DE2606416A1

DE2606416A1 - Automatisch unter dem einfluss einer stoerenden strahlung abdunkelnde schutzbrille

Info

Publication number: DE2606416A1
Application number: DE19762606416
Authority: DE
Inventors: Bruno Dipl Chem Dr Hampel; Peter Dr Langenbeck
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: HAMPEL, BRUNO, DR.RER.NAT., 7500 KARLSRUHE, DE PAU
Priority date: 1976-02-18
Filing date: 1976-02-18
Publication date: 1977-09-01
Also published as: DE2606416B2; DE2606416C3

Description

Automatisch unter dem Einfluß einer störenden Strahlung
abdunkelnde Schutzbrille Schutzbrillen für störende Strahlung sind bekannt. Für automatische Schweißschutzbrillen sind jedoch Brillen nötig, die in weniger als 50 Millisekunden abdunkeln und im abgedunkelten Zustand nur eine vernachlässigbare Abhängigkeit der Licht-Transmission von dem Einfallswinkel der Strahlung besitzen, und die Lichtdurchlässigkeit muß im abgedunkelten Zustand kleiner als 0,03 O/oo sein. Je nach Anwendung kann dieser Wert auch höher oder niedriger sein.
Aufgabe der Erfindung ist es, diese Forderungen auf einfache Weise zu erfüllen.
Die Erfindung ist in den Ansprüchen 1 bis 5 beschrieben.
Am vorteilhaftesten ist dabei die Verwendung einer verdrillten nematischen Zelle, die mit einem besonderen flüssigen Kristall gefüllt ist. Dieser flüssige Kristall muß eine frequenzabhängige Anisotropie der dielektrischen Konstanten (DK) besitzen. Die LK-Anisotropie muß unterhalb von 100 Hertz positiv, bei hohen Frequenzen dagegen negativ sein. Ein solcher flüssiger Kristall besitzt unter dem Einfluß des elektrischen Feldes zwei verschiedene stabile Gleichgewichtsorientierungen, je nach der Frequenz des angelegten elektrischen Feldes. Bei niedrigen Frequenzen ist die homöotrope Orientierung bei hoher Frequenz die homogene Orientierung stabil. Bei einer Frequenz fzuf#f0 ist weder die eine noch die andere Gleichgewichtslage stabil, da Js = 0 ist. Das bedeutet, daß unter der Einwirkung entsprechend hoher Felder die Zelle durch Umschalten zweier Frequenzen schnell von einem Zustand in den anderen gesohaltot werden kann. Bei Verwendung üblicher Parameter, z.B. Schichtdicke 5 - 50 Mikrometer ist eine Umschaltung vom homogenen in den homöotropen Zustand mit Spannungen zwischen 20 und 100 V realisierbar. Die Umschaltzeiten betragen dann etwa 20 bis 50 Millisekunden.
Fig. 1 gibt eine schematische Darstellung der automatisch abdunkelnden Zelle.
Fig. 2 zeigt die DE-Anisotropie des verwendeten Materials.
Fig. 3 zeigt die Gesamtanordnung der automatisch abdunkelnden Vorrichtung.
Als Beispiel wurde eine funktionsfähige automatisch abdunkelnde Zelle für Sohweißer-Schutzvorrichtungen wie folgt hergestellt: Die Begrenzungsplatten 1 und 2 der Zellen bestanden aus Gläsern, die jeweils zur Innenseite der Zelle mit elektrisch leitendem Zinndioxid beschichtet waren und durch Schablonen aus Polyesterfolie von 20 Mikrometer Dicke (nicht gezeichnet) auf Abstand gehalten wurden. Die den flüssigen Kristall 3 berührenden Oberflächen waren vor dem Einfüllen der Substanz durch geeignete Methoden,z.B. durch gerichtetes Reiben mit Tuch und Poliermittel so behandelt worden, daß die Vorzugsriohtung der Moleküle homogen und parallel zu den Platten war und daß eine Verschraubung der Molekülrichtung von 900 um die Plattennormale vorlag, wie es die Pfeile auf den Platten 1 1 2 der Fig. 1 andeuten. Vor und hinter der Zelle waren Polarisatoren 5 und 6 angeordnet, wobei die Polarisationsrichtung der beiden Polarisatoren parallel zueinander war. Die Aktivierung der Zelle erfolgte mit der Wechselspannungsquelle 4.
Als geeigneter flüssiger Kristall wurde ein Gemisch von Benzoylo#y-Benzoesäure-Phenylestern verwendet. Die Fig. 2 gibt die Abhängigkeit der Dg-Anisotropie dieser Substanz von der Meßfreqflenz wieder.
Die Zelle wird mit 50 Hz bzw. 30 kHz und einer Spannung von 50 V (Rechteckspannung) betrieben. Bei der hohen Brequenz muß der dann auftretende kapazitive Blindstrom durch eine entsprechende Induktivität kompensiert werden.
Bei 50 Hz ist die Zelle im homöotropen Zustand und daher für Licht durchlässig. Wird die Frequenz auf 30 kllz bei gleicher Amplitude umgeschaltet, so wird die Zelle für Licht undurchlässig. Die Zeit für die Sohließung der Zelle beträgt 40 Millisekunden. Das Zurückschalten auf 50 Hz öffnet die Zelle wieder für den Lichtdurchgang.
Die Schaltzeit beträgt dann etwa 50 Millisekunden.
Das beschriebene elektrisch steuerbare Filter wurde gemäß Fig. 3 mit einer Photozelle 8 und einem durch die Photozelle umzuschaltenden Generator 7 für zwei Frequenzen so zusammengeschaltet, daß bei Dunkelheit (kein Sohweißbogen) die Frequenz von 50 Hz an dem Filter liegt.
Das Filter ist dann liohtdurohlässig, der Schweißer 10 kann sorgfältig seine Elektrode ansetzen. Beim Zünden des Lichtbogens 9 schaltet die Photozelle die an dem Filter liegende Frequenz von 50 Hz auf 30 kHz um. Das Filter wird dadurch in weniger als 50 Millisekunden undurchlässig für das Schweißlicht. Sie schützt damit das Auge 10 des Schweißens vor dem intensiven sichtbaren Licht des Schweißbogens. Zusätzlich müssen weitere Filter zum Schutz des Schweißens gegen ultraviolettes und infrarotes Licht in die Vorrichtung eingebaut werden. Sie sind in der Zeichnung nicht berüoksichtigt. Da die Winkelabhängigkeit der Transmission des Filters im liohtundurchlässigen Zustand sehr klein ist, ist das gesamte GeRiohtsfeld gleichmäßig dunkel.
Das hier gegebene Beispiel schränkt die Erfindung in keiner Weise ein. So können beispielsweise andere nematische Flüssigkristalle verwendet werden. Auch ist es möglich, die Aktivierung des Filters durch andere Yorrichtungen vorzunehmen, beispielsweise durch unmittelbare Triggerung durch den SohweiBatrom. Auch ist es möglich, die Schutzvorrichtung für andere Zwecke, bei denen plötzlioh intensive, den Menschen blèndende Lichtstrahlung auftreten kann, zu verwenden.
L e e r s e i t e

Claims

Patentansprüche Automatisch unter dem Einfluß einer störenden Strahlung abdunkelnde Schutzbrille, dadurch gekennzeichnet, daß eine Photozelle oder ein anderer Sensor die Lichtdurchlässigkeit über eine Flüssigkristallzelle, die auf der Schutzbrille angebracht ist, steuert.
2. Automatisch unter dem Einfluß einer störenden Strahlung abdunkelnde Schutzbrille, nach Anspruch 1 d a d u r c h g ek e n nz e i c h n e t, daß eineFlüssigkristallzelle vom verdrillten nematischen Typ verwendet wird.
3. Schutzbrille gemäß Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Polarisatoren der verdrillten nematischen Zelle mit ihren Polarisationsrichtungen parallel zueinander angeordnet sind.
4. Schutzbrille gemäß Anspruch 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß zur Füllung ein flüssiger Kristall verwendet wird, der bei Frequenzen unterhalb 100 Hz eine positive Anisotropie der DE besitzt und dessen Dg-Anisotropie bei höheren Frequenzen von positiven zu negativen Werten übergeht.
5. Schutzbrille gemäß Anspruch 1 bis 4, d a d u r o h g e k e n n z e i c h n e t, daß zur Steuerung der Zelle in den lichtdurchlässigen Zustand eine Wechselspannung von 10 bis 50 V und 20 bis 100 Hz, zur Steuerung der Zelle in den lichtundurohlässigen Zustand eine Spannung von 10 bis 50 V und 5 bis 100#z angewendet werden.