Filtervorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Filtervorrichtung für eine Besonnungsvorrichtung mit wenigstens einem UV-Strahler.

Eine Bräunung der Haut, durch künstliche und natürliche Bestrahlung hervorgerufen, entspricht vielfach dem Schönheitsideal der Menschen, deren Vorstellung von einer gesunden Lebensweise und steht häufig für einen gehobenen Lebensstil .

Unabhängig davon, ob eine Bräunung in einem Sonnenstudio auf künstliche Weise oder in einem Urlaub durch die natürliche Strahlung der Sonne erfolgt, treten bei einer intensiven Besonnung aufgrund der bräunenden UV-Anteile der Strahlung eine Vielzahl von Problemen auf.

So besitzt die menschliche Haut grundsätzlich gegenüber elektromagnetischer Strahlung, so auch gegenüber einer die Bräunung hervorrufenden UV-Bestrahlung, einen Eigenschutz, indem die Strahlung an den oberen, physisch inaktiven Hautschichten reflektiert und remittiert wird.

So ist zum einen beachtlich, dass die Kδrnerschicht , das Stratum granulosum der Epidermis an dickeren Hautstellen durch Vernetzung der hyalinen Keratinkörnchen und Ausbildung von faserigen Strukturen zu einer stark lichtbrechenden Masse in die Glanzschicht, das Stratum lucidum, übergeht, aus der letztlich die Hornschicht oder Hornhaut hervorgeht. Diese ist 10 bis 20 Zellschichten dick und ihre toten und verhornten Zellen werden ständig nach außen abgeschilfert und müssen von der Keimschicht, dem Stratum basale, der Oberhaut oder Epidermis ersetzt werden.

Die an der Hautoberfläche befindlichen Hautschuppen, die Corneozyten, verfügen über eine Kantenlänge von ca. 30 μm. Diese Abmessungen sind rund 100-mal so groß, wie die bei einer Besonnung relevanten Wellenlängen von 280 Nanometer bis 400 Nanometer. Infolgedessen kommt es dort regelmäßig zu Reflexionen und Interferenzen, spürbar auch durch Wärmeentwicklungen während der Besonnung.

Daneben ist auch die MIE-Streuung zu berücksichtigen. Bei einer Kantenlänge eines Hautbausteins zwischen etwa 100 nm und 1,5 μm, die Wellenlängen des sichtbaren Lichts zwischen ca. 380 nm und 800 nm überstreichend, erfolgt diese Streuung bspw. an Pheomelanosomen einer Kantenlänge zwischen 250 nm und 500 nm in vorwärtiger und rückwärtiger Richtung zum Eintrittswinkel der Strahlung oder, sofern die Kantenlänge kleiner als die Wellenlänge ist, in starker, vorwärtiger Ausrichtung .

Ist ferner die Kantenlänge eines Hautbestandteils kleiner als die Wellelänge, etwa zwischen 10 nm und 100 nm liegend, erfolgt eine radial ausgeprägte Streuung, die sogenannte Raylightstreuung, mit einer Streuamplitude von l/λ ⁴ .

So wird zwar einerseits die Haut vor einer schädigenden Strahlung geschützt, aber zugleich mit dem Nachteil verbunden, dass für ein Bräunen durch Absorption von UV-Strahlung durch die tiefer liegenden Pigmente der Keimschicht nur ein Bruchteil der auf die Haut auftreffenden Strahlungsenergie zur Verfügung steht .

Die für eine Bräunung notwendige Strahlungsdosis lässt sich jedoch weder durch eine Erhöhung der Strahlungsenergie noch durch eine beliebige Verlängerung der Besonnungsdauer vergrößern. Denn wird die Schwellendosis überschritten, kommt es, definitionsgemäß, zu physikalischen und dermatologischen

Schädigungen, in einfacher Form beispielsweise als Sonnenbrand bekannt, bishin zu Strangbrüchen der DNA bei Keratinozyten, was eine Schädigung der Zelle und der Erbsubstanz mit sich bringen und damit zu Langzeitschaden führen kann.

Entsprechend wird die Strahlendosis in Sonnenstudios, abhängig vom Hauttyp und abhängig von der Besonnungsvorrichtung, durch verschiedene Richtlinien vorgegeben, durch die die flächenbezogene UV-Emission eines UV-Strahlers auf ein cm ² festgelegt wird.

Tatsächlich finden aber in Sonnenstudios Besonnungsvorrichtungen Verwendung, die bereits eine Emission von mehr als 1 W/m ² aufweisen, und die Emissionen und damit auch Schadwirkung solcher Besonnungsvorrichtungen wurden in den letzten Jahren weiter erhöht. So erreichen heute Lampen bereits nach weniger als einer Minute die empfohlene Anfangsdosis von 100 Joule/m ² und liegen die Besonnungsdosen regelmäßig zwischen 1000 Joule/m ² und 3000 Joule/m ² . Vor diesem Hintergrund beabsichtigt der Gesetzgeber und involvierte Organisationen eine Beschränkung der Emissionen auf 0,3 W/m ² , was jedoch, aus der Praxis, den Erwartungen der Endverbrauchern nicht genügt.

Praktische Messungen zeigen jedoch darüber hinaus, sowohl bei natürlicher wie auch bei künstlicher UV-Strahlung, dass bereits auf der Fläche von 1 mm ² schon Abweichungen von bis zu etwa einem Faktor 5 der UV-Emissionen vorkommen. Zwar wird dies durch den eingangs erläuterten Eigenschutz der Haut in einem gewissen Maß ausgeglichen, jedoch muss, da die Besonnung anhand der Erythemschwelle bemessen wird, mit einer Schädigung der Haut gerechnet werden, was dem wunschgemäßen Bräunen entgegensteht .

Ebenso verhindern Interferenzerscheinungen, insbesondere bei einer Streuung und einer vielfältigen Reflexion, dass die gesamte, auftreffende Strahlungsenergie einer Bräunung zur Verfügung steht.

Vor diesem technischen Hintergrund macht die Erfindung es sich zur Aufgabe, eine Filtervorrichtung für eine Besonnungsvorrichtung mit wenigstens einem UV-Strahler zur Verfügung zu stellen, durch die eine optimale Verteilung und Begrenzung der Strahlungsenergie ermöglicht wird.

Gelöst wird diese technische Problematik bei einer Filtervorrichtung der eingangs genannten Art gemäß des Anspruchs 1 durch die Maßnahme, dass zwischen dem UV-Strahler und dem Probanden ein strukturierter, flexibler Folienfilter angeordnet ist .

Strukturierte Folien sind beispielsweise aus der Druck- und Grafiktechnik bekannt, in der beschichtete Polyesterfilme und Lacke für die Produktion von Membranschaltern, Frontplatten, Schildern oder dergleichen mehr Verwendung finden.

Das Verdienst der Erfindung besteht darin, erkannt zu haben, dass derartig strukturierte, flexible Folien als Folienfilter, zwischen einem UV-Strahler und einem Probanden verwendet, geeignet sind, auf der Haut des Probanden eine in hohem Maße gleichmäßig verteilte Strahlung sicherzustellen und damit das Risiko einer Schädigung der Haut weitgehend auszuschließen, da lediglich 10 % der empfohlenen Maximaldosis in Anlehnung an die Erythema CIE für einen bspw. durch die Bestrahlung mit einer herkömmlichen Sonnenbank hervorgerufenen Bräunungseffekt benötigt werden.

Darüberhinaus erfolgt eine Reduzierung der Emissionen auf 0,15 W/m ² bis 0,2 W/m ² , so dass ein Betrieb der

Besonnungsvorrichtung nach der Erfindung im erlaubten Limit von bis zu 0,3 W/m ² sichergestellt ist.

Als Nebeneffekt des Folienfilters tritt ferner eine Reduzierung der IR-Strahlung noch auf, was zu einem verbesserten Raumklima beiträgt.

Zurückgeführt werden diese Effekte auf Beugungs- und Brechungserscheinungen an dem strukturierten Folienfilter, weshalb bevorzugt die Strukturen paralleler oder gitterartiger Art sind. Insbesondere sind diese Strukturen des Folienfilters geringer bemessen als 400 μm, welche Folien handelsüblich sind, insbesondere wird jedoch an 10-mal kleinere Abmessungen gedacht, welche Abmessungen dann in der Größenordnung der Corneozyten liegen.

Es können die Strukturen innerhalb des Folienfilters auch durch entsprechend große und orientierte Makromoleküle ausgebildet werden. Ausreichend ist jedoch bereits eine Strukturierung einer Oberfläche des Folienfilters, beispielsweise durch eine geeignete Aufrauung, hervorgerufen bspw. durch eine Strukturwalze im Anschluß an die eigentliche Folienherstellung .

Verbleibt eine Oberfläche des Folienfilters glatt, kann diese auch bedruckt werden, womit auch die Lichtfarbe z. B. einer Sonnenbank oder dergleichen in gewissem Umfang auch einstellbar ist .

Zweckmäßigerweise wird die Materialstärke der Folie nicht zu groß gewählt, damit eine ausreichende Lichtdurchlässigkeit gewahrt bleibt. So wird zweckmäßigerweise die Materialstärke des Folienfilters das Dreifache der Abmessung der Struktur vorzugsweise betragen, wobei die Materialstärke des

Polienfilters zwischen 100 μm und 450 μm durchaus aufweisen kann, wobei jedoch die dünneren Folien bevorzugt sind.

Als Regel hat sich dabei herausgestellt, dass eine Materialstärke von 100 μm die Emissionen um etwa 10 % reduzieren. Dieser Effekt lässt sich in weiterer Ausgestaltung der Erfindung nutzen, um durch Filterfolien unterschiedlicher Materialstärken die Bestrahlungsstärke einer Fläche einer unterschiedliche Emissionen aufweisenden Besonnungsvorrichtung homogen zu gestalten, so dass insbesondere keine hautschädliche Emissionsspitzen über der Fläche auftreten.

Ferner kann vorgesehen werden, dass der Folienfilter eine Polyesterfolie als Träger einer UV-ausgehärteten, strukturierten Beschichtung aufweist.

Polyesterfolien sind in einer Vielzahl von Varianten bekannt und insbesondere werden hierunter solche aus Polyäthylen-Terephthalat oder kurz PET verstanden, das eine vergleichsweise hohe Schmelztemperatur auch aufweist, so dass eine Anordnung einer derartigen Folie in unmittelbarer Nähe von UV-Licht emittierenden Leuchtmitteln ermöglicht ist.

Eine solche Polyesterfolie kann als Träger einer

UV-ausgehärteten, strukturierten Beschichtung dienen, die beispielsweise durch eine Verwendung von groben Füllstoffen in der Masse der Folie selbst oder in einer koextrudierten Oberflächenschicht angeordnet sein kann.

Alternativ ist es gleichfalls möglich, die Oberfläche der Polesterfolie unmittelbar zu strukturieren, beispielsweise durch eine nachträgliche, mechanische Bearbeitung mittels einer Strukturwalze oder dergleichen.

Die Polymerketten insbesondere eines auskristallisierten Polyesters können vergleichsweise groß sein und damit die physikalischen Eigenschaften der Lichtdurchlässigkeit der verwendeten Folie beeinflussen. Es wird deshalb bevorzugt, dass die Polyesterfolie biaxial orientiert ist, mithin auch die Makromoleküle gitterartig ausgerichtet sich darstellen, entsprechend der bevorzugten Strukturierung. Eine biaxiale Orientierung der Polymere verbessert darüber hinaus entscheidend die mechanischen Eigenschaften einer Polyesterfolie .

Bevorzugt wird die Filtervorrichtung nach der Erfindung auf einer Sichtscheibe aufgebracht, die den UV-Strahler und den Probanden trennt, vorzugsweise auf der dem UV-Strahler zugewandten Seite. Sonnenbänke, Sonnenduschen oder dergleichen Vorrichtungen für ein Besonnen eines Probanden verfügen regelmäßig über Plexiglasabdeckungen, durch die der Proband von dem UV-Strahler getrennt wird und die als Träger von Folienfiltern herangezogen werden können.

Nachteilig bei Polyester ist allerdings, dass dieser nicht gegenüber der Degradierung durch eine UV-Strahlung beständig ist und unter einer derartigen UV-Strahlung nach einiger Zeit brüchig wird. Infolgedessen muss ein Folienfilter nach der Erfindung nach rund 600 bis 1000 Betriebsstunden gewechselt werden und er sollte von daher in einfacher Weise austauschbar sein.

Die guten mechanischen Eigenschaften einer Polyesterfolie, wie eine hohe Festigkeit und insbesondere eine hohe

Dauerbiegefestigkeit erlauben als weitere Verwendung des Folienfilters nach der Erfindung eine Bespannung eines Schirmgestells, gleichsam als Sonnenschirm, unter dem jedoch eine Bräunung sehr gut und gefahrlos möglich ist, wie auch

die Verwendung als aufrollbares Sonnensegel oder dergleichen mehr.

Die Verwendung der Filtervorrichtung nach der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert, in der lediglich in der einzigen Figur schematisch der Schnitt durch ein Solargerät dargestellt ist.

Das in der Figur 1 dargestellte Solargerät 1 verfügt über ein Unterteil 2 und ein Oberteil 3, das den Körper eines Probanden 4 überdeckt . Es ist deshalb das Oberteil 3 regelmäßig aufklappbar oder abnehmbar ausgebildet .

Das Oberteil 3 weist bei dem Ausführungsbeispiel des Solargeräts 1 eine halbrunde Geometrie auf, die durch

Plexiglas 5 ausgebildet wird, das für eine UV-Strahlung durchlässig ist .

Vergleichbare, mehreckige Ausführungsformen von derartigen Oberteilen sind gleichfalls bekannt und können ebenso mit Folienfiltern versehen werden.

Auf der von dem Probanden 4 entgegengesetzten Seite des Plexiglases 5 sind eine Vielzahl von UV-Strahlern 6 angeordnet. Zwischen den UV-Strahlern 6 und dem Plexiglas 5 ist der Folienfilter 7 nach der Erfindung auf das Plexiglas 5 aufgebracht, insbesondere lösbar, um seinen Austausch nach 600 bis 1000 Stunden zu ermöglichen. üblicherweise reicht eine Befestigung mit einem Klebeband an den Rändern des Folienfilters 7 aus.

Auch die zumeist ergonometrisch ausgebildete Liegefläche 8 ist aus einem für UV-Strahlung durchlässigen Plexiglas, unter der wieder eine Vielzahl von UV-Strahlern 9 angeordnet ist. Zwischen den UV-Strahlern 9 und der für UV-Strahlung

durchlässigen Liegefläche 8 ist ein Folienfilter 10 angeordnet, der an seinen Rändern beispielsweise wieder mit einem Klebeband fixiert sein kann.

Aufgrund der eingangs erläuterten optischen Eigenschaften des Folienfilters nach der Erfindung wird sich in dem Innenraum 11 eine UV-Strahlung äußerst gleichmäßiger

Intensitätsverteilung einstellen, unabhängig von der Art der Strahler 6 oder 9, die für einen vergleichbaren Bräunungseffekt mit herkömmlichen Solargeräten lediglich etwa ein Zehntel der üblichen Bestrahlungsleistung benötigt, wodurch der Proband 4 in einem hohen Maß vor Schäden durch die UV-Bestrahlung geschützt ist .

Typische, weitere Verwendungen sind der Einsatz derartiger Folienfilter bei Sonnenduschen, die über eine Plexiglasscheibe zwischen dem Probanden und dem UV-Strahler verfügen .

An den Einsatz des Folienfilters nach der Erfindung unmittelbar auf einem UV-Strahler kann nur dann gedacht werden, wenn dieser bei einer sehr geringen Betriebstemperatur betrieben werden kann, durch die die physikalischen und optischen Eigenschaften des Folienfilters nicht in Frage gestellt werden.

Auch in einer natürlichen Umgebung ist die Intensität der Sonnenbestrahlung eines Probanden aufgrund von Brechungs-, Beugungs- und Interferenzerscheinungen, hervorgerufen durch die Umgebung, in einem Höchstmaß unregelmäßig. So kann aufgrund der hervorragenden mechanischen Eigenschaften des Folienfilters daran gedacht werden, diesen auf einem Schirmgestell, gleichsam als Sonnenschirm, als Sonnensegel oder dergleichen zu verwenden und damit eine optimale Besonnung im Freien sicherzustellen.