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Die
Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung, bestehend aus einer
Strahlungsquelle und einem mit dieser verkoppeltem Flüssigkeitslichtleiter, wobei
sich der Flüssigkeitslichtleiter in einem biegsamen Positionshalteschlauch
befindet, welcher von Hand auf ein zu beleuchtendes Objekt ausgerichtet werden
kann und danach seine räumliche Position beibehält.
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Derartige
Beleuchtungseinrichtungen sind in der Technik im Zusammenhang mit
Glasfaserbündel-Lichtleitern bekannt und werden vielfach
im Laborbereich angewandt. Sie sind auch als Lichtquellen mit Schwanhals-Lichtleitern
bekannt und bestehen meistens aus einer Strahlungsquelle mit einer
Wolfram-Halogen-Reflektor-Lampe und einem (oder mehreren) Glasfaserbündel-Lichtleiter,
der sich in einem biegsamen Armierungsschlauch mit Positionshaltefunktion
befindet. Die bekannten Schwanenhals-Lichtleiter haben eine Gesamtlänge
von unter einem Meter, was für die meisten Anwendungen
genügt. Die äußeren Armierungsschläuche,
auch als Halteschläuche bekannten Schläuche, sind
im Handel erhältlich und werden aus einem metallischen Profilband
mit Dichtfaden oder Dichtdraht gewickelt, wobei eine spezielle Technik
für die Haltefunktion nach Biegung sorgt. Da Glasfaserbündel-Lichtleiter hoch
flexibel sind, und Anfang und Ende eines Glasfaserbündels
leicht gegeneinander verdrillt werden können, braucht man
bei der Herstellung eines Schwanenhals-Lichtleiters ein Faserbündel
lediglich in den Halteschlauch einzuführen und die jeweiligen Endstücke
des Glasfaserbündels am Anfang und Ende des Halteschlauchs
mit diesem fest zu verkleben. Wird ein solcher Schwanenhals-Lichtleiter
dann an einem Ende an der Strahlungsquelle fixiert, so ist das andere
Ende frei manipulierbar. Das Glasfaserbündel im Inneren
des Halteschlauchs kann dann aufgrund seiner hohen inneren Beweglichkeit
diese Manipulation aufnehmen, ohne dass es zu Spannungen im Bündel
mit der Gefahr von Glasfaserbruch kommt.
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Flüssigkeitslichtleiter,
wie z. B. in der DP/
DE000004233087 beschrieben,
sind bereits seit über 10 Jahren auf dem Markt und haben
gegenüber Glasfaserbündel-Lichtleitern die vorteilhafte
Eigenschaft einer besseren Transmission im kurzwelligen Bereich
des sichtbaren Spektrums und im UV Bereich, was besonders nützlich
ist für gewisse Laboranwendungen, wie z. B. Fluoreszensanregung
mit kurzwelliger Strahlung. Eine Schwanenhals-Lichtleiter-Anordnung
wäre für diesen Anwendungsbereich sehr nützlich.
Flüssigkeitslichtleiter, bestehend im wesentlichen aus
einem mit Flüssigkeit gefüllten Fluor-Kohlenstoff-Schlauch,
der an beiden Enden durch Glasstöpsel und mechanische Dichthülsen
abgedichtet ist, sind im Gegensatz zu den hoch flexiblen Glasfaserbündeln
nur semiflexibel und die Endstücke eines Flüssigkeitslichtleiters
sind nicht gegeneinander verdrillbar. Diese mechanischen Nachteile
eines Flüssigkeitslichtleiters machen sich mit größerem Durchmesser
des lichtaktiven Kerns, d. h. für Durchmesser ≥ 3
mm immer stärker bemerkbar. Baut man einen Schwanenhals-Lichtleiter
mit Flüssigkeitslichtleiter nach dem Muster eines Glasfaserbündel-Schwanenhalslichtleiters,
wie oben beschrieben, und fixiert das Lichteintrittsende an eine
Lichtquelle mit einer leistungsstarken UV Lampe, so kommt es bei
der Manipulation des Lichtleiters zu Verformungen des F-C Schlauches
im Inneren des Halteschlauchs mit konsequentem Transmissionsverlust sowie
einer daraus resultierenden, lokalen Erwärmung des Flüssigkeitslichtleiters.
Nach einer gewissen Zeit der Beaufschlagung des Flüssigkeitslichtleiters
mit intensivem Licht im Bereich von mehreren Watt Strahlungsleistung
kommt es zu bleibenden Schäden und Verformungen des Fluor-Kohlenstoff-Lichtleitermantels
und die Transmission des Flüssigkeitslichtleiters hat rapide
abgenommen. Die Erfindung hat zur Aufgabe einen Schwanenhals Flüssigkeitslichtleiter
zu bauen, der an leistungsstarke Wo-Halogen oder Plasmalampen (Hg
oder Xe) angekoppelt werden kann, und der bei beliebiger Manipulation
auch auf Dauer keine Transmissionseinbußen zeigt.
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Erfindungsgemäß wird
dieses Ziel erreicht, indem man die Flüssigkeitslichtleiterseele,
bestehend aus dem flüssigkeitsgefüllten Fluor-Kohlenstoff-Schlauch,
mit beidseitiger Abdichtung in einen Halteschlauch einführt
und mindestens an einem Ende im Halteschlauch so haltert, dass die
Lichtleiterseele einschließlich Dichthülse frei
drehbar bleibt, aber in der Translation längs der Achse
des Halteschlauchs fixiert ist. In der gleichen Weise kann auch das
andere Ende des Lichtleiters gehaltert werden. Wenn nur ein Ende
der Flüssigkeitslichtleiterseele drehbar gehalten wird,
so ist es vorzugsweise das Ende, welches für die Leichteinkoppelung
vorgesehen ist. Es ist auch möglich nur das Lichteintrittsende des
Flüssigkeitslichtleiters in der beschriebenen Weise drehbar
zu haltern und das Lichtaustrittsende der Seele keinen Beschränkungen
hinsichtlich Drehbarkeit und Translation zu unterwerfen, und es
lediglich koaxial im Halteschlauch zu führen.
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In 1)
bis 3) wird der Erfindungsgedanke näher
erläutert. 1) zeigt eine Übersichtsdarstellung,
bestehend aus einer Strahlungsquelle (11) mit angekoppeltem
Schwanenhals (12), in dessen Innerem der Flüssigkeitslichtleiter
eingebaut ist. Die Strahlungsquelle (11) enthält
die Lampe mit Fokussiereinheit, bestehend aus Reflektor und/oder
Kondensor. Die Lampe kann z. B. eine Wo-Halogen Lampe, eine Quecksilber-
oder eine Xenon-Lampe sein. Die Glühwendel bzw. das leuchtende
Plasma wird in bekannter Weise durch die Fokussiermittel auf die Lichtaustrittsfläche
des Flüssigkeitslichtleiters abgebildet. Auf den Schwanenhalshalteschlauch
(12) sind beidseitig Rundflansche (13) fest aufgebracht.
Am Lichtaustrittsende des Schwanenhalses sieht man die Dichthülse
(14) des Flüssigkeitslichtleiters, welche den
Glasstopfen und den Fluor-Kohlenstoffschlauch umgibt, und diesen
durch eine O-Ring-Quetschdichtung (26) gegen Flüssigkeitsaustritt
abdichtet.
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2)
zeigt im Schnitt einen erfindungsgemäßen Schwanenhals-Flüssigkeitslichtleiter
mit symmetrischen Dichthülsen (24) an beiden Enden
des Flüssigkeitslichtleiters, bestehend aus dem flüssigkeitsgefüllten
Schlauch (28) und den Glasstopfen (27). Die Dichthülsen
(24) enthalten die O-Ring-Quetschdichtung (26),
welche den Schlauch (28) und den Glasstopfen (27)
fest miteinander verbinden. Dichthülse (24) und
Innenschlauch (28) bilden somit eine feste Einheit. Dichthülse
(24) und Außenflansch (23) des Halteschlauchs
(22) sind hier durch den Sprengring (25) miteinander
drehbar verbunden, dadurch dass der Sprengring (25) gleichzeitig
eine Außennut der Hülse (24) und eine
koaxial verlaufende Innennut vom Flansch (23) ausfüllt.
In gestrecktem Zustand des Halteschlauchs (22) ist also
die Seele des Flüssigkeitslichtleiters, bestehend aus Schlauch
(28), Glasstopfen (27) und Hülse (24), frei
drehbar und dennoch gegen Translation gesichert. In der Praxis wird
beim Zusammenbau des Schwanenhals-Flüssigkeitslichtleiters
darauf geachtet, dass der Außendurchmesser des Schlauchs
(28) um mindestens 15–30% kleiner ist als der
Innendurchmesser des Halteschlauches (22), sodass die empfindliche Flüssigkeitslichtleiterseele
bei der Manipulation des Schwanenhalslichtleiters zusätzliche Ausweichmöglichkeiten
hat.
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Eine
zusätzliche Entlastung der Flüssigkeitslichtleiterseele
bei Manipulation, insbesondere des in ihr enthaltenen Fluor-Kohlenstoff-Schlauchs,
kann man erreichen, wenn der Halteschlauch (12, 22)
nicht fest mit dem Gehäuse (11) der Strahlungsquelle
verbunden ist, sondern koaxial zur optischen Achse der Strahlungsquelle
drehbar gelagert ist. Diese Drehbarkeit des Halteschlauchs (12)
relativ zur Strahlungsquelle (11) darf aber nicht leichtgängig
sein, weil sonst der Schwanenhals Flüssigkeitslichtleiter
seine räumliche Position nicht immer halten kann und wegen
seines Gewichtes und der entsprechenden Hebelkraft absinkt. Die
Drehbarkeit des Halteschlauchs gegenüber der Strahlungsquelle
muss daher mit einem definierten Widerstand, d. h. mit einer Rutschkuppelung
versehen sein.
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Eine
solche Rutschkupplung, hier realisiert mit einem Magnetring, der
durch seine Haftkraft auf der Gehäusewand einen Reibungswiderstand
gegenüber Verdrehung bewirkt, zeigt 3a). Der Flansch
(33) am lichteintrittseitigem Ende des Schwanenhalslichtleiters
enthält einen koaxial zur optischen Achse montierten ringförmigen
Dauermagneten (34), welcher an einem tellerringförmigen
Gegenstück (35) aus magnetischem Material anhaftet, sobald
der Schwanenhalslichtleiter in die Strahlungsquelle komplett eingerastet
ist (3b). Das tellerförmige Gegenstück
(35) kann z. B. aus magnetischem Edelstahl bestehen und
aufgeraut sein, um die Drehbarkeit des Lichtleiters zu erschweren.
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Auch
andere Mechanismen für eine Rutschkupplung mit Hilfe von
Wellscheiben oder O-Ringen sind denkbar.
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Im
Dauerversuch zeigt dieser erfindungsgemäße Schwanenhals-Flüssigkeitslichtleiter
eine befriedigende Stabilität der optischen Transmissionen, auch
nach häufiger Manipulation und nach Belastung mit Lichtstrahlungsleistungen
von mehreren Watt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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