bedarf auch ohne weiteres möglich ist,
den Kühlkörper als
mehrteiligen Kühlkörper auszubilden,
wobei sich eine Teilungslinie beispielsweise entlang der Nut 69 erstrecken
kann.