CN109937022B - 用于焊接保护装置的自动变暗滤光器组件和焊接保护装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于焊接保护装置的自动变暗滤光器组件以及包括自动变暗滤光器组件的焊接保护装置。自动变暗滤光器组件具有形成开口的外壳，可切换滤光器布置在该开口中。可切换滤光器由第一弹性垫圈和第二弹性垫圈保持，该第一弹性垫圈和第二弹性垫圈布置在可切换滤光器的相反两侧并且各自邻近可切换滤光器的周边周向地延伸。本发明有助于使焊接保护装置的稳健性最大化并且便于组装。

Description

用于焊接保护装置的自动变暗滤光器组件和焊接保护装置
技术领域
本发明涉及用于焊接保护装置的自动变暗滤光器组件以及包括自动变暗滤光器组件的焊接保护装置。提供了两件式垫圈以将可切换滤光器保持在适当位置。
背景技术
自动变暗滤光器通常具有可切换滤光器，该可切换滤光器响应于入射光从光透射状态(或亮状态)自动变化为暗透射状态(或暗状态)。该切换通常通过使用位于个人防护设备上的光电探测器或作为个人防护设备的一部分来实现。光电探测器识别要过滤的入射光的存在，并且电子模块生成控制电压，该控制电压当被施加到可切换滤光器时致使滤光器从亮状态变化为暗状态。
已设计了自动滤光器，其包含位于偏振膜之间的液晶盒。授予Hornell的美国专利号4,240,709描述了一种具有夹置在一对相互交叉的偏振器之间的单扭转向列型液晶盒的可切换滤光器。液晶盒为包括透明电极和对齐层的光学透明玻璃基底。当在电子模块的控制下在液晶盒上施加电压时，液晶分子将自身在具体方向上取向。许多商购可获得的产品使用这种可切换滤光器。
在保护罩中使用自动变暗滤光器给定显著的人体工程学益处。例如，先前焊工在触发焊弧时必须向下“摆动”他们的焊接罩，以确保他们的眼睛免受焊炬光的伤害。自动焊接滤光器消除这种动作，因为焊接罩可以连续地保持就位。
发明内容
本发明涉及用于焊接保护装置的自动变暗滤光器组件。另外，本发明涉及包括本发明的自动变暗滤光器组件的焊接保护装置。
如在本说明书中提到的焊接保护装置可以为例如焊接头盔、焊接罩、或焊接护目镜。
自动变暗滤光器组件包括形成开口(例如，窗口)的外壳，可切换滤光器布置在该开口中。可切换滤光器通常被构造为使得其可以在暗状态和亮状态之间进行电切换。在暗状态下，通过可切换滤光器的任何光透射相对于亮状态减小。在亮状态下，变暗滤光器的透射率可在约1％至约20％的范围内，更具体地在约5％至约10％的范围内，而在暗状态下，变暗滤光器的透射率可在约0,0005％至约0,1％的范围内。
可切换滤光器由第一弹性垫圈和第二弹性垫圈固持或保持在适当位置。第一垫圈和第二垫圈至少部分地布置在可切换滤光器的相反两侧。第一垫圈和第二垫圈各自邻近可切换滤光器的周边周向地(具体地，完全周向地)延伸。具体地，可切换滤光器通常具有两个相对的主表面：面向眼睛的表面和面向焊弧的表面。面向眼睛的表面形成可切换滤光器的面向眼睛的侧面，并且焊弧表面形成可切换滤光器的焊弧侧。因此，面向眼睛的表面和焊弧表面形成焊接滤光器的相反两侧。
第一垫圈可至少部分地布置在面向眼睛的表面上，并且第二垫圈可至少部分地布置在可切换滤光器的面向焊弧的表面上。优选地，第一垫圈的至少一部分在可切换滤光器的面向眼睛的表面的边界上(优选地完全)周向地延伸，并且第二垫圈的至少一部分在可切换滤光器的面向焊弧的表面的边界上(优选地完全)周向地延伸。
本发明的有利之处在于，本发明便于自动变暗滤光器组件的组装。另外，本发明的有利之处在于，本发明有助于使自动变暗滤光器组件或使用自动变暗滤光器组件的焊接保护装置的抗机械冲击性最大化。例如，由自动变暗滤光器组件或焊接保护装置的不温柔抓握或掉落而造成的可切换滤光器的损坏被最小化。此外，本发明有助于使自动变暗滤光器组件的寿命最大化，因为第一垫圈和第二垫圈阻碍灰尘和/或湿气到达可切换滤光器的边缘。
在实施方案中，可切换滤光器被夹紧或约束在第一垫圈和第二垫圈之间。具体地，可切换滤光器布置在其间的第一垫圈和第二垫圈可形成由外壳保持在张力下的夹层。通过第一垫圈和第二垫圈的压缩维持张力。
在实施方案中，外壳包括第一外壳部件和第二外壳部件。第一垫圈和第二垫圈优选地布置在第一外壳部件和第二外壳部件之间。第一外壳部件和第二外壳部件优选地例如通过卡扣或螺纹连接彼此安装。其它连接也可能是合适的。优选地，第一外壳部件和第二外壳部件与可切换滤光器重叠。这意味着优选地，第一外壳部件的至少一部分、第一垫圈的至少一部分、可切换滤光器的一部分、第二垫圈的至少一部分、以及第二外壳部件的至少一部分组合形成夹层。在该夹层中，可切换滤光器被保持并且因此通过第一外壳部件和第二外壳部件设置有机械支撑。
在实施方案中，第一垫圈固定地附接到第一外壳部件，并且第二垫圈固定地附接到第二外壳部件。第一垫圈和第一外壳部件之间的附接可包括强制锁定(或形状配合)和/或材料粘结，并且第二垫圈和第二外壳部件之间的附接可包括强制锁定(或形状配合)和/或材料粘结。具体地，第一垫圈和第一外壳部件之间的附接以及第二垫圈和第二外壳部件之间的附接分别能够通过双组分注塑成型获得。一方面可选择第一垫圈和第二垫圈的注塑成型材料，并且另一方面可选择第一外壳部件和第二外壳部件的注塑成型材料，使得在双组分注塑成型期间自动产生材料粘结。例如，第一垫圈和第二垫圈可由基于SBS(苯乙烯丁二烯苯乙烯)和SEBS(苯乙烯乙烯丁烯苯乙烯)的类型的热塑性弹性体制成，并且第一外壳部件和第二外壳部件可由聚酰胺制成。聚酰胺优选地首先模制，并且由热塑性弹性体包覆成型。因此，可以实现两种注塑成型材料之间的材料粘结。
为了提供另外的机械强度并且阻碍第一外壳部件和第二外壳部件在张力下随时间变形，聚酰胺可设置有玻璃纤维填料。
在实施方案中，第一垫圈和第二垫圈具有在10肖氏A型硬度和50肖氏A型硬度之间，更优选地在30肖氏A型硬度和40肖氏A型硬度之间，并且最优选地约40肖氏A型硬度的硬度。肖氏硬度通常由用于模制第一垫圈和第二垫圈的注塑成型材料提供。优选地，第一垫圈和第二垫圈基本上无孔。因此，第一垫圈和第二垫圈获得与用于模制的材料相同或大致相同的硬度。
在一个实施方案中，第一外壳部件和第二外壳部件组合形成框架。框架可具有大致U形的轮廓并且可围绕可切换滤光器的边缘延伸。优选地，框架经由第一垫圈和第二垫圈的压缩通过夹紧配合将可切换滤光器保持在该框架中。因此，实现了可切换滤光器和外壳的轻微相对运动(例如由不同材料的不同热膨胀引起的移动)，而可切换滤光器以其他方式被牢固地固持以抵抗移动。这使由在可切换滤光器和外壳之间可出现的高张力造成的损坏(例如，裂纹)的风险最小化。
在实施方案中，可切换滤光器是弯曲的。这意味着优选地，面向眼睛的表面和面向焊弧的表面对应于圆柱形形状的部分。另外，面向眼睛的表面和面向焊弧的表面优选地为同心的。圆柱形形状的半径可在70mm至150mm的范围内，更优选地在80mm至100mm的范围内，最优选地85mm或约85mm。就这一点而言，半径是指面向眼睛的表面和面向焊弧的表面之间的平均半径。
在实施方案中，可切换滤光器包括具有两个透明(优选地基本上无色)基底的液晶盒，两个透明基底各自包括透明电极层和用于液晶分子的对齐层。两个透明基底优选地由玻璃制成。这提供了液晶的高温稳定性和气密封装。可切换滤光器还优选地具有至少两个偏振器，至少两个偏振器被布置成使得该至少两个偏振器的偏振方向彼此成角度偏移地取向。优选地，可切换滤光器还具有至少两个液晶盒和三个偏振器。
在实施方案中，自动变暗滤光器组件可还包括电子电路和一个或多个光传感器，例如光电探测器。电子电路优选地被构造成致使液晶盒根据由(一个或多个)光传感器识别的光在暗状态和亮状态之间切换。具体地，电子电路优选地被构造成致使液晶盒在(一个或多个)光传感器检测到高于预定光强度的光时在暗状态下切换，并且否则致使液晶盒在亮状态下切换。因此，在(一个或多个)光传感器未检测到高于预定光强度的光的情况下，电子电路将液晶盒切换至亮状态。因此，亮状态优选地为默认状态。这允许焊工在正常光条件下透视自动变暗滤光器组件。同时，自动保护焊工不受例如来自焊弧的有害光强度暴露的影响。
在一个实施方案中，自动变暗滤光器组件安装在焊接保护装置的焊接罩中。例如，焊接保护装置可具有窗口，自动变暗滤光器组件可以(可更换地)固持在该窗口中。在另一实施方案中，第一外壳部件或第二外壳部件可形成焊接罩。
还公开了焊接保护装置，该焊接保护装置具有带有窗口的焊接罩，可切换滤光器布置在该窗口中。可切换滤光器比窗口小。可切换滤光器和焊接罩的窗口之间的周向间隙由弹性卡圈闭合。弹性卡圈由弹性材料(例如，橡胶材料或如上所述的热塑性弹性体)制成。
卡圈可具有用于将卡圈固持在焊接罩的窗口内的外部固持结构。卡圈可还具有用于将可切换滤光器固持在卡圈内的内部固持结构。外部固持结构可例如形成用于与形成窗口的焊接罩的边缘接合的凹槽，并且内部固持结构可例如形成用于与可切换滤光器的边缘接合的凹槽。卡圈优选地具有大致平坦的环形部分，该环形部分将外部固持结构和内部固持结构彼此连接。由于平坦的环形部分，焊接罩的变形或者焊接罩的冲击不会传输到可切换滤光器或者不会显著地衰减。因此，可切换滤光器免受可施加在焊接罩上的机械力。
附图说明
图1为根据本发明的实施方案的焊接保护装置(具体地，焊接头盔)的透视图；
图2为图1所示的焊接保护装置的分解图；
图3为根据本发明的实施方案的自动变暗滤光器组件的分解图；
图4为根据本发明的实施方案的自动变暗滤光器组件的局部剖视图；并且
图5为根据本发明的实施方案的自动变暗滤光器组件的另外的局部剖视图。
图6A为焊接头盔的照片；并且
图7A为图6A所示的头盔的剖视图。
具体实施方式
图1示出焊接保护装置1，该焊接保护装置在该示例中为焊接头盔。然而，本发明不限于用于焊接头盔，但是可同样以适当构型用于焊接罩或焊接护目镜。
焊接保护装置1具有保护罩部分2以用于保护焊工的面部(以及其他头部部分)免受辐射、灰尘和热材料的飞溅物的影响，因为这些可能在焊接期间发生。焊接保护装置1还具有自动变暗滤光器组件3，在焊接期间焊工可以通过该自动变暗滤光器组件观察焊弧。在该示例中，自动变暗是基于两个液晶盒，自动变暗滤光器组件3通过两个液晶盒在亮状态和暗状态之间可电切换。当在暗状态下切换时，自动变暗滤光器组件3阻挡显著量的光从其中透过。这使得使用者能够通过透视自动变暗滤光器组件3来观察焊弧，而不会有暴露于来自焊弧的有害光辐射的风险。在亮状态下，自动变暗滤光器组件3允许显著量的光从其中透过。因此，处于亮状态下的自动变暗滤光器组件3允许使用者在环境光条件下(在没有焊弧的情况下)看到。
自动变暗滤光器通常包括依次光学地布置的两个或更多个液晶盒。这提供了使变暗效果(在暗状态下)倍增，并且因此提供了足够的眼睛保护以免受光辐射的影响。另外，自动变暗滤光器通常包括一个或多个光传感器和电子电路，电子电路致使液晶盒根据(一个或多个)光传感器识别的光进行切换。
图2以分解图示出了焊接保护装置1。应当注意，分解图仅是一种图示，并且看起来彼此间隔开的某些部件通常彼此接触地安装，如图1所示。自动变暗滤光器组件3安装在保护罩部分2的窗口4中。另外，焊接保护装置1具有面向焊弧的保护盖5和面向眼睛的保护盖6。这些保护盖5、6防止灰尘和熔融或热材料的飞溅物直接到达自动变暗滤光器组件3，并且因此提供了保护自动变暗滤光器组件3免受损坏。这些保护盖5、6可为可更换的。因此，在保护盖5、6上可发生由灰尘或熔融或热材料的飞溅物造成的任何损坏，保护盖通常比自动变暗滤光器组件3便宜。在该示例中焊接保护装置1还具有盖框架7以用于闭合保护罩2与盖框架和/或自动变暗滤光器组件3之间的任何间隙。在该示例中，焊接保护装置1还具有用于将焊接保护装置1固定在焊工头部上的头带布置8。
图3更详细地示出了自动变暗滤光器组件3。自动变暗滤光器组件3具有可切换滤光器9。尽管未详细示出，但可切换滤光器9包括两个液晶盒(如上所述)。每个液晶盒具有两个透明基底。在该示例中，透明基底为玻璃基底。每个透明基底包括设置在透明基底上的透明电极层(具体地，氧化铟锡(ITO)层)，以及设置在电极层上的对齐层。在透明基底之间，液晶被设置成与透明基底的对齐层直接接触。在每个透明基底上，偏振器设置在与电极层和对齐层相对的侧面处。当没有电压施加到电极层时，对齐层被布置成使液晶分子在确定的方向上取向。另外，偏振器被布置成使得在没有电压的情况下光可以穿过液晶盒。第二液晶盒(与所述相同类型)的一侧布置在偏振器中的一个上，并且在相反侧承载第三偏振器。因此，可切换滤光器9具有两个液晶盒和三个偏振器。第三偏振器被布置成使得在没有施加到液晶盒的电极层的电压的情况下光可以穿过可切换滤光器9。通常，可切换滤光器9具有至少一个另外的永久性(不可切换)滤光器，例如UV滤光器。自动变暗滤光器组件3具有整体弯曲构型并且包括两个弯曲的两个液晶盒。因此，为焊工提供了最大化的视野。
自动变暗滤光器组件3还具有印刷电路板10，该印刷电路10包括用于切换可切换滤光器9的电子电路(包括光传感器16)。印刷电路板10具有控件(具体地，下压按钮)，使用者可以通过该控件来操作自动变暗滤光器组件。例如，自动变暗滤光器组件3包括用于激活暗状态和亮状态之间的自动切换的按钮。可提供其他按钮，例如用于在暗状态下调节光透射水平的一个或多个按钮。就这一点而言，应当注意，在暗状态下，通过自动变暗滤光器3的光透射仅减小(并且不完全阻挡)，使得焊工可以观察焊弧但是处于(显著)减小的亮度。例如，由于不同的焊接技术或焊接应用，所以在暗状态下调节光透射水平允许适应不同光强度的焊弧。因此，焊接保护装置可以用于各种不同的焊接技术和应用，包括自熔焊接。
此外，自动变暗滤光器组件3具有外壳11，外壳11具有第一外壳部件11a和第二外壳部件11b。安装第一外壳部件11a和第二外壳部件11b以形成用于保持可切换滤光器9的框架。外壳11还提供用于接收印刷电路板和电源(例如电池)的空间。第一外壳部件11a和第二外壳部件11b各自设置有第一垫圈12a和第二垫圈12b。在该示例中，第一垫圈12a和第二垫圈12b由热塑性弹性体制成，优选地基于SBS(苯乙烯丁二烯苯乙烯)和SEBS(苯乙烯乙烯丁烯苯乙烯)的热塑性弹性体，该弹性体具有约40的肖氏A型硬度。外壳11(具体地，第一外壳部件11a和第二外壳部件11b)由纤维增加聚酰胺制成。第一外壳部件11a和第一垫圈12a以及第二外壳部件11b和第二垫圈12b通过双组分注塑成型制成。这意味着第一外壳部件11a首先注塑成型，并且第一垫圈12a直接注塑成型在第一外壳部件11a上。同样地，第二外壳部件11b首先注塑成型，并且第二垫圈12b直接注塑成型在第二外壳部件11b上。因此，第一垫圈12a和第二垫圈12b分别紧密地附接到第一外壳部件11a和第二外壳部件11b。
在该示例中，自动变暗滤光器组件3还具有两个插入件13，每个插入件用于钮扣电池。技术人员将认识到，一个或多个电池可通过其他方式集成在自动变暗滤光器组件3中。例如，电池或多个电池可容纳在接收器中或者可内置。另外，可使用其他类型的电池。
在该示例中，自动变暗滤光器组件3还具有用于标记用于操作自动变暗滤光器组件3的任何控件(例如下压按钮)的标签14。另外，标签14可具有针对使用者的指令，例如关于针对具体的焊接应用在暗状态下调节光透射水平的指令。
自动变暗滤光器组件3形成独立的组件单元，该独立的组件单元可以用于不同的焊接保护装置，诸如焊接头盔或焊接罩。
图4示出了自动变暗滤光器组件3的一部分的横截面。具体地，第一垫圈12a和第二垫圈12b分别固持在第一外壳部件11a和第二外壳部件11b处。在该示例中，第一垫圈12a和第二垫圈12b通过材料粘结(具体地，通过双组分注塑成型获得)固持在第一外壳部件11a和第二外壳部件11b处。然而，在该示例中，第一垫圈12a和第二垫圈12b还分别通过形状配合固持在第一外壳部件11a和第二外壳部件11b处。形状配合由接合第一外壳部件11a的凹槽的第一垫圈12a的第一脊13a提供并且还由接合第二外壳部件11b的凹槽的第二垫圈12b的第二脊13b提供。因此，第一垫圈12a和第二垫圈12b分别与第一外壳部件11a和第二外壳部件11b紧密地固定。因此，第一外壳部件11a和第二外壳部件11b的某些变形可以通过第一垫圈12a和第二垫圈12b补偿。因此，可以使在可切换滤光器9上的来自第一外壳部件11a和第二外壳部件11b的变形的传输最小化。因此，保护可切换滤光器免受此类变形。具体地，可防止包括玻璃基底的可切换滤光器断裂。另外，相对柔软的第一垫圈12a和第二垫圈12b提供了冲击吸收特性，使得也保护可切换滤光器免受例如由于焊接保护装置的抓握或掉落而引起的冲击。在该示例中，第一垫圈12a具有边沿15a(在图5中可见)。边沿15a至少部分地(或完全地)围绕可切换滤光器9。因此，可切换滤光器9被捕获并且保持在边沿15a内。如图所示，边沿15a与第二垫圈12b配合以为可切换滤光器9提供另外的边缘密封。因此，灰尘和湿气在到达可切换滤光器9的边缘时受到阻碍。尽管可切换滤光器9具有捕获液晶盒内的液晶的边缘密封，但是由第一垫圈和第二垫圈提供的另外的边缘密封有助于使可切换滤光器9的寿命最大化。
图5示出了自动变暗滤光器组件3的一部分的另外的横截面。在该示例中，第一垫圈12a具有三个周向脊14，并且第二垫圈12b为大致平坦的。这相对于第二垫圈12b为第一垫圈12a提供了一定程度上更大的弹性。因此，可切换滤光器9由第一垫圈12a和第二垫圈12b周向地夹紧。另外，由于设置在第一垫圈处的脊，所以夹紧力沿着第一垫圈12a和第二垫圈12b的周长相对均匀。应当注意，同样地，代替三个脊，一个、两个或多于三个脊可设置在第一密封或第二密封处。
图6A示出了具有焊接罩103的焊接保护装置100，可切换滤光器102设置在焊接罩103中。弹性卡圈101布置在可切换滤光器102和焊接罩103之间的周向间隙中，使得可切换滤光器102不与焊接罩103直接接触。
如图7A所示，卡圈具有用于与焊接罩103的边缘105接合的凹槽104。焊接罩103的边缘105在焊接罩中形成窗口。卡圈101还具有用于与可切换滤光器102的边缘107接合的凹槽106。可切换滤光器102可配有另外的滤光器，例如偏振器，UV和/或IR滤光器。卡圈具有大致平坦的环形部分108，该环形部分108将卡圈101的形成凹槽104、106的部分彼此连接。平坦的环形部分将焊接罩103与可切换滤光器102机械分离。因此，可切换滤光器免受可施加在焊接罩上的机械力。

Claims (13)

1.一种用于焊接保护装置的自动变暗滤光器组件，所述自动变暗滤光器组件包括形成开口的外壳，可切换滤光器布置在所述开口中，其中所述可切换滤光器由第一弹性垫圈和第二弹性垫圈保持，所述第一弹性垫圈和所述第二弹性垫圈布置在所述可切换滤光器的相反两侧并且各自邻近所述可切换滤光器的周边周向地延伸，
其中所述外壳包括第一外壳部件和第二外壳部件，并且其中所述第一弹性垫圈和所述第二弹性垫圈布置在所述第一外壳部件和所述第二外壳部件之间，
其中所述第一弹性垫圈包括多个周向脊，所述可切换滤光器是弯曲的，所述第一弹性垫圈包括边沿，所述边沿至少部分地围绕所述弯曲的可切换滤光器，所述边沿与所述第二弹性垫圈配合以为所述弯曲的可切换滤光器提供边缘密封。
2.根据权利要求1所述的自动变暗滤光器组件，其中所述可切换滤光器被夹持在所述第一弹性垫圈和所述第二弹性垫圈之间。
3.根据权利要求1或2所述的自动变暗滤光器组件，其中所述第一弹性垫圈固定地附接到所述第一外壳部件，并且其中所述第二弹性垫圈固定地附接到所述第二外壳部件。
4.根据权利要求3所述的自动变暗滤光器组件，其中所述第一弹性垫圈和所述第一外壳部件之间的所述附接以及所述第二弹性垫圈和所述第二外壳部件之间的所述附接分别包括强制锁定和/或材料粘结。
5.根据权利要求4所述的自动变暗滤光器组件，其中所述第一弹性垫圈和所述第一外壳部件之间的所述附接以及所述第二弹性垫圈和所述第二外壳部件之间的所述附接分别能够通过双组分注塑成型获得。
6.根据权利要求1或2所述的自动变暗滤光器组件，其中所述第一弹性垫圈和所述第二弹性垫圈具有在10肖氏A型硬度和50肖氏A型硬度之间的硬度。
7.根据权利要求1或2所述的自动变暗滤光器组件，其中所述第一弹性垫圈和所述第二弹性垫圈由热塑性弹性体制成。
8.根据权利要求4或5所述的自动变暗滤光器组件，其中所述第一外壳部件和所述第二外壳部件组合形成框架，所述框架经由所述第一弹性垫圈和所述第二弹性垫圈的压缩通过夹持配合将所述可切换滤光器保持在所述框架中。
9.根据权利要求1或2所述的自动变暗滤光器组件，其中所述可切换滤光器包括具有两个透明基底的液晶盒，所述两个透明基底各自包括透明电极层以及用于液晶分子的对齐层。
10.根据权利要求9所述的自动变暗滤光器组件，其中所述可切换滤光器还具有至少两个偏振器，所述至少两个偏振器被布置成使得所述至少两个偏振器的偏振方向彼此成角度偏移地取向。
11.根据权利要求10所述的自动变暗滤光器组件，其中所述可切换滤光器还具有至少两个液晶盒和三个偏振器。
12.一种焊接保护装置，所述焊接保护装置包括根据权利要求1或2所述的自动变暗滤光器组件。
13.根据权利要求12所述的焊接保护装置，其中所述自动变暗滤光器组件安装在所述焊接保护装置的焊接罩中。
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