DE2344283A1

DE2344283A1 - Augenschutzschirm fuer schweisser

Info

Publication number: DE2344283A1
Application number: DE19732344283
Authority: DE
Inventors: Tore Feuk; Aake Hoernell; Bjoern Tengroth; Jan Wulcan
Original assignee: Goetaverken AB
Current assignee: Goetaverken AB
Priority date: 1972-09-04
Filing date: 1973-09-03
Publication date: 1974-03-21
Also published as: DK131019C; GB1446734A; NL7312110A; DD107207A5; DK131019B; FR2197564B1; JPS4986241A; FR2197564A1; AU5982173A; PL86968B1; CA989216A; CH559037A5; AU473259B2

Description

Augenschutzschirm für Schweisser

Ein am Werkstück arbeitender Schweisser hat keinerlei Sichtkon takt mit seiner Umgebung, wenn er eine Schweisserbrille oder einen anderen, vergleichbaren Augenschutz trägt und der Schweisslichtbogen nicht brennt. Das bedeutet, daß der Schweisser seinen Augenschutz abnehmen muß, wenn er nicht schweißt und andere Aufgaben zu erfüllen hat. Trägt der Schweisser eine vollständige Maske und schwenkt die Schutzfilter auf, so hat er einen guten Schutz gegen mechanische Schäden und auch einen akzeptablen Schutz gegen UV-Strahlung. Wird die Vollmaske beiseite geschwenkt, was recht häufig ist, so ist das Gesicht ungeschützt; das gleiche gilt dann, wenn eine Handmaske benutzt wird. Die Gefahr mechanischer Verletzungen durch Schlacketropfen und dergl. und auch Strahlung

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von benachbarten Schweissern ist dann sehr groß. Um völlig geschützt zu sein, müßte der Schweisser während aller Arbeitsverrichtungen eine Vollmaske tragen, und das könnte dann verlangt werden, wenn die Sicht des Schweissers mit angelegten Schutzfiltern auf etwa 0,5 der normalen Sicht gesteigert werden kann- Bei einer derartigen Sicht kann der Schweisser seine Stellung erkennen, sich in der Werkstatt bewegen, seine Position finden sowie die richtige Lage der Schweißnaht und auch andere notwendige Aufgaben erfüllen.

Die Sicht ohne Schutz hängt sowohl von der spektralen Verteilung der allgemeinen Werkstattbeleuchtung ab als auch von deren Intensität, sowie der Anordnung und Richtung der Lichtquellen. Diese Faktoren sind unter Berücksichtigung der physiologischen Eigenschaften des Auges so zu optimieren, daß die Forderung nach einem Schutz die Möglichkeiten der Herstellung eines guten Schutzglases nicht hindert. Die heute erhältlichen Filter haben diese Gesichtspunkte in keiner Weise berücksichtigt, sondern werden meist mit großen Toleranzbereichen oberhalb des vorgeschriebenen Sicherheitspegels innerhalb des Sichtfeldes hergestellt. Um die Forderung nach Sicht mit angelegten Schutzfiltern zu erfüllen, müsste die Allgemeinbeleuchtung auf einen übersteigerten Wert erhöht werden. Die Gefahr von Schaden ist durch die Lichtstärke des Schweißlichtbogens bestimmt und auch durch dessen spektrale Verteilung. Das Strahlungsspektrum eines Schweißlichtbogens kann hinsichtlich der Gefahren von Schäden in drei Wellenlängengebiete unterteilt werden,

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nämlich UV-Strahlung (UV) - loo-4op nm, sichtbare Strahlung (VIS) - 4oo-78o nm und Infrarotstrahlung (IR) - 78o-lo nm, die alle dem menschlichen Auge Schaden zufügen.

Die Sicherheitsvorschriften definieren die Grenzen für den Schutz bei Langzeiteinwirkung als die Intensität der Strahlung aus verschiedenen Bereichen des Spektrums nahe am Auge. Die an das Schutzglas gestellten Forderungen werden dann vom Spektrum der Emission des Schweißlichtbogens abhängen. ^:

Der Schutz innerhalb der Bereiche UV und IR kann mit herkömmlichen Mitteln erreicht werden, da sie auf die Sicht keinen Einfluß haben. Sie stellen keinen Teil dieser Erfindung dar, es liegt aber auf der Hand, daß die erfindungsgemäß hergestellten Gläser auch die Forderungen und Vorschriften betreffend Schutz gegen UV- und IR-Strahlung erfüllen müssen.

Für sichtbares Licht (Wellenlänge 4oo-78o nm) müssen die physiologischen Eigenschaften des Auges gebührend berücksichtigt werden. Die folgenden Forderungen müssen erfüllt werden:

780

F (λ) E_s (λ) dXP
■400

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geändert

F(A) = Durchlässigkeitskurve des Filters, E_ (A) = Spektrum der Emission des Lichtbogens auf das Auge ohne jedes Schutzfilter und

P = Lichtstärkemaximum auf das Auge nach den Sicherheitsvorschriften darstellen.

Der variable Faktor F(A) ist so festzulegen, daß die Sicht des Schweissers optimiert wird.

Die Basis für die Funktion des Aug*es ist die Empfindlichkeit der Netzhaut gegen Licht unterschiedlicher Eigenschaften. Die Empfindlichkeitskurve ist je nach Stärke des Lichts unterschiedlich.

Die Reaktion auf die Intensitä verschiedener Farben wird durch die Empfindlichkeitskurve festgelegt. Schwankungen der letzteren mit dem Beleuchtungspegel bedeuten, daß das Schutzfilter bei seinem Durchlässigkeitsmaximum eine ausreichende Menge Licht von der Umgebung zum Auge durchlassen muß, um ein normales Farbsehen zu ermöglichen. Untersuchungen über diese Forderung haben gezeigt, daß die allgemeine Beleuchtung innerhalb des gesamten Bereiches sichtbarer Strahlung nicht ausreichen wird. Es ist erforderlich, eine größere Durchlässigkeit innerhalb eines begrenzten Bandes zu akzeptieren, da sonst der Schweisser in einer Umgebung Grau-in-Grau arbeitet.

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Die Beleuchtung ist von ausschlaggebender Bedeutung zum Ermöglichen einer guten Sicht. Vor allem muß die Beleuchtung für gewöhnliche Arbeiten ausreichen, die ohne jedes Schutzfilter durchgeführt werden können. Diese Beleuchtung muß durch Beleuchtungskörper ergänzt werden, die gut zum wirklichen Band von Wellenlängen passen, innerhalb dessen das Schutzfilter sichtbares Licht durchläßt. Die Art der Allgemeinbeleuchtung ist so zu wählen, daß sie ein Lichtstärkemaximum innerhalb des wirklichen Teils des Spektrums des Schweißers hat und gleichzeitig eine gute Allgemeinbeleuchtung liefert.

Untersuchungen über die Spektralverteilung der Emission von verschiedenen Arten von Beleuchtungskörpern haben gezeigt, daß der Natrium-, Quecksilber- und Metallhalogen-Typ am vorteilhaftesten ist. Die letzterwähnten ergeben eine sehr feine Farbwiedergabe mit einer Anzahl geeigneter Lichtstärkenmaxima.

Gründliche Untersuchungen über die Spektralverteilung der Intensität von Strahlung für verschiedene Arten von häufig verwendeten Schweiss-Elektroden und dergleichen Ausrüstungen haben zumindest einen deutlich ausgeprägten Tiefpunkt innerhalb des sichtbaren Teils des Spektrums gezeigt, bei dem somit die Lichtstärke gering ist. Erfindungsgemäß ist der Augenschutz als ein Interferenzfilter ausgeführt, das nur den Durchgang einer be-

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grenzten Zahl schmaler Bänder zuläßt, die an Stellen des Spektrums liegen, bei denen Messungen zeigen, daß die Lichtstärke nur schwache, schädigende Auswirkungen auf das menschliche Auge hat. Das Interferenzfilter kann natürlich kombiniert werden mit einem Filter oder durch ein Filter verbessert und ergänzt werden, das einen allgemein dämpfenden Einfluß auf das emittierte Licht ausübt.

Gemäß einer weiteren Entwicklung der Erfindung sind die Interferenz-Eigenschaften des Filters so zu wählen, daß es Strahlung innerhalb desjenigen schmalen Bandes des Spektrums durchläßt, innerhalb dessen als Allgemeinbeleuchtung in der Werkstatt benutzte Entladungslampen emittieren. Bei solche Entladungslampen werden vorzugsweise gelbe Natriumlicht-Lampen verwendet, wenn Elektro-Schweissen angewendet wird.

Der Augenschutz wird vorzugsweise so ausgeführt, daß er das einzelne Auge bedeckt und er ist als Kugel-Abschnitt geformt, der den gleichen Mittelpunkt wie der Augapfel hat, wobei zwei solcher Gläser in einem Brillengestell kombiniert oder in eine Gesichtsmaske eingesetzt werden.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die Zeichnungen erläutert, in denen

Figur 1 eine graphische Darstellung zeigt in der

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die Intensität des von einer elektrischen Schweißelektrode häufig benutzten Typs emittierten Lichts in verschiedenen Teilen des Spektrums eingetragen ist, 0,3 m vom Auge entfernt gemessen,

Figur 2 eine graphische Darstellung zeigt in der

die Durchlässigkeit des Schutzfilters eingetragen ist,

Figur 3 stark vereinfacht das Auge zeigt und den

bevorzugten Typ des benutzten Schutzglases.

Bekanntlich treten während eines Schweißvorganges verschiedene, für das Auge schädliche Phänomene auf. Diese Phänomene können je nach den zur Anwendung kommendem Schweißverfahren und abhängig von dem benutzten Schweißgerät etwas unterschiedlich sein, jedoch lassen sich die Bedingungen im Prinzip durch die Kurve 10, Figur 1, darstellen, in der die X-Achse die Wellenlänge angibt und die Y-Achse die Intensität der Strahlung. Die Strahlung im Ultraviolett-(UV) - und iir Infrarot-Bereich (IR) ist gefährlich und muß, wie bereits erwähnt, daran gehindert werden, durch das Glas hindurchzutreten. Die Bedingungen im sichtbaren Bereich waren nicht sehr gut bekannt ,„ es wurde jedoch akzeptiert, daß erschwerende Intensitätsmaxima auftraten. Als Gegenmittel verwendete man daher ein Schutzglas, das sämt-

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liches Licht in einem gewissen Umfang dämpft, wie durch die Linie 11 angedeutet. Die oberhalb dieser Linie auftretenden Maxima konnten als harmlos angesehen werden.

Diese sehr dunklen Gläser ließen den größten Teil des Lichts der Allgemeinbeleuchtung.nicht durch, und der Schweisser konn, te, wie bereits eingangs gesagt, den intensiv beleuchteten Raum um den Schweißlichtbogen herum sehen, hatte jedoch Schwierigkeiten, in einer gewissen Entfernung vom Lichtbogen überhaupt etwas zu sehen und konnte praktisch nichts sehen, wenn der Lichtbogen nicht brannte. Er hatte daher offensichtlich Schwierigkeiten, sich über einen sehr eng begrenzten Arbeitsbereich hinaus zurechtzufinden.

Die Strahlungsintensität zeigt, wie bereits erwähnt, zumindest einen deutlich ausgeprägten Tiefpunkt in der Spektralverteilung. Ein derartiger Tiefpunkt liegt in Figur 1 im rechten Teil des sichtbaren Bereichs. Erfindungsgemäss wird das Interferenzfilter so ausgewählt, daß es innerhalb eines Bandes durchlässig ist, das einen Teil des Unterteils des Tiefpunkts überdeckt, jedoch keine anderen Wellenlängen erfaßt.

Die Empfindlichkeit des Auges ist, wie oben angegeben, innerhalb verschiedener Bänder des sichtbaren Bereichs des Spektrums merklich unterschiedlich. Es ist z.B. festgestellt wor-

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den, daß die Sicht innerhalb des blauen und des roten Bereichs (380-450 bzw. 600-700 nm} schlechter ist als innerhalb des gelben und des grünen Bandes. Wenn nun ein Tiefpunkt z.B. das rote und das gelbe umfaßt, so darf das Interferenzfilter nicht so gewählt werden, daß es innerhalb des roten Bandes durchläßt. Anstelle dessen muß ein innerhalb des angrenzenden, gelben Bandes durchlassendes Filter gewählt werden, da das Auge dort eine größere. Empfindlichkeit aufweist.

Der dämpfende Effekt des Filters auf die Sicht ist innerhalb des gewählten, speziellen Wellenlängen-Bandes etwa direkt proportional dem Verhältnis zwischen der Lichtstärke des Schweißlichtbogens und der Lichtstärke der Allgemeinbeleuchtung. Die Beleuchtungseinrichtung in der Werkstatt ist daher so zu wählen, daß ein Strahlungsmaximum innerhalb des speziellen Bandes liegt, sie muß jedoch auch eine akzeptable Ällgemeinbeleuchtung ergeben. Untersuchungen haben gezeigt, daß ein Optimum sowohl an Schutzwirkung als auch an Sicht mit Filtern erhalten wird, die innerhalb des Bandes 57O-6OO nm durchlässig sind, d.h. innerhalb des Bandes, in dem Natrium-, Quecksilber- und bestimmte Metallhalogen-Lampen ihr Lichtstärkenmaximum haben.

In Figur 1 deutet der senkrechte Strich 12 die Breite des Bandes des von einer Entladungslampe emittierten Lichtes sowie dessen Lichtstärke am Arbeitsplatz des Schweissers an.

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Durch geeignete Wahl des Interferenzfilters ist es -wie dies die Figur 2 zeigt- möglich, sämtliche Strahlung im UV- und IR-Bereich abzuschirmen, sowie auch praktisch sämtliche Strahlung im sichtbaren Bereich mit Ausnahme des schmalen Bandes oder "Fensters" 16, das mit dem Lichtstärkemaximum für die Allgemeinbeleuchtung zusammenfällt. Die X-Achse von Figur 2 gibt wie in Figur 1 die Wellenlänge und die Y-Achse den Durchlaßgrad an.

Der Durchlässigkeitsgrad eines einzelnen Filters kann unter Berücksichtigung mehrerer Faktoren gewählt und der Sicht des einzelnen Trägers angepaßt, werden.

Ein wichtiger Faktor ist die Formgestaltung des Filters. Ein Interferenzfilter funktioniert dann einwandfrei, wenn der Winkel zwischen dem Lichtstrahl und dem Filter konstant ist, gewöhnlich 90 . Sämtliche Strahlung, die für das Auge sehr gefährlich ist, müßte daher auf das Filter 13 von Figur 3 recht-

winklig auftreffen. Das wird dann erreicht, wenn das Glas so geformt ist, daß es das einzelne Auge überdeckt und einen Teil einer Kugel mit demselben Mittelpunkt wie das Auge bildet, wobei zwei Gläser in einem Brillengestell kombiniert werden.

Das ist der tatsächliche Idealfall, jedoch auch die kostspieliegste Lösung. Der einfachste Weg besteht darin, ein planes

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Glas zu nehmen, das beide Augen bedeckt, jedoch ergibt das nur für bestimmte Richtungswinkel einen vollen Schutz. Es gibt mehrere Kompromisse zwischen Wirkungsgrad und Preis, dazu gehört z.B. ein Glas, das beide Augen abdeckt und in einem Bogen gewölbt ist, dessen Mittelpunkt zwischen und hinter den Mittelpunkten beider Augen liegt. Es ist natürlich auch möglich, ein einziges Stück doppelt zu biegen, so daß es vor beiden Augen eine konvexe Form erhält.

Bei der vorstehenden Beschreibung bezeichnet der Ausdruck "Schutzglas" einen Gegenstand und hat keine direkte Bedeutung für das verwendete Material. Es liegt auf der Hand, daß der lichtdurchlassende Teil aus Glas und/oder Kunstharzmaterial hergestellt werden kann, das außen durch verstärktes Glas geschützt wird. Die theoretischen Grundlagen und die Herstellung von Interferenzfilter", mit denen der gewünschte schmale Bandpaß oder das "Fenster" erhalten wird, werden als dein Fachmann bekannt vorausgesetzt, so daß diese Beschreibung nicht mit derartigen Erläuterungen belastet zu werden braucht. Es kann erforderlich sein, das Interferenzfilter aus mehreren Einzelschichten aufzubauen» von denen jede für ein bestimmtes Band des Spektrums bestimmt ist und auch die erforderliche allgemeine Dämpfung bewirken.

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Claims

Patentansprüche

1.}) Augenschutzschxrm für Schweisser, dadurch gekennzeichnet, daß er als Interferenzfilter ausgebildet ist, das nur den Durchgang bestimmter Anteile des Strahlungsspektrums gestattet, und zwar in einer begrenzten Anzahl schmaler Bänder, die an solchen Stellen des Spektrums liegen, an denen aufgrund von Messungen festgestellt ist, daß die Lichtstärke nur geringe schädigende Auswirkungen auf das menschliche Auge hat.

2.) Augenschutzschirm für Schweisser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß seine Interferenzcharakteristik derart gewählt ist, daß er innerhalb des oder der schmalen Bänder des Spektrums durchlässig ist, in denen als Allgeroeinbeleuchtung benutzte Entladungslampen emittieren.

3.) Augenschutzschirm für Schweisser nach Anspruch 2, wie er bei elektrischen Schweißgeraten benutzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß er nur innerhalb des schmalen Bandes durchlässig ist, das der durch das gelbe Natriumlicht

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nachträglich geändert

erfaßten Wellenlängen entspricht.

4.) Augenschutzschirm für Schweisser nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er ein Filter (13) für jedes Auge umfaßt, wobei jedes Filter als Teil einer Kugel ausgebildet ist, die praktisch denselben Mittelpunkt wie das entsprechende Auge hat.

5.) Augenschutzschirm für Schweisser nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein einzelnes, bogenförmiges Filter beide Augen bedeckt, wobei der Mittelpunkt des Bogens soweit hinter und zwischen den Augen liegt,

Zufriedenste//ett</er sMrhf&n

daß ein se Durchtrittswinkel für die am schädliche Emission erhalten wird.

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