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Die Erfindung betrifft eine Schutzvorrichtung für eine von einer Strahlungsquelle erzeugte energiereiche Strahlung insbesonders einer Laserstrahlung sowie die Verwendung einer solchen Anordnung zum regelbaren aktiven Schützen eines Gegenstandes, einer Person, von Tieren oder Pflanzen vor einer solchen Strahlung.
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Für technische oder auch medizinische Verfahren werden immer energiereichere Strahlungsquellen, insbesonders Laser verwendet. So können beispielsweise moderne Laser problemlos Steine, Beton, Mauerwerke oder auch Stahl schneiden und durchdringen. Derartige energiereiche Laser werden üblicherweise in einer Einhausung betrieben, welche die Umgebung vor austretendem Laserlicht schützt. Dabei ist es jedoch immer wieder notwendig, die Betriebsbedingungen von Lasern an bestimmte Prozesse anzupassen, wozu technisches Personal innerhalb dieser Einhausung am Laser Justierungen und Einstellungen oder auch andere Wartungsarbeiten durchführen muss. Hierzu werden entsprechende Laserschutzvorrichtungen wie Laserschutzvorhänge oder auch Laserschutzkleidung verwendet.
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Schutzvorrichtungen für energiereiche Strahlung sind an sich bekannt und werden vielfach verwendet. So werden z. B. insbesonders passive Schutzvorrichtungen, wie Bleischürzen, insbesonders zum Schutz vor Röntgenstrahlung eingesetzt. Darüber hinaus ist eine Vielzahl von Strahlenschutzvorrichtungen, wie Strahlenschutzschilde oder -bekleidung, bekannt. So sind beispielsweise kommerziell Laserschutzbrillen erhältlich, welche einen Laserstrahl absorbieren bzw. reflektieren und dabei das menschliche Auge schützen.
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Typische Laserschutzanordnungen weisen in der Regel eine passive Schutzschicht auf, welche auftreffendes Laserlicht reflektiert oder auch unter Aufnahme der Strahlungsenergie das transmittierte Licht abschwächt. Derartige passive Laserschutzmaterialien umfassen z. B. keramische Werkstoffe, welche beim Auftreffen von Laserlicht zerstört bzw. abladiert werden. Die Intensität der Strahlung kann allerdings auch so weit ansteigen, dass der passive Laserschutz zerstört wird bzw. der Strahlung nicht ausreichend lange standhält. Der Strahl durchbricht dann das Schutzmaterial, wobei Löcher entstehen, ohne dass dies das arbeitende Personal unmittelbar bemerken muss.
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Es ist daher bereits versucht worden, nach dieser passiven Schicht eine aktive Schicht anzuordnen, welche beim Durchtritt eines Strahls durch die passive Schicht und beim Auftreffen auf die aktive Schicht ein Signal auslöst, durch das der Laser abgeschaltet wird. Geschieht dies, ist die Laserschutzvorrichtung üblicherweise irreversibel zerstört und kann nicht ohne weiteres wieder repariert werden. Um diese aktive Schicht zu schützen, wird daher meist nochmals eine weitere passive Schutzschicht darüber angeordnet.
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Aktiver Laserschutz wird bislang noch nicht häufig eingesetzt. Bislang ist es nicht möglich, die Auslöseschwelle für das Nachweis- bzw. Stoppsignal einzustellen. Jedoch wird häufig beim Auslösen eines Signals die aktive Schicht zerstört. Eine selektive Anpassung des passiven Schutzes vor einem aktiven Schutz ist bislang nicht möglich und nicht bekannt.
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Eine typische Laserschutzvorrichtung mit Sicherheitsabschaltung ist beispielsweise in der
DE 10 2006 053 579 A1 beschrieben. Dabei wird hinter einer passiven Laserschutzwand ein Sensor angeordnet, der über einen Schwellwertschalter mit dem Laser verbunden ist und der bei Über- oder Unterschreitung eines Schwellwerts durch ein empfangenes Detektorsignal den Laser abschaltet.
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Aus der
DE 10 2012 106 278 A1 ist eine Laserschutzvorrichtung bekannt, die ebenfalls eine Sensorschichtanordnung aufweist, wobei die Sensorschichtanordnung eine vorgegebene elektrische Kenngröße aufweist und die derart ausgebildet ist, dass sich bei Energieeintrag durch Auftreffen einer Laserstrahlung die elektrische Kenngröße ändert. Eine derartige Laserschutzvorrichtung ist ebenfalls hinter einer passiven Schutzwand angeordnet, welche auftreffende Laserstrahlung absorbiert oder reflektiert. Erst wenn diese durch das Laserlicht durchbrochen wird, trifft Licht auf die Sensoranordnung auf, welches zum Abschalten eines Lasers führt.
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Derartige aktive Schutzschichten enthalten Sensoren, die üblicherweise aus Drähten gebildet sind, welche beim Auftreffen von Laserlicht schmelzen, wodurch eine Stromleitung unterbrochen und der Laser abgeschaltet wird, allerdings wird dabei die aktive Schicht irreversibel zerstört und die Schutzvorrichtung damit unbrauchbar.
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Die Erfindung hat daher zum Ziel, eine aktive Laserschutzvorrichtung bereitzustellen, bei der sich eine notwendige Schutzstufe an die jeweiligen Betriebsbedingungen anpassen lässt. Dies ermöglicht beispielsweise, dass bei entsprechenden Wartungs-, Reparatur- bzw. Justierarbeiten nicht gleich die aktive Schicht irreversibel zerstört wird, wenn das Laserlicht die passive Schutzschicht durchbricht.
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Die Erfindung hat daher auch das Ziel, die Lebensdauer der aktiven Schicht so lange als möglich zu erhalten.
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Dieses Ziel wird nun erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 1 erreicht.
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Dementsprechend wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, über der aktiven Schutzschicht bzw. Sensorschicht eine weitere Schutzschicht anzuordnen, deren Absorptions- und/oder Reflektionsverhalten selektiv bzw. individuell einstellbar ist und welche die darunterliegende aktive Sensorschicht schützt. Hierzu sind erfindungsgemäß eine Vielzahl von Materialien geeignet, wie z. B. photochrome, elektrochrome, thermochrome und/oder auch thermotrope Substanzen oder sogenanntes „intelligentes” Glas, d. h. Gläser, deren Lichtdurchlässigkeit durch das Anlegen von elektrischer Spannung, Lichteinstrahlung oder Erwärmung verändert werden kann. Ebenfalls eignen sich auch schaltbare Spiegel, polymere disperse Flüssigkristallschichten (PDLC) und sogenannte Suspended Particle Devices (SPD). Mit Seltenen Erden dotiertes CaF2 oder Quarzgläser, sowie die reversible oder irreversible laserinduzierte Bildung von Absorptionszentren mit an sich bekannten Materialien sind ebenso geeignet.
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In einer erfindungsgemäß bevorzugten Ausführungsform registriert die aktive Schutzschicht (Sensorschicht) durchbrechendes Laserlicht und generiert ein Signal, welches zur Steuerung der selektiv individuell einstellbaren bzw. auch regelbaren Schutzschicht verwendet werden kann und so die Absorption oder Reflektion der auftreffenden Strahlung erhöht. Auf diese Weise wird eine vorzeitige Auslösung eines Alarms verhindert und auf die aktive Sensorschicht auftreffende Strahlungsenergie stark abgeschwächt, so dass ihre Zerstörung vermieden werden kann. Da solche Schichten aus den zuvor genannten Materialien recht schnell reagieren, ist es erfindungsgemäß möglich, die aktive Sensorschicht vor rascher Zerstörung zu schützen.
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Prinzipiell ist es auch möglich, die regelbare Schutzschicht voreinzustellen. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Absorption oder Reflektion der regelbaren Schutzschicht voreingestellt, so dass schwache Durchbrüche durch die äußere passive Schicht nicht sofort zur Zerstörung der aktiven Sensorschicht führen.
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Da es bei einem Strahlendurchbruch auch zur Beschädigung der aktiven Sensorschicht z. B. einer Photodiode oder Solarzelle kommen kann, hat es sich als zweckmäßig erwiesen, mittels eines IR-Detektors die erzeugte Wärmestrahlung z. B. von 50–150° nachzuweisen. Ein solcher Detektor kann bezogen auf die Strahlungsrichtung vor oder auch nach der regelbaren Schutzschicht oder der Sensorschicht angeordnet sein.
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Desweiteren hat es sich oft als zweckmäßig erwiesen, gegebenenfalls eine weitere Schicht zur passiven, gegebenenfalls auch zur aktiven Wärmeleitung anzuordnen. Damit ist es möglich, die aktive Sensorschicht, sowie Gegenstände und Personen hinter der gesamten Strahlenschutzanordnung noch besser zu schützen.
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Üblicherweise ist unterhalb der aktiven Sensorschicht eine passive Schutzschicht angeordnet, die bei einem Durchbruch der Strahlung durch die aktive Sensorschicht einen weiteren Schutz bietet.
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Darüber hinaus hat es sich als zweckmäßig erwiesen, vor der regelbaren Schutzschicht in Richtung eventuell durchbrechenden Laserlichtes eine weitere passive Schutzschicht mit üblicherweise geringerer Schutzklasse als der untersten Schicht anzubringen. Erst wenn Licht durch die erste passive Laserschutzschicht auf die darunterliegende aktive Sensorschicht tritt, wird dann ein Signal (Spannung, Strom oder Licht) erzeugt.
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Die erfindungsgemäße Schutzvorrichtung kann sowohl als Wand, als Vorhang oder auch als Kleidung ausgestaltet werden. Sie ist vorzugsweise als flexibles Flächengebilde ausgestaltet.
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In einer bevorzugten Ausführungsform betrifft die Erfindung auch die Verwendung der Vorrichtung zum Schutz von empfindlichen Gegenständen, Menschen, Tieren und/oder Pflanzen vor energiereicher Strahlung.
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Die Erfindung soll im Folgenden an einem Beispiel näher erläutert werden.
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1 zeigt einen Aufbau einer Schutzvorrichtung gemäß dem Stand der Technik.
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2 zeigt einen typischen Aufbau einer erfindungsgemäßen Schutzanordnung.
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Beim Stand der Technik gemäß 1 ist auf der passiven Schutzschicht 1.1 eine aktive Schutzschicht 1.2 angeordnet, welche beim Auftreffen energiereicher Strahlung X ein Signal via Signalweg 1.5 (üblicherweise eine elektrisch leitende Verbindung) an eine Steuereinheit 1.6 sendet, die daraufhin die energiereiche Strahlung X bzw. ihre Quelle abschaltet. Die aktive Sensorschicht 1.2 wird dann nochmals von einer passiven Schutzschicht 1.3 abgedeckt, um Fehlalarme oder eine vorzeitige Zerstörung der aktiven Sensorschicht 1.2 zu vermeiden.
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Bei der erfindungsgemäßen Ausführung gemäß 2 ist wie bei 1 über der passiven Schicht 2.1 eine aktive Schicht 2.2 angeordnet, über dieser aktiven Schicht 2.2 wird dann die neue erfindungsgemäße regelbare Schutzschicht 2.4 angeordnet, die wie in 1 beschrieben durch eine weitere äußere passive Schutzschicht 2.3 geschützt wird. Durchbricht nun energiereiche Strahlung X die äußere passive Schutzschicht 2.3 und die regelbare Schutzschicht 2.4 trifft sie auf die aktive Schicht 2.2, welche ein Signal via Signalweg 2.5 zur Steuereinheit 2.6 leitet. Die Steuereinheit 2.6 regelt daraufhin rasch via Leitung 2.7 die Absorption bzw. Reflexion der regelbaren Schutzschicht hoch und vermindert so die Zerstörung der passiven Schutzschicht 2.1.
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Prinzipiell ist es mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung auch möglich, die Absorption bzw. Reflexion der regelbaren Schutzschicht 2.4 auch via Leitung 2.7 voreinzustellen, um ein vorzeitiges Auslösen eines Alarms zu verhindern.
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Diese regelbare Schutzschicht 2.4 sowie die anderen Schichten können unabhängig voneinander ein- oder auch mehrlagig ausgestaltet sein. Im Beispiel ist die aktive Schutzschicht beispielsweise eine flexible Solarzelle oder eine Photodiode. Prinzipiell ist es auch möglich, die bislang beschriebenen Schmelzdrähte hierfür einzusetzen. Über diese aktive Schicht wird dann die erfindungsgemäße einstellbare Schutzschicht angeordnet, welche den Lichteinfall auf die darunterliegende aktive Sensorschicht regelt.
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In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ist dies zweckmäßigerweise eine photochrome Schutzschicht, die durch Anlegen einer elektrischen Spannung abdunkelt, d. h. die Absorption von durchtretendem Licht erhöht.
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In einer weiteren zweckmäßigen Ausführung ist vor der photochromen Schutzschicht in Richtung eventuell durchbrechenden Laserlichtes eine weitere passive Schutzschicht mit üblicherweise geringerer Schutzklasse als der untersten Schicht angeordnet. Tritt nun Licht durch die erste passive Laserschutzschicht auf die darunterliegende aktive Sensorschicht, so erzeugt diese ein Signal (Spannung, Strom oder Licht). Übersteigt nun das Messsignal einen zuvor einstellbaren Schwellwert, wird ein Alarm ausgelöst und/oder die Strahlungsquelle abgeschaltet. Gleichzeitig kann das erzeugte Signal auch dazu verwendet werden, die Absorption, die Ablenkung und/oder Reflexion der darüber liegenden einstellbaren Schutzschicht bzw. des einstellbaren Schutzschichtsystems zu erhöhen und den Strahlungsfluss auf der darunterliegenden aktiven Sensorschicht begrenzen. Darüber hinaus kann durch Anlegen einer Spannung an die photochrome Schicht der Lichtfluss für Justier- und Wartungsarbeiten voreingestellt bzw. begrenzt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006053579 A1 [0007]
- DE 102012106278 A1 [0008]
