-
Hintergrund der Erfindung
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft Ultraviolett (UV- oder Schwarzlicht-)-Lampen einer Art,
die von Technikern bei der Durchführung von Inspektionen zur
Erfassung undichter Stellen eingesetzt werden, indem mögliche undichte
Stellen beleuchtet werden, um das Vorhandensein fluoreszierender
Tracer-Farbstoffe
zu erfassen. Dies geschieht für
gewöhnlich
bei der Wartung von Klimaanlagen-Gefriersystemen, Komponenten von
KFZ-Klimaanlagen, hydraulischen Maschinen, usw.
-
Üblicherweise
werden die Farbstoffe mit einem kompatiblen Öl vermischt und in das System eingespritzt.
Falls undichte Stellen vorhanden sind, wird eine Spur der Mischung
aus Farbstoff und Öl
auf äußere Flächen fließen. Diese
Leckflüssigkeit
fluoresziert, wenn sie mit UV-Licht und gelegentlich mit Blaulicht
beleuchtet wird, und emittiert sichtbares Licht, das von dem Techniker
gesehen werden kann.
-
Derartige
UV-Lampen, die speziell an Wartungseinsätze zur Erfassung undichter
Stellen angepasst sind, wurden in den letzten Jahren weiterentwickelt,
wobei Filter mit selektiver Reflexion verwendet werden, die gelegentlich
als "dichroitische" Filter bezeichnet
werden und ultraviolette Wellenlängen durchlassen
und sichtbares Licht reflektieren, um die Fähigkeit des Benutzers, eine
etwaige auftretende Fluoreszenz zu sehen, auf ein Maximum zu bringen. Verglichen
mit den meisten anderen Anwendungen von UV-Lampen, erfordern derartige
Lampen als UV-Quelle Leuchtmittel mit hoher Wattleistung, die folglich
eine beträchtliche
Wärmeenergie
abgeben. Die Verwendung von reflektierenden oder "dichroitischen" Filtern ist gegenüber absorbierenden
Filtern, die in der Vergangenheit selektiv verwendet wurden und
sichtbares Licht aus dem Licht hoher Intensität, das von den Leuchtmitteln
abgegeben wurde, absorbierten, eine erhebliche Verbesserung, da
schon allein die Filter überhitzten,
wenn die Lampe über
längere
Zeiträume
benutzt wurde, und gelegentlich während dieser Nutzung Risse
bekamen.
-
Aus
diesem Grund wurden die dichroitischen Filter so entwickelt, dass
sie Infrarotstrahlung sowie UV-Strahlung durchlassen, um ein Überhitzen
des dichroitischen Filters und anderer Komponenten zu verhindern.
Dies ist in der parallelen
US-Anmeldung 08/964,839 ,
eingereicht am 5. November 1997 (jetzt
US-Patent Nr. 6,762,419 ) und in dem
US-Patent Nr. 5,905,268 beschrieben.
In diesen Lampen wird das sichtbare Licht in das Gehäuse zurückreflektiert,
so dass es zu einer ziemlichen Erwärmung des Inneren der Lampe
kommt.
-
Bei
anderen Prüfarten
wird gefärbter
Rauch verwendet, um eine undichte Stelle zunächst einmal zu lokalisieren,
wobei dann eine Taschenlampe erforderlich ist, um den Rauch zu erfassen.
Ferner ist es häufig
nützlich,
an abgedunkelten Stellen in Gebäuden,
an denen Anlagen gewartet werden, eine Taschenlampe zur Verfügung zu
haben. Die bisherigen UV-Lampen konnten nicht als gewöhnliche
Taschenlampe eingesetzt werden.
-
Demzufolge
ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine UV-Lampe vorzusehen,
die trotz Verwendung eines Leuchtmittels hoher Intensität als leistungsstarke
UV-Lichtquelle weder zu einer Überhitzung
der Lampe noch spezifisch der optischen Bestandteile führt, die
das sichtbare Licht eliminieren, und die einen sehr hohen Anteil
des UV-Lichts abgibt, das von dem Leuchtmittel erzeugt wird.
-
Ein
weiteres Ziel ist es, eine solche UV-Lampe vorzusehen, die praktischerweise
auch als Taschenlampe verwendet werden kann.
-
Zusammenfassung der Erfindung
-
Die
oben genannten Ziele sowie weitere, die beim Studium der folgenden
Beschreibung und der Ansprüche
deutlich werden, werden dadurch erreicht, dass ein Reflektor statt
eines dichroitischen Filters verwendet wird, um selektiv zu wirken
und so einen UV-Lichtstrahl zu erzeugen, während gleichzeitig die sichtbare
Strahlung und die IR-Strahlung aus der Lampe geleitet wird.
-
Der
Reflektor reflektiert selektiv nur von der Lampe emittiertes UV-Licht,
während
er sichtbare Strahlung und IR-Strahlung durchlässt. Ein derartiger dichroitischer
Reflektor ist aus dem Stand der Technik allgemein als "Kaltlichtspiegel" bekannt. Der Kaltlichtspiegel-Reflektor
steht in einem Winkel zum Leuchtmittel mit hoher Wattleistung, so
dass der UV-Lichtstrahl durch ein erstes Fenster, das auf der einen
Seite der Lampe ausgebildet ist, aus einem Lampengehäuse herausgelenkt
wird.
-
Andererseits
werden sichtbares Licht und Infrarotlicht durch den Kaltlichtspiegel-Reflektor
durchgelassen und aus einem zweiten Fenster in dem vorderen Ende
des Lampengehäuses
ausgesendet.
-
Ein
abnehmbare Abdeckung kann über
dem zweiten Gehäusefenster
angebracht sein, um optional den sichtbaren Lichtstrahl/IR-Lichtstrahl
daran zu hindern, aus dem Lampengehäuse auszutreten.
-
Ein
Erhitzen des Kaltlichtspiegel-Reflektors wird auf ein Minimum herabgesetzt,
da keine der Wellenlängen
von diesem optischen Element absorbiert werden, noch anderswo innerhalb
des Lampengehäuses
zurückgehalten
werden, wenn die Abdeckung entfernt wird.
-
Gleichzeitig
kann die Lampe auf zweifache Art verwendet werden, d.h. als reine
UV-Lichtquelle und auch als Taschenlampe, wodurch ihre Brauchbarkeit
für den
Benutzer erhöht
wird, insbesondere wenn Rauchtests mit Tracern gemacht werden sollen.
-
Die
erfindungsgemäße Lampe
ist ferner kompakt und kann kostengünstig hergestellt werden.
-
Beschreibung der Zeichnungen
-
In
den Figuren zeigen:
-
1 eine
perspektivische Außenansicht
eines Ausführungsbeispiels
einer erfindungsgemäßen Lampe,
-
2 einen
Teilquerschnitt durch die in 1 gezeigte
Lampe,
-
3 eine
Draufsicht auf den Teilquerschnitt der 2,
-
4 einen
Teilquerschnitt durch die Mitte der Lampe, der die Reflektorbefestigung
zeigt,
-
5 einen
vergrößerten Teilquerschnitt durch
den Kopfabschnitt eines alternativen Ausführungsbeispiels der Erfindung.
-
Detaillierte Beschreibung
-
In
der folgenden detaillierten Beschreibung wird aus Gründen der
Klarheit eine bestimmte spezifische Terminologie verwendet und ein
besonderes Ausführungsbeispiel
gemäß den Anforderungen
von Titel 35 USC 112 beschrieben, aber es versteht sich, dass dieses
nicht einschränkend
sein soll und auch nicht als solches ausgelegt werden soll, da die
Erfindung innerhalb des Schutzumfangs der beigefügten Ansprüche viele Formen und Variationen
annehmen kann.
-
Unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen und insbesondere auf 1 umfasst
die UV-Lampe 10 gemäß der vorliegenden
Erfindung ein Gehäuse 11, das
aus einem länglichen
Griff 12 und einem Kopfabschnitt 14 besteht, die
beide aus einem geeigneten Formkunststoff hergestellt sind.
-
Ein
Fenster 16 für
einen UV-Lichtstrahl befindet sich auf einer Seite der Lampe 10,
während
ein Fenster für
sichtbares Licht und Infrarot-Licht, das sich am Ende der Lampe 10 befindet,
mit einer Kunststoffabdeckung 18 bedeckt gezeigt ist.
-
Die 2 zeigt
die inneren Details der UV-Lampe 10. Ein Leuchtmittel 20 mit
12 Volt und 100 Watt, das eine leistungsstarke Quelle für UV-Strahlung
und sichtbare Strahlung ist, mit einer Leistung, die viel höher ist,
als bei der Art, die in einer Standard-Taschenlampe verwendet wird.
Die Lampe 20 kann der Art Xenon sein, mit einer hohen Farbtemperatur
(3500K), die im Wesentlichen langwellige Ultraviolett-Emissionen
erzeugt. Der Kolben besteht aus Quarz, das selbst gegenüber langwelligem
Ultraviolett, d.h. 340–380
nm, hochdurchlässig
ist. Ein derartiges Leuchtmittel ist bei Osram Sylvania unter der Teilenummer
FCR 64625 HLX erhältlich.
-
Das
Leuchtmittel 20 ist am ungefähren Brennpunkt eines Parabolspiegels 22 angeordnet, der
auf einem präzise
geformten Dorn aus rostfreiem Stahl galvanoplastisch aus Nickel
hergestellt wurde. Eine Brennweite von 0,187 Zoll ermöglicht,
dass das Leuchtmittel 20 ungefähr am Brennpunkt angeordnet ist,
um die Strahlenkonzentration auf ein Maximum zu bringen.
-
Wie
in der parallelen
US-Patentanmeldung 09/491,413 ,
eingereicht am 26. Januar 2000, und in der
US-Patentanmeldung 08/964,839 , eingereicht am
5. November 1997, beschrieben, ist der Parabolspiegel
22 vorzugsweise
beschichtet, um eine störende
Interferenz auszuschalten, welche die Intensität des reflektierten UV-Lichts
verringern würde.
-
Auf
der Oberfläche
des Parabolspiegels 22 ist eine Vielzahl von Beschichtungen
aufgebracht, eine aus Aluminium und eine aus Siliziumdioxid. Die Grenzfläche zwischen
Siliziumdioxid und Luft sowie zwischen Siliziumdioxid und Aluminium
erzeugt eine Doppelbrechung in entgegengesetzter Richtung, die sich
gegenseitig ausgleichen, um die mögliche störende Interferenz auszuschalten,
die andernfalls auftreten könnte.
-
Die
erste Beschichtung besteht aus Aluminium, während die zweite Beschichtung
aus Siliziumdioxid besteht. Die Stärke des Siliziumdioxids sollte gleichmäßig und
präzise
gehalten werden, um diese Wirkung zu erzielen, wobei die Stärken durch
das "Lambda-Viertel-
Stapel"-Prinzip
festgelegt werden.
-
Der
Brechungsindex jeder Grenzfläche,
d.h. das Siliziumdioxid und die Luft, das Siliziumdioxid und das
Aluminium, bestimmt die effektive Phasenverschiebung des reflektierten
Lichts. Eine Aluminiumstärke
von 0,57 Mikrometern und eine Siliziumdioxidstärke von 0,066 Mikrometern wurde
erfolg reich für
diesen Zweck verwendet. Die Grenzfläche zwischen Siliziumdioxid
und Luft verursacht eine voreilende Phasenverschiebung von ungefähr 13 Grad, und
die Grenzfläche
aus Siliziumdioxid und Aluminium eine nacheilende Phasenverschiebung
von 13 Grad, wodurch sie sich gegenseitig aufheben.
-
Bisher
wurden Siliziumdioxidbeschichtungen einfach dazu verwendet, das
Substrat vor Kratzern und Oxidation zu schützen, aber sie waren weder ausreichend
gleichmäßig noch
hatten sie die richtige Stärke,
um eine verbesserte Reflexion ultravioletter Wellenlängen zu
erzielen.
-
Ein
beschichteter Parabolspiegel, der sich für diese Verwendung eignet,
ist bei American Galvano, 312 N. Cota St., Unit I, Corona, Kalifornien
91720 erhältlich.
-
Das
Leuchtmittel 20 kann aus einer 12-Volt-Stromquelle, wie
z. B. einer Fahrzeugzigarettenanzünder-Steckdose durch Verwendung
eines Steckers 24, verbunden über Kabel 26 und einem Zugbelastungs-Anschlussstück 28 am
Eintritt zum Griff 12, gespeist werden. Ein Ein-Aus-Schalter 30 verbindet
eine Leitung mit dem Leuchtmittel 20, wobei ein Verbindungselement 32 die
andere Leitung verbindet. Batterien oder eine Wechselstromquelle können ebenfalls
verwendet werden.
-
Eine
Leuchtmittelfassung 34 ist auf herkömmliche Weise mit elektrischen
Anschlüssen
versehen.
-
Ein
selektiver dichroitischer Reflektor 36 ist innerhalb des
Kopfabschnittes 14 gegenüber dem Reflektor 30 und
dem Leuchtmittel 20 angebracht, geneigt um 45°, um so UV-Licht,
das von dem Leuchtmittel 20 und dem Parabolspiegel 22 emittiert wird,
umzulenken, hinaus durch das Fenster 16 auf einer Seite
des Gehäuses 11.
Der selektive Reflektor 36 dienst als Strahlteiler und
lässt sichtbares
Licht und Infrarot-Licht durch, während er UV-Licht reflektiert,
um so einen reinen UV-Strahl durch das Linsenfenster 16 hinauszulenken.
Das Fenster 16 kann mit einer Fensterlinse abgedeckt sein,
die aus Borosilikatglas hergestellt ist, von dem man annimmt, dass es
kürzere
UV-Licht-Wellenlängen
nicht durchlässt, die
für die
Augen gefährlich
sein könnten,
d.h. um 320 nm und weniger.
-
Der
Kaltlichtspiegel-Reflektor
36 ist vorzugsweise dichroitischer
Ausführung,
mit einer Reihe von Beschichtungen vorgegebener Stärke, um
die selektive Reflexion zu erzeugen. Die vorliegende Erfindung ist
auf eine derartige Ausführung
solcher Beschichtungen gerichtet, die eine selektive Reflexion von
UV-Licht erzeugt, statt eines Durchlasses von UV-Licht, wie im
US-Patent Nr. 5,905,268 beschrieben,
so dass ein UV-Lichtstrahl durch das auf der Seite befindliche Fenster
16 hinausgelenkt
wird.
-
Gleichzeitig
sind die Beschichtungen so ausgeführt, dass sichtbares Licht
durch den Reflektor 36 durchgelassen wird, statt reflektiert
zu werden, so dass ein Strahl von sichtbarem Licht durch das von der
Abdeckung 18 bedeckte Fenster 38 hinausgelenkt
wird. Das Fenster 38 ist ebenfalls vorzugsweise mit einer
klaren Linsenabdeckung abgedeckt, die aus Borosilikatglas hergestellt
ist, um jegliches ferne UV-Licht zu blockieren.
-
Wie
dies in
US Aktenzeichen Nr.
09/491,413 , eingereicht am 26. Januar 2000 beschrieben
ist, werden dichroitische optische Elemente von ZC & R Coatings for
Optics, Inc. aus Torrance, Kalifornien bevorzugt, da sie Beschichtungen
aus Tantalpentoxid aufweisen, die kein UV-Licht absorbieren.
-
Ein
geeigneter Kaltlichtspiegel mit der Teilenummer CM-UV-350 ist im
Handel bei ZC & R
erhältlich.
-
Dieser
besondere Kaltlichtspiegel hat einen hohen Grad an Reflexionsvermögen und
einen niedrigen Durchlässigkeitsgrad
von Wellenlängen
im Bereich von 350 nm bis 450 und einen hohen Durchlässigkeitsgrad
von Wellenlängen
von 600 nm bis 1200 nm und höher.
Fernes UV-Licht, d.h. unter 340 nm, wird weitgehend durchgelassen.
-
Dies
führt dazu,
dass sowohl sichtbares als auch Infrarot-Licht aus der Lampe 10 herausgelassen
werden, um ein Erhitzen auf ein Minimum herabzusetzen und einen
sichtbaren Strahl zur Verwendung bei anderen Tests sowie als Taschenlampe
zu erzeugen.
-
Die
Beschichtungen des Kaltlichtspiegelreflektors 36 können von
ZC & R auch so
aufgebracht werden, dass sie blaues sichtbares Licht bei Wellenlängen von über 400
nm dort auf ein Minimum herabzusetzen, wo die Tracer-Farbstoffe
nicht in Antwort auf derartiges blaues Licht fluoreszieren, so dass
keine "B laublocker"- Sonnenbrillen benötigt werden,
die dann erforderlich sind, wenn der UV-Lichtstrahl auch blaues
Licht enthält.
-
Die
Eliminierung von blauem Licht im UV-Strahl ist vorteilhaft bei einigen
Anwendungen zum Prüfen
auf undichte Stellen, wie sie in der oben bezeichneten parallelen
Anmeldung beschrieben sind.
-
Der
Kaltlichtspiegel-Reflektor 36 kann ein rechteckiges Stück eines
beschichteten Borosilikatglases umfassen, wie es in den 3 und 4 zu sehen
ist. Eine darin ausgebildete Nut 40 hält den Reflektor 36 im
Kopf 14 in einem 45° Winkel
am Platz.
-
Die
Abdeckung 18, die ebenfalls aus Formkunststoff, wie z.
B. Silikon, ist, kann opak sein, um das sichtbare Licht zu blockieren,
oder die Abdeckung 18 kann entfernt werden, um die Lampe 10 als Taschenlampe
zu verwenden. Wenn das sichtbare Licht die Beobachtung der Fluoreszenz
nicht stört,
da es im 90° Winkel
zum UV-Strahl gerichtet ist, kann die Abdeckung entfernt werden,
wobei die Lasche 42 beim Abnehmen hilft, um so das Gehäuseinnere
maximal zu kühlen.
-
Alternativ
dazu können
nach vorne zeigende Lamellen 44 Entlüftungsöffnungen 46 abschirmen, um
die Kühlung
zu verbessern, wenn die Abdeckung 18 am Platz ist.