DE2553976A1

DE2553976A1 - Lichtschutzfilter

Info

Publication number: DE2553976A1
Application number: DE19752553976
Authority: DE
Inventors: Hermann Budmiger
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-12-02
Filing date: 1975-12-01
Publication date: 1976-06-16
Also published as: FR2293188A1; FR2293188B1; US4071912A; DE7538264U

Description

Vertreter: Stuttgart, d.29.Nov.1975

Dipl.-Ing.Wlaχ Bunke

Patentanwalt ^{p 2467}

7 Stuttgart 1

Lessingstr.9

Anmelder: Hermann Budmiger·' Seewen/SO , Schweiz

Lichtschutzfilter

Die Erfindung bezieht sich auf ein Lichtschutzfilter, insbesondere zur Verwendung in einer Brille, einem Helm oder Schild zum Schutz der Augen bei Schweissarbeiten. Beim Gas- und insbesondere beim Lichtbogenschweissen sendet die Flamme bzw der Lichtbogen blendend helles Licht aus, das ultraviolette und infrarote Strahlen enthält, die schädlich für die Augen sind. Aus diesem Grund werden beim Schweissen Schutzhelme oder -brillen getragen oder Schilder

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verwendet, die mit einem Fenster versehen sind, das die UV und IR Strahlung nicht durchlässt und das sichtbare Licht stark abschwächt, damit der Schweisser nicht geblendet wird. Diese bekannten Fenster haben den Nachteil, dass sie bei normaler Beleuchtung ohne das Schweisslicht fast undurchsichtig sind. Sie werden daher meist so gebraucht, dass der Schweisser die Elektrode oder den Brenner auf das Werkstück aufsetzt, ohne Verwendung eines Augenschutzes und diesen erst danach möglichst rasch vor die Augen bringt. Dieses fast unumgängliche Vorgehen ist auf die Dauer sehr schädlich für die Augen.

Die Erfindung stellt sich zur Aufgabe ein Lichtschutzfilter zu schaffen, das ohne Schweisslicht also bei normaler Beleuchtung durchsichtig ist und unter der Einwirkung des Schweisslichtes automatisch und möglichst rasch verdunkelt, damit der Schweisser den Lichtschutzfilter von Anfang an tragen kann.

Das Lichtschutzfilter nach der Erfindung löst die genannte Aufgabe durch einein Serie mit einem UV und IR Filter angeordnete Verdunklungseinrichtung für das sichtbare Licht, die einen Polarisator und einen Analysator enthält, zwischen denen sich

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ein optoelektrisches Element befindet, das unter der Wirkung einer daran anlegbaren Spannung das polarisierte sichtbare Licht dreht und damit eine Verdunkelung oder Aufhellung bewirkt.

Die im Lichtschutzfilter verwendete Verdunklungseinrichtung macht von zwei Polarisatoren und einem optoelektrischen Element gebrauch. Lichtwellen sind bekanntlich Transversalwellen mit einer Vielzahl von senkrecht zur Fortpflanzungsrichtung gerichteten Schwingungen. Folarisatoren lassen aus dem Gemisch von allen Schwingungsrichtungen nur eine durch. Gekreuzte Folarisatoren lassen, je nach dem Winkel, in dem sie gegeneinander gekreuzt sind, mehr oder weniger Licht durch. Bei einem Kreuzungewinkel von 90° wird überhaupt kein Licht mehr durchgelassen. Der zweite, in Durchgangsrichtung hinter dem ersten Polarisator geschaltete Polarisator, wird meist Analysator genannt.

Bringt man zwischen Polarisator und Analysator ein doppelbrechendes Medium an, werden die polarisierten Lichtstrahlen ein wenig gedreht, bevor sie den Analysator erreichen. Sind beispielsweise Polarisator und Analysator um 90° gegeneinander gekreuzt, lassen sie kein Licht mehr durch. Wird ein doppelbrechendes

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Medium zwischen Polarisator und Analysator gebracht, wird wieder Licht durchgelassen. Der umgekehrte Effekt ist auch möglich, nämlich dass das Einbringen eines doppelbrechenden Mediums eine Verdunkelung erzeugt.

Die Verdunkelungseinrichtung des neuen Lichtechutzfilters macht gebrauch von Medien, die durch Anlegen einer Spannung ihre Eigenschaft von normal lichtdurchlässig in doppelbrechend ändern.

Hierfür eignen sich sogenannte Flüssigkristalle und neu entwickelte transparente Keramikzellen.

In der Zeichnung sind einige AusfUhrungsbeispiele des Erfindungegegenstandes vereinfacht dargestellt:

Fig.l zeigt einen Lichtschutzfilter von vorne;

Fig. 2 denselben von der Seite;

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie III-III in Fig.2;

Fig. 4 die einzelnen Teile des Filters

in grösserem Abstand voneinander;

Fig.5 und 6 eine schematische Darstellung der

Wirkungsweise des Flüssigkeitekristalls;

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Pig. 7 eine schematische Darstellung der
Wirkungsweise einer transparenten
Keramikzelle und

Fig. 8 einige in Serie geschaltete Polarisatoren und Zellen.

Die Figuren 1, 2 und 3 zeigen den generellen Aufbau eines Lichtschutzfilters. Er umfasst einen Rahmen 16, in dem ein mit bekannten Schutzgläsern verdunkelter oberer Teil 0 und ein durchsichtiger, verdunkelbarer Teil H untergebracht sind. Im unteren Teil des Rahmens sind ein Photoelement 13, die Ansteuerungs-Elektronikteile 14 und eine Batterie 15 untergebracht.

In Fig. 4 ist der Aufbau des durchsichtigen, verdunkelbaren Teiles H dargestellt. Er umfasst ein äusseres Schutzglas 11, vor dem das auffallende Licht durch
eine Vielzahl von Pfeilen angedeutet ist. Dahinter
befindet sich ein UV Filterglas 9 mit darauf aufgebrachter IR Schutzschicht 10. Dahinter befindet sich ein Polarisator 8, das als Ganzes mit 17 bezeichnete
optoelektrische Element, ein Analysator (zweiter
Polarisator) 7 und schliesslich ein inneres Schutzglas 12.

Das optoelektrische Element 17 umfasst zwei trans-

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parente Elektroden 5, 6 (Glasplatten mit aufgedampfter, elektrisch leitender Schicht 2, 3)t zwischen denen sich das Flüssigkeitskristall 1 (eine Flüssigkeit in nematischer Phase) "befindet. Sie Flüssigkeit ist zwischen den beiden Elektroden 5, 6 die sich in einem Abstand von 10-30/um voneinander befinden, hermetische eingeschlossen. Am Rand befindet sich eine streifenförmige Folie 4 von 10-30/um Dicke, die die Glasplatten im gewünschten Abstand voneinander hält. Der Hand ist durch ein Glaslotoder Klebverfahren homogen versiegelt.

Die Molekülstruktur des verwendeten Flüssigkeitskristalle ist so, dass ein elektrisches Feld die Moleküle in die gewünschte Richtung orientiert. Die Fig.5 und 6 veranschaulichen schematisch diesen Effekt. In Fig.5 sind die Moleküle parallel zur Wand gerichtet. Wird, wie bei Fig.6 Spannung an die beiden Elektroden 5, 6 (beschichtete Glasplatten) angelegt, wird ein elektrisches Feld erzeugt, das die Moleküle senkrecht zur Glasoberfläche ausrichtet, wodurch der Flüssigkristall doppelbrechende Eigenschaften bekommt.

In den Figuren 5 und 6 sind die beiden Polarieatoren um einen Winkel gekreuzt, der so gewählt ist, dass sie noch Licht durchlassen.

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Wird,wie "bei Fig.6 angedeutet, Spannung angelegt, wird der Flüssigkristall doppelbrechend, und das durch den Polarisator tf hindurchtretende polarisierte Licht wird nun um einen gewissen Winkel gedreht und durch der Analysator 8 (Polarisator Θ) geht weniger Licht hindurch, als vorher; es tritt eine Verdunklung

Von diesem elektrooptischen Effekt macht der Lichtschutzfilter nach den Fig.1-3 gebrauch. Das Photoelement 13 ist so gewählt, dass es zur Hauptsache für UV-Licht empfindlich ist. Beim Beginn des Schweissens trifft sofort UV-Licht auf das Element 13 auf und dieses betätigt die Ansteuerungs-Elektronik 14, die eine Rechteck-Wechselspannung von 1-6 Volt bei 50 Hz erzeugt. Die Schwellspannung, bei der der elektrooptische Effekt ausgelöst wird, liegt bei ca 1 Volt, sodass sofort eine Verdunkelung im Teil H des Lichtschutzfilters eintritt , der vorher bei normalem Licht durchsichtig war.

Das Gerät wird von einer 9 V Kleinbatterie 15 gespeist und es hat sich gezeigt, dass sich der Verdunkelungseffekt in einem Bruchteil einer Sekunde vollzieht. Versuche haben gezeigt, dass der Filter den Anforderungen für Schweisserschutzfilter

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nach DIN 4647 sowie den ISO Normen entspricht. Wir bereits erwähnt, könnte man den Verdunkelungseffekt auch durch Abschalten der Spannung an der Flüssigkristallzelle einleiten. Es hat sich aber gezeigt, dass s die Zeitspanne, bis der Verdunkelungseffekt eintritt, grosser ist. Dafür lässt sich eine stärkere Verdunkelung erzielen. Will man sowohl möglichst rasch, als auch stark verdunkeln, kann man mehrere optoelektrische Elemente hintereinander anordnen.

Eine sehr starke Verdunkelung lässt sich daher mit einer Anordunung nach Fig.θ erzielen. Diese arbeitet statt mit Flüssigkristallzellen mit transparenten Keramikzellen Z. Ein weiterer Vorteil einer solchen Anordnung ist, dass man verschiedene Transmissionsgrade einstellen kann, je nachdem eine oder mehrere Zellen zur Verdunkelung herangezogen (eingeschaltet) werden.

Fig.7 verdeutlicht die Wirkungsweise. Hier stellt P einen Polarisator, A einen Analysator und Z eine dazwischen angeordnete Keramikzelle dar. Der Polarisator P lässt nur Lichtwellen durch, die um 45° nach links gegen die Vertikale gedreht sind, während der Analysator A nur Lichtwellen durchlässt, die um

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45° nach rechts gegen die Vertikale gedreht sind* Das heisst also, dass solange die Keramikzelle nicht erregt ist, kein Licht L durchgelassen wird.

Wird Spannung U an die Zelle Z angelegt, wird sie doppelbrechend und wird Licht durchgelassen. Sind Polarisationsrichtungen nicht um 90° gegeneinander verdreht, wird eine gewisse Menge Licht durchgelassen, die je nach der Anordnung grosser oder kleiner wird, wenn man Spannung auf die Zelle anlegt.

In Pig.8 schliesslich sind fünf in Serie angeordnete Verdunklungseinrichtungen dargestellt. Bei dieser Anordnung wirkt jeweils der Analysator einer vorhergehenden Einrichtung als Polarisator für die nachfolgende Zelle (Polarisator und Analysator sind ja identisduaufgebaute Elemente). Je nach der Schaltung werden im Bedarfsfall die optoelektrischen Elemente Z von einer oder zwei oder mehreren dieser Einrichtungen gleichzeitig erregt. Auf diese Weise kann eine mehr oder weniger starke Verdunkelung erzielt werden. Statt der in Fig.8 mit Z angedeuteten Keramikzellen können natürlich auch Flüssigkristallzellen auf diese Weise angeordnet werden.

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Claims

ANS PRUECHE

Lichtschutzfilter insbesondere zur Verwendung in einer Brille, einem Helm oder Schild zum Schutz der Augen bei Sehweissarbeiten, gekennzeichnet durch eine in Serie mit einem UV und IR - Filter angeordnete Verdunklungseinrichtung für das sichtbare Licht, die einen Polarisator und einen Analysator enthält, zwischen denen sich ein optoelektrisches Element befindet, das unter der Wirkung einer daran anlegbaren Spannung das polarisierte sichtbare Licht dreht und damit eine Verdunkelung oder Aufhellung bewirkt.
2. Lichtschutzfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das optoelektrisch^ Element eine Flüssigkristallzelle ist.
3. Lichtschutzfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das optoelektrisch« Element eine transparente Keramikzelle ist.
4. Lichtschutzfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Polarisator und Analysator der Verdunkelungseinrichtung in einem dem gewünschten Verdunklungsgrad entsprechenden Winkel gekreuzt sind, und dass das Anlegen einer Spannung an das zwischen

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Polarisator und Analysator befindliche optoelektrisch Element die Lichtdurchlässigkeit vergrössert.
5. Lichtschutzfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Polarisator und Analysator der Verdunkelungseinrichtung in einem Winkelipkreuzt sind, der der gewünschten Lichtdurchlässigkeit entspricht und dass das Anlegen einer Spannung an das zwischen Polarisator und Analysator befindliche optoelektrische Element eine Verdunkelung hervorruft.
6. Lichtschutzfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er ein lichtempfindliches Bauelement

(13) umfasst, das mit Hilfe einer Ansteuerungselektronik

(14) Spannung an das optoelektrische Element (17) anlegt oder abschaltet.
7. Lichtschutzfilter nach den Ansprüchen 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass das lichtempfindliche Bauelement (13) ein nur für UV Licht empfindliches Photoelement ist.
8. Lichtschutzfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er ein akkustisches Bauelement umfasst, das mit Hilfe einer Ansteuerungselektronik Spannung an das optoelektrische Element anlegt oder abschaltet.

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9. Lichtschutzfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es mehrere hintereinander angeordnete Verdunklungseinrichtungen (P,Z,A) umfasst, die umschaltbar mit oder ohne Spannung betrieben werden, um so verschiedene Verdunklungsgrade zu erzielen.

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