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Die Erfindung betrifft eine Lichtleiterplatte gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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Es sind Lichtbogendetektoren bekannt, welche einen Lichtbogen optisch erkennen. Dabei werden eine Vielzahl optischer Lichtleiterfasern in einer bestimmten Umgebung, etwa dem Inneren eines Schaltschrankes oder einer Maschine verlegt. Nachteilig daran ist der hohe Aufwand beim Verlegen der Lichtleiterfasern, sowie die vielfältigen Möglichkeiten dabei Fehler zu machen. Zudem müssen die Enden der betreffenden Lichtleiterfasern auf bestimmte, örtlich isolierte Überwachungsbereich hin ausgerichtet werden.
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Es sind aus dem Bereich der Beleuchtungstechnik Lichtleiterplatten bekannt. Diese dienen zum Ausleuchten einer Fläche mittels einer linienförmigen Lichtquelle bzw. mehreren punktförmigen Lichtquellen. Bei diesen Lichtleiterplatten ist es Ziel, eine möglichst homogene Ausleuchtung der betreffenden Fläche zu erreichen, wozu eine Vermischung des Lichtes mehrerer Lichtquellen erwünscht ist. Der Einsatz derartiger Lichtleiterplatten im Bereich der Lichtbogendetektoren hat sich als unzuverlässig gezeigt, da mit diesen eine sichere Lichtbogendetektion nicht gewährleistet werden kann.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher eine Lichtleiterplatte der eingangs genannten Art anzugeben, mit welcher die Erfassung eines Lichtbogens, insbesondere in einer abgeschlossenen Umgebung, ermöglicht wird, und mit welcher der Aufwand zur optischen Lichtbogenerkennung, insbesondere der Installationsaufwand, gesenkt werden kann.
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Erfindungsgemäß wird dies durch die Merkmale des Patentanspruches 1 erreicht.
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Dadurch können Lichtbögen einfach, sicher und mit geringem Aufwand detektiert werden. Dadurch kann eine einfach zu installierende Vorrichtung zur optischen Lichtbogenerfassung geschaffen werden, welche unempfindlich gegen mangelhafte Installation ist. Dadurch kann eine Lichtleiterplatte geschaffen werden, bei welcher sichergestellt ist, dass auch lediglich punktuell an der großen Fläche bzw. der Haupt-Oberfläche eintretendes Licht sicher an einer bestimmten Stirnseite austritt und dort detektierbar ist.
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Es hat sich gezeigt, dass herkömmliche Lichtleiterplatten, wie diese aus der Beleuchtungstechnik bekannt sind, für den gegenständlich angepeilten Verwendungszweck gänzlich ungeeignet sind. Bei diesen wird eine große Homogenisierung des Lichtes angestrebt, welche durch eine Vielzahl sich überlagernder Lichtreflexionen im Inneren der Lichtleiterplatte erreicht wird. Diese Platten weisen meist noch zusätzliche Strukturen auf, um diese Homogenisierung noch zu verstärken. Beim punktuellen Einstrahlen von Licht über die Fläche, welche bei solchen Beleuchtungslichtleiterplatten zur Abstrahlung vorgesehen ist, kann nicht sichergestellt werden, dass dieses punktuelle Licht die betreffende Lichtleiterplatte überhaupt an einer der Stirnseiten verlässt, solange es von der Intensität her noch eindeutig detektierbar ist. Dabei ist es gänzlich unmöglich sicherzustellen, dass das Licht an einer ganz bestimmten Stirnseite austritt und dort auch detektierbar ist.
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Die Erfindung betrifft weiters einen Lichtbogendetektor mit einer gegenständlichen Lichtleiterplatte, sowie einen Schaltschrank mit einer gegenständlichen Lichtleiterplatte.
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Die Unteransprüche betreffen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
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Ausdrücklich wird hiermit auf den Wortlaut der Patentansprüche Bezug genommen, wodurch die Ansprüche an dieser Stelle durch Bezugnahme in die Beschreibung eingefügt sind und als wörtlich wiedergegeben gelten.
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Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigeschlossenen Zeichnungen, in welchen lediglich bevorzugte Ausführungsformen beispielhaft dargestellt sind, näher beschrieben. Dabei zeigt:
- 1 eine gegenständliche Lichtleiterplatte zusammen mit einem schematisch dargestellten Lichtbogen sowie einem Lichtbogensensor in axonometrischer Darstellung;
- 2 eine schematische Darstellung eines Schaltschranks mit einem Lichtbogendetektor mit einer gegenständliche Lichtleiterplatte; und
- 3 eine gegenständliche Lichtleiterplatte im Seitenriss.
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Die 1 und 3 zeigen jeweils eine Lichtleiterplatte 1 mit einer Haupt-Oberfläche 2 und einer Randfläche 3, wobei die Randfläche 3 quer, insbesondere im Wesentlichen rechtwinkelig, zur Haupt-Oberfläche 2 angeordnet ist, wobei die Haupt-Oberfläche 2 als Lichteinstrahlfläche 4 ausgebildet ist, wobei die Randfläche 3 als Lichtaustrittsfläche 5 ausgebildet ist, und wobei in der Lichtleiterplatte 1 eine Lichtumlenkstruktur 19 angeordnet und/oder ausgebildet ist, welche Lichtumlenkstruktur 19 durch die Haupt-Oberfläche 2 eingestrahltes Licht im Wesentlichen vollständig zu der Randfläche 3 leitet.
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Dadurch können Lichtbögen 18 einfach, sicher und mit geringem Aufwand detektiert werden. Dadurch kann eine einfach zu installierende Vorrichtung zur optischen Lichtbogenerfassung geschaffen werden, welche unempfindlich gegen mangelhafte Installation ist. Dadurch kann eine Lichtleiterplatte 1 geschaffen werden, bei welcher sichergestellt ist, dass auch lediglich punktuell an der großen Fläche bzw. der Haupt-Oberfläche 2 eintretendes Licht sicher an einer bestimmten Stirnseite, daher der Randfläche 3 austritt und dort detektierbar ist.
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Es hat sich gezeigt, dass herkömmliche Lichtleiterplatten, wie diese aus der Beleuchtungstechnik bekannt sind, für den gegenständlich angepeilten Verwendungszweck gänzlich ungeeignet sind. Bei diesen wird eine große Homogenisierung des austretenden Lichtes angestrebt, welche durch eine Vielzahl sich überlagernder Lichtreflexionen im Inneren der Platte erreicht wird. Diese Platten weisen meist noch zusätzliche Strukturen auf, um diese Homogenisierung noch zu verstärken. Beim punktuellen Einstrahlen von Licht über die eigentliche Abstrahlfläche kann nicht sichergestellt werden, dass dieses punktuelle Licht die betreffende Platte überhaupt an einer der Stirnseiten verlässt, solange es von der Intensität her noch eindeutig detektierbar ist. Dabei ist es gänzlich unmöglich sicherzustellen, dass das Licht an einer ganz bestimmten Stirnseite austritt und dort auch detektierbar ist.
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Die gegenständliche Lichtleiterplatte 1 weist wenigstens zwei Oberflächen auf, nämlich eine sog. Haupt-Oberfläche 2 und eine Randfläche 3. Die Haupt-Oberfläche 2 ist dabei wesentlich, insbesondere um das zehn- bis hundertfache, größer als die Randfläche 3. Die Haupt-Oberfläche 2 ist bevorzugt diejenige Fläche auf der die Lichtleiterplatte 1 am mechanisch stabilsten zu liegen kommen kann. Dies ist dem Fachmann an sich geläufig. Bevorzugt ist die Lichtleiterplatte 1 als Quader oder Prisma ausgebildet, und weist entsprechende weitere Oberflächen auf. Besonders bevorzugt ist die Lichtleiterplatte 1 als rechtseckiger Quader mit einer, im Vergleich zu den Abmessungen der Haupt-Oberfläche 2 geringen Dicke ausgebildet.
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Die Haupt-Oberfläche 2 ist bevorzugt glatt ausgebildet, und weist daher keine Oberflächenstrukturen, wie insbesondere Pyramiden oder Riffelungen auf, wie diese bei Beleuchtungslichtleiterplatten üblich bzw. verbreitet sind. Besonders bevorzugt ist die Haupt-Oberfläche 2 im Wesentlichen plan ausgebildet.
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Die Randfläche 3 ist quer, insbesondere im Wesentlichen rechtwinkelig, zur Haupt-Oberfläche 2 angeordnet. Im Vergleich zur Haupt-Oberfläche 2 ist die Randfläche 3 im Wesentlichen leistenförmig bzw. linienartig ausgebildet. Die Randfläche 3 weist daher bevorzugt die Form eines langen und, im Vergleich zu dessen Länge dünnen bzw. schmalen Rechtecks auf.
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Im Gegensatz zu herkömmlichen Beleuchtungslichtleiterplatten ist bei gegenständlichen Lichtleiterplatten 1 vorgesehen, dass die Haupt-Oberfläche 2 als Lichteinstrahlfläche 4 ausgebildet ist, und dass die Randfläche 3 als Lichtaustrittsfläche 5 ausgebildet ist. Dabei ist weiters vorgesehen, dass in der Lichtleiterplatte 1 eine Lichtumlenkstruktur 19 angeordnet ist, welche Lichtumlenkstruktur 19 durch die Haupt-Oberfläche 2 eingestrahltes Licht im Wesentlichen vollständig zu der Randfläche 3 leitet.
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Diese Lichtumlenkstruktur 19 umfasst bevorzugt flächige Lichtleitfaserelemente 6, welche von der Lichteinstrahlfläche 4 zur Lichtaustrittsfläche 5 verlaufen, bzw. ist die Lichtumlenkstruktur 19 durch diese flächigen Lichtleitfaserelemente 6 ausgebildet. Durch diese flächigen Lichtleitfaserelemente 6 kann sichergestellt werden, dass das durch die Lichteinstrahlfläche 4 in die Lichtleiterplatte 1 eindringende Licht, bis auf die unvermeidlichen optischen Verluste, im Wesentlichen vollständig zur Lichtaustrittsfläche 5 geleitet wird.
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Die flächigen Lichtleitfaserelemente 6 funktionieren dabei entsprechend den bekannten Mechanismen der Lichtleitung in Lichtwellenleitern bzw. sog. Glasfaserkabeln, wobei diese flächig bzw. planar ausgebildet sind, und nicht rund bzw. zylinderförmig. Die flächigen Lichtleitfaserelemente 6 unterscheiden sich dabei hinsichtlich deren Brechungsindizes vom Nachbarmaterial bzw. sind diese als Sprungstellen des Brechungsindex ausgebildet. Bevorzugt sind in einer Lichtleiterplatte 1 eine Vielzahl an flächigen Lichtleitfaserelementen 6 angeordnet.
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In den 1 und 3 sind entsprechende flächige Lichtleitfaserelemente 6 innerhalb der Lichtleiterplatte 1 dargestellt. Bei einer realen Lichtleiterplatte 1 sind diese flächige Lichtleitfaserelemente 6 je nach Lichtverhältnissen und Betrachtungswinkel oftmals als solche erkennbar.
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In 1 ist weiters ein Lichtbogen 18 in Form eines schematischen Blitzes dargestellt. Weiters veranschaulichen die Pfeile 20 das Licht bzw. dessen Weg.
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Bevorzugt ist die Lichtleiterplatte 1 umfassend bzw. aus Acryl bzw. PMMA ausgebildet. Besonders bevorzugt kann jedoch auch vorgesehen sein, die Lichtleiterplatte 1 aus Glas zu fertigen, wodurch die Brandgefahr im Umfeld eines Lichtbogens gegenüber Acryl bzw. PMMA deutlich gesenkt werden kann.
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Die flächigen Lichtleitfaserelemente 6 erstrecken sich bevorzugt im Wesentlichen durchgehend von einer ersten Seitenfläche 7 der Lichtleiterplatte 1 zu einer, dieser gegenüber liegenden zweiten Seitenfläche 8 der Lichtleiterplatte 1. In 1 sind die beiden Seitenflächen 7, 8 bezeichnet, wobei lediglich die erste Seitenfläche 7 tatsächlich sichtbar dargestellt ist. Die flächigen Lichtleitfaserelemente 6 verlaufen dabei quer durch die Lichtleiterplatte 1, wie etwa in 1 dargestellt, wobei nicht ausgeschlossen werden kann, dass innerhalb der Lichtleiterplatte 1 Fehlstellen bzw. Unterbrechungen an einzelnen Bereichen auftreten.
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Die flächigen Lichtleitfaserelemente 6 sind insbesondere gekrümmt in der Lichtleiterplatte 1 angeordnet. Die 1 und 3 zeigen jeweils unterschiedliche Arten einer solchen Krümmung bzw. Biegung. Bevorzugt verlaufen die flächigen Lichtleitfaserelemente 6 zufolge von Kegelschnittlinien.
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Insbesondere ist vorgesehen, dass die Lichtleitfaserelemente 6 im Wesentlichen rechtwinkelig zur Lichteinstrahlfläche 4 und zur Lichtaustrittsfläche 5 angeordnet sind. Dies hat sich hinsichtlich des Lichttransportes durch die Lichtleiterplatte 1 als besonders vorteilhaft erwiesen.
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Bevorzugt ist die gegenständliche Lichtleiterplatte 1 Teil eines Lichtbogendetektors 9. Dabei ist vorgesehen, dass an der Lichtaustrittsfläche 5 wenigstens mittelbar ein Lichtsensor 10 angeordnet ist. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass zwischen der Lichtaustrittsfläche 5 und dem Lichtsensor 10 eine Lichtumlenkvorrichtung 21 und/oder eine Lichtleiterfaser 17 angeordnet ist. 1 zeigt eine entsprechende Anordnung mit einer Lichtumlenkvorrichtung 21 und einem Lichtsensor 10. 2 zeigt eine Anordnung mit Lichtleiterfaser 17 und Lichtsensor 10.
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Der Lichtsensor 10 ist bevorzugt mit einer Steuer- und/oder Auswerteeinheit 11 zur Lichtbogenerkennung verbunden. Entsprechende Steuer- und/oder Auswerteeinheiten 11 bzw. Methoden zur optischen Lichtbogendetektion sind bekannt.
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Besonders bevorzugt ist die Anordnung einer gegenständlichen Lichtleiterplatte 1 bzw. eines Lichtbogendetektors 9 in einem Schaltschrank 12 vorgesehen. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Schaltschranks 12, in welchem ebenso schematisch dargestellte Installationsgeräte 16 angeordnet sind.
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Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass die wenigstens eine Lichtleiterplatte 1 an einer Innenseite 13 des Schaltschranks 12, insbesondere an einer Rückseite 14 des Schaltschrankes 12 und/oder einer Schaltschranktür des Schaltschrankes 12 angeordnet ist. Die Lichteinstrahlfläche 4 der wenigstens einen Lichtleiterplatte 1 ist dabei einem Innenraum 15 des Schaltschrankes 12 zugewandt, zur optischen Erfassung eines, im Innenraum 15 des Schaltschranks auftretenden Lichtbogens 18.
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An der Lichtaustrittsfläche 5 der wenigstens einen Lichtleiterplatte 1 ist wenigstens mittelbar ein Lichtsensor 10 angeordnet. Wie in 2 dargestellt, können zwischen der Lichtleiterplatte 1 und dem Lichtsensor 10 Lichtleiterfasern 17 angeordnet sein. Der Lichtsensor 10 ist mit der Steuer- und/oder Auswerteeinheit 11 zur Lichtbogenerkennung eines Lichtbogendetektors 9 verbunden.
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Um die ordnungsgemäße Funktion des Lichtbogendetektors 9 überwachen zu können, ist weiters bevorzugt vorgesehen, dass in dem Schaltschrank 12, der Lichteinstrahlfläche 4 gegenüber wenigstens ein Leuchtmittel angeordnet ist, welches zur vorgebbaren Ansteuerung mit der Steuer- und/oder Auswerteeinheit 11 verbunden ist. Dadurch kann in vorgebbaren zeitlichen Abständen jeweils ein definiertes Lichtsignal innerhalb des Schaltschrankes 12 erzeugt werden, und derart die Funktion des Lichtbogendetektors 9 geprüft werden. Dadurch kann auch verhindert werden, dass etwa die Lichteinstrahlfläche 4 abgedeckt wurde, was etwa in Unkenntnis der Funktion der betreffenden Platte seitens eines Beutzers passieren könnte.
