DE19619154C2

DE19619154C2 - Irradiation device for curing plastics, as well as processes and uses

Info

Publication number: DE19619154C2
Application number: DE19619154A
Authority: DE
Inventors: Uwe Breuer; Dieter Dr Schoedel; Steffen Oppawsky
Original assignee: Heraeus Kulzer GmbH
Current assignee: Kulzer GmbH
Priority date: 1995-12-22
Filing date: 1996-05-11
Publication date: 1998-11-12
Anticipated expiration: 2016-05-12
Also published as: DE19619155C2; DE19619154A1; DE19619155A1; DE59608439D1

Description

Die Erfindung betrifft ein Bestrahlungsgerät zur Aushärtung von Kunststoffen mit einem Gehäu se, an dem ein Lichtaustrittsteil angeordnet ist sowie ein Verfahren zum Betreiben des Gerätes und seine Verwendung.The invention relates to an irradiation device for curing plastics with a housing se on which a light exit part is arranged and a method for operating the device and its use.

Derartige Bestrahlungsgeräte sind aus dem Stand der Technik vielfach bekannt. Beispielsweise aus DE 34 11 996 A1 ist ein Bestrahlungsgerät zur Aushärtung von Dentalkunststoffen bekannt. Dieses Gerät ist als Handgerät ausgebildet, bei dem das Gehäuse als Lichtquelle eine Lampe, beispielsweise eine Halogenlampe enthält. Das Gehäuse enthält des weiteren die zur Lichter zeugung benötigten elektrischen Anschlüsse, gegebenenfalls einen Transformator zum Umset zen der Netzspannung in die Betriebsspannung der Lichtquelle sowie außerdem Luftführungs kanäle, einen Ventilator und Öffnungen zur Abfuhr der beim Betrieb des Bestrahlungsgerätes erzeugten Wärme. Das Licht wird im Inneren des Gehäuses in einen Lichtleiter eingekoppelt, der als Lichtaustrittsteil dient und an dessen außerhalb des Gehäuses angeordnetem Ende das von der Lichtquelle erzeugte Licht austritt. Das austretende Licht wird zur Aushärtung von Kunststoffen verwendet. Das aus DE 34 11 996 A1 bekannte Bestrahlungsgerät ist als Handgerät flexibel einsetzbar zur Aushärtung von Dentalkunststoffen, wobei eine Aushärtung sowohl im Mund des Patienten als auch beispielsweise aus einem Arbeitstisch erfolgen kann. Des weite ren sind stationäre Bestrahlungsgeräte bekannt, die einen im Inneren ihres Gehäuses angeord neten Bestrahlungsraum aufweisen. Bei derartigen Geräten ist auf das Lichtaustrittsteil inner halb des Gehäuses angeordnet und in den Bestrahlungsraum gerichtet. Es sind auch stationäre Geräte bekannt, bei denen als Lichtaustrittsteil ein Lichtleiter nach außen geführt wird. Dabei ist an dem äußeren Ende des Lichtleiters ein Handgriff angeordnet, mit dem der Lichtleiter geführt wird. Derartige Anordnungen werden ähnlich wie die oben beschriebene als Handgerät genutzt, haben jedoch aufgrund der begrenzten Länge des Lichtleiters eine begrenzte örtliche Reichweite.Such radiation devices are widely known from the prior art. For example DE 34 11 996 A1 discloses an irradiation device for curing dental plastics. This device is designed as a hand-held device in which the housing acts as a light source, a lamp, contains for example a halogen lamp. The housing also contains the lights generation required electrical connections, possibly a transformer for implementation zen the mains voltage into the operating voltage of the light source as well as air guidance ducts, a fan and openings for removing the radiation during operation of the radiation device generated heat. The light is coupled into a light guide inside the housing, which serves as a light exit part and at the end of which is arranged outside the housing light emitted by the light source emerges. The emerging light is used for curing Plastics used. The radiation device known from DE 34 11 996 A1 is a hand-held device can be used flexibly for the curing of dental plastics, whereby a curing both in Mouth of the patient as well as for example from a work table. The far Ren stationary radiation devices are known, the one arranged inside their housing neten irradiation room. In such devices is on the light exit part inside arranged half of the housing and directed into the radiation room. They are also stationary Devices known in which a light guide is guided to the outside as a light exit part. It is At the outer end of the light guide, a handle is arranged with which the light guide is guided becomes. Such arrangements are used as a hand-held device similar to the one described above, However, due to the limited length of the light guide, they have a limited local area Range.

Ein ähnliches Bestrahlungsgerät ist aus DE 42 33 870 A1 bekannt. Hier wird ein Bestrahlungs gerät zum Aushärten von Dentalkunststoffen beschrieben, bei dem die von einer Strahlenquelle erzeugte ultraviolette Strahlung mittels eines Lichtleitstabes an die Lichtaustrittsfläche geführt wird. Dabei wird eine konventionelle Strahlenquelle benutzt, so daß mittels Kühlschlitzen Warm luft ab- bzw. Kühlluft der Strahlenquelle zugeführt werden muß. Ein Wellenlängenbereich von 370-520 nm ist hierbei vorgesehen.A similar radiation device is known from DE 42 33 870 A1. Here is an irradiation Device for curing dental plastics described, which uses a radiation source generated ultraviolet radiation guided to the light exit surface by means of a light guide rod becomes. A conventional radiation source is used, so that warm cooling slits exhaust air or cooling air must be supplied to the radiation source. A range of wavelengths 370-520 nm is provided.

Allen derartigen Geräten ist ein recht komplizierter Aufbau gemeinsam, da nicht nur Licht über eine mehr oder weniger große Distanz beispielsweise mit einem Lichtleiter geführt werden muß, sondern es muß auch die entstehende Wärme auf geeignete Weise abgeführt werden. Die ausreichende Wärmeabfuhr bedingt entsprechend große Abmessungen des Gehäuses so wie zusätzliche Einbauten, wie Ventilatoren.A quite complicated structure is common to all such devices, since not only light over a more or less large distance, for example, with an optical fiber must, but the heat generated must be dissipated in a suitable manner. Sufficient heat dissipation requires large dimensions of the housing like additional internals, like fans.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ausgehend von den aus dem Stand der Technik be kannten Anordnungen eine Bestrahlungsgerät und ein Verfahren zum Betreiben des Gerätes bereit zu stellen, das einen einfachen Aufbau und ein geringes Eigengewicht aufweisen kann und gleichzeitig eine optimale Bestrahlung ermöglicht.The object of the present invention is based on the be from the prior art Known arrangements a radiation device and a method for operating the device to provide, which can have a simple structure and a low weight and at the same time enables optimal radiation.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß bei dem gattungsgemäßen Bestrahlungsgerät das Lichtaustrittsteil mindestens ei ne lichtemittierende Diode (im weiteren als LED bezeichnet) zur Aussendung einer Strahlung im Wellenlängenbereich von etwa 320 nm bis 550 nm, insbesondere von etwa 400 nm bis 500 nm aufweist. Dadurch können lichthärtende Kunststoffe ausgehärtet werden. Die bei der Verwendung von LEDs als Strahlungsquelle entstehende Wärme ist vernachlässigbar ge ring, so daß auf die üblichen Mittel zur Wärmeabfuhr verzichtet werden kann. Außerdem kann die Stromversorgung der LED über ein praktisch beliebig langes Kabel erfolgen, so daß die zur Erzeugung der elektrischen Energie notwendigen und hinreichend bekannten Bauelemente an einem passenden Ort fest installiert werden können. Dadurch kann das Bestrahlungsgerät selbst sehr klein und handlich ausgebildet werden und ist sehr flexibel einsetzbar. Beispielswei se ist es möglich, die Energieversorgung für derartige Bestrahlungsgeräte ähnlich dem üblichen elektrischen Netz auszulegen, bei dem an verschiedenen Steckdosen Energie abgegriffen wer den kann. So benötigt man zur Bestrahlung an beliebigen Orten lediglich ein Gehäuse, das als Griffstück sehr klein ausgebildet werden kann und an dem das Lichtaustrittsteil angeordnet ist, das an seinem äußeren Ende die LED trägt. Das Bestrahlungsgerät kann dabei als Handgerät oder als stationäres Gerät ausgebildet sein. Während bei Handgeräten die gute Handhabbar keit und Beweglichkeit durch geringe Abmessungen ermöglicht werden, kann ein stationäres Gerät der Größe der Bestrahlungskammer eng angepaßt werden. Darüber hinaus hat eine der artige Anordnung den Vorteil, daß die benötigte Energie wesentlich geringer ist als bei her kömmlichen Geräten, da LEDs, wie oben beschrieben, einen wesentlich höheren Wirkungsgrad als herkömmliche Lampen ausweisen. Dies hat außerdem zur Folge, daß durch die Arbeit mit niedrigeren Strömen und Spannungen die Sicherheit für die Bedienperson erhöht wird.According to the invention this object is achieved in that in the radiation device of the generic type Light exit part at least one ne light-emitting diode (hereinafter referred to as LED) for emitting radiation in the wavelength range from about 320 nm to 550 nm, in particular from about 400 nm up to 500 nm. This allows light-curing plastics to be cured. The at The heat generated by the use of LEDs as a radiation source is negligible ring, so that the usual means for heat dissipation can be dispensed with. Besides, can the power supply of the LED via a practically arbitrarily long cable, so that the Generation of electrical energy necessary and well-known components can be permanently installed in a suitable location. This allows the radiation device themselves are designed to be very small and handy and can be used very flexibly. For example se it is possible to supply energy for such radiation devices similar to the usual to design an electrical network in which energy is tapped at various sockets that can. So you only need a housing for irradiation at any location, which as Handle can be made very small and on which the light exit part is arranged, that carries the LED at its outer end. The radiation device can be used as a handheld device or be designed as a stationary device. While with handheld devices the good manageability ity and mobility are made possible by small dimensions, a stationary one Device to be closely adapted to the size of the radiation chamber. In addition, one of the like arrangement the advantage that the energy required is much less than in ago conventional devices, since LEDs, as described above, have a much higher efficiency identify as conventional lamps. This also means that working with lower currents and voltages the safety for the operator is increased.

Das Bestrahlungsgerät weist zweckmäßigerweise einen Sensor oder eine ähnliche Anordnung zur Messung der Intensität des von der LED abgestrahlten Lichtes auf, der über eine Auswerte einheit zur Auswertung und Weiterverarbeitung des Intensitätssignals mit einer Anzeige, z. B. einer optischen Anzeige (die auch als LED ausgebildet sein kann) verbunden ist, um ein Unter schreiten eines vorbestimmten Grenzwertes der Intensität der Strahlung der LED der Bedien person anzugeben. Dies ist wichtig, weil LEDs nicht plötzlich ihre Lebensdauer beenden, son dern langsam an Intensität verlieren.The radiation device expediently has a sensor or a similar arrangement to measure the intensity of the light emitted by the LED, which is evaluated Unit for evaluating and processing the intensity signal with a display, for. B. an optical display (which can also be designed as an LED) is connected to a sub exceed a predetermined limit of the intensity of the radiation from the LED of the operator specify person. This is important because LEDs do not suddenly end their lifespan slowly lose intensity.

Vorzugsweise weist das Gehäuse ein Griffteil mit Schalter auf, so daß die Bedienung erleichtert wird.The housing preferably has a handle part with a switch, so that operation is facilitated becomes.

Das Halbleitermaterial der LED ist vorteilhafterweise ein Galliumnitrid, Siliziumcarbid oder Zinkselenid.The semiconductor material of the LED is advantageously a gallium nitride, silicon carbide or Zinc selenide.

Es ist zweckmäßig, daß jeweils mehrere, vorzugsweise drei oder fünf LED zu einer Lichtquelle gebündelt sind. Dadurch wird die Intensität wesentlich erhöht. Insbesondere ist es vorteilhaft, daß die gebündelten LED in einer gemeinsamen Kapselung angeordnet sind, wobei die Licht austrittsseite der Kapselung zweckmäßigerweise als optische Linse ausgebildet ist, die den austretenden Lichtstrahl aller gebündelten LED fokussieren kann. Die Kapselung bewirkt eine Verringerung der Baugröße und eine bessere Handhabung der LED während der Montage. Des weiteren können die Lichtstrahlen aufgrund einer geringen Anzahl von Lichtquellen besser gerichtet werden.It is expedient for several, preferably three or five LEDs to form a light source are bundled. This significantly increases the intensity. In particular, it is advantageous that the bundled LEDs are arranged in a common encapsulation, the light exit side of the encapsulation is expediently designed as an optical lens that the emerging light beam of all bundled LEDs can focus. The encapsulation causes one Reduced size and better handling of the LED during assembly. Furthermore, the light rays can do better due to a small number of light sources be judged.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird für ein Verfahren zum Betreiben des ein gangs beschriebenen Gerätes dadurch gelöst, daß der Betriebsstrom der LED gepulst ist. Da durch kann eine wesentlich höhere Intensität erreicht werden. Eine LED, die bei konstantem Strom von 20 mA betrieben wird, kann gepulst mit etwa 100 mA betrieben werden. Dabei wer den Lichtstärken um etwa 1000 mcd erzielt. Zweckmäßig ist es, mit Impulsdauern von jeweils etwa 10 ms zu arbeiten. Das Verhältnis zwischen Impuls und Pause sollte etwa 1 : 10 betragen. Bei Bündelung von mehreren LED ist es zweckmäßig, die LED jeweils einzeln und phasenver setzt zu pulsen. Dabei kann die Pulsfrequenz während des Betriebs erhöht werden, so daß der Aufbau von Spannungen in dem zu bestrahlenden Material verhindert wird. Während oder nach der Erhöhung der Pulsfrequenz kann der Betriebsstrom der LED bis zu dem möglichen Maximalwert erhöht werden. Für den Impulsbetrieb der LED können die üblichen, dem Fach mann geläufigen Schaltungsanordnungen verwendet werden.The object underlying the invention is for a method for operating the The device described above is solved in that the operating current of the LED is pulsed. There a much higher intensity can be achieved by. An LED that lights up at constant Current of 20 mA can be operated pulsed with about 100 mA. Here who the light intensity achieved by about 1000 mcd. It is useful to have pulse durations of each to work about 10 ms. The ratio between impulse and pause should be about 1:10. If several LEDs are bundled, it is advisable to individually and phase-shift the LEDs continues to pulse. The pulse frequency can be increased during operation so that the Build-up of stresses in the material to be irradiated is prevented. During or after increasing the pulse frequency, the operating current of the LED can go as far as possible Maximum value can be increased. For the pulse operation of the LED, the usual, the subject conventional circuit arrangements can be used.

Das erfindungsgemäße Bestrahlungsgerät ist besonders zur Aushärtung von Dentalkunststoffen zu verwenden. Gerade in einer Zahnarztpraxis oder auch beim Dentaltechniker werden sehr kleine Kunststoffmengen ausgehärtet. Mit dem erfindungs gemäßen Bestrahlungsgerät lassen sich diese kleinen Mengen besonders vorteilhaft aushär ten, da der Lichtstrahl der LED gut führbar ist. Durch die Möglichkeit, das Gehäuse mit dem Handgriff sehr klein auszubilden, kann auch im Mund des Patienten an nahezu jeder beliebigen Stelle bestrahlt werden.The radiation device according to the invention is special to be used for curing dental plastics. Especially in a dentist's office or also very small amounts of plastic are cured by the dental technician. With the fiction According to the radiation device, these small amounts can be cured particularly advantageously because the light beam from the LED can be easily guided. Due to the possibility of the housing with the Training the handle to be very small can also be done in almost any patient's mouth Spot to be irradiated.

Das Bestrahlungsgerät ist auch zur Aushärtung von technischen Kunststoffen zu verwenden, beispielsweise von Kunststoffen, die in der Histologie oder Metallographie zur Einbettung von Proben verwendet werden.The radiation device is also used for the curing of engineering plastics to use, for example, of plastics used in histology or metallography Embedding samples can be used.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert.An exemplary embodiment of the invention is described in more detail below with reference to a drawing explained.

Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Handgerät. Fig. 1 shows an inventive hand-held device.

Fig. 2 zeigt ein erfindungsgemäßes stationäres Gerät, schematisch und Fig. 2 shows a stationary device according to the invention, schematically and

Fig. 3 zeigt mehrere gemeinsam gekapselte LED in der Draufsicht (a) und in der Seitenansicht (b). Fig. 3 shows several LED encapsulated in plan view (a) and in side view (b).

Das erfindungsgemäße Bestrahlungsgerät in Fig. 1 weist ein Gehäuse 1 auf, das eine Zulei tung 2 für die elektrische Energiezufuhr besitzt. Das Gehäuse 1 ist als Gehäuse eines nicht ortsfesten Handgerätes ausgestaltet. Es weist ein Griffteil 3 auf mit einem Schalter 4. Das Griff teil ist im wesentlichen zylinderförmig ausgebildet, wobei an einem Ende des Zylinders ein Lichtaustrittsteil 5 angeordnet ist, an dessen äußerem Ende die LED 6 angeordnet ist. Die LED 6 ist auf der Basis eines Galliumnitrids gebildet. Das Lichtaustrittsteil 4 hat die Form eines flexi belen Stabes, der entsprechend den Notwendigkeiten am Bestrahlungsort gebogen werden kann. Die LED 6 sendet Strahlen im Wellenlängenbereich von etwa 320 bis 550 nm, insbeson dere 400 bis 500 nm aus. Die Strahlungsenergie beeinflußt die Zeit, die zur Aushärtung des Kunststoffes notwendig ist und ist entsprechend steuerbar. The radiation device according to the invention in Fig. 1 has a housing 1 which has a Zulei device 2 for the electrical energy supply. The housing 1 is designed as a housing of a non-stationary hand-held device. It has a handle part 3 with a switch 4 . The handle part is substantially cylindrical, a light exit part 5 being arranged at one end of the cylinder, the LED 6 being arranged at the outer end thereof. The LED 6 is formed on the basis of a gallium nitride. The light exit part 4 has the shape of a flexible rod, which can be bent according to the needs at the irradiation site. The LED 6 emits rays in the wavelength range from approximately 320 to 550 nm, in particular 400 to 500 nm. The radiation energy influences the time required for the plastic to harden and can be controlled accordingly.

Das Bestrahlungsgerät weist eine Kontroll-LED auf, die als Anzeige 7 zum Signalisieren des al terungsbedingten Unterschreitens einer vorbestimmten Grenzintensität der Strahlung der LED 6 fungiert. Zur Messung und Auswertung der Intensität der Stahlung der LED 6 können übliche und bekannte Anordnungen verwendet werden.The radiation device has a control LED, which functions as a display 7 for signaling that the aging of the LED 6 falls below a predetermined limit intensity. Conventional and known arrangements can be used to measure and evaluate the intensity of the radiation of the LED 6 .

Anstelle der in der Zeichnung dargestellten Anordnung sind auch andere Anordnungen bzw. Ausbildungen eines Gehäuses mit Griffteil denkbar. Beispielsweise kann das Gehäuse 1 als Ganzes als Griffteil 3 ausgebildet sein, wobei das Griffteil 3 die Form einer Verdickung des Lichtaustrittsteiles 5 hat.Instead of the arrangement shown in the drawing, other arrangements or configurations of a housing with a grip part are also conceivable. For example, the housing 1 as a whole can be designed as a grip part 3 , the grip part 3 having the form of a thickening of the light exit part 5 .

Auch Ausführungsformen der Erfindung sind denkbar, bei denen das Lichtaustrittsteil mehrere LED beträgt, beispielsweise ein stationäres Bestrahlungsgerät mit einer im Gehäuse 1 ange ordneten Bestrahlungskammer kann eine Vielzahl von LEDs 6 aufweisen, die den Bestrah lungsraum von mehreren Seiten umgeben, so daß ein auszuhärtendes Kunststoffteil allseitig gleichmäßig bestrahlt werden kann. In Fig. 2 wird ein derartiges Bestrahlungsgerät dargestellt. In einem Gehäuse 1 ist ein üblicher Bestrahlungsraum 8 angeordnet, der von LEDs 6 umgeben ist. Die LEDs 6 können an einem käfigähnlichen Gestell 9 um die Aufnahme 10 für das zu be strahlende Teil 11 (z. B. Dentalteil) angeordnet sein. An dem Gehäuse 1 ist neben in Fig. 2 nicht dargestellten Bedienelementen die Anzeige 7 angeordnet.Embodiments of the invention are also conceivable in which the light exit part is a plurality of LEDs, for example a stationary radiation device with a radiation chamber arranged in the housing 1 can have a plurality of LEDs 6 which surround the radiation chamber from several sides, so that a plastic part to be cured on all sides can be irradiated evenly. Such an irradiation device is shown in FIG . A conventional radiation chamber 8 is arranged in a housing 1 and is surrounded by LEDs 6 . The LEDs 6 can be arranged on a cage-like frame 9 around the receptacle 10 for the part 11 to be irradiated (eg dental part). The display 7 is arranged on the housing 1 in addition to the operating elements not shown in FIG. 2.

Die in den Fig. 1 und 2 gezeigten LED können durch gebündelte LED 6 gebildet werden, wie sie in Fig. 3 dargestellt sind. Dabei können beispielsweise 3 oder 5 einzelne LED 6 in ei ner Kapselung 12 angeordnet sein, die eine gemeinsame Konvexlinse 13 aufweist. Die LED 6 können gepulst mit einem Strom von 100 mA betrieben werden, wobei das Verhältnis von Im pulsdauer zu Pausendauer 10 ms zu 100 ms (1 : 10) beträgt. Dabei wird eine Lichtstärke von etwa 1000 mcd erzielt. Ab Beginn der Bestrahlung werden die Pulsfrequenz und der Strom kon tinuierlich erhöht. Durch diese Intensitätssteigerung wird die Ausbildung von Spannungen in dem zu bestrahlenden Material (Dentalkunststoffe oder technische Kunststoffe) verhindert.The LEDs shown in FIGS. 1 and 2 can be formed by bundled LEDs 6 , as shown in FIG. 3. For example, 3 or 5 individual LEDs 6 can be arranged in an encapsulation 12 which has a common convex lens 13 . The LED 6 can be operated pulsed with a current of 100 mA, the ratio of pulse duration to pause duration being 10 ms to 100 ms (1:10). A light intensity of about 1000 mcd is achieved. From the beginning of the radiation, the pulse frequency and the current are continuously increased. This increase in intensity prevents the formation of tensions in the material to be irradiated (dental plastics or engineering plastics).

Claims

1. Irradiation device for curing plastics with a housing on which a light exit part is arranged, characterized in that the light exit part ( 5 ) at least one light-emitting diode (LED) ( 6 ) for emitting radiation in the wavelength range from about 320 nm to 550 nm having.

2. Irradiation device according to claim 1, characterized in that the housing ( 1 ) has a handle part ( 3 ) with switch ( 4 ).

3. Irradiation device according to claim 1 or 2, characterized in that a sensor for measuring the intensity of the light emitted by the LED ( 6 ) is provided, which is connected via an evaluation unit to a display ( 7 ) for displaying the drop in the light intensity of the LED ( 6 ) below a predetermined limit.

4. Irradiation device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the semiconductor material of the LED ( 6 ) is a gallium nitride, silicon carbide or zinc selenide.

5. Irradiation device according to one of claims 1 to 4, characterized in that it is designed as a handheld device.

6. Irradiation device according to one of claims 1 to 4, characterized in that it is designed as a stationary device.

7. Irradiation device according to one of claims 1 to 6, characterized in that in each case several, preferably three or five LEDs ( 6 ) are bundled to form a light source.

8. Irradiation device according to claim 7, characterized in that the bundled LEDs ( 6 ) are arranged in a common encapsulation ( 12 ).

9. Irradiation device according to claim 8, characterized in that the light exit side of the encapsulation ( 12 ) is designed as an optical lens ( 13 ).

10. A method for operating a device according to one of claims 1 to 9, characterized in that the operating current of the LED ( 6 ) is pulsed.

11. The method according to claim 10, characterized in that the pulse duration is about 10 ms is.

12. The method according to claim 10, characterized in that the pulse / pause ratio is about 1/10.

13. The method according to claim 10, characterized in that a plurality of LEDs ( 6 ) are pulsed individually and out of phase.

14. The method according to claim 10, characterized in that the during operation Pulse rate is increased.

15. The method according to claim 14, characterized in that the operating current of the LED ( 6 ) is increased during or after the increase in the pulse frequency.

16. Use of the radiation device according to claim 1 for curing Dental plastics.

17. Use of the radiation device according to claim 1 for the curing of technical Plastics.