RU2135138C1

RU2135138C1 - Safety device for electric welder

Info

Publication number: RU2135138C1
Application number: RU98101030A
Authority: RU
Inventors: В.Ф. Романовский; В.С. Иванов
Original assignee: Романовский Владимир Федорович; Иванов Вячеслав Семенович
Priority date: 1998-01-21
Filing date: 1998-01-21
Publication date: 1999-08-27

Abstract

FIELD: equipment used in working zones with variable light intensity, such as electric welding shops. SUBSTANCE: safety device has composite viewing window. Lower member of viewing window is made from material on liquid crystalline base and upper member of light filter is made from light-protecting glass. Upper and lower members of viewing window are arranged one with respect to another in working space so that two-sided angle α of 90 <α <180 deg is defined at side adjacent to outlet surface of window. EFFECT: improved protective qualities of device, increased convenience and reduced fatigue of electric welder. 4 cl, 4 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к защитным устройствам, используемым при работах в зоне сильно колеблющейся интенсивности света, например при электросварочных работах. The present invention relates to protective devices used when working in the area of highly fluctuating light intensities, for example during electric welding.

Известен защитный шлем с защитным окном, состоящим из двух частей. Нижняя часть такого шлема состоит из слабопрозрачного задерживающего вредные лучи вещества, а его верхняя часть выполнена в виде решетки, которая может принудительно механически открываться и закрываться в зависимости от прохождения тока через сварочную дугу (патент Германии N 572153, 1933 г.). Known protective helmet with a protective window, consisting of two parts. The lower part of such a helmet consists of a slightly transparent substance that holds up harmful rays, and its upper part is made in the form of a lattice that can be forced to open and close mechanically depending on the passage of current through the welding arc (German patent N 572153, 1933).

К основным недостаткам известного устройства следует отнести малое быстродействие механически открываемой и закрываемой решетки, полную непрозрачность закрытой решетки, а также необходимость электрического включения защитного шлема в токовую цепь сварочного аппарата, что небезопасно для электросварщика и неудобно. The main disadvantages of the known device include the low speed of a mechanically openable and lockable grating, the complete opacity of the closed grate, and the need for electrical inclusion of a protective helmet in the current circuit of the welding machine, which is unsafe for an electric welder and inconvenient.

Известно защитное устройство для электросварщика, в котором защитный светофильтр выполнен составным, содержащим два элемента, расположенных один над другим: нижний основной элемент с постоянными светоослабляющими свойствами и верхний вспомогательный элемент, содержащий слой жидкокристаллического вещества с электрически управляемыми светоослабляющими свойствами. Вспомогательный элемент выполнен непрозрачным в отсутствии электрического управляющего напряжения. Оба элемента расположены в одной плоскости. Устройство содержит фотоприемник и независимый от света сварочной дуги блок питания, который включают с помощью контактного переключателя (РФ патент N 2036627, МКИ A 61 F, 9/06). A protective device for an electric welder is known, in which the protective filter is made integral, comprising two elements located one above the other: the lower main element with constant light-attenuating properties and the upper auxiliary element containing a layer of a liquid crystal substance with electrically controlled light-attenuating properties. The auxiliary element is made opaque in the absence of an electrical control voltage. Both elements are located in one plane. The device includes a photodetector and a power supply independent of the light of the welding arc, which is turned on using a contact switch (RF patent N 2036627, MKI A 61 F, 9/06).

Данное устройство принято за прототип. К основным недостаткам известного устройства можно отнести следующее. Размещение вспомогательного элемента над основным неудобно, т. к. для пользования вспомогательным элементом (на практике более узким, чем основной) сварщик должен сильно наклонить голову вперед, что приводит к упиранию нижнего края сварочной маски в грудь сварщика. Размещение основного и вспомогательного элементов в одной плоскости не позволяет обеспечить перпендикулярность линии, соединяющей сварочную дугу с глазами сварщика, к поверхностям как основного, так и вспомогательного элементов, что неприемлемо, т.к. светоослабляющие свойства жидкокристаллического материала максимальны для перпендикулярно падающего на него потока света и быстро уменьшаются при незначительном отклонении потока падающего света от этого направления. Необходимость подачи электрического напряжения на вспомогательный элемент до начала сварки делает невозможным использование солнечной батареи в качестве источника питания устройства и принуждает применить контактный выключатель, что, в свою очередь, снижает надежность электрической схемы устройства. Отсутствие порогового устройства в электрической схеме защитного устройства создает неудобство в работе, т.к. возможно срабатывание вспомогательного элемента от освещения рабочего места сварщика или от дневного света, а не от сварочной дуги. В известном устройстве не предусмотрен также механизм увеличения быстродействия вспомогательного элемента при загорании сварочной дуги, что увеличивает световую нагрузку на глаза сварщика. This device is taken as a prototype. The main disadvantages of the known device include the following. Placing the auxiliary element over the main one is inconvenient, because to use the auxiliary element (in practice, narrower than the main one), the welder must tilt his head forward strongly, which leads to the abutment of the lower edge of the welding mask in the welder’s chest. Placing the main and auxiliary elements in one plane does not allow to ensure the perpendicularity of the line connecting the welding arc with the eyes of the welder to the surfaces of both the main and auxiliary elements, which is unacceptable, because the light-attenuating properties of the liquid crystal material are maximum for a stream of light perpendicular to it and rapidly decrease with a slight deviation of the stream of incident light from this direction. The need to supply electric voltage to the auxiliary element before welding makes it impossible to use a solar battery as a power source for the device and forces the use of a contact switch, which, in turn, reduces the reliability of the electrical circuit of the device. The absence of a threshold device in the electrical circuit of the protective device creates an inconvenience in operation, because possible operation of the auxiliary element from the lighting of the welder's workplace or from daylight, and not from the welding arc. The known device also does not provide a mechanism for increasing the speed of the auxiliary element upon ignition of the welding arc, which increases the light load on the eyes of the welder.

Технический результат, получаемый при использовании предлагаемого изобретения, заключается в повышении удобства пользования защитным устройством и соответствующем снижении утомляемости сварщика, а также в улучшении защитных свойств устройства. Кроме того, предлагаемое устройство обеспечивает повышение надежности его работы, уменьшение веса устройства за счет отказа от независимых источников питания и контактного переключателя, что, в свою очередь, упрощает и удешевляет эксплуатацию устройства, устраняет риск саморазряда электрических батарей через контактный переключатель в результате его неисправности или забывчивости сварщика. The technical result obtained by using the present invention is to improve the usability of the protective device and a corresponding reduction in welder fatigue, as well as to improve the protective properties of the device. In addition, the proposed device improves the reliability of its operation, reduces the weight of the device due to the rejection of independent power sources and a contact switch, which, in turn, simplifies and reduces the cost of operation of the device, eliminates the risk of self-discharge of electric batteries through a contact switch as a result of its malfunction or forgetfulness of the welder.

Для достижения данного технического результата в защитном устройстве для электросварщика, содержащем составной двухэлементный светофильтр, имеющий входную и выходную поверхности, включающий расположенные один над другим основной элемент, выполненный из материала с постоянными светоослабляющими свойствами, и вспомогательный элемент на основе жидкокристаллического материала, обладающего электрически управляемыми светоослабляющими свойствами, а также блок управления прозрачностью вспомогательного элемента, содержащий фотоприемник, блок питания, источник управляющих электрических импульсов, электрически подключенный к вспомогательному элементу составного двухэлементного светофильтра, основной элемент выполнен верхним по отношению к вспомогательному элементу и оба этих элемента ориентированы в рабочем пространстве защитного устройства с образованием со стороны выходной поверхности светофильтра двугранного угла, величина которого α ограничена диапазоном 90^o < α < 180^o.To achieve this technical result, in a protective device for an electric welder containing a composite two-element light filter having an input and output surface, including one main element located one above the other, made of a material with constant light-attenuating properties, and an auxiliary element based on a liquid crystal material having electrically controlled light-attenuating properties, as well as the transparency control unit of the auxiliary element containing the photodetector k, a power supply unit, a source of control electric pulses, electrically connected to the auxiliary element of the composite two-element filter, the main element is made upper with respect to the auxiliary element and both of these elements are oriented in the working space of the protective device with the formation of a dihedral angle from the side of the output surface of the filter, the value of which α is limited to a range of 90 ^o <α <180 ^o .

Фотоприемник и блок питания могут быть конструктивно объединены в виде солнечной батареи, а вспомогательный элемент светофильтра выполнен из материала, обладающего максимальной прозрачностью в отсутствии управляющих электрических импульсов. The photodetector and power supply can be structurally combined in the form of a solar battery, and the auxiliary element of the filter is made of a material with maximum transparency in the absence of control electric pulses.

В состав блока управления прозрачностью вспомогательного элемента может быть введено пороговое устройство, вход которого электрически соединен с солнечной батареей, а выход - с источником управляющих электрических импульсов. A threshold device can be introduced into the transparency control unit of the auxiliary element, the input of which is electrically connected to the solar battery, and the output to the source of control electric pulses.

В состав блока управления прозрачностью вспомогательного элемента может быть введен источник стартового пикового напряжения, вход которого электрически соединен с пороговым устройством, а выход - с вспомогательным элементом и источником управляющих электрических импульсов напряжения. The composition of the transparency control unit of the auxiliary element may include a starting peak voltage source, the input of which is electrically connected to a threshold device, and the output - with an auxiliary element and a source of control electric voltage pulses.

Защитное устройство для электросварщика поясняется фиг.1 и фиг.2. На фиг. 1 представлен вариант конструкции устройства, на фиг.2 - электрическая функциональная схема устройства. Фиг.3 и фиг.4 поясняют работу устройства. The protective device for the electric welder is illustrated in figure 1 and figure 2. In FIG. 1 shows a variant of the design of the device, figure 2 is an electrical functional diagram of the device. Figure 3 and figure 4 explain the operation of the device.

Как видно на фиг.1. устройство содержит составной двухэлементный светофильтр, имеющий входную 1 и выходную 2 поверхности. Светофильтр включает основной элемент 3 и вспомогательный элемент 4. Основной элемент 3 выполнен из светозащитного стекла, а вспомогательный элемент 4 выполнен из жидкокристаллического материала, прозрачного в отсутствии электрического напряжения. Основной элемент 3 выполнен верхним по отношению к вспомогательному элементу 4. Оба этих элемента ориентированы в рабочем пространстве устройства с образованием со стороны выходной поверхности 2 светофильтра двугранного угла, величина которого α составляет 90^o < α < 180^o.As can be seen in figure 1. the device contains a composite two-element light filter having an input 1 and output 2 surface. The filter includes a main element 3 and an auxiliary element 4. The main element 3 is made of light-protective glass, and the auxiliary element 4 is made of a liquid crystal material transparent in the absence of electrical voltage. The main element 3 is made upper with respect to the auxiliary element 4. Both of these elements are oriented in the working space of the device with the formation from the side of the output surface 2 of the filter of a dihedral angle, the value of which α is 90 ^o <α <180 ^o .

Электрическая функциональная схема устройства содержит блок 5 управления прозрачностью вспомогательного элемента 4 светофильтра, включающего фотоприемник 6 с блоком питания 7, подключенный выходом ко входу источника 8 управляющих импульсов напряжения. В устройстве фотоприемник 6 и блок питания 7 могут быть конструктивно объединены в виде солнечной батареи 9 (фиг.1 и фиг. 2). В состав блока 5 управления прозрачностью вспомогательного элемента 4 может быть введено пороговое устройство 10, вход которого электрически соединен с солнечной батареей 9, а выход - с источником 8 управляющих электрических импульсов. Кроме того, в состав блока 5 управления прозрачностью вспомогательного элемента 4 может быть введен источник 11 стартового пикового напряжения, вход которого электрически соединен с пороговым устройством 10, а выход - со вспомогательным элементом 4 и источником 8 управляющих импульсов напряжения. The electrical functional diagram of the device comprises a transparency control unit 5 for an auxiliary element 4 of the filter, including a photodetector 6 with a power supply 7, connected by an output to the input of a source 8 of control voltage pulses. In the device, the photodetector 6 and the power supply 7 can be structurally combined in the form of a solar battery 9 (Fig. 1 and Fig. 2). A threshold device 10 may be introduced into the transparency control unit 5 of the auxiliary element 4, the input of which is electrically connected to the solar battery 9, and the output to the source 8 of control electric pulses. In addition, a starting peak voltage source 11 may be included in the transparency control unit 5 of the auxiliary element 4, the input of which is electrically connected to the threshold device 10, and the output - with the auxiliary element 4 and the source 8 of the voltage control pulses.

Устройство работает следующим образом. До начала сварочных работ солнечная батарея 9 еще не освещена светом от сварочной дуги 12 (фиг.1 и фиг.3), поэтому вырабатываемое ею электрическое напряжение недостаточно для срабатывания порогового устройства 10 (фиг.2). При этом не работает источник 8 управляющих электрических импульсов и вспомогательный элемент 4 составного двухэлементного светофильтра находится в максимально прозрачном состоянии. The device operates as follows. Prior to the start of welding work, the solar battery 9 is not yet lit with light from the welding arc 12 (Fig. 1 and Fig. 3), therefore, the electric voltage generated by it is insufficient to trigger the threshold device 10 (Fig. 2). In this case, the source 8 of the control electric pulses does not work and the auxiliary element 4 of the composite two-element light filter is in the most transparent state.

Электросварщик, приступая к сварочным работам, наблюдает за местом сварки, где должна загореться сварочная дуга 12, через прозрачный вспомогательный элемент 4 (фиг.3). The electric welder, proceeding to the welding work, observes the place of welding, where the welding arc 12 should light up, through the transparent auxiliary element 4 (Fig. 3).

При загорании дуги 12 свет от нее падает на солнечную батарею 9, в результате чего срабатывает пороговое устройство 10 и воздействует на источник 11 стартового пикового напряжения, а также на источник 8 управляющих электрических импульсов. При этом происходит максимально быстрое затемнение вспомогательного элемента 4. Свет сварочной дуги 12, проходя от входной поверхности 1 к выходной поверхности 2 на участке составного светофильтра, занятом вспомогательным элементом 4, ослабляется до безопасного уровня. When the arc 12 is ignited, the light from it falls on the solar battery 9, as a result of which the threshold device 10 is activated and acts on the source 11 of the starting peak voltage, as well as on the source 8 of the control electric pulses. When this happens, the dimming of the auxiliary element 4 is as fast as possible. The light of the welding arc 12, passing from the input surface 1 to the output surface 2 in the portion of the composite filter occupied by the auxiliary element 4, is attenuated to a safe level.

Электросварщик, изменяя наклон головы (фиг.4), наблюдает за процессом сварки через основной элемент 3 составного светофильтра в привычном при использовании обычного сварочного светофильтра режиме. An electric welder, changing the head tilt (Fig. 4), observes the welding process through the main element 3 of the composite filter in the usual mode when using a conventional welding filter.

Наличие двугранного угла α между основным 3 и вспомогательным 4 элементами обеспечивает близкое к перпендикулярному падение света на входную поверхность 1 составного светофильтра как при начале сварки (фиг.3) в случае использования вспомогательного элемента 4, так и при продолжении сварки (фиг. 4) в случае использования основного элемента 3. Это обстоятельство весьма существенно, т.к. светоослабляющие свойства вспомогательного элемента 4, выполненного на основе жидкокристаллического материала, максимальны при перпендикулярном падении светового потока на его входную поверхность. Кроме того, следует отметить, что совмещение функций фотоприемника 6 и блока питания 7 позволяет повысить чувствительность устройства к свету сварочной дуги, исключить использование каких-либо контактных переключателей и тем самым повысить надежность устройства. The presence of a dihedral angle α between the main 3 and the auxiliary 4 elements provides a near-perpendicular incidence of light on the input surface 1 of the composite filter both at the start of welding (Fig. 3) in the case of using the auxiliary element 4, and when welding is continued (Fig. 4) case of using the main element 3. This circumstance is very significant, because the light-attenuating properties of the auxiliary element 4, made on the basis of a liquid crystal material, are maximum when the light flux is perpendicular to its entrance surface. In addition, it should be noted that the combination of the functions of the photodetector 6 and the power supply 7 can increase the sensitivity of the device to the light of the welding arc, eliminate the use of any contact switches and thereby increase the reliability of the device.

В настоящее время изготовлена партия защитных устройств, устанавливаемых в стандартные сварочные маски европейского и североамериканского производства на место обычного светофильтра. Испытания защитных устройств дали положительный результат. At present, a batch of protective devices has been manufactured that are installed in standard welding masks of European and North American production in place of a conventional light filter. Testing of protective devices gave a positive result.

Claims

1. A protective device for an electric welder, comprising a composite two-element light filter having an input and output surface, including one main element located one above the other, made of a material with constant light-attenuating properties, and an auxiliary element based on a liquid crystal material having electrically controlled light-attenuating properties, and the transparency control unit of the auxiliary element comprising a photodetector, a power supply unit, an electric control source pulses, electrically connected to the auxiliary element of a composite two-element filter, characterized in that the main element is made upper with respect to the auxiliary element and both of these elements are oriented in the working space of the protective device with the formation of a dihedral angle from the output surface of the filter, the value of which α is limited by the range 90 ^o <α <180 ^o .

2. The device according to claim 1, characterized in that the photodetector and power supply are structurally combined in the form of a solar battery, and the auxiliary element of the filter is made of a material having maximum transparency in the absence of control electric pulses.

3. The device according to claims 1 and 2, characterized in that a threshold device is introduced into the transparency control unit of the auxiliary element, the input of which is electrically connected to the solar battery, and the output to the source of control electric pulses.

4. The device according to claims 1 and 3, characterized in that the starting peak voltage source is introduced into the transparency control unit of the auxiliary element, the input of which is electrically connected to the threshold device, and the output is connected to the auxiliary element and the source of control electric pulses.