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Dokumentenidentifikation DE202007013405U1 27.12.2007
Titel Beleuchtungseinrichtung für Laborgefäße
Anmelder Lehr, Florian, Dipl.-Ing., 76646 Bruchsal, DE;
Posten, Clemens, Prof. Dr.-Ing., 76131 Karlsruhe, DE;
Rosello, Rosa, Dipl.-Ing., 76131 Karlsruhe, DE;
Steinweg, Christian, Dipl.-Ing. (FH), 76185 Karlsruhe, DE;
Uhl, Sonja, Dipl.-Ing. (FH), 68789 St. Leon-Rot, DE
Vertreter Kehl & Ettmayr, Patentanwälte, 81679 München
DE-Aktenzeichen 202007013405
Date of advertisement in the Patentblatt (Patent Gazette) 27.12.2007
Registration date 22.11.2007
Application date from patent application 25.09.2007
IPC-Hauptklasse F21V 33/00(2006.01)A, F, I, 20070925, B, H, DE

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung für (zumindest teiltransparente) Laborgefäße, welche einen flächigen Träger aufweist, dessen eine Seite mit mehreren über den Träger verteilten Leuchtdioden versehen ist.

Den Inhalt von Laborgefäßen, insbesondere Schüttelkolben, zu beleuchten, ist eine gängige Maßnahme in biotechnischen Labors, um den Stoffwechsel phototropher Zellen zu beeinflussen bzw. das Zellwachstum photoautotropher Organismen überhaupt erst zu ermöglichen.

Bei der kleinmaßstabigen axenische Submerskultivierung phototropher Organismen werden bislang zur Beleuchtung von (in aller Regel gläsernen) Schüttelkolben meist Inkubatoren verwendet, in denen die Kolben von oben, in der Regel mittels Leuchtstoffröhren, angestrahlt werden. Aufgrund des durch die meist konische Form typischer Schüttelkolben bedingten ungünstigen Lichteintrittswinkels kommt es dabei zu großen Lichtverlusten, außerdem führt der Verschluss der Kolben zu Abschattungseffekten. Diese und andere Faktoren führen zu einer inhomogenen Lichtverteilung. Hinzu kommt, dass die verwendeten Lichtquellen oft nicht regelbar und die Auswahl der von konventionellen Lichtquellen emittierten Lichtspektrem recht begrenzt ist. Die Verwendung farbiger Filter zur Beeinflussung des Lichtspektrums würde zu weiteren Lichtverlusten führen.

Die Gebrauchsmusterschrift DE 20 2006 003 878 U1 offenbart eine Beleuchtungseinrichtung der eingangs genannten Art, wobei eine gezielte Beeinflussung des Lichtspektrums durch gezielt ansteuerbare Leuchtdioden unterschiedlicher Farben möglich ist. Die vorbeschriebene Beleuchtungseinrichtug kann zur Beleuchtung von Laborgefäßen im Inneren von Inkubatoren angebracht werden. Die Druckschrift lehrt dazu eine panelartige Ausführung, bei welcher viele kleine, Gruppen von Leuchtdioden tragende Platinen auf dem flächigen Träger angeordnet sind. Die Beleuchtung im Inkubator erfolgt wiederum von oben.

Die erläuterten Einschränkungen in Form von Lichtverlusten und Abschattungsproblemen sind auch hier in kauf zu nehmen.

Allen genannten Einrichtungen zur Beleuchtung von Laborgefäßen in Inkubatoren ist zudem gemeinsam, dass beim gleichzeitigen Beleuchten mehrerer Laborgefäße in einem Inkubator weitere Probleme auftreten können. Je nachdem wie die Laborgefäße positioniert werden, ist der Lichteinfall von Gefäß zu Gefäß unterschiedlich. Die Unterschiede sind hierbei oft noch größer, als die bereits innerhalb eines Gefäßes zu beobachtenden Inhomogenitäten. Sollen dagegen einzelne Laborgefäße unterschiedlich beleuchtet werden, ist dies in einem auf herkömmliche Weise beleuchteten Inkubator nur höchst eingeschränkt realisierbar.

Angesichts der im Umgang mit dem beschriebenen Stand der Technik auftretenden Probleme ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Beleuchtung von Laborgefäßen, insbesondere Schüttelkolben, auf eine Weise zu ermöglichen, welche eine möglichst homogene, je nach Einsatzzweck auch individuell steuerbare Lichtintensität im Gefäßinneren gewährleistet. Vorzugsweise soll das Lichtspektrum dabei einstellbar sein.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe durch eine Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung können gemäß einem der Ansprüche 2 bis 11 gestaltet sein.

Besonders vorteilhaft können Schüttler und Inkubatoren mit einer oder mehreren erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung(en) ausgestattet werden. Der Einsatz mehrerer erfindungsgemäßer Beleuchtungseinrichtungen auf einem Schüttler oder in einem Inkubator ermöglicht individuelle bzw., je nach Erfordernis, die jeweils gleichen Beleuchtungsbedingungen für jedes einzelne Laborgefäß. Denn durch die erfindungsgemäße Beleuchtung der Schüttelkolben oder sonstigen Laborgefäße einzeln von unten lassen sich beleuchtete und unbeleuchtete sowie unterschiedliche beleuchtete Schüttelkolben gemeinsam auf einem Schüttler inkubieren. Die für das einzelne Gefäß individuell einstellbare Lichtintensität und Lichtspektren ermöglichen Versuchsreihen mit unterschiedlich beleuchteten Schüttelkolben (unbeleuchtet/beleuchtet, verschiedene Spektren, verschiedene Lichtintensität) gleichzeitig auf einem Schüttler bzw. in einem Inkubator.

Die weitgehend homogene Lichtverteilung im einzelnen Laborgefäß wird durch Leuchtdioden (LEDs) realisiert, die in die Gefäßhalterung integriert sind und elektronisch gesteuert werden können. Durch Auswahl, Anordnung und Ansteuerung der LEDs läßt sich eine fast unbegrenzte Vielfalt an definierten Beleuchtungsverhältnissen umsetzen. So können beispielsweise warmweiße SMD-LEDs (Surface Mounted Device-Technik) mit sonnenlichtähnlichem Spektrum eingesetzt werden. Die kompakte Bauform von SMD-LEDs erlaubt bei Verwendung mehrschichtiger Leiterplatten eine sehr dichte Bestückung der Platinenoberfläche mit LEDs; bis zu 75% der Oberfläche kann mit LEDs bedeckt werden. Es sind dem Sonnenlicht vergleichbare Lichtintensitäten von über 2000 &mgr;E/(m2s) möglich. Für hohe Lichtintensitäten kann vorteilhafterweise eine aktive oder passive, vorzugsweise rückseitige, Kühlung der Leiterplatte vorgesehen werden. Die elektronische Ansteuerung kann ganz den Anwenderwünschen angepasst werden, etwa zur Erzeugung und Untersuchung bestimmter Hell/Dunkel-Zyklen. Beispielsweise ist ein schnelle Ansteuerung bis in den Kiloherzbereich realisierbar.

Erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtungen lassen sich im Grunde zusammen mit allen Typen herkömmlicher Schüttler und klimatisierter Inkubatoren einsetzen. Die besonders bevorzugte Ausführungsform, wonach die Gefäßhalterung eine gedichtete Einhausung aufweist, in welcher der Träger angeordnet ist, ist zudem für den Einsatz in Wasserbädern geeignet. Eine wasserdichte Einhausung verinfacht auch die Reinigung der gesamten Einheit, was insbesondere im S1-Bereich interessant ist.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Wärmeabstrahlung durch die eingesetzten Lichtquellen gering ist. Eine genaue Temperierung der Laborgefäße auch während deren Beleuchtung ist somit erleichtert. Insbsondere die vorzugsweise vorgesehene Fertigung des Trägers aus einer Leiterplatte mit Metallkern (z.B. Aluminiumkern) ermöglicht einen guten Wärmeabtransport.

Vorzugsweise ist die Gefäßhalterung so konstruiert, dass zwischen dem Gefäßboden und den LEDs ein Spalt ist. Diese Maßnahme erlaubt eine homogenere Lichtverteilung, eine bessere Temperierung des Gefäßinhaltes sowie einen geringeren Wärmeeintrag der Beleuchtungseinheit in den Gefäßinhalt.

Die Gefäßhalterung kann mit unterschiedlichsten herkömmlichen Befestigungsmitteln zum Haltern der zu beleuchtenden Laborgefäße ausgestattet sein. Neben umlaufenden und unterprochenen Rändern oder auch flachen Auflagen mit rutschfesten Einsätzen können je nach zu halterndem Gefäß beispielsweise Schellen, Klammern, Schlingen, Haltestifte, Klemmen, Pratzen, Anschläge, Haltearme etc. aus unterschiedlichsten, beispielsweise auch nach ihrer Korrosionsbeständigkeit auswahlbaren Materialien, jeweils alleine und/oder in Kombination vorgesehen werden. Vorzugsweise ist die Gefäßhalterung dabei an unterschiedliche Gefäßgeometrien anpassbar. Auch ein modularer Aufbau der Beleuchtungseinrichtung, bei welchem unterschiedliche oder unterschiedlich dimensionierte Befestigungsmittel beispielsweise über einen Schnellverschluss mit einem den Träger enthaltenden Grundmodul verbindbar sind, ist möglich.

Im Grunde lässt sich die vorliegende Erfindung somit für jegliche Form von Laborgefäß einsetzen, sofern dessen Unterseite eine hinreichende Lichdurchlässigkeit besitzt.

Besonders vorteilhaft ist zudem, dass erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtungen bei allen gängigen Schüttlern und Inkubatoren nachgerüstet werden können.

Grundsätzlich kann jede im Rahmen der vorliegenden Anmeldung beschriebene bzw. angedeutete Variante der Erfindung besonders vorteilhaft sein, je nach wirtschaftlichen und technischen Bedingungen im Einzelfall. Soweit nichts gegenteiliges dargelegt ist, bzw. soweit grundsätzlich technisch realisierbar, sind einzelne Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen austauschbar oder miteinander sowie auch mit aus dem Stand der Technik per se bekannten Maßnahmen kombinierbar.

Nachfolgend werden anhand der zugehörigen Zeichnungen Beispiele bevorzugter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung näher erläutert. Die Zeichnungen sind dabei rein schematische und, aus Gründen der Anschaulichkeit, nicht maßstäbliche Darstellungen. Insbesondere können Verhältnisse der Abmessungen zueinander von tatsächlichen Ausführungen abweichen.

Einander entsprechende Elemente sind in den einzelnen Figuren jeweils, soweit sinnvoll, mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

1 zeigt eine teilweise geschnittene seitliche Ansicht einer beispielhaften Ausführung einer erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrrichtung mit einem darauf befindlichen gefüllten Schüttelkolben.

2 zeigt die in 1 dargestellte Beleuchtungseinrichtung in der Draufsicht ohne Schüttelkolben und ohne Gehäuseschließring, wobei von der Leiterplatte nur die Lage der LEDs angedeutet ist.

Der Kultursuspension 10 enthaltende Kolben 1 wird von drei L-Klötzen 2 gehaltert, welche auf dem Gehäuse 3 der Beleuchtungseinheit angebracht sind. Über die Schrauben 11 der L-Klotze 2 ist auch der Gehäuseschließring 9 mit dem Unterteil des Gehäuses 3 verschraubt. Das Gehäuse 3 kann aus je nach Korrosivität der bestimmungsgemäßen Einsatzumgebung ausgewähltem Metall oder geeignetem Kunststoff gefertigt sein. Die abgebildete Ausführung ist leicht als Drehteil fertigbar.

Unter einer Scheibe 4, welche je nach gewünschten Eigenschaften beispielsweise aus Polycarbonat oder Glas bestehen kann und mittels eines in der Dichtnut 5 liegenden (nicht dargestellten) O-Rings abgedichtet ist, ist die mit Leuchtdioden 7 bestückte Leiterplatte 6 angeordnet.

Die Beleuchtungseinrichtung verfügt über eine eingeschraubte, dichtende Kabeldurchführung 8, durch welche das (nicht dargestellte) Kabel geführt wird, über welches die Leuchtdioden 6 mit einer (ebenfalls nicht dargestellten) elektronisch gesteuerten Spannungsquelle verbunden und ansteuerbar sind.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.

Zitierte Patentliteratur

  • - DE 202006003878 U1 [0004]


Anspruch[de]
Beleuchtungseinrichtung für Laborgefäße (1), aufweisend einen flächigen Träger (6), dessen eine Seite mit mehreren über den Träger (6) verteilten Leuchtdioden (7) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (6) in eine Gefäßhalterung integriert ist, welche dazu ausgelegt ist, ein Laborgefäß (1) so zu haltern, dass der Boden des Laborgefäßes (1) der mit Leuchtdioden (7) versehenen Seite des Trägers (6) zugewandt ist. Beleuchtungseinrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (6) als mit SMD-Leuchtdioden (7) bestückte Leiterplatte (6) ausgeführt ist. Beleuchtungseinrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (6) einen Metallkern aufweist. Beleuchtungseinrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Anteil der Leuchtdioden (7) Weißlichtdioden sind. Beleuchtungseinrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Leuchtdioden (7) zumindest zweier unterschiedlicher Emissionsspektren vorgesehen sind. Beleuchtungseinrichtung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Leuchtdioden (7) eines ersten Emissionsspektrums separat von Leuchtdioden (7) eines zweiten Emissionsspektrums ansteuern lassen. Beleuchtungseinrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinrichtung Mittel zum Einstellen der Intensität der Lichtemission der Leuchtdioden (7) aufweist. Beleuchtungseinrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gefäßhalterung Abstandmittel (2, 4) zum Einhalten eines vorgegebenen Mindestabstands zwischen dem Boden eines gehalterten Laborgefäßes (1) und der mit mit Leuchtdioden (7) versehenen Seite des Trägers (6) auweist. Beleuchtungseinrichtung gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandmittel (2, 4) eine zumindest teiltransparente, von dem Träger beabstandete Scheibe (4) umfassen. Beleuchtungseinrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gefäßhalterung eine gedichtete Einhausung (3) aufweist, in welcher der Träger (6) angeordnet ist. Beleuchtungseinrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gefäßhalterung zur Halterung unterschiedlicher Gefäßgeometrien einstellbar ist. Schüttler, dadurch gekennzeichnet, dass er mindestens eine Beleuchtungseinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1–11 aufweist. Schüttler gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass er mindestens eine weitere Beleuchtungseinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1–11 aufweist. Inkubator, dadurch gekennzeichnet, dass er mindestens eine Beleuchtungseinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1–11 aufweist. Inkubator gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass er mindestens eine weitere Beleuchtungseinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1–11 aufweist.






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