BLENDSCHUTZVORRICHTUNG
Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Blendschutzvorrichtungen, welche bspw. als Sichtfenster für Schweisserschutzmasken, -helme oder -brillen verwendet werden. Sie betrifft eine Blendschutzvorrichtung gemäss Oberbegriff des ersten Patentanspruchs. Ausserdem liegt die Erfindung auf dem Gebiet der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) und betrifft ein EMV- Abschirmelement zur Verwendung in einer Blendschutzvorrichtung, gemäss Oberbegriff des weiteren unabhängigen Patentanspruchs.
Moderne Blendschutzvorrichtungen, welche bspw. als Sichtfenster für Schweisserschutzmasken, -helme und -brillen verwendet werden, enthalten als aktives Filterelement typischerweise mindestens eine Flüssigkristallzelle (Liquid- crystal-Zelle, LC-Zelle), welche den Lichtdurchgang mehr oder weniger sperrt, sobald die Aussenlichtintensität eine vorgegebene Schwelle übersteigt. Zur Detektion der Lichtintensität wird ein Lichtsensor eingesetzt. Eine elektronische Schaltung in der Blendschutzvorrichtung umfasst eine Auswerteschaltung für das Sensorausgangssignal und eine Ansteuerschaltung für die Flüssigkristallzelle.
Der Lichtsensor und die Auswerteschaltung detektieren aus dem Schweisslichtbogen sogenanntes Flackerlicht. Da insbesondere moderne Schweissverfahren mit sehr niedrigen Stromstärken arbeiten, weist das zu detektierende Signal ein extrem niedriges Signal-Rausch- Verhältnis auf. Deshalb ist es schwierig, den Flackerlichtanteil von anderen vorhandenen Lichtanteilen zu unterscheiden und das
zu detektierende Signal aus dem Sensorausgangssigna] zu extrahieren Damit die Auswerteschaltung dazu fähig ist, muss sie sehr empfindlich, d h mit hoher Verstärkung, ausgelegt und gebaut werden Solche empfindlichen Auswerteschaltungen haben jedoch den Nachteil, dass sie auch empfindlich gegenüber elektromagnetischen Storsignalen sind Störende elektromagnetische Einflüsse können bspw durch Abstrahlungen von elektrischen Motoren, von Leistungsinvertern (z. B von Schweissanlagen), von Funktelefonen etc entstehen
Bisherige Bemühungen um eine Losung dieses Problems setzten einerseits an der Auswerteschaltung selbst an. Es wurde versucht, diese so auszulegen, dass sie möglichst wenige Stόrsignale aufnimmt, indem bspw kritische Leiterbahnen möglichst kurz gestaltet werden.
Andererseits hat man erkannt, dass die Auswerteschaltung auch gegen aussen elektromagnetisch abgeschirmt werden sollte. Dabei konzentrierte man sich bisher auf die „Aussenseite" oder „Vorderseite" der Blendschutzvorrichtung, d h. auf diejenige Seite, welche der Tragerperson abgewandt und der Umgebung, von welcher elektromagnetische Storsignale hauptsachlich erwartet werden, zugewandt ist. Eine übliche Massnahme gegen solche Storsignale besteht darin, nur die nach innen gewandte Flache der Leiterplatte mit elektronischen Komponenten zu bestucken und die nach aussen gewandte Fläche unbestuckt zu lassen, gleichzeitig wird die unbestuckte Aussenflache der Leiterplatte mit elektromagnetischen Abschirmmitteln versehen Solche Abschirmmittel sind typischerweise ein feinmaschiges Gitter aus metallischen Leiterbahnen Diese Massnahmen bringen zwar gewisse Verbesserungen mit sich. Es hat sich jedoch gezeigt, dass die dadurch erreichte EMV- Abschirmung für besonders empfindliche Schaltungen immer noch unbefriedigend ist.
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, die Auswerteschaltung oder Teile davon besser als durch die bisher üblichen Massnahmen vor elektromagnetischen Storeinflussen oder Storabstrahlungen abzuschirmen Die Aufgabe wird gelost durch die erfindungsgemasse Blendschutzvorrichtung und das erfindungsgemasse Abschirmelement, wie sie in den unabhängigen Patentanspr chen definiert sind
Die Erfindungsidee beruht darauf, die elektronischen Komponenten der Auswerteschaltung nicht nur auf der Seite der unbestuckten Leiterplattenflache („von aussen"), sondern auch auf der Seite der bestuckten Leiterplattenflache („von innen") elektromagnetisch abzuschirmen. Es wird also ein zusatzlicher „Schutz hinter der Front" vorgesehen. Diese erfindungsgemasse Massnahme bringt wesentliche Verbesserungen gegenüber dem bisher üblichen „Schutz an der Front".
Die erfindungsgemasse Blendschutzvorrichtung beinhaltet ein aktives Filterelement mit beeinflussbarer Lichttransmission von einem Aussenhalbraum in einen Innenhalbraum und elektronische Komponenten zur Beeinflussung des Filterelementes, welche auf zumindest einer Flache einer Leiterplatte angebracht sind Weiter beinhaltet die Blendschutzvorrichtung ein elektrisch leitendes Material beinhaltendes Abschirmelement zur Abschirmung von elektronischen Komponenten gegen elektromagnetische Strahlung, welches Abschirmelement auf der zumindest einen Flache der Leiterplatte angebracht ist
Das erfindungsgemasse Abschirmelement zur Verwendung in der erfindungsgemassen Blendschutzvorrichtung beinhaltet elektrisch leitendes Material und weist eine konkave Form auf
Die Erfindung erlaubt es, die Auswerteschaltung ausserst empfindlich zu gestalten, ohne dass sie ubermassig durch elektromagnetische Einflüsse gestört wurde Störende elektromagnetische Einflüsse kommen einerseits, wie oben beschrieben, von der Umgebung der Blendschutzvorrichtung („externe Wechselwirkung") Andererseits hat sich gezeigt, dass störende elektromagnetische Einflüsse auch in der Blend Schutzvorrichtung selbst entstehen können, etwa in der Ansteuerschaltung für die LC-Zelle Heutige Blendschutzvorrichtungen verwenden nämlich digitale Bausteine, welche störende elektromagnetische Strahlung erzeugen und diese auch an ihre Umgebung abgeben Auch die LC-Zelle selbst kann unerwünschte elektromagnetische Einflüsse auf die Auswerteschaltung ausüben Diese „interne Wechselwirkung" ist besonders dann ein Problem, wenn die Blendschutzvorrichtung auf kleinem Raum realisiert werden muss Das erfindungsgemasse Konzept „Schutz hinter der Front" ermöglicht auch einen Schutz gegen die interne Wechselwirkung" Dieser zunächst unerwartete Vorteil ist offensichtlich mit verantwortlich für die aussergewohnliche Wirksamkeit der Erfindung
In manchen Fallen ermöglicht die Erfindung sogar eine Vereinfachung der Auswerteschaltung, weil dank der EMV- Ab schirmung auf bestimmte elektronische Filterelemente verzichtet werden kann Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Abschirmung die Schaltung nicht nur gegen elektromagnetische Strahlung, sondern auch gegen andere physikalische und/oder chemische Storeinflusse schützt, bspw gegen Schweissausdunstungen der Tragerperson
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen detailliert erläutert Dabei zeigen.
Fig 1 eine Explosionszeichnung einer Blendschutzvorrichtung mit einer erfindungsgemass abgeschirmten Auswerteschaltung,
Fig 2 eine Draufsicht auf die explosionsartig zerlegte Blendschutzvorπchtung von Fig 1 und
Fig 3 eine erfindungsgemass abgeschirmte Auswerteschaltung in einer Ansicht von vorn (a), von der Langsseιte(b), von hinten (c) sowie von der Querseite (d)
Figuren 1 und 2 zeigen in einer Explosionszeichnung bzw einer Draufsicht eine beispielhafte Ausführungsform einer erfindungsgemassen Blendschutzvorπchtung Figur 3 zeigt die elektronische Schaltung mit einer erfindungsgemass abgeschirmten Auswerteschaltung der Blendschutzvorrichtung der Figuren 1 und 2, dann stellen (a) eine Ansicht von aussen, (b) eine Ansicht von oben, (c) eine Ansicht von innen und (d) eine Ansicht von der Seite dar In Figur 3 sind beispielhafte Bemassungen der Teile in Millimetern angegeben Im folgenden wird diese beispielhafte Ausführungsform unter Bezugnahme auf die drei Figuren erläutert, wobei dieselben Bezugszeichen dieselben Teilen bezeichnen
Die Blendschutzvorπchtung beinhaltet als Kernstuck einen optischen Block 1 mit einem aktiven Filterelement 11, beinhaltend typischerweise mindestens eine Flüssigkristallzelle, welche den Lichtdurchgang von einem Aussenhalbraum 91 in einen Innenhalbraum 92 durch den optischen Block 1 mehr oder weniger sperrt Weiter beinhaltet die Blendschutzvorrichtung eine Leiterplatte 2 Eine Aussenflache 21 der Leiterplatte 2 ist mit (nicht eingezeichneten) Abschirmmitteln, bspw einem feinmaschigen Gitter aus metallischen Leiterbahnen, zwecks Abschirmung gegen elektromagnetische Strahlung von aussen versehen Auf einer Innenflache 22 der Leiterplatte ist eine elektronische Schaltung 3 angebracht Die elektronische Schaltung 3 kann bspw zwei Teilschaltungen 31, 32 umfassen, eine Auswerteschaltung 31 und eine Ansteuerschaltung 32 Auf der Leiterplatte ist auch ein Lichtsensor 5 zur Detektion der Aussenlichtintensitat angebracht, welcher mit
einer Deckscheibe 51 abgedeckt sein kann Die Auswerteschaltung 31 dient zur Auswertung des Sensorausgangssignals, die Ansteuerschaltung 32 zur Ansteuerung der Flüssigkristallzelle 11 in Abhangigeit vom Sensorausgangssignal Auf der Leiterplatte 2 können elektrische Energiespeicher 6 1, 6 2 wie Batterien montiert sein. Zur Energieversorgung bzw zur Aufladung der Batterien 6 1, 6 2 können auf der Frontseite der Blendschutzvorrichtung Photoelemente bzw Solarzellen 7 1, 7 2 vorgesehen sein Zur Blendschutzvorrichtung gehört vorzugsweise eine Kassette, bestehend aus einem Kassettenaussenteil 81 und einem Kassetteninnenteil 82, bspw aus Kunststoff. Der Kassettenaussenteil 81 ist mit Öffnungen 83, 84, 85 1, 85 2 für die Durchsicht, für den Lichtsensor 5 bzw. für die Solarzellen 7 1, 7 2 versehen, der Kassetteninnenteil 82 mit einer Öffnung 86 für die Durchsicht
Über der Auswerteschaltung 31, auf der Innenfläche 22 der Leiterplatte 2, ist ein erfindungsgemasse s Abschirmelement 4 angebracht. Es ist derart geformt, dass es die Auswerteschaltung 31 oder auch nur Teile bzw. Komponenten davon abdeckt. Vorzugsweise hat es eine konkave Form in der Art einer Haube, so dass es elektrische und oder elektronische Komponenten wie Leiterbahnen, Kontakte, Widerstände, Kondensatoren, Induktivitäten, Transistoren, integrierte Schaltungen etc. abdecken kann Im hier gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst das Abschirmelement 4 eine im wesentlichen rechteckige Platte 41 mit einer Flache von ca. 35x9 mm2 und einer Dicke von ca. 0 5 mm, sowie zumindest teilweise hervorstehende Rander 42 von ca 1.5 mm Hohe, welche entlang des Umfang der Platte 41 angeordnet sind Diese Rander 42 sind auf der Innenflache 22 der Leiterplatte 2 angebracht und mit dieser vorzugsweise irreversibel stoffschlussig verbunden, bspw durch Loten, Kleben, Punktschweissen, Ultraschallschweissen, mechanische Reibung etc Auch kraftschlussige oder reibschlussige Verbindungen sind jedoch möglich Mit diesen kann das Abschirmelement 4 reversibel auf der Leiterplatte 2 angebracht, je nach Bedarf wieder entfernt und möglicherweise an einer anderen Stelle neu angebracht werden
Das Abschirmelement 4 muss elektrisch leitendes Material beinhalten, um elektromagnetische Störeinflüsse wie ein faradayscher Käfig von der Auswerteschaltung 31 fernzuhalten. Es kann bspw. aus Metall, aus an einer Oberfläche metallisiertem Kunststoff, aus mit Metallpartikeln versetztem Kunststoff, aus Flexprint (d. h. einer KunststoffFolie, auf welcher elektrische Leiterbahnen aufgebracht sind) etc. bestehen. Abschirmelemente 4 aus Metall können bspw. aus Kupfer, Messing, verzinktem Blech, μ-Metall (d. h. einer ferromagnetischen Folie, z. B. aus Fe^N oB^ (Atom%)) oder aus Mischungen davon hergestellt werden. Als beispielhafte Materialien für Abschirmelemente 4 aus Kunststoff seien hier PVC oder Stat-Kon® RC-1006 (Herstellerfirma: LNP Engineering Plastics Inc., Exton, PA) genannt. Als Materialien zur Metallisierung von Kunststoff für Abschirmelemente 4 eignen sich bspw. Aluminium, Kupfer, Zinn oder Mischungen davon. Das Abschirmelement 4 kann als Folie, Spritzgussteil, Formteil oder Stanz- und Biegeteil hergestellt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Abschirmelement 4 elektrisch mit elektrisch leitenden Elementen auf der Leiterplatte 2 verbunden und sein elektrisches Potential auf deren Nullleiter (Masse) gelegt. So werden auch kapazitive Einflüsse abgeschirmt. Zu diesem Zweck wird das Abschirmelement 4 bspw. durch Löten, Kleben mit leitfähigem Klebstoff, Punktschweissen, Ultraschallschweissen, mechanische Reibung etc. mit der Leiterplatte 2 verbunden.
In einer anderen Ausführungsform könnte die elektronische Schaltung 3 oder Teile davon auf der Aussenseite der Leiterplatte 2 angebracht und mit einem erfindungsgemassen Abschirmelement 4 abgeschirmt sein. Auch Ausführungsformen mit mehreren Abschirmelementen 4, welche entweder auf einer Fläche 21, 22 oder sowohl auf der Innenfläche 22 als auch auf der Aussenfläche 21 der Leiterplatte 2 angebracht sind, gehören zum Gegenstand der Erfindung. Die Leiterplatte 2 kann starr oder auch flexibel, d. h. als Folienleiterplatte ausgebildet, sein; bei einer
flexiblen Leiterplatte 2 wird vorzugsweise ein flexibles Abschirmelement 4, bspw. aus einer Folie, verwendet. Der Fachmann kann bei Kenntnis der Erfindung aus den hier angegebenen Beispielen weitere Ausführungsformen herleiten.