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In
der Messtechnik und Sensorik werden Retroflektoren verwendet, auch
Retroreflektoren oder kurz nachstehend Reflektoren genannt, die
aus einer Vielzahl von Tripeln oder Linsen bestehen zur Retroflexion
oder Umlenkung eines sensorischen Lichtstrahls. Diese Reflektoren
werden aus thermoplastischem Kunststoff gefertigt, bevorzugt aus
Acrylglas, Polycarbonat oder PVC als Kunststoffspritzgussteile oder
Kunststofffolien oder als Kombination von einer Vielzahl von Glaselementen
in Form von Einzeltripeln oder Einzellinsen, die in Kunststoff gebettet
sind und zu einer Fläche
angeordnet sind.
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Eine
wichtige Anforderung an solche Reflektoren ist die Formbeständigkeit
bei Wärmebelastung. In
der Nähe
von Öfen,
zum Beispiel in der Stahlverarbeitung, erhitzt die Wärmestrahlung
den Reflektor. Auch durch die modernen Anforderungen der Technik,
Maschinen und Geräte
immer kleiner und kompakter zu bauen, entstehen jetzt auch bei bisher
unproblematischen Anwendungen in der Sensorik, neue Temperaturprobleme
durch Wärmestau
innerhalb der Geräte.
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Als
Beispiel kann hier eine Druckmaschine dienen. Eine kompakt gebaute
Druckmaschine, die in ihrem Innern eine Reflexionslichtschranke
zur Überwachung
enthält,
erzeugt auf dem dazu gehörigen Reflektor
Temperaturen von bis zu 110°C.
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Der
Reflektor, der im Allgemeinen in Acrylglas gefertigt wird, verformt
sich und die Reflexlichtschranke arbeitet deshalb nicht mehr.
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Herkömmliches
Acrylglas (PMMA) zeigt sich nur bis ca. 65°C formbeständig, Polycarbonat bis ca. 99°C formbeständig. Polycarbonat
verschlechtert aber erheblich die Reflexleistung. Weil höhere Temperaturbereiche
für den
Ein satz der Reflektoren verlangt werden, wie in dem Beispiel des
kompakten Druckers, muss man bisher auf den in der Verarbeitung
wesentlich teureren Werkstoff Glas ausweichen.
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Wenn
hier von einer Beständigkeit
des Acrylglases von ca. 65°C
gesprochen wird, obwohl die Werkstofftabellen wesentlich höhere Temperaturbeständigkeiten
ausweisen, so deshalb, weil die Anforderungen an die Formstabilität der Reflektoren
für die Sensorik
wesentlich höher
sind, als für
herkömmliche transparente
Teile, wie zum Beispiel Lampengläser, die
aus Acrylglas gefertigt werden.
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Besonders
wenn die Reflektoren für
die Sensorik als Tripelspiegel ausgebildet sind, können geringe
Verformungen zu Winkelabweichungen innerhalb der Reflektorstruktur
führen.
Denn in Tripelspiegeln wird das eintreffende Licht über die
jeweils drei winkelgenau zueinander stehenden Spiegel eines Tripels
geführt,
um zur Lichtquelle zurückzukehren.
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Aus
der
JP 2002 189 110
A ist ein Reflektor bekannt, der eine Linse mit einer reflektierenden Struktur
als Vorderteil aufweist. Die reflektierende Struktur weist eine
Lichteintrittsseite und eine der Lichteintrittsseite abgewandte
Rückseite
auf, welche durch ein Rückteil
geschützt
ist, das mit dem Vorderteil einen Hohlraum bildet. Das Rückteil weist
einen dünnen
Bereich auf, welcher durch Erhöhung
des Innendrucks durch thermische Ausdehnung der im Hohlraum enthaltenen
Luft verformbar ist. Somit ist ein Druckausgleich im Inneren des
Hohlraums erzielbar. Der Reflektor mit dem deformierbaren Rückteil ist
zwar gut geeignet für
leicht erhöhte
Temperaturen. Bei weiter steigenden Temperaturen kann er jedoch keinen
ausreichenden Druckausgleich gewährleisten.
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Aus
der
US 4 033 676 sowie
Patent Abstracts of Japan 2002 081 759 A sind Reflektoren bekannt,
die einen Hohlraum aufweisen, welcher eine Öffnung aufweist. Die Öffnung dient
dazu, den Druck im Hohlraum entweder kontrol liert zu verringern
oder kontrolliert zu erhöhen.
Ein ungehinderter Druckausgleich zwischen Hohlraum und Umgebung
ist bei diesen Reflektoren nicht möglich.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Reflektoren aus
Kunststoff für
die Messtechnik und Sensorik zur Verfügung zu stellen, die auch in
höheren
Temperaturbereichen über
99°C hinaus
das bisherige Glas/Kunststoffsystem ersetzen können.
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Die
Erfindung beruht auf der Bestimmung eines für Tripelarrays wärmebeständigen Werkstoffgemisches,
der Verwendung einer Reflexstruktur, die aus einer Vielzahl von
Tripeln besteht und einer technischen Ausgestaltung, die erst die
Belastbarkeit durch erhöhte
Temperaturen möglich
macht.
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In
der Messtechnik sind die Anforderungen an die Lichtführung der
Reflektoren besonders hoch. Es wird die Retroflexion oder Lichtumlenkung
des sensorischen Lichtbündels
in einer beständigen
Kontur und Energieverteilung erwartet. Außerdem soll polarisiertes Licht
verwendbar sein, damit der Sensor mit Polfiltern arbeiten kann,
die eine Störung
der Messung durch fremde Lichtquellen weitgehend verhindern können.
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Deshalb
wird der erfindungsgemäße Sensorikreflektor
mit einer Vielzahl von Tripeln ausgerüstet, die durch ihre gleichmäßig ausgerichtete
Anordnung für
polarisiertes Licht geeignet sind (6 bis 9).
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Nun
sind aber besonders Tripelstrukturen gegenüber Wärmebelastung empfindlich. Denn
ein Tripel besteht aus drei Teilspiegeln. Wenn diese exakt in festen
Winkeln zueinander stehenden Teilspiegel sich durch Erwärmung um
wenige Bogenminuten in ihrer Stellung zueinander verändern, wird
das Licht unerwünscht
gestreut. Das reflektierte Lichtstrahlbündel verändert seine Kontur und die
Energieverteilung wird nachteilig gestreut. Der Licht empfänger des Sensors
erhält
ein verfälschtes
Signal oder ein zu schwaches Signal.
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Wählt man
als Werkstoff für
den Reflektor wegen der besseren Temperaturbeständigkeit statt Kunststoff den
Werkstoff Glas und wird dieses zur Abformung gepresst, so verliert
man bis zu 70 % der Reflexleistung. Denn Glas lässt sich nicht so präzise abformen
wie Kunststoff. Die Radien der vielen Tripelkanten sind wesentlich
größer und
die Winkelgenauigkeit der Tripelteilflächen zueinander ist bei einem
Glaspressling wesentlich geringer als zum Beispiel bei Polymethylmethacrylat
(PMMA). Nur durch Kombination von einzelnen Tripeln aus Glas, deren Teilflächen alle
präzise
geschliffen werden, lässt
sich bisher eine temperaturbeständige
Konstruktion bauen, wie sie in 1 und 2 gezeigt
werden. Solche sehr teuren, weil aufwendig zu fertigenden Glaskonstruktionen
sind jedoch nicht für
polarisiertes Licht und Verwendung von Polfiltern an den Sensoren
verwendbar. Bisher ist keine technische Lösung bekannt, die für die Wärmebelastung
von Reflektoren aus Kunststoff zwischen 99°C und 170°C für die Sensorik ohne erhebliche
Einschränkungen
geeignet ist. Die vorliegende Erfindung gestaltet eine Lösung des Problems.
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Auf
dem Markt sieht man, dass der Einsatz von Sensorikreflektoren sich
in drei Temperaturbereiche gliedern lässt, wobei die erreichte jeweilige Höchsttemperatur
als Gruppenmerkmal dient.
Anwender-Gruppe 1 bis 60°C,
Anwender-Gruppe
2 bis 150° C,
Anwender-Gruppe
3 bis 300° C.
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Die
Anwender-Gruppe 1 ist mit den herkömmlichen Konstruktionen der
Retroflektoren und den Werkstoffen Polymethylmethacrylat (PMMA) oder
Polycarbonat (PC) bedienbar. Für
die Anwender-Gruppen 2 gibt es keine Sensorikreflektoren aus Kunststoff
auf dem Markt. Die Anwender-Gruppe 3 arbeitet mit IMOS Firebeam-Reflektoren,
das sind Glaspresslinge aus Borosilikatglas in Stahl oder Gusseisen
eingefasst.
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In
umfangreichen Reihenversuchen wurden zunächst die transparenten Kunststoffe
auf dem Markt geprüft,
die für
höhere
Temperaturen als 60°C von
den Herstellern angeboten werden. Bei der Beurteilung der Transparenz
wurde der für
die Sensorik wichtige Lichtwellenlängenbereich von etwa 660 bis 900
nm untersucht. So konnten auch teiltransparente Kunststoffe mit
intensiver Eigenfarbe im sichtbaren Licht in die Untersuchung hinzugezogen
werden. Besonders für
den medizinischen Bereich werden zahlreiche, aber oft sehr teure
teiltransparente Kunststoffwerkstoffe angeboten. Es zeigte sich
aber, dass die Angaben der Kunststoffhersteller über die Formbeständigkeit
der Kunststoffe nicht für
die Auswahl aussagekräftig
sind. Schon geringe Verformungen der Tripelteilflächen im
Bereich von Bogenminuten durch Erwärmung führen zu nachteiligen Veränderungen der
Strahlkontur des retroflektierten Lichtbündels und damit zur Leistungsminderung
des Sensorikreflektors.
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Eine
weitere Ursache für
die Veränderung der
Reflexleistung liegt in der Verformung der Lichteintrittsfläche, also
der Oberfläche
des Sensorikreflektors, und damit der nachteiligen Lageveränderung
der Tripelachsen zur Lichtquelle des Sensors. Diese Verwölbung der
Oberfläche
ist die Folge des Anstieges des Innenluftdrucks des üblicher
weise luftdicht verschlossenen Reflektors. Denn der herkömmliche
Reflektor ist als wasserdichter Hohlkörper ausgebildet. So werden
die innenliegenden Tripelteilflächen
geschützt
vor eindringendem Wasser oder Staub. Die Tripelteilflächen spiegeln
das Licht aufgrund der Totalreflexion an der Grenzschicht zwischen
Kunststoff und Luft. Eindringendes Wasser würde die Totalreflexion an der
Kunststoffgrenzschicht aufheben.
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Es
wurden für
die Versuchsreihen Messtechnikreflektoren in den verschiedenen Werkstoffen
im Kunststoffspritzguss gefertigt und mit Ultraschall ver schweißt. Es kam
bei den Experimenten häufig
vor, dass die ursprünglich
plattenförmigen
Messtechnikreflektoren sich kugelförmig verformten. Aber auch wenn
die Außenkontur
der Messtechnikreflektoren beständig
blieb, waren doch die Winkelveränderungen
der Tripelteilflächen
zueinander und/oder die Vergrößerungen
der Radien der Tripelkanten so erheblich, dass die Retroflexionsleistung
unter 30 % der Leistung vor der Wärmebelastung sank.
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Die
Suche nach hitzebeständigen,
transparenten Werkstoffen außerhalb
von Acrylaten und Polycarbonaten erwies sich als Irrweg. Es war
keine präzise
Abformung hochfeiner Strukturen möglich, die Transparenz ungenügend und
am schwerwiegendsten war die nachteilige Veränderung der Transparenz durch
Wärmebelastung.
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Die
Lösung
der Probleme wurde durch überraschend
einfache konstruktive Maßnahmen
erreicht:
Für
den Werkstoff fand sich eine Kombination in der Werkstofffamilie
der thermoplastischen Polyacrylate. Als sehr temperaturbeständiger und
transparenter Werkstoff erwies sich in den umfassenden Reihenversuchen
Polymethacrylmethylimid. Wegen seiner starken Klebrigkeit ist jedoch
eine Abformung optischer Fein- und Mikrostrukturen nicht möglich. Erst durch
die Kombination mit Methylmethacrylat entsteht ein Werkstoff, der
sich bei etwa 270°C
gut aufschmelzen lässt
und sich bei sehr hohen Temperaturen des Abformwerkzeuges von ca.
140°C (statt
herkömmlicher
70°C) zur
nahezu klebfreien Abformung des Sensorikreflektors eignet. Verwendet
wurde ein von der Röhm
GmbH Chemische Fabrik, Darmstadt, hergestellter Werkstoff mit der
Bezeichnung „Pleximid
8817".
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Der
Sensorikreflektor wird zweiteilig gefertigt: aus einem Vorderteil,
das die zur Retroflexion geeigneten Tripel trägt, die in den 6 bis 9 erläutert werden,
und einem Rückteil,
das die der Lichteintrittsseite abgewandte Rückseite der reflektierenden
Struktur abdeckt. Das Vorderteil und das Rückteil werden miteinander verbunden,
zum Beispiel durch Ultraschallschweißen an der Berührungsnaht.
Um die Verformung des thermoplastischen Sensorikreflektors bei starker
Wärmebelastung
zu verhindern, wird alternativ oder ergänzend zur oben genannten Maßnahme der
sonst zur Verformung führende
Innendruck des Hohlraumes entgegen bisher üblicher luft- und wasserdichter
Gestaltung von Reflektoren durch bewusstes Herstellen von „Undichtigkeit" entspannt. Entweder
werden Öffnungen
in das Rückteil oder
Vorderteil angebracht, oder es wird durch Reduzierung der Schweißenergie
die Schweißnaht
nicht vollständig
geschlossen. In einer zusätzlichen
Ausführungsform
kann das Rückteil
als Membran zum Druckausgleich gestaltet werden. Die Öffnungen oder
die Membran sind insbesondere dann zweckmäßig, je näher die Temperatur an die als
besonders vorteilhaft ermittelte Abformtemperatur von 140°C heranreicht.
So ist es zweckmäßig, ab
ca. 100°C
die Membran zu verwenden, ab 120°C
zusätzlich
oder alternativ Öffnungen
zum Druckausgleich. Der Sensorikreflektor ist dann funktionstüchtig bei
Temperaturen bis 150°C,
kurzzeitig auch bis 170°C.
Besonders hervorzuheben ist, dass der Sensorikreflektor für polarisiertes
Licht in der Sensorik geeignet ist. Damit wird ein wichtiges Aufgabengebiet
der Sensorik erschlossen, nämlich
die Beobachtung von Arbeitsabläufen
durch Lichtsensoren unter Arbeitsbedingungen in erhöhten Temperaturbereichen.
Oft kann der Sensor vor der Hitze dadurch bewahrt werden, dass er
selbst in einem kühlen
Bereich positioniert wird, während
nur der Sensorikreflektor dem erhitzten Bereich ausgesetzt wird.
Durch einen genügend
langen Lichtweg lässt
sich der Weg vom geschützten
kühlen Bereich
bis zum heißen
Bereich überbrücken. Dies ist
durch die besondere Bauform des Sensorikreflektors erst möglich. Es
können
auch große
Beobachtungsentfernungen mit dem Sensorikreflektor realisiert werden.
Der Sensorikreflektor ist ein großer Fortschritt in der Messtechnik
und ist dennoch sehr preiswert als Kunststoffspritzgussteil oder
Folie zu fertigen.
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Nachstehend
werden die Zeichnungen erläutert.
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1 und 2 zeigen
Darstellungen von herkömmlichen
Reflektoren nach dem Stand der Technik.
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3 bis 10 zeigen
mehrere Ausführungsformen
von erfindungsgemäßen Reflektoren.
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1 zeigt
einen herkömmlichen
Reflektor für
erhöhte
Temperaturen bis ca. 140°C
nach dem Stand der Technik. In eine besonders wärmebeständige Kunststoffmasse 1 werden
Glaselemente 2 eingebettet. Diese Glaselemente können Linsen 3 sein, wie
in diesem Beispiel gezeigt. Linsen eignen sich jedoch nicht für polarisiertes
Licht. Außerdem
streuen die Linsen das Licht zu stark, so dass der Energieverlust
erheblich ist. Die eingebetteten Glaselemente sind auf ihrer Rückseite 4 metallisch
verspiegelt. Das Licht des Sensors 5 trifft auf die Glaselemente
und wird nur zum Teil in Richtung 6 reflektiert zum Empfangsteil
des Sensors.
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2 zeigt
eine weitere Ausführungsform
eines herkömmlichen
Reflektors für
erhöhte
Temperaturen bis ca. 140°C
nach dem Stand der Technik. In eine besonders wärmebeständige Kunststoffmasse 7 werden
Glaselemente eingebettet. Diese Glaselemente sind in diesem Beispiel
mechanisch geschliffene Tripel 8. Die Tripel sind auf ihrer
Rückseite 10 metallisch
verspiegelt. Das Licht 11 vom Sensor trifft auf die Lichteintrittseite 9 der
Tripel 8 und wird retroflektiert in einer Richtung 12 zum
Empfangsteil des Sensors.
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Auch
dieser Reflektor (2) ist aber für die meisten
Sensoren nicht verwendbar. Obwohl Tripel verwendet werden, kann
polarisiertes Licht nicht so retroflektiert werden, dass der Sensor
mit Polfiltern arbeiten könnte.
Denn die Tripel 8 aus Glas können nicht in der Kunststoffmasse 7 exakt
zueinander ausgerichtet positioniert werden, um polarisiertes Licht führen zu
können.
Durch die geringen Positionsfehler der Tripel zueinander wird die
Polarisation aufgehoben.
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3 zeigt
eine Ausführung
des erfindungsgemäßen Sensorikreflektors
gefertigt aus einem transparenten Acrylpolymer auf Basis von Methylmethacrylat
und Polymethacrylmethylimid. Der Sensorikreflektor ist aus zwei
Teilen gefertigt, aus einem Vorderteil 13, in diesem Beispiel
als Platte ausgebildet, und einem Rückteil 14, das in
diesem Beispiel als ein nach einer Seite offener Kasten ausgebildet
ist. Beide Teile des Sensorikreflektors sind am Rand mittels Ultraschall
miteinander verschweißt.
Somit ist der Sensorikreflektor als Hohlkörper ausgebildet. Das Rückteil besitzt
eine oder mehrere Öffnungen 16, durch
die ein Luftaustausch eines vom Vorderteil 13 und Rückteil 14 umschlossenen
luftgefüllten
Hohlraumes 17 mit der Umgebungsluft möglich ist.
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Das
Vorderteil 13 des Sensorikreflektors trägt eine reflektierende Struktur
aus einer Vielzahl von Tripeln 18. Hinter den Tripeln befindet
sich der luftgefüllte
Hohlraum 17 des Sensorikreflektors, so dass die Tripel
das vom Sensor ausgesandte Licht 19, das in die Oberfläche des
Sensorikreflektors an der Lichteintrittsseite 20 eindringt,
durch Totalreflexion an der der Lichteintrittsseite 20 abgewandten Rückseite 20a in
Richtung 21 zum Empfangsteil des Sensors retroflektieren.
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Die
Anordnung der Tripel als Array ermöglicht die Retroflexion oder
Lichtumlenkung von polarisiertem Licht. Somit kann das Sensorsystem
mit Polfiltern arbeiten.
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In
einer weiteren Ausführungsform
können die
Tripel 18 an ihrer dem Hohlraum zugewandten Rückseite 20a durch
Bedampfen oder Sputtern metallisch verspiegelt werden. Dadurch wird
die Totalreflexion aufgehoben und stattdessen die metallische Spiegelung
genutzt. Die metallische Spiegelung bedeutet einen Energieverlust
von etwa 15-20 % gegenüber
der Spiegelung durch Totalreflexion. Als metallische Verspiegelung
der Tripel 18 wird die Verspiegelung mit Gold oder Aluminium
empfohlen. Diese Metalle halten bei Wärmebelastung über 100°C stand,
während
Silber oder Kupfer nachteilig korrodieren. Die empfohlene metallische
Verspiegelung mit Gold schützt
die Tripel vor eindringender Feuchtigkeit oder Staub, die beim Abkühlen des
Sensorikreflektors über
die Öffnungen 16 eindringen
können.
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4 zeigt
die Ansicht des erfindungsgemäßen Sensorikreflektors
von vorn, der Lichteintrittsseite 20 in 3 gesehen.
Die Tripel 18 sind in diesem Beispiel Fullcube-Tripel,
deren Tripelteilflächen
etwa Quadraten entsprechen. Die Tripel 18 sind zu einem Array
angeordnet. Diese Anordnung ermöglicht
eine präzise
Strahlführung
des polarisierten Lichts.
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Das
Vorderteil 13 der 3 des Sensorikreflektors
ist mit dem Rückteil 14 der 3 an
der Nahtstelle 15 durch Ultraschallschweißtechnik
verbunden.
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5 zeigt
die Ansicht des erfindungsgemäßen Sensorikreflektors
von hinten, so dass das Rückteil 14 mit
den Öffnungen 16 sichtbar
wird. Das Rückteil 14 der 3 des
Sensorikreflektors ist mit dem Vorderteil 13 der 3 an
der Nahtstelle 15 durch Ultraschallschweißtechnik
verbunden.
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Die Öffnungen 16 erlauben
einen Luftaustausch des Hohlraumes 17 der 3 mit
der Umgebungsluft. Diese Öffnungen
könnten
auch im Vorderteil 13 des Sensorikreflektors angebracht
werden. Wird der Sensorikreflektor zum Beispiel bis 150°C erwärmt, so
würde die
im Hohlraum 17 eingeschlossene Luft sich ausdehnen und
den thermoplastischen Körper
des Sensorikreflektors verformen. Dabei würden die Tripel 18 ihre
Tripelachse bezogen zum einfallenden Licht 19 verändern und
die Reflexionsleistung würde
erheblich sinken. Durch den entstehenden Luftdruck würden auch
die Teilflächen
der Tripel 18 sich in ihrer Winkelstellung zueinander verändern und
die Lichtführung
würde sich
so nachteilig verändern,
dass der Sensorikreflektor unbrauchbar wäre. Die Öffnungen 16 bewirken
den Druckausgleich bei Erwärmung
und gewährleisten
die dauerhafte Funktion des Sensorikreflektors.
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6 bis 9 zeigen
einige beispielhafte Tripelstrukturen, die für den erfindungsgemäßen Sensorikreflektor
geeignet sind und die die Verwendung von polarisiertem Licht für den Sensor
ermöglichen.
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6 zeigt
ein Array aus Fullcube-Tripeln. Für die Retroflexion von polarisiertem
Licht und Laserlicht ist diese Tripelstruktur zu empfehlen. Besonders
als Feinstruktur oder Mikrostruktur mit Schlüsselweiten der Tripel kleiner
1,5 mm ist die Strahlführung
des Lichtes auch bei Bewegung des Lichtstrahles über das Tripelarray zuverlässig zu
gestalten. Der tiefste Punkt, die Spitze des Tripels, ist 22.
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7 zeigt
ein Array von pyramidalen Tripeln, die besonders für erfindungsgemäße Sensorikreflektoren
geeignet sind, wenn diese als dünne
Folien ausgebildet werden. Der tiefste Punkt, die Spitze des Tripels,
ist 23.
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8 zeigt
ein Array, wie es für
Weitwinkelsysteme oder Lichtumlenkungen verwendet wird. Diese Tripelstrukturen
sind bei Erwärmung
besonders empfindlich, weil schon die Veränderung der Tripelteilflächen im
Winkel zueinander um wenige Bogenminuten die Lichtführung nachteilig
verändert. Diese
Tripelstrukturen erfordern bei Erwärmung über 120°C die erfindungsgemäße Ausgestaltung
des Sensorikreflektors, wie in 3 gezeigt.
Der tiefste Punkt, die Spitze des Tripels, ist 24.
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9 zeigt
ein Zwischentripelsystem, das aus drei Tripelformen zusammengefügt ist. 25, 26, 27 zeigen
den jeweils tiefsten Punkt, die Spitze des jeweiligen Tripels. Diese
Tripelstruktur ist sehr stark lichtstreuend und deshalb gegenüber Erwärmung und
Veränderung
der Tripelteilflächen
zueinander etwas unempfindlicher als die vorher gezeigten Tripelstrukturen.
Jedoch ist durch die streuende Lichtführung auch die Energieverteilung
ungünstiger
und es muss ein Energieverlust von ca. 25-30 % in Kauf genommen
werden.
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10 zeigt
eine weitere Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Sensorikreflektors.
Der Sensorikreflektor ist gefertigt aus einem transparenten Acrylpolymer
auf Basis von Methylmethacrylat und Polymethacrylmethylimid. Der
Sensorikreflektor ist wie in 3 aus zwei
Teilen gefertigt, aus einem Vorderteil 28, in diesem Beispiel
als Platte ausgebildet, und einem Rückteil 29, das in
diesem Beispiel als ein nach einer Seite offener Kasten ausgebildet ist.
Das Rückteil
hat einen umlaufenden Rand 30.
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Das
besondere an dem Rückteil
ist, dass es wesentlich dünner
in der Materialstärke
ausgebildet ist, als das Vorderteil 28 des Sensorikreflektors.
Bevorzugt wird eine um mindestens 30% stärkere Materialstärke des
Vorderteils 28 im Vergleich zum Rückteil 29. So kann
sich bei Erwärmung
und damit ansteigendem Innendruck des luftgefüllten Hohlraumes 32 das
Rückteil 29 zum
Druckausgleich verformen, weil es wesentlich schwächer ausgebildet
ist als das Vorderteil 28. Das Rückteil 29 ist also
als Druckausgleichsmembran ausgebildet.
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Vorderteil 28 und
Rückteil 29 des
Sensorikreflektors sind am Rand 30 mittels Ultraschall
miteinander verschweißt.
Somit ist der Sensorikreflektor ein Hohlkörper. In diesem Beispiel sind
keine Öffnungen zum
Luftaustausch und Druckausgleich im Rückteil 29 angebracht.
Der Sensorikreflektor bleibt in dieser Bauweise bis etwa 120°C funktionstüchtig.
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Soll
nun die Temperatur weiter erhöht
werden, so kann anstelle der Öffnungen 16 in 3 und 5 die
Schweißnaht 31 des
Vorder- und Rückteiles
so ausgeführt
werden, dass diese nicht vollständig
luftdicht ist. Bei weiterem Anstieg des Luftinnendrucks im Hohlraum 32 kann
die Luft über
die Öffnungen
in der Schweißnaht 31 entweichen.
Die Tripel 33 werden nicht verformt.
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So
besitzt dann der Sensorikreflektor eine oder mehrere Öffnungen
in der Schweißnaht 31, durch
die ein Luftaustausch des luftgefüllten Hohlraumes 32 mit
der Umgebungsluft möglich
ist. Beim Verschweißen
mit Ultraschall von Vorderteil und Rückteil des Sensorikreflektors
kann durch Reduzierung der Schweißenergie die Schweißverbindung
so ausgebildet werden, dass sie nicht luftdicht schließt und Öffnungen
von 0,1 mm oder kleiner an einigen Stellen der Schweißnaht 31 verbleiben.
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Wenn
das als Membran ausgebildete Rückteil 29 stark
verformt ist, können
die nur 0,1 mm oder kleineren Öffnungen
in der Schweißnaht 31 dem
Luftdruck nachgeben und den Überdruck
abblasen.
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Diese Öffnungen
können
auch zusätzlich durch
Gestaltung der Schweißnaht 31 so
ausgebildet werden, dass sie sich bei der Verformung der Membran 29 erweitern,
weil durch die Hebelwirkung die Membran an den Öffnungen in der Schweißnaht 31 den
Rand des Rückteiles
anhebt, so dass die flächige Verbindung
zum Vorderteil 28 kleiner wird.
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Das
Vorderteil 28 des Sensorikreflektors trägt als reflektierende Struktur
eine Vielzahl von Tripeln 33. Hinter den Tripeln befindet
sich der luftgefüllte
Hohlraum 32 des Sensorikreflektors, so dass die Tripel
das vom Sensor ausgesandte Licht, das in die Oberfläche an der
Lichteintrittsseite 36 des Sensorikreflektors eindringt,
durch Totalreflexion an der Rückseite 36a zum
Empfangsteil des Sensors retroflektieren.
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Die
Anordnung der Tripel als Array ermöglicht die Retroflexion oder
Lichtumlenkung von polarisiertem Licht. Somit kann das Sensorsystem
mit Polfiltern arbeiten.
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Zusätzlich können die
Tripel 33 an ihrer dem Hohlraum zugewandten Rückseite 36a metallisch verspiegelt
werden. Dadurch wird die Totalreflexion aufgehoben und stattdessen
die metallische Spiegelung genutzt. Als metallische Verspiegelung
der Tripel 18 wird die Verspiegelung mit Gold oder Aluminium
empfohlen.
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11 zeigt
den erfindungsgemäßen Sensorikreflektor
mit dem Vorderteil 28 und dem Rückteil 29, das eine
als Membran ausgebildete Rückwand aufweist.
Durch Erwärmung
und damit verbundenem Anstieg des Luftinnendrucks des Hohlraumes 32 hat sich
die Membran von ihrer normalen Lage auf einer gedachten Grundlinie 34 entfernt.
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Das
vom Sensor kommende Licht 35 dringt durch die Oberfläche 36 des
transparenten Thermoplasten des Vorderteiles 28 des Sensorikreflektors ein,
wird in den Tripeln 33 umgelenkt, an der Rückseite 36a totalreflektiert
und in Richtung 37 zum Empfänger des Sensors zurückgesandt.
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Es
ist zusammenfassend folgendes festzuhalten:
Die Erfindung betrifft
einen Sensorikreflektor für
erhöhte
Temperaturbereiche mit einer Vielzahl von Tripeln zur Lichtreflexion,
besonders von polarisiertem Licht in der Sensorik.
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Der
Sensorikreflektor weist eine Vielzahl von Tripeln auf zur Lichtreflexion
und Lichtumlenkung, besonders von polarisiertem Licht in der Sensorik, wie
an Reflexlichtschranken, optischen Abstandssensoren, optischen Brandmeldern
und Bewegungsmeldern.
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Der
Sensorikreflektor wird mit einem hitzebeständigen, abformbaren, transparenten
Werkstoff, einem thermoplastischen Acrylpolymer auf Basis von Methylmethacrylat
und Polymethacrylmethylimid in zwei Teilen als Hohlkörper gefertigt,
die zum Druckausgleich mit einer Membran und/oder einer oder mehreren Öffnungen
versehen sind.