DE112012000917B4

DE112012000917B4 - Licht emittierender Stab mit elektrisch leitfähigen Wärmesenken

Info

Publication number: DE112012000917B4
Application number: DE112012000917.7T
Authority: DE
Inventors: Robert F. Duffy
Original assignee: Schott Corp
Current assignee: Schott Corp
Priority date: 2011-03-11
Filing date: 2012-03-08
Publication date: 2015-05-21
Anticipated expiration: 2032-03-09
Also published as: GB2504399A; KR20140020956A; WO2012125422A2; US20120230017A1; DE112012000917T5; EP2709514B1; JP2014510376A; CN103702605B; CA2829083C; WO2012125422A3; TW201303199A; JP5913384B2; EP2709514A2; GB201315902D0; EP2709514A4; KR101936888B1; CN103702605A; TWI577920B; US9144480B2; CA2829083A1

Abstract

Licht emittierender Stab, umfassend: einen länglichen Stabkörper, der sich entlang einer Stabachse AW zwischen einem in Längsrichtung entgegengesetzten proximalen und distalen Ende des Stabkörpers erstreckt, wobei das distale Ende dafür ausgebildet ist, ein Licht emittierendes Element zu halten, ein elektrisch leitfähiges erstes Kernelement, das sich zwischen dem proximalen und dem distalen Ende erstreckt und das an dem distalen Ende einen ersten Lichtquellenkontakt aufweist, der zur elektrischen Kontaktierung mit einem ersten Pol des Licht emittierenden Elements ausgebildet ist, und das an dem proximalen Ende einen ersten Stromquellenkontakt aufweist, der zur elektrischen Kontaktierung mit einem ersten Anschluss einer elektrischen Stromquelle konfiguriert ist, ein elektrisch leitfähiges zweites Kernelement, das sich zwischen dem proximalen und dem distalen Ende erstreckt und das an dem distalen Ende einen zweiten Lichtquellenkontakt aufweist, der zur elektrischen Kontaktierung mit einem zweiten Pol des Licht emittierenden Elements ausgebildet ist, und das an dem proximalen Ende einen zweiten Stromquellenkontakt aufweist, der zur elektrischen Kontaktierung mit einem zweiten Anschluss der elektrischen Stromquelle konfiguriert ist, wobei (i) der Stabkörper eine elektrisch isolierende Trennwand umfasst, die zwischen dem ersten und dem zweiten Kernelement angeordnet ist und dafür ausgelegt ist, diese elektrisch voneinander zu isolieren, und wobei (ii) das erste und das zweite Kernelement jeweils eine Wärmesenke darstellen, die dafür ausgelegt ist, dem Licht emittierenden Element Wärme zu entziehen.

Description

HINTERGRUND
Licht emittierende Stäbe finden verschiedenerlei Anwendung in zahlreichen Industriezweigen wie beispielsweise, aber nicht ausschließlich, beim Aushärten von lichtempfindlichen Verbindungen, die in der Zahnheilkunde genutzt werden. Herkömmlicherweise enthielten solche Stäbe als Licht emittierendes Element beispielsweise eine Glühbirne. Zunehmend werden die Glühbirnen jedoch durch Leuchtdioden (LEDs) ersetzt.
Unabhängig von dem in einem Licht emittierenden Stab verwendeten Licht emittierenden Element stellt die effiziente Ableitung von Wärme, die von dem Licht emittierenden Element erzeugt wird, ein allgemein erkanntes Problem dar, das Gegenstand verschiedener Lösungen mit unterschiedlichem Erfolg ist. Einige Lösungen beinhalten die Integration von Ventilatoren in der Nähe des Licht emittierenden Elements; eine Anordnung, die zwar wirksam ist, aber den Stab unerwünscht voluminös macht. In mindestens einem Fall wurde ein Phasenänderungsmaterial in einen wärmeleitfähigen Behälter eingekapselt, der angrenzend an das Licht emittierende Element angeordnet ist und durch Wechsel von einer ersten zu einer zweiten Phase Wärme absorbiert. Zahlreiche alternative Gestaltungen beinhalten die Integration von wärmeleitfähigem Wärmesenkenmaterial entlang eines Abschnitts der Stablänge. Jedoch führt die Integration von Wärmesenken zusammen mit separaten elektrischen Komponenten (z. B. Leitungen), die erforderlich sind, um dem Licht emittierenden Element elektrischen Strom zuzuführen, zu Stäben mit unerwünschtem Gewicht und größeren räumlichen Ausdehnungen als erwünscht.
Relevanter Stand der Technik findet sich in US 2010/0219736 A1 .
Dementsprechend besteht ein Bedarf an einem Licht emittierenden Stab, der eine wirksame Wärmeabführung ermöglicht und bei dem die Zufuhr von elektrischem Strom zu einem am distalen Ende angeordneten Licht emittierenden Element in effizienterer Weise hinsichtlich des Raumbedarfs und des Gewichts möglich ist.
ZUSAMMENFASSUNG
In einer beispielhaften Ausführungsform ist ein Licht emittierender Stab dafür konfiguriert, wahlweise mit einem Handgerät gekoppelt zu werden, das als Griff dient und elektrische Energie für das in dem Licht emittierenden Stab gehaltene Licht emittierende Element liefert. Der Licht emittierende Stab weist einen länglichen Stabkörper auf, der sich entlang einer Stabachse zwischen einem in Längsrichtung entgegengesetzten proximalen und distalen Ende des Körpers streckt. Das distale Ende ist dafür konfiguriert, ein Licht emittierendes Element zu halten, beispielsweise, aber nicht ausschließlich, eine Leuchtdiode (LED) oder eine Glühbirne. In alternativen Ausführungsformen ist das Licht emittierende Element entweder (i) wahlweise entfernbar, um einen Austausch zu ermöglichen, oder (ii) ist dauerhaft in dem distalen Ende des Stabes befestigt.
Der Körper eines erfindungsgemäßen Stabes umfasst ein elektrisch leitfähiges erstes und zweites Kernelement, die sich in Längsrichtung zwischen dem proximalen und dem distalen Ende des Stabes erstrecken. Das elektrisch leitfähige erste Kernelement weist an dem distalen Ende einen ersten Lichtquellenkontakt auf, der dafür konfiguriert ist, elektrisch mit einem ersten Pol des Licht emittierenden Elements verbunden zu werden, und an dem proximalen Ende einen ersten Stromquellenkontakt, der dafür konfiguriert ist, elektrisch mit einem ersten Anschluss einer elektrischen Stromquelle verbunden zu werden. Analog weist das elektrisch leitfähige zweite Kernelement an seinem distalen Stabende einen zweiten Lichtquellenkontakt auf, der zur elektrischen Verbindung mit einem zweiten Pol des Licht emittierenden Elements konfiguriert ist, und an seinem proximalen Stabende einen zweiten Stromquellenkontakt, der zur elektrischen Verbindung mit einem zweiten Anschluss der elektrischen Stromquelle konfiguriert ist.
Der Stab ist derart konfiguriert, dass das erste und das zweite Kernelement elektrisch isoliert voneinander gehalten werden. Erfindungsgemäß ist zwischen dem ersten und dem zweiten Kernelement eine elektrisch isolierende Trennwand angeordnet. Bei einer speziellen Ausführungsvariante, die eine elektrisch isolierende Trennwand umfasst, die aus Polymermaterial wie beispielsweise Kunststoff besteht, ist die Trennwand integral mit einem elektrisch isolierenden Überzug ausgebildet, der eine Seitenwand des Stabkörpers bildet und zumindest einen jeweiligen Abschnitt der Länge des ersten und des zweiten Kernelements umschließt.
Bei allen verschiedenen Ausführungsformen weist der Stabkörper einen Kopplungsfuß auf, der in seiner Ausdehnung zumindest teilweise dem proximalen Ende des Stabkörpers entspricht. Bei einer beispielhaften Ausführungsvariante ist der Kopplungsfuß dafür konfiguriert, gegebenenfalls durch einen Kopplungssockel in einem Handgerät aufgenommen und gehalten zu werden. Der erste und der zweite Stromquellenkontakt sowie der Überzug sind derart konfiguriert, dass die Stromquellenkontakte zumindest teilweise durch den Überzug hindurch freiliegen, um gegebenenfalls eine elektrische Verbindung mit jeweiligen Anschlüssen der elektrischen Stromquelle zu ermöglichen. Gemäß einer Konfiguration bildet zumindest ein Abschnitt der Länge des Überzugs einen zylindrischen Seitenwandabschnitt, der mit dem Kopplungsfuß zusammenfällt und diesen zum Teil bildet. Die Stromquellenkontakte bieten jeweils zur Außenseite des Überzugs hin eine konvex gebogene Kontaktfläche, die entsprechend der Form des zylindrischen Seitenwandabschnitts konfiguriert ist.
Neben dem Übertragen von elektrischem Strom zwischen der Stromquelle und dem Licht emittierenden Element dienen die Kernelemente als Wärmesenken, die dafür konfiguriert sind, von dem Licht emittierenden Element Wärme abzuleiten. Bei einer beispielhaften Ausführungsvariante bestehen die Kernelemente jeweils aus Kupfer. Es sollte jedoch verstanden werden, dass das Kupfer in der Zusammensetzung der Kernelemente durch zahlreiche alternative Materialien ersetzt werden könnte.
In der folgenden detaillierten Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen werden repräsentative, nicht einschränkende Ausführungsformen ausführlicher beschrieben und dargestellt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt einen Licht emittierenden Stab, der mit einem Handgerät gekoppelt ist;
1A stellt den Licht emittierenden Stab und das Handgerät aus 1 entkoppelt voneinander dar;
2 ist eine Ansicht eines einzeln dargestellten Licht emittierenden Stabes von rechts,
2A ist eine Schnittansicht des Licht emittierenden Stabes aus 2, und zwar entlang der gebogenen Schnittebene IIA betrachtet, die in 2 angegeben ist,
3 stellt eine auseinandergezogene Ansicht von Details der Kernanordnung des in den 2 und 2A gezeigten Licht emittierenden Stabes dar,
3A ist eine Ansicht der zusammengebauten Kernanordnung aus 3 von links,
3B ist eine Ansicht der zusammengebauten Kernanordnung aus den 3 und 3A von oben, und
4 ist eine Ansicht eines Licht emittierenden Stabes von oben, der eine Kernanordnung mit Überzug umfasst.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Zunächst wird auf die 1 und 1A Bezug genommen, so ist ein beispielhafter Licht emittierender Stab 100 wahlweise mit einem Handgerät 200 koppelbar und von diesem trennbar. Das Handgerät 200 dient als Griff und liefert die elektrische Energie für den Licht emittierenden Stab 100. Wenngleich die elektrische Stromquelle letztendlich für den Stab 100 nicht von spezieller Bedeutung ist, werden alternativ ausgebildete Handgeräte 200 entweder (i) eine eigenständige Stromquelle wie beispielsweise eine Batterie beinhalten, oder (ii) Energie von einer externen Quelle zugeführt bekommen, wie beispielsweise über ein Stromkabel, das zur Verbindung mit einer Steckdose ausgebildet ist.
Wie deutlicher in 1A gezeigt ist, in welcher der Stab 100 von dem Handgerät 200 getrennt ist, sowie in 2, welche die rechte Seite eines einzeln dargestellten Stabes 100 zeigt, weist der Stab 100 einen länglichen Stabkörper 110 auf, der sich entlang einer Stabachse A_w zwischen einem in Längsrichtung entgegengesetzten proximalen und distalen Ende 120 und 130 des Stabkörpers erstreckt. Das distale Ende 130 ist dafür konfiguriert, ein Licht emittierendes Element 140 zu halten, wie beispielsweise, aber nicht ausschließlich, eine einzelne Leuchtdiode 142 (LED) oder eine Anordnung aus zwei oder mehr Leuchtdioden 142.
Bezugnehmend auf die Schnittansicht beziehungsweise die auseinandergezogene Ansicht der 2A und 3, so umfasst der Stabkörper 110 eine Kernanordnung 150, die ein elektrisch leitfähiges erstes und zweites Kernelement 160 und 170 umfasst, die sich in Längsrichtung in paralleler Ausrichtung zueinander zwischen dem proximalen und dem distalen Ende 120 und 130 des Stabkörpers erstrecken. Das erste Kernelement 160 weist an seinem distalen Ende 130 einen ersten Lichtquellenkontakt 162 auf, der zur elektrischen Verbindung mit einem ersten Pol 144 des Licht emittierenden Elements 140 konfiguriert ist, und an seinem proximalen Ende 120 einen ersten Stromquellenkontakt 166, der zur elektrischen Verbindung mit einem ersten Anschluss einer elektrischen Stromquelle konfiguriert ist. Das zweite Kernelement 170 weist an dem distalen Ende 130 des Stabkörpers einen zweiten Lichtquellenkontakt 172 auf, der zur elektrischen Verbindung mit einem zweiten Pol 146 des Licht emittierenden Elements 140 konfiguriert ist, beziehungsweise an dem proximalen Ende 120 einen zweiten Stromquellenkontakt, der zur elektrischen Verbindung mit einem zweiten Anschluss der elektrischen Stromquelle konfiguriert ist.
Die Kernanordnung 150 des Stabes 100 ist derart konfiguriert, dass das erste und das zweite Kernelement 160 und 170 elektrisch isoliert voneinander gehalten werden. Weiterhin auf die 2A und 3 Bezug nehmend, ist zwischen dem ersten und dem zweiten Kernelement 160 und 170 eine elektrisch isolierende Trennwand 180 angeordnet. Bei einer beispielhaften Ausführungsvariante stellt die Trennwand 180 eine unabhängige Komponente dar, die aus polymerem Material wie etwa Kunststoff ”vorgeformt” wird. Die Trennwand 180 wird zwischen dem ersten und dem zweiten Kernelement 160 und 170 angeordnet, und die Kernelemente 160 und 170 werden zusammengedrückt, so dass sie eine Kernanordnung 150 bilden, wie sie in der Seitenansicht von rechts und der Draufsicht aus den 3A beziehungsweise 3B gezeigt ist, wobei das erste Kernelement 160 an einer ersten Seite 182 der Trennwand 180 anliegt und das zweite Kernelement 170 an einer zweiten Seite 184 der Trennwand 180 anliegt. Die Kernanordnung 150 wird dann in einem Überzug 186 aus elektrisch isolierendem Material wie beispielsweise Kunststoff als nicht einschränkendes Beispiel versiegelt, um den Stabkörper 100 auszubilden, wie er in den zuvor beschriebenen 2 und 2A sowie in der Draufsicht aus 4 gezeigt ist. Bei einer alternativen Ausführungsvariante werden die Kernelemente 160 und 170 in einer (nicht gezeigten) Form angeordnet, und zwar derart, dass zwischen diesen eine Lücke aufrechterhalten bleibt. Sodann wird ein elektrisch isolierendes Material in die Form eingebracht (z. B. eingespritzt), um die Trennwand 180 und den Überzug 186 integral in einem einzigen Formungsschritt auszubilden. In jedem Fall bildet der Überzug eine Seitenwand 135 des Stabkörpers, die zumindest jeweils einen Abschnitt der Länge des ersten und des zweiten Kernelements 160 und 170 umschließt, wie in den 2, 2A und 4 gezeigt ist.
In den beispielhaften Darstellungen der 1A, 2 und 2A definiert zum Beispiel ein Teil der durch der Überzug 186 gebildeten Seitenwand 135 des Stabkörpers einen Kopplungsfuß 190, der zumindest teilweise mit dem proximalen Ende 120 des Stabkörpers zusammenfällt. Wie in den 1 und 1A gezeigt, ist der Kopplungsfuß 190 dafür konfiguriert, gegebenenfalls von einem Kopplungssockel 220 aufgenommen und gehalten zu werden, der in dem Handgerät 200 ausgebildet ist. Wie am deutlichsten in den 1A, 2, 2A und 4 gezeigt ist, sind der Überzug 186 sowie der erste und zweite Stromquellenkontakt 166 und 176 derart konfiguriert, dass die Stromquellenkontakte 166 und 176 zumindest teilweise durch der Überzug 186 hindurch freiliegen, um gegebenenfalls eine elektrische Verbindung (z. B. Kontaktierung) mit entsprechenden Anschlüssen der elektrischen Stromquelle 230 in dem Handgerät 200 zu ermöglichen. Spezieller wird in den verschiedenen dargestellten Ausführungsformen in den Zeichnungen zumindest durch einen Teil der Länge des Überzugs 186 ein zylindrischer Seitenwandabschnitt 136 gebildet, der mit der Kopplungsfuß 190 zusammenfällt und diesen teilweise definiert. Der erste und der zweite Stromquellenkontakt 166 und 176 bieten jeweils zur Außenseite des Überzugs 186 hin eine konvex gebogene erste und zweite Kontaktfläche, 167 und 177, die konform mit dem zylindrischen Seitenwandabschnitt 136 konfiguriert sind. Die konvex gebogene erste und zweite Kontaktfläche 167 und 177 sind zur Kontaktierung mit entsprechend konkav gebogenen ersten und zweiten Stromzuführungskontakten 267 und 277 konfiguriert, die in dem Kopplungssockel 220 des Handgeräts 200 ausgebildet sind und einen ersten und zweiten Kontakt 232 und 234 einer Stromquelle 230 darstellen oder zu diesen führen, wie schemenhaft hauptsächlich in 1A angegeben ist. In 1A ist die Stromquelle 230 beispielhaft als eine Batterie 231 dargestellt. Wie bereits erläutert könnte die Stromquelle 230 jedoch auch elektrischen Strom über beispielsweise ein Stromkabel und eine elektrische Steckdose wie etwa eine Wand- oder Bodensteckdose (nicht gezeigt) zuführen.
Neben der Übertragung von elektrischem Strom zwischen der Stromquelle 230 und dem Licht emittierenden Element 140 dienen das erste und das zweite Kernelement 160 und 170 als erste beziehungsweise zweite Wärmesenke 168 und 178, die zum Ableiten der von dem Licht emittierenden Element 140 abgegebenen Wärme konfiguriert sind. Faktoren, welche die Kapazität der jeweiligen Kernelemente 160 und 170 zum Ableiten von Wärme von dem Licht emittierenden Element 140 bestimmen, sind die Form, Masse, spezifische Wärme und die Wärmeleitfähigkeit der Kernelemente 160 und 170. Außerdem wird die Kapazität zur Ableitung von Wärme durch das Ausmaß des Überzugs der jeweiligen Kernelemente 160 und 170 bestimmt.
Bei einer beispielhaften Ausführungsvariante bestehen die Kernelemente 160 und 170 jeweils aus Kupfer. Es wird jedoch verständlich sein, dass das Kupfer in der Zusammensetzung der Kernelemente 160 und 170 durch zahlreiche alternative Materialien ersetzt werden könnte. Es wird ferner verständlich sein, dass auch die elektrische Leitfähigkeit, und möglicherweise die elektrische Leitfähigkeit in Abhängigkeit von der Temperatur, bei der Auswahl des Materials oder der Materialien, aus dem oder denen die Kernelemente 160 und 170 hergestellt werden, berücksichtigt werden müssen. Wenn das Licht emittierende Element 140 eine oder mehrere Leuchtdioden (LEDs) 142 umfasst, kann die Wärmeabgabe beträchtlich sein. Bei der Ausführungsform aus 2A stellt das beispielhafte Licht emittierende Element 142 eine ”LED-Maschine” dar, die drei Leuchtdioden 142 umfasst. Eine vergrößerte und gedrehte Detailansicht der LED-Maschine ist in 2A neben dem distalen Ende 130 des Stabkörpers dargestellt.

Claims

Licht emittierender Stab, umfassend: einen länglichen Stabkörper, der sich entlang einer Stabachse A_W zwischen einem in Längsrichtung entgegengesetzten proximalen und distalen Ende des Stabkörpers erstreckt, wobei das distale Ende dafür ausgebildet ist, ein Licht emittierendes Element zu halten, ein elektrisch leitfähiges erstes Kernelement, das sich zwischen dem proximalen und dem distalen Ende erstreckt und das an dem distalen Ende einen ersten Lichtquellenkontakt aufweist, der zur elektrischen Kontaktierung mit einem ersten Pol des Licht emittierenden Elements ausgebildet ist, und das an dem proximalen Ende einen ersten Stromquellenkontakt aufweist, der zur elektrischen Kontaktierung mit einem ersten Anschluss einer elektrischen Stromquelle konfiguriert ist, ein elektrisch leitfähiges zweites Kernelement, das sich zwischen dem proximalen und dem distalen Ende erstreckt und das an dem distalen Ende einen zweiten Lichtquellenkontakt aufweist, der zur elektrischen Kontaktierung mit einem zweiten Pol des Licht emittierenden Elements ausgebildet ist, und das an dem proximalen Ende einen zweiten Stromquellenkontakt aufweist, der zur elektrischen Kontaktierung mit einem zweiten Anschluss der elektrischen Stromquelle konfiguriert ist, wobei (i) der Stabkörper eine elektrisch isolierende Trennwand umfasst, die zwischen dem ersten und dem zweiten Kernelement angeordnet ist und dafür ausgelegt ist, diese elektrisch voneinander zu isolieren, und wobei (ii) das erste und das zweite Kernelement jeweils eine Wärmesenke darstellen, die dafür ausgelegt ist, dem Licht emittierenden Element Wärme zu entziehen.
Licht emittierender Stab nach Anspruch 1, wobei der Stabkörper ferner einen elektrisch isolierenden Überzug aufweist, der eine Seitenwand des Stabkörpers bildet und zumindest jeweils einen Abschnitt der Länge des ersten und des zweiten Kernelements umschließt.
Licht emittierender Stab nach Anspruch 2, wobei der Überzug integral mit der Trennwand ausgebildet ist.
Licht emittierender Stab nach Anspruch 3, wobei der jeweilige Stromquellenkontakt des ersten und des zweiten Kernelements durch die Seitenwand des Stabkörpers hindurch freiliegt, um selektiv eine elektrische Verbindung mit dem ersten beziehungsweise dem zweiten Anschluss der elektrischen Stromquelle zu ermöglichen.
Licht emittierender Stab nach Anspruch 4, wobei (i) mindestens der Abschnitt der Länge des Überzugs, durch den hindurch der erste und der zweite Stromquellenkontakt freiliegen, einen zylindrischen Seitenwandabschnitt bildet, und wobei (ii) die Stromquellenkontakte jeweils zur Außenseite des Überzugs hin eine konvex gekrümmte Kontaktfläche bieten, die entsprechend der Form des zylindrischen Seitenwandabschnitts konfiguriert ist.
Licht emittierender Stab nach Anspruch 2, wobei der jeweilige Stromquellenkontakt des ersten und des zweiten Kernelements durch die Seitenwand des Stabkörpers hindurch freiliegt, um selektiv eine elektrische Verbindung mit dem ersten beziehungsweise dem zweiten Anschluss der elektrischen Stromquelle zu ermöglichen.
Licht emittierender Stab nach Anspruch 6, wobei (i) mindestens der Abschnitt der Länge des Überzugs, durch den hindurch der erste und der zweite Stromquellenkontakt freiliegen, einen zylindrischen Seitenwandabschnitt bildet, und wobei (ii) die Stromquellenkontakte jeweils zur Außenseite des Überzugs hin eine konvex gekrümmte Kontaktfläche bieten, die entsprechend der Form des zylindrischen Seitenwandabschnitts konfiguriert ist.
Licht emittierender Stab nach Anspruch 7, wobei die Stromquellenkontakte in Längsrichtung derart zueinander versetzt sind, dass die Kontaktfläche des einen Stromquellenkontakts näher an dem distalen Ende des Stabkörpers angeordnet ist als die Kontaktfläche des anderen Stromquellenkontakts.
Licht emittierender Stab nach Anspruch 6, wobei die Stromquellenkontakte in Längsrichtung derart zueinander versetzt sind, dass die Kontaktfläche des einen Stromquellenkontakts näher an dem distalen Ende des Stabkörpers angeordnet ist als die Kontaktfläche des anderen Stromquellenkontakts.
Licht emittierender Stab nach Anspruch 2, wobei das Licht emittierende Element eine Leuchtdiode umfasst.