Защитное устройство для электросварщика

 

Изобретение относится к защитным устройствам, используемым при работах в зоне сильно колеблющейся интенсивности света, например при электросварочных работах, в сталелитейных цехах. Смотровое окно защитного устройства выполнено составным. Нижний элемент смотрового окна выполнен на основе жидкокристаллического материала, а верхний элемент светофильтра - из светозащитного стекла. Верхний и нижний элементы смотрового окна ориентированы по отношению друг к другу в рабочем пространстве устройства с образованием со стороны выходной поверхности смотрового окна двухгранного угла, величина которого α ограничена диапазоном 90^o<α<180. Техническим результатом изобретения является улучшение защитных свойств устройства, повышение удобства пользования при соответствующем снижении утомляемости сварщика. 3 з.п.ф-лы, 4 ил.

Предлагаемое изобретение относится к защитным устройствам, используемым при работах в зоне сильно колеблющейся интенсивности света, например при электросварочных работах.

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.).

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.

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).

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Электросварщик, приступая к сварочным работам, наблюдает за местом сварки, где должна загореться сварочная дуга 12, через прозрачный вспомогательный элемент 4 (фиг.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.

Электросварщик, изменяя наклон головы (фиг.4), наблюдает за процессом сварки через основной элемент 3 составного светофильтра в привычном при использовании обычного сварочного светофильтра режиме.

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.

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.

Формула изобретения

1. Защитное устройство для электросварщика, содержащее 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, отличающееся тем, что 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 двухгранного угла, величина которого α ограничена диапазоном 90^o < α < 180^o.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что фотоприемник и блок питания конструктивно объединены в виде солнечной батареи, а вспомогательный элемент светофильтра выполнен из материала, обладающего максимальной прозрачностью в отсутствии управляющих электрических импульсов.

3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что в состав блока управления прозрачностью вспомогательного элемента введено пороговое устройство, вход которого электрически соединен с солнечной батареей, а выход - с источником управляющих электрических импульсов.

4. Устройство по пп.1 и 3, отличающееся тем, что в состав блока управления прозрачностью вспомогательного элемента введен источник стартового пикового напряжения, вход которого электрически соединен с пороговым устройством, а выход - с вспомогательным элементом и источником управляющих электрических импульсов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4