DE202007009934U1

DE202007009934U1 - Taschenwerkzeug mit Lichtzeiger

Info

Publication number: DE202007009934U1
Application number: DE200720009934
Authority: DE
Original assignee: Victorinox AG
Current assignee: KUSTER, MARTIN, CH
Priority date: 2007-07-13
Filing date: 2007-07-13
Publication date: 2007-09-13
Anticipated expiration: 2017-07-14

Abstract

Kompaktes, weitgehend augensicheres Leuchtmodul (1) umfassend eine elektrische Energiequelle (2), einen Spannungsumformer (3) und eine Strahlungsquelle für elektromagnetische Strahlung (4), dadurch gekennzeichnet, dass ein Leistungsbegrenzer (5) zur Regelung der abgegebenen elektromagnetischen Strahlung vorhanden ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein kompaktes, weitestgehend augensicheres Leuchtmodul umfassend eine elektrische Energiequelle, einen Spannungsumformer und eine Strahlungsquelle für elektromagnetische Strahlung. Weiters betrifft die Erfindung ein Taschenwerkzeug, insbesondere Taschenmesser oder plattenförmige Werkzeugkarte, mit einem Gehäuse mit zumindest einem Aufnahmebereich und zumindest einem, aus einer Aufbewahrungsposition innerhalb des Aufnahmebereiches, in eine Gebrauchsposition außerhalb des Aufnahmebereiches bewegbaren Funktionsteil, und mit einem Leuchtmodul zur Abgabe von elektromagnetischer Strahlung, das im Gehäuse angeordnet ist und mittels eines Betätigungselements in Betrieb genommen werden kann.
Bei Werkzeugen des täglichen Gebrauchs, insbesondere bei Taschenwerkzeugen, besteht oftmals der Wunsch, dass an bzw. in diesem Werkzeug ein Leuchtmodul angeordnet ist. Ein derartiges Leuchtmodul kann bspw. dazu ausgebildet sein, den Arbeitsbereich des Handwerkzeugs zu beleuchten oder als Lichtzeiger zu fungieren. Aufgrund des oftmals nur sehr geringen Platzangebots bei Handwerkzeugen wird das Leuchtelement zumeist nur durch eine Energieversorgung und ein Leuchtmittel gebildet, auf eine Ansteuerschaltung bzw. eine Sicherheitsschaltung wird aus Platzmangel verzichtet. Die Energieversorgung ist dabei zumeist durch ein chemisches Element gebildet, insbesondere durch eine handelsübliche Batterie. Chemische Elemente haben jedoch den Nachteil, dass sich die bereitgestellte Ausgangsspannung im Laufe des Betriebs ändert, insbesondere wird sie kontinuierlich geringer; dieser Spannungsabfall wird durch die so genannte Entladungskurve beschrieben. Weiters von Nachteil ist, dass die Entladungskurve von der Art des chemischen Elements abhängt. Insbesondere kennt man chemische Elemente die eine kontinuierlich fallende Ausgangsspannung aufweisen, es gibt aber auch Elemente, bei denen die Ausgangsspannung lange Zeit weitestgehend konstant bleibt und gegen Ende der Lebensdauer hin plötzlich abrupt abnimmt. Ein Leuchtmodul soll jedoch über die gesamte Betriebsdauer eine möglichst konstante Optische Lichtleistung abgeben, was mit einer derartigen Energieversorgung nicht realisierbar ist.
Da weiters die Ausgangsspannung der chemischen Elemente technologisch begrenzt ist, manche Leuchtmittel aber eine Versorgungsspannung benötigen die höher als die Ausgangsspannung eines einzelnen chemischen Elements ist, werden bspw. mehrere chemische Elemente in Serie geschaltet eingesetzt. Ebenso besteht die Möglichkeit die geringe Ausgangsspannung des chemischen Elements mittels eines Spannungswandlers auf die erforderliche erhöhte Versorgungsspannung des Leuchtmittels umzusetzen. Ein derartiger Spannungsumsetzer ist zumeist dadurch gekennzeichnet, dass er die eingangsseitige Versorgungsspannung um einen bestimmten festen Faktor erhöht und ausgangsseitig zur Verfügung stellt.
Die bekannten Lösungen haben jedoch den Nachteil, dass bei unsachgemäßer bzw. mutwilliger Verwendung einer nicht bestimmungsgemäßen Energiequelle, insbesondere einer mit einer höheren Ausgangsspannung, am Leuchtmittel eine zu große Versorgungsspannung anliegt, wodurch das Leuchtmittel beschädigt oder zerstört werden kann. Durch die erhöhte Versorgungsspannung des Leuchtmittels kann es aber auch dazu kommen, dass die von diesem abgegebene elektromagnetische Strahlung einen Leistungsgrenzwert überschreitet und es somit, bei einer Beleuchtung des menschlichen Auges durch den abgegebenen Lichtstrahl, aufgrund der zu großen Strahlungsleistung zu einer Schädigung der Netzhaut kommt.
Die US 5,627,414 A offenbart ein klappbares Taschenmesser mit einem Laserpointer. Der Laserpointer ist dadurch gebildet, dass in einem, aus dem Taschenmesser ausschwenkbaren Gehäuseteil, eine Laserdiode und mehrere Batteriezellen angeordnet sind. Die Laserdiode wird dadurch in Betrieb genommen, dass durch ein Betätigungselement der Stromkreis zwischen den Batteriezellen und der Laserdiode geschlossen wird. Bei geschlossenem Stromkreis ist die Versorgungsspannung der Laserdiode gleich der Ausgangsspannung, der in Serie geschalteten Batteriezellen.
Die US 6,027,224 A offenbart ebenfalls ein Taschenwerkzeug, das allerdings zwei Leuchtmittel umfasst. Ein Leuchtmittel ist dabei als Laserpointer ausgebildet, das zweite Leuchtmittel ist als eine Lichtkegel abgebendes Leuchtmittel ausgebildet. Das Dokument offenbart, dass bei jeweils geschlossenem Stromkreis, das erste bzw. zweite Leuchtmittel unmittelbar mit den Batteriezellen verbunden ist.
Ähnliche Ausbildungen sind auch in der US 2001/0034910 A1 und der DE 298 20 727 U1 offenbart.
Die Aufgabe der Erfindung liegt nun darin, einen kompakten Lichtzeiger derart auszubilden, dass beim bestimmungsgemäßen Gebrauch und einem ungewollten Einwirken der vom Leuchtmittel einstellbar abgegebenen elektromagnetischen Strahlung auf das menschliche Auge, eine Schädigung der Netzhaut zuverlässig vermieden wird. Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung, diesen Schutz des Auges auch bei unsachgemäßer bzw. bestimmungsfremder Verwendung des Lichtzeigers weitestgehend sicher zu stellen. Die Erfindung betrifft weiters ein Taschenwerkzeug das einen kompakten Lichtzeiger umfasst, wobei durch den vom Lichtzeiger abgegebene Lichtstrahl eine Schädigung des Auges weitestgehend verhindert wird.
Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass ein Leistungsbegrenzer zur Regelung der abgegebenen elektromagnetischen Strahlung vorhanden ist. Die Leistung der von der Strahlungsquelle abgegebenen elektromagnetischen Strahlung hängt üblicherweise von der an die Strahlungsquelle angelegten Versorgungsspannung ab. Vom Hersteller der Spannungsquelle wird zumeist eine maximale Versorgungsspannung angegeben, mit der die abgegebene elektromagnetische Strahlung einen bestimmten Leistungsgrenzwert nicht übersteigt. Basierend auf den physiologischen Eigenschaften des menschlichen Auges wurde die optische Strahlungsleistung basierend auf der Wellenlänge der Strahlung klassifiziert. Dabei muss bei Leuchtmitteln, die in der Öffentlichkeit ohne zusätzlichen Schutz verwendet werden dürfen, bzw. die in der Öffentlichkeit eingesetzt werden, die Strahlungsleistung so gering sein, dass der natürliche Schutzmechanismus des Auges (Lidschlussreflex) ausreicht, damit es selbst bei direkter Beleuchtung des Auges zu keiner Schädigung der Netzhaut kommt.
Der erfindungsgemäße Leistungsbegrenzer kann nun eine Mehrzahl von Betriebsvorgaben berücksichtigen und somit die Leistung der abgegebenen Strahlung in jedem Fall unterhalb eines gefährlichen Leistungsgrenzwertes halten. Der Benutzer eines erfindungsgemäßen Leuchtmoduls kann somit sicher sein, dass in jedem Betriebszustand, eine für das Auge weitestgehend ungefährliche elektromagnetische Strahlung abgegeben wird.
Zur Regelung der abgegebenen elektromagnetischen Strahlung ist es von Vorteil, wenn der Leistungsbegrenzer ein erstes Erfassungselement für elektromagnetische Strahlung umfasst.
Dieses erste Erfassungselement kann bspw. dazu ausgebildet sein, die Leistung der von der Strahlungsquelle abgegebenen elektromagnetischen Strahlung zu messen. Von bedeutendem Vorteil ist dabei, dass der Leistungsbegrenzer jederzeit die aktuell abgegebene Strahlungsleistung kennt. Aufgrund des technologischen Aufbaus der Strahlungsquelle unterliegt die abgegebene Strahlungsleistung einem Alterungsprozess, d.h. selbst bei konstanter Versorgungsspannung wird sich im Laufe der Betriebszeit die abgegebene Strahlungsleistung verändern. Weiters ist die abgegebene Strahlungsleistung zumeist auch von der Temperatur der Strahlungsquelle abhängig. Die Kenntnis der aktuell abgegebenen Strahlungsleistung ist daher von wesentlicher Bedeutung, um ein augensicheres Leuchtmodul ausbilden zu können.
Ein Leistungsbegrenzer der einen Regelkreis umfasst hat den ganz entscheidenden Vorteil, dass dieser Leistungsbegrenzer kontinuierlich erfasste Betriebsdaten bewerten und über den Regelkreis gezielt die abgegebene Strahlungsleistung beeinflussen kann. Im Gegensatz zu einer parameterbasierten Steuerung hat ein Regelkreis den Vorteil, dass eine kontinuierliche Anpassung der Strahlungsleistung im Sinn eines Soll-Ist-Vergleichs möglich ist.
In einer vorteilhaften Weiterbildung kann dieser Regelkreis eine Schutzschaltung umfassen, die bei einer Überschreitung eines Leistungsgrenzwertes eine zuverlässige Abschaltung der Strahlungsquelle sicherstellt.
Eine vorteilhaft effiziente Erfassung der abgegebenen Strahlungsleistung erreicht man, wenn das erste Erfassungselement als Fotodiode ausgebildet ist. Fotodioden haben den besonderen Vorteil, dass ihre spektrale Effizienz sehr genau einstellbar ist. Dadurch ist es bspw. möglich, die umgebende elektromagnetische Strahlung weitestgehend zu unterdrücken und nur die Leistung der von der Strahlungsquelle abgegebenen elektrischen Strahlung zu messen. Schwankungen der Umgebungshelligkeit haben somit in vorteilhafter Weise keinen Einfluss auf die Bestimmung der abgegebenen Strahlungsleistung.
In einer vorteilhaften Weiterbildung kann das erste Erfassungselement aber auch als Fotowiderstand oder Fototransistor ausgebildet sein. Insbesondere sind alle Erfassungselemente möglich, die aufgrund einer eintreffenden elektromagnetischen Strahlung ein elektrisches Ausgangssignal abgeben bzw. die elektrischen Kenngrößen ändern.
Einen bedeutenden Vorteil erhält man, wenn das erste Erfassungselement und die Strahlungsquelle in einem Modul integriert angeordnet sind. Diese vorteilhafte Ausbildung ermöglicht es, die Leistung der abgegebenen elektromagnetischen Strahlung unmittelbar an der Strahlungsquelle zu erfassen, wodurch insbesondere störende, die Messung verfälschende Umgebungseinflüsse weitestgehend unterdrückt werden. Die Ausbildung hat den weiteren Vorteil, dass sich durch die heutzutage technologisch mögliche hohe Integrationsdichte eine sehr kompakte Bauform des anspruchsgemäßen Moduls realisieren lässt. In Hinblick auf einen breiten Einsatz mit hohen Stückzahlen bringt die anspruchsgemäße Ausbildung den weiteren Vorteil, dass sich das Modul besonders kostengünstig herstellen lässt.
In einer vorteilhaften Weiterbildung können die Strahlungsquelle und das erste Erfassungselement aufeinander abgeglichen werden, wodurch die abgegebene Strahlungsleistung sehr genau eingehalten werden kann.
Gemäß einer Weiterbildung können das erste Erfassungselement und die Strahlungsquelle durch Halbleiterbauelemente gebildet sein. Sind die beiden Elemente in einem Modul integriert angeordnet haben beide Elemente dieselbe Temperatur, was im Hinblick auf die Gleichtaktparameter von Halbleitern von ganz besonderer Bedeutung ist.
Da die Leistung der von der Strahlungsquelle abgegebenen elektromagnetischen Strahlung üblicherweise von der Versorgungsspannung der Strahlungsquelle abhängt, erhält man eine bedeutende vorteilhafte Weiterbildung, wenn der Leistungsbegrenzer zur Beeinflussung der Ausgangsspannung des Spannungsumformers ausgebildet ist. Durch diese vorteilhafte Ausbildung ist der Leistungsbegrenzer in der Lage, über die Regelung der Ausgangsspannung des Spannungsumformers, die Leistung der abgegebenen elektromagnetischen Strahlung zu beeinflussen. Ein weiterer Vorteil einer anspruchsgemäßen Ausbildung ist, dass die Ausgangsspannung des Spannungsumformers weitestgehend unabhängig von der Ausgangsspannung der Energiequelle ist.
Einen ganz besonderen Vorteil erhält man, wenn der Spannungswandler als Step-Up und/oder als Step-Down Konverter ausgebildet ist. Diese Ausbildung ermöglicht es, einen großen Ausgangsspannungsbereich der Energiequelle auf die geforderte, stabile Versorgungsspannung der Strahlungsquelle umzusetzen. Insbesondere wird durch eine anspruchsgemäße Ausbildung erreicht, dass auch bei einer abgesunkenen Ausgangsspannung der Energiequelle, eine zuverlässige und stabile Versorgung der Strahlungsquelle erreicht wird. Der Spannungswandler arbeitet in diesem Betriebszustand als Step-Up Konverter.
Einen wesentlichen Vorteil für die Ausbildung eines augensicheren Leuchtmoduls erhält man, wenn der Spannungswandler auch als Step-Down Konverter ausgebildet ist. Durch unsachgemäßen Gebrauch des Leuchtmoduls, bspw. durch Verwenden einer Energiequelle mit zu hoher Ausgangsspannung, würde die Strahlungsquelle eine elektromagnetische Strahlung mit zu hoher Leistung abgeben, wodurch es bei einer unabsichtlichen Beleuchtung des Auges zu einer Schädigung der Netzhaut kommen kann, da die zulässige Leistungsgrenze überschritten wird. Durch einen als Step-Down Konverter ausgebildeten Spannungswandler wird nun zuverlässig sichergestellt, dass selbst bei Verwenden einer nicht bestimmungsgemäßen Energiequelle mit einer höheren Ausgangsspannung, die Strahlungsquelle stets zuverlässig mit einer maximalen Versorgungsspannung versorgt wird, wodurch jedenfalls die Leistung der abgegebenen elektromagnetischen Strahlung unter einem maximal zulässigen Grenzwert bleibt. Insbesondere ist ein anspruchsgemäß ausgebildeter Spannungswandler in der Lage, eine Eingangsspannung die bis zu 400 % über dem Nominalwert liegt, auf eine grenzwertkonforme Versorgungsspannung der Strahlungsquelle herabzusetzen.
Ein weiterer Vorteil des anspruchsgemäß ausgebildeten Spannungsumformers ist, dass die Spannungsumsetzung sehr verlustarm durchgeführt wird. Gerade in Hinblick auf mobile Geräte ist es von entscheidender Bedeutung, wenn die beschränkt zur Verfügung stehende Energie der Energiequelle möglichst optimal in elektromagnetische Strahlung umgesetzt wird. Gerade bei der Spannungsanpassung von einem höheren auf ein niedrigeres Spannungsniveau hat ein anspruchsgemäß ausgebildeter Step-Down Konverter den ganz entscheidenden Vorteil, dass die Spannungsanpassung keinen Energie verbrauchenden, resistiven Spannungsteiler erfordert.
Von Vorteil ist weiters, dass die Anpassung an ein zu hohes bzw. zu niedrigeres Eingangsspannungsniveau vom Spannungswandler ohne Bedienhandlung automatisch durchgeführt wird. Somit ist selbst bei einer bewussten Manipulation der Energiequelle stets sichergestellt, dass die abgegebene elektromagnetische Strahlung einen schädlichen Leistungsgrenzwert nicht übersteigt.
Die abgegebene Strahlungsleistung einer Strahlungsquelle hängt zumeist auch noch von der Temperatur der Strahlungsquelle ab. Durch die anspruchsgemäße Weiterbildung bei der der Leistungsbegrenzer ein Temperaturerfassungsmodul aufweist, erhält man den Vorteil, dass Änderungen der abgegebenen Strahlungsleistung aufgrund unterschiedlicher Betriebs- bzw. Umgebungstemperaturen des Leuchtmoduls ausgeglichen werden können. Durch den Betrieb der Strahlungsquelle wird sich diese zumeist erwärmen, wodurch sich der so genannte Arbeitspunkt verschieben kann und somit die abgegebene Strahlungsleistung einen Leistungsgrenzwert überschreiten kann. Zusätzlich kann sich die Strahlungsquelle durch die erhöhte abgegebene Strahlungsleistung weiter erwärmen was zu einem sich aufschaukelnden Vorgang führen kann, wodurch es zu einer Beschädigung bzw. Zerstörung der Strahlungsquelle kommen kann.
In einer vorteilhaften Weiterbildung kann das Temperaturerfassungselement dazu ausgebildet sein, die Strahlungsquelle bei einer Übertemperatur derselben zuverlässig abzuschalten und somit eine Schädigung der Strahlungsquelle zu verhindern.
Eine Strahlungsquelle kann zumeist eine elektromagnetische Strahlung in einem größeren Leistungsbereich abgeben. Bei bisher bekannten Vorrichtungen wird die Maximalleistung der abgegebenen elektromagnetischen Strahlung dadurch festgelegt, dass die Energiequelle eine maximale Spannung abgibt, insbesondere ist das die Leerlaufspannung der zumeist verwendeten und ggf. in Serie geschalteten chemischen Elemente. Eine anspruchsgemäße Ausbildung, bei der Leistungsbegrenzer ein Leistungskonfigurationsmodul aufweist, hat nun den ganz entscheidenden Vorteil, dass die Konfiguration der abgegebenen Strahlungsleistung nicht mehr von ungenauen und sich veränderten Spannungswerten abhängt. Mit dem Leistungskonfigurationsmodul ist in vorteilhafter Weise weiters sichergestellt, dass eine unbefugte Bedienung bzw. Manipulation der Strahlungsquelle verhindert wird.
Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung erhält man anspruchsgemäß dadurch, dass im Leistungskonfigurationsmodul Betriebsparameter für die Strahlungsquelle hinterlegt sind. Mittels dieser Betriebsparameter ist eine eindeutige und nicht veränderbare Konfiguration der Strahlungsquelle möglich, insbesondere lässt sich somit der sicherheitsrelevante Leistungsgrenzwert der abgegebenen Strahlung definiert festlegen. Diese Betriebsparameter lassen sich der art gesichert im Leistungskonfigurationsmodul ablegen, dass eine Manipulation durch unbefugte Dritte verhindert wird, was einen entscheidenden Vorteil in Hinblick auf den gewünschten Augenschutz darstellt.
Eine Ausbildung der Strahlungsquelle als Laserdiode hat den Vorteil, dass die abgegebene monochromatische elektromagnetische Strahlung eine hohe Intensität aufweist. Laserdioden haben aufgrund ihrer technischen Konstruktion den Vorteil, dass der abgegebene Lichtstrahl sich besonders vorteilhaft zur Ausbildung eines Lichtzeigers eignet, da zumeist nur wenig aufwendige Kollimatorlinsen erforderlich sind.
Durch die hohe Leuchtdichte des abgegebenen Lichtstrahls, dessen Durchmesser zumeist in der Größenordnung der Öffnungsweite der Pupille eines Auges liegt, ist eine Begrenzung der Leistung des Lichtstrahls von ganz entscheidender Bedeutung, um eine Schädigung bei einem ungewollten Auftreffen auf die Netzhaut zu verhindern.
Entsprechend der Gefährlichkeit für den Menschen wurden Laser in Klassen eingeteilt, wobei die Klassen 1 und 2 nach EN 60825-1 als für das menschliche Auge weitestgehend ungefährlich eingestuft wurden. Durch unsachgemäße Handhabung, bspw. durch Zwischenschaltung von Lupen bzw. Ferngläser kann jedoch auch die ungefährliche Klasse 1 bzw. 2 Laserstrahlung zu einer Schädigung der Netzhaut führen.
Eine Laserdiode die eine elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge von 600 nm bis 750 nm abgibt, bevorzugt 655 nm, hat den besonderen Vorteil, dass die abgegebene Strahlung im sichtbaren optischen Bereich liegt, weiters sind Laserdioden die in diesem Bereich strahlen weit verbreitet und damit kostengünstig verfügbar. Aufgrund der Physiologie des Auges hat ein roter Lichtstrahl den weiteren Vorteil, dass er selbst bei geringer Strahlungsleistung bereits deutlich wahrgenommen wird. Ebenfalls von Vorteil ist, dass eine anspruchsgemäß ausgebildete Laserdiode in vielen Massenartikeln eingesetzt wird und somit auch die ggf. zusätzlich erforderlichen Peripheriekomponenten kostengünstig verfügbar sind.
Eine bedeutende vorteilhafte Weiterbildung erhält man, wenn ein Zylinderaufsatz auf einem flanschartigen Abschnitt der Laserdiode angeordnet ist. Von Laserdioden ist bekannt, dass sie einen stark divergenten und nicht kreissymmetrischen Strahl abgeben. Zur Erzielung eines möglichst weit reichenden Strahls mit einer geringen Strahlaufweitung wird der Laserdiode zumeist eine Strahlformungsoptik nachgeschaltet. Zur Verhinderung einer unerwünschten seitlichen Abstrahlung sowie zur mechanischen Fixierung der Strahlformungsoptik wurde die Laserdiode bislang zumeist in einem zylinderförmigen Aufsatz angeordnet. Von Nachteil einer derartigen Anordnung ist, dass der Innendurchmesser des Zylinderaufsatz groß genug gewählt werden muss, um die Laserdiode aufnehmen und fixieren zu können. Aufgrund der erforderlichen mechanischen Stabilität des Zylinderaufsatzes weist dieser einen Außendurchmesser auf, der bedeutend größer ist als der größte Außendurchmesser der Laserdiode, was für einen möglichst kompakten Aufbau von Nachteil ist.
Bei der anspruchsgemäßen Ausbildung wird der Zylinderaufsatz auf einen flanschartigen Abschnitt der Laserdiode angeordnet, wodurch man eine bedeutende Reduktion des Aussendurchmessers des Zylinderaufsatzes erreicht, insbesondere wird der Außendurchmesser des derart ausgebildeten Leuchtelements gleich den maximalen Durchmesser der Laserdiode.
Ein weiterer Vorteil der anspruchsgemäßen Ausbildung liegt darin, dass aufgrund der größeren Kontaktfläche zwischen dem Gehäuse der Laserdiode und dem Zylinderaufsatz eine bessere Wärmeableitung von der Laserdiode möglich ist.
Um einen weit reichenden, möglichst kreissymmetrischen Lichtstrahl mit geringer Strahlaufweitung zu erreichen, ist es von Vorteil, wenn im Zylinderaufsatz eine Strahlformungsoptik, insbesondere Kollimatoroptik angeordnet ist. Die Aufgabe einer Kollimatoroptik liegt darin, ungerichtete bzw. divergente Strahlen einer Lichtquelle parallel auszurichten und somit einen Lichtstrahl zu formen, der sich auch über größere Entfernungen nur sehr gering aufweitet und sich somit idealer weise als Lichtzeiger einsetzen lässt.
Wenn die Leistung der abgegebenen elektromagnetischen Strahlung maximal 0,8 mW beträgt ist sichergestellt, dass es bei Auftreffen des Lichtstrahls auf das menschliche Auge zu keiner Schädigung der Netzhaut kommt, da der natürliche Lidschlussreflex des Auges üblicherweise ausreicht, um den eintreffenden Lichtstrahl schnell genug abzudämpfen.
Eine anspruchsgemäß ausgebildete Laserdiode hat den Vorteil, dass sie unter der Lasergefahrenklasse 1 bzw. 2 eingereiht wird und somit für die allgemeine Verwendung in der Öffent lichkeit zugelassen wird.
Im Hinblick auf einen möglichst energieeffizienten Betrieb des Leuchtmoduls ist es von Vorteil wenn ein zweites Erfassungselement zur Messung der elektromagnetischen Strahlung der Umgebung vorhanden ist. Ein erfindungsgemäßes Leuchtmodul wird bestimmungsgemäß sowohl bei Tageslicht als auch bei Dunkelheit eingesetzt. Bei hoher Umgebungshelligkeit ist zur zuverlässigen Erkennbarkeit des Lichtstrahls eine höhere Leuchtdichte desselben erforderlich als dies bei Dunkelheit, bspw. in der Nacht, erforderlich ist. Durch die anspruchsgemäße Ausbildung wird in vorteilhafter Weise erreicht, dass der von der Strahlungsquelle abgegebene Lichtstrahl genügend Intensität aufweist, um sich gegenüber der Umgebung merkbar abzuheben. Bei einer Umgebungsbeleuchtung mit geringer Intensität hat dies den Vorteil, dass die Strahlungsleistung der Signalquelle unter das standardmäßig vorgegebene Maß reduziert wird, wodurch sich in vorteilhafter Weise der Energiebedarf der Strahlungsquelle reduziert. Durch diese kontinuierliche Anpassung der abgegebenen Strahlungsleistung lässt sich die Einsatzdauer der Energiequelle deutlich erhöhen, was für kompakte, mobile Einsatzbereiche des Leuchtmoduls von entscheidendem Vorteil ist.
Eine Ausbildung, bei der die Energiequelle eine Spannung von typischerweise 1,55 V abgibt hat den Vorteil, dass diese Energiequelle durch weit verbreitete und damit kostengünstig einsetzbare chemische Elemente, insbesondere durch Knopfzellen, gebildet ist.
Die Aufgabe der Erfindung liegt auch in einem Taschenwerkzeug das ein Leuchtmodul zur Abgabe von einer, in der Strahlungsleistung begrenzten, monochromatischen elektromagnetischen Strahlung umfasst.
Ein Taschenwerkzeug, insbesondere ein Taschenmesser, weist zumindest einen aus einer Aufbewahrungsposition ausschwenkbaren Funktionsteil auf, mit dem eine Arbeitshandlung an einem Werkteil durchgeführt werden kann. Ausbildungsdetails sowie Vorteile eines Taschenwerkzeug, insbesondere eines Taschenmessers, werden an dieser Stelle nicht näher ausgeführt, da sie dem kundigen Fachmann bekannt sind. Auch sind aus dem Stand der Technik Taschenmesser bekannt, die ein Leuchtmodul aufweisen, welche zur kurzreichweitigen Beleuchtung ausgebildet sind.
Ein anspruchsgemäß ausgebildetes Leuchtmodul hat jedoch den bedeutenden Vorteil, dass über eine größere Entfernung, insbesondere mehrere Meter, eine Zeigefunktion mittels eines Lichtpunkts möglich ist.
Wird das Leuchtmodul durch ein erfindungsgemäßes kompaktes, weitgehend augensicheres Leuchtmodul gebildet, ist durch den ausgesandten Lichtstrahl eine Gefährdung der Augen von Personen, die durch den Lichtstrahl ungewollt beleuchtet werden, weitest gehend verhindert.
Die Erfindung wird im Nachfolgenden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Es zeigen jeweils in schematisch vereinfachter Darstellung:
1 das erfindungsgemäße Leuchtmodul als Blockschaltbild;
2a, 2b eine Gegenüberstellung von einer bekannten Anordnung des Leuchtmittels und einer erfindungsgemäßen Verbesserung;
3 ein Taschenwerkzeug mit integriertem Leuchtmodul;
4 eine Werkzeugkarte mit integriertem Leuchtmodul.
Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind diese bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen. Weiters können auch Einzelmerkmale oder Merkmalskombinationen aus den gezeigten und beschriebenen, unterschiedlichen Ausführungsbeispielen für sich eigenständige, erfinderische oder erfindungsgemäße Lösungen darstellen.
Sämtliche Angaben zu Wertebereichen in gegenständlicher Beschreibung sind so zu verstehen, dass diese beliebige und alle Teilbereiche daraus mit umfassen, z.B. ist die Angabe 1 bis 10 so zu verstehen, dass sämtliche Teilbereiche, ausgehend von der unteren Grenze 1 und der oberen Grenze 10 mitumfasst sind, d.h. sämtliche Teilbereich beginnen mit einer unteren Grenze von 1 oder größer und enden bei einer oberen Grenze von 10 oder weniger, z.B. 1 bis 1,7, oder 3,2 bis 8,1 oder 5,5 bis 10.
1 zeigt ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Leuchtmoduls 1. Eine Energiequelle 2 stellt an ihrem Ausgang elektrische Energie bereit, die vom Spannungsumformer 3 auf die jeweils geforderte Versorgungsspannung der Strahlungsquelle 4 umgewandelt wird. Ein Leistungsbegrenzer 5 erhält aus einem Leistungskonfigurationsmodul 6 Betriebsdaten 7 und steuert daraus den Spannungsumformer 3 gezielt an, wodurch das Leuchtmittel 4 einen Lichtstrahl 8 mit der gewünschten maximalen Strahlungsleistung abgibt. Weiters ist ein erstes Erfassungsmittel für elektromagnetische Strahlung 9 angeordnet, dass die tatsächlich vom Leuchtmittel 4 abgegebene Strahlungsleistung misst, wobei der Messwert vom Leistungsbegrenzer 5 als Parameter zur Regelung des Spannungsumformers 3 herangezogen wird. Da vom Leuchtmittel 4, bevorzugt eine Laserdiode, zumeist ein divergenter und nicht kreissymmetrischer Lichtstrahl abgegeben wird, ist dem Leuchtmittel 4 eine Strahlrichtoptik 10 nachgeschaltet.
Gemäß einer Klassifizierung nach EN 60825-1 wird der abgegebene Lichtstrahl 8 als Klasse 2 Laserstrahl eingeordnet, wonach eine Gefährdung des Auges bei kurzzeitiger Bestrahlungsdauer ungefährlich ist und eine längere Bestrahlung durch den natürlichen Lidschlussreflex verhindert wird. Insbesondere ist die maximale Strahlungsleistung des Lichtstrahls 8 auf 0,8 mW begrenzt. Im Hinblick auf einen möglichst kompakten Aufbau und eine möglichst gute Integrierbarkeit des Leuchtmoduls 1 in bestehende Vorrichtungen, insbesondere in Taschenwerkzeuge, wird die Energiequelle 2 durch eine weit verbreitete, handelsübliche 1,55 V Knopfzelle gebildet. Es sind jedoch auch andere Ausbildungen der Energiequelle denkbar, da durch den geregelten Spannungsumformer 3 das Leuchtmittel 4 stets mit der definiert vorgegebenen Versorgungsspannung versorgt wird, insbesondere wird eine Überspannung und damit verbunden eine zu hohe Strahlungsleistung des Lichtstrahls 8 verhindert.
Der Spannungsumformer 3 ist als Step-Up und/oder Step-Down Konverter ausgebildet und erlaubt somit einen großen nutzbaren Bereich der Spannung der Energiequelle 2. Bei der be vorzugten Ausbildung der Energiequelle 2 als 1,55 V Knopfzelle wird die Ausgangsspannung der Batterie auf die Versorgungsspannung des Leuchtmittels 4, erhöht. Bei einer zu großen Ausgangsspannung der Energiequelle, bspw. bei einer mutwilligen Manipulation, wird die Eingangsspannung auf die gewünschte bzw. maximale Versorgungsspannung des Leuchtmittels 4 herabgesetzt bzw. begrenzt. Insbesondere ist der Spannungsumformer 3 in der Lage, eine bis zu 400 % über der Nennversorgungsspannung liegende Eingangsspannung auf ein sicheres Maß herabzusetzen. Der Vorteil eines Step-Up bzw. Step-Down Konverters liegt weiters darin, dass er einen äußerst hohen Wirkungsgrad hat und somit die Spannungsanpassung sehr effizient durchgeführt wird, was für die Betriebsdauer von mobilen, batterieversorgten Geräten von entscheidender Bedeutung ist.
Der Leistungsbegrenzer 5 erfüllt nun mehrere Aufgaben. In einem Leistungskonfigurationsmodul 6 können ein oder mehrere Betriebsdaten 7 hinterlegt sein, mit denen bspw. die maximale Strahlungsleistung des Lichtstrahls 8 festgelegt wird. Die Betriebsdaten 7 des Leistungskonfigurationsmoduls 6 und die vom ersten Erfassungselement für elektromagnetische Strahlung 9 ermittelte Strahlungsleistung der vom Leuchtmittel 4 abgegebenen Strahlung, werden einem Regelkreis 11 des Leistungsbegrenzers 5 zugeführt und fließen somit in die Regelung der Ausgangsspannung des Spannungsumformers 3 ein. In einer weiteren Ausbildung kann bspw. ein zweites Erfassungselement für elektromagnetische Strahlung 12 vorhanden sein, mit dem die Intensität der Umgebungsbeleuchtung gemessen wird. Durch diese vorteilhafte Weiterbildung ist es bspw. möglich, die Leistung des abgegebenen Lichtstrahls 8 gezielt an die Helligkeit der Umgebung anzupassen. Bei einer dunklen Umgebung ist der Lichtstrahl bzw. der auf einem Objekt auftreffende Lichtpunkt bereits bei geringer Leistung zu sehen, wohingegen bei heller Umgebung eine deutlich höhere Leistung des Lichtstrahls 8 erforderlich ist. Die Kenngrößen bzw. Schwellwerte für die gezielte Ansteuerung des Leuchtmittels können bspw. auch in den Betriebsdaten 7 hinterlegt sein; der Regelkreis 11 des Leistungsbegrenzers 5 passt danach die Versorgungsspannung des Leuchtmittels an die jeweils erfasste Hintergrundhelligkeit an, wodurch eine Energie sparende Regelung der Strahlintensität erreicht wird.
In einer Weiterbildung kann das Leuchtmittel 4 bspw. auch ein Temperaturerfassungsmodul 13 aufweisen, dessen Messwert auch in die Regelung der Ausgangsspannung des Spannungsumformers 3 einfließt. Das Leuchtmittel 4, insbesondere eine Laserdiode, erwärmt sich beim bestimmungsgemäßen Betrieb. Kommt es nun aufgrund bspw. äußerer Einflüsse zu einer übermäßigen Erwärmung, kann das Leuchtmittel Schaden nehmen. Durch die Erfassung der Temperatur des Leuchtmittels und Rückführung in die Regelung der Ausgangsspannung des Spannungsumformers wird in vorteilhafter Weise eine frühzeitige Reduktion der abgegebenen Strahlungsleistung möglich. Sobald das Leuchtmittel wieder eine zulässige Betriebstemperatur erreicht hat, kann die abgegebene Strahlungsleistung jederzeit wieder an den geforderten Vorgabewert angepasst werden.
2a und 2b zeigen eine Gegenüberstellung einer bekannten Anordnung eines Leuchtmittels und einer erfindungsgemäß verbesserten Anordnung.
Weit verbreitete und damit kostengünstig erhältliche Laserdioden 14 sind zumeist in einem, im Wesentlichen zylinderförmigen Gehäuse 15 angeordnet. Das Gehäuse weist dabei einen äußeren Durchmesser 16 und einen inneren Durchmesser 17 auf.
Zur Strahlformung des von der Laserdiode ausgesandten divergenten Strahls, wird im Strahlengang eine Strahlrichtoptik, insbesondere eine Kollimatorlinse 18 angeordnet, wobei zur Fokussierung ein Abstand 19 zwischen der Strahlaustrittsöffnung 20 und der Kollimatorlinse 18 eingehalten werden muss. Bei der bekannten Anordnung wird die Kollimatorlinse 18 in einen Zylinderaufsatz 21 angeordnet, bevorzugt eingeklebt, und durch den Fokusabstand 19 beabstandet, wird die Laserdiode im Zylinderaufsatz angeordnet. Der Innendurchmesser des Zylinderaufsatzes 21 muss nun zumindest gleich dem äußeren Durchmesser 16 der Laserdiode sein. Aufgrund der erforderlichen Wandstärken zur Erzielung einer ausreichenden mechanischen Stabilität des Zylinderaufsatzes 21, ergibt sich somit ein Außendurchmesser 22 der deutlich größer ist als der äußere Durchmesser 16 der Laserdiode. Die bevorzugt verwendete Laserdiode hat einen äußeren Durchmesser 16 von 3,3 mm, wodurch sich gemäß der bisher bekannten Anordnung nach 2a ein kleinstmöglicher Außendurchmesser 22 von 4 mm ergibt, was in Hinblick auf eine möglichst Platz sparende und kompakte Anordnung des Leuchtmoduls von Nachteil ist.
2b zeigt eine Erfindungsgemäße Verbesserung der Anordnung. Dabei wird der Zylinderaufsatz 21 am flanschartigen Abschnitt 23 der Laserdiode angeordnet. Der Außendurchmesser 22 des Zylinderaufsatzes 21 ist somit kleiner oder gleich dem äußeren Durchmesser 16 der Laserdiode, was eine bedeutende Platzersparnis in Hinblick auf einen möglichst kompakten Aufbau bzw. im Hinblick auf die Integrierbarkeit des Leuchtmoduls darstellt. Der Fokusabstand 19 wird dabei durch die Aufsetztiefe der Laserdiode eingehalten. Die Kollimatorlinse 18 ist mechanisch im Zylinderaufsatz 21 fixiert, bevorzugt durch Krimpen. Durch den verbesserten Kontakt zwischen Zylinderaufsatz 21 und Laserdiode wird zusätzlich in vorteilhafter Weise eine bessere Wärmeableitung erreicht.
Weitere Vorteile der erfindungsgemäßen Verbesserung liegen darin, dass durch den geringeren erforderlichen Materialbedarf, das Leuchtmittel ein geringes Gewicht aufweist was wiederum in Hinblick auf einen mobilen Einsatz in einer Vorrichtung, bspw. einem Taschenwerkzeug 26, von Vorteil ist.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist das erfindungsgemäße Leuchtmodul derart integriert ausgebildet, dass im Leuchtmittel, insbesondere am Substratträger 24 der Laserdiode 14 und/oder im Zylinderaufsatz 21, alle Elemente zur geregelten Ansteuerung der Laserdiode angeordnet sind, insbesondere sind das der Leistungsbegrenzer 5 mit Spannungsumformer und Regelkreis, das Leistungskonfigurationsmodul 6 und zumindest das erste Erfassungsmittel 9 für elektromagnetische Strahlung. Die Energiequelle und das integrierte Leuchtmittel sind in einer Seitenwange 25 des Taschenwerkzeugs 26 angeordnet, wobei die elektrische Verbindung des integrierten Leuchtmittels mit der Energiequelle durch ein koppelbares Verbindungsmittel erfolgt. Im Falle eines Schadens des integrierten Leuchtmittels hat ein derart integrierter Aufbau den besonderen Vorteil, dass sich das Leuchtmittel schnell und einfach auswechseln lässt.
3 zeigt ein Taschenwerkzeug 26, insbesondere ein Taschenmesser, mit einem Gehäuse 27 und zumindest einem Funktionsteil 28. Im Gehäuse 27 ist ein erfindungsgemäßes Leuchtmodul 1 angeordnet, weiters ist im Gehäuse eine Öffnung 29 vorhanden, an der der vom Leuchtmodul 1 abgegebene Lichtstrahl 8 austritt. Im Gehäuse ist weiters ein Betätigungselement 30 angeordnet, dass zur Aktivierung des Leuchtmoduls ausgebildet ist. Durch Betätigen des Elements 30, insbesondere durch Drücken, wird der Spannungsumformer des Leuchtmoduls 1 in Betrieb genommen und vom Leuchtmittel ein gerichteter Strahl 8, insbesondere ein Laserstrahl, abgegeben.
Wie in 4 dargestellt, könnte das erfindungsgemäße Leuchtmodul gemäß einer weiteren Ausbildung, auch in einer Werkzeugkarte 31 integriert angeordnet sein, wobei der erfindungsgemäße kompakte Aufbau besondere Vorteil bringt. Das Leuchtmodul 1 ist wiederum in das Gehäuse 27 integriert und wird durch ein Betätigungselement 30 in Betrieb genommen. An einer Stirnseitenkante des Gehäuses ist eine Austrittsöffnung 29 angeordnet aus der der abgegebene Lichtstrahl des aktivierten Leuchtmoduls austritt.
Die Ausführungsbeispiele zeigen mögliche Ausführungsvarianten des Leuchtmoduls, wobei an dieser Stelle bemerkt sei, dass die Erfindung nicht auf die speziell dargestellten Ausführungsvarianten derselben eingeschränkt ist, sondern vielmehr auch diverse Kombinationen der einzelnen Ausführungsvarianten untereinander möglich sind und diese Variationsmöglichkeit aufgrund der Lehre zum technischen Handeln durch gegenständliche Erfindung im Können des auf diesem technischen Gebiet tätigen Fachmannes liegt. Es sind also auch sämtliche denkbaren Ausführungsvarianten, die durch Kombinationen einzelner Details der dargestellten und beschriebenen Ausführungsvariante möglich sind, vom Schutzumfang mit umfasst.
Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus des Leuchtmoduls diese bzw. deren Bestandteile teilweise unmaßstäblich und/oder vergrößert und/oder verkleinert dargestellt wurden.
Die den eigenständigen erfinderischen Lösungen zugrunde liegende Aufgabe kann der Beschreibung entnommen werden.
Vor allem können die einzelnen in den 1 bis 4 gezeigten Ausführungen den Gegenstand von eigenständigen, erfindungsgemäßen Lösungen bilden. Die diesbezüglichen, erfindungsgemäßen Aufgaben und Lösungen sind den Detailbeschreibungen dieser Figuren zu entnehmen.

1: Leuchtmodul
2: Energiequelle
3: Spannungsumformer
4: Quelle für elektromagnetische Strahlung
5: Leistungsbegrenzer
6: Leistungskonfigurationsmodul
7: Betriebsdaten/Betriebsparameter
8: Lichtstrahl
9: erstes Erfassungsmittel für elektromagnetische Strahlung
10: Strahlrichtoptik
11: Regelkreis
12: zweites Erfassungsmittel für elektromagnetische Strahlung
13: Temperaturerfassungsmodul
14: Laserdiode
15: Gehäuse
16: äußerer Durchmesser
17: innerer Durchmesser
18: Strahlformungsoptik/Kollimatorlinse
19: Fokusabstand
20: Schutzglas/Strahlaustrittsöffnung
21: Zylinderaufsatz
22: Außendurchmesser
23: flanschartiger Abschnitt
24: Substratträger
25: Seitenwange
26: Taschenwerkzeug/Taschenmesser
27: Gehäuse
28: Funktionsteil
29: Strahlaustrittsöffnung
30: Betätigungselement
31: Werkzeugkarte
32: Leuchtmodul

Claims

Kompaktes, weitgehend augensicheres Leuchtmodul (1) umfassend eine elektrische Energiequelle (2), einen Spannungsumformer (3) und eine Strahlungsquelle für elektromagnetische Strahlung (4), dadurch gekennzeichnet, dass ein Leistungsbegrenzer (5) zur Regelung der abgegebenen elektromagnetischen Strahlung vorhanden ist.
Leuchtmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Leistungsbegrenzer (5) ein erstes Erfassungselement für elektromagnetische Strahlung (9) umfasst.
Leuchtmodul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Leistungsbegrenzer (5) einen Regelkreis (11) umfasst.
Leuchtmodul nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Erfassungselement (9) als Photodiode ausgebildet ist.
Leuchtmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Erfassungselement (9) und die Strahlungsquelle (4) in einem Modul integriert angeordnet sind.
Leuchtmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Leistungsbegrenzer (5) zur Beeinflussung der Ausgangsspannung des Spannungsumformers (3) ausgebildet ist.
Leuchtmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungsumformer (3) als step-up und/oder als step-down Konverter ausgebildet ist.
Leuchtmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Leistungsbegrenzer (5) ein Temperaturerfassungsmodul (13) aufweist.
Leuchtmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Leistungsbegrenzer (5) ein Leistungskonfigurationsmodul (6) aufweist.
Leuchtmodul nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Leistungskonfigurationsmodul (6) Betriebsparameter (7) für die Strahlungsquelle (4) hinterlegt sind.
Leuchtmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle (4) als Laserdiode (14) ausgebildet ist.
Leuchtmodul nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserdiode (14) eine elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge von 600 nm bis 750 nm abgibt, bevorzugt 655 nm.
Leuchtmodul nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zylinderaufsatz (21) auf einem flanschartigen Abschnitt (23) der Laserdiode (14) angeordnet ist.
Leuchtmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass im Zylinderaufsatz (21) eine Strahlformungsoptik (18), insbesondere eine Kollimatoroptik, angeordnet ist.
Leuchtmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistung der abgegebenen elektromagnetische Strahlung maximal 0,8 mW beträgt.
Leuchtmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites Erfassungselement (12) zur Messung der elektromagnetischen Strahlung der Umgebung vorhanden ist.
Leuchtmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiequelle (2) eine Spannung von typischerweise 1,55 V abgibt.
Taschenwerkzeug, insbesondere Taschenmesser (26) oder plattenförmige Werkzeugkarte (31), mit einem Gehäuse (27), mit zumindest einem Aufnahmebereich und zumindest einem, aus einer Aufbewahrungsposition innerhalb des Aufnahmebereiches, in eine Gebrauchsposition außerhalb des Aufnahmebereiches bewegbaren Funktionsteil (30), und mit einem Leuchtmodul (32) zur Abgabe von elektromagnetischer Strahlung, das im Gehäuse (27) angeordnet ist und mittels eines Betätigungselements (30) in Betrieb genommen werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass das Leuchtmodul (32) zur Abgabe von einer, in der Strahlungsleistung begrenzten, monochromatischen elektromagnetischen Strahlung ausgebildet ist.
Taschenwerkzeug, dadurch gekennzeichnet, dass das Leuchtmodul (32) nach einem der Ansprüche 1 bis 17 ausgebildet ist.