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Dokumentenidentifikation DE19810455A1 23.09.1999
Titel Kaltlicht-UV-Bestrahlungsvorrichtung
Anmelder Bisges, Michael, 59557 Lippstadt, DE;
Kisters, Knut, 33649 Bielefeld, DE
Erfinder Bisges, Michael, 59557 Lippstadt, DE;
Kisters, Knut, 33649 Bielefeld, DE
Vertreter Kohlmann, K., Dipl.-Ing., Pat.-Anw., 52078 Aachen
DE-Anmeldedatum 11.03.1998
DE-Aktenzeichen 19810455
Offenlegungstag 23.09.1999
Veröffentlichungstag im Patentblatt 23.09.1999
IPC-Hauptklasse G21K 5/04
IPC-Nebenklasse B41M 7/00   B41F 23/04   C08J 3/28   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft eine Kaltlicht-UV-Bestrahlungsvorrichtung, die bei der Härtung von UV-Lacken, -Druckfarben und Beschichtungen auf wärmesensiblen Substraten angewendet wird. Sie wird beispielsweise in Anlagen zum Bedrucken von Verpackungsfolien oder in Fertigungslinien für CDs (Compact Discs) und DVDs (Digital Versatile Discs) eingesetzt. Bei den bisher eingesetzten Bestrahlungsvorrichtungen wird neben der UV-Strahlung auch ein hoher Anteil an Wärmestrahlung (IR-Strahlung) auf das Substrat abgestrahlt. Diese Wärmestrahlung führt oft mehrmals zu Verformungen und Versprödungen am Substrat. Die Erfindung ermöglicht eine effektive Trennung der UV- von der IR-Strahlung. Gleichzeitig ist der Anteil der Wärmestrahlung, der auf das Substrat auftrifft, stufenlos einstellbar, da ein geringer Anteil an Wärme für eine optimale Härtung notwendig ist. Durch minimale Strahlungswege wird eine hohe UV-Intensität bei minimaler Wärmebelastung des Substrats realisiert. Die optimalen Verfahrensparameter, die mit derartigen Vorrichtungen erzielt werden, erhöhen die Produktivität der Fertigungslinien und reduzieren den Ausschußanteil.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Derartige Kaltlicht-UV-Bestrahlungsvorrichtungen finden Verwendung bei der Beschichtung von Substraten aus temperaturempfindlichen Materialien, insbesondere Kunststoffen, mit UV-Lacken und -Druckfarben. Derartige Substrate können in Form verschiedener Gegenstände, z. B. als Formkörper (Flaschen, Scheiben, etc.) oder als Folien und Bahnen vorliegen. Scheibenförmige Formkörper sind beispielsweise optische Informationsträger wie Compact Discs (CD's) oder Digital Versatile Discs (DVD's). Weitere temperaturempfindliche Bestrahlungsgüter sind keramikähnliche Materialien, wie sie beispielsweise in elektronischen Bauteilen eingesetzt werden. Auch in elektronischen Bauteilen enthaltene Metall- und Kunststoffieile sind häufig temperaturempfindlich.

Um die UV-Lacke und -Druckfarben in den kurzen Zykluszeiten von hochproduktiven Fertigungslinien aushärten zu können, ist eine hohe UV-Lichtintensität notwendig. Üblicherweise wird zur Härtung UV-Licht im Wellenlängenbereich von 200 bis 400 nm eingesetzt. Neben dem zur Härtung erforderlichen UV-Licht, strahlen alle gängigen Lampen aber auch die langwellige Wärmestrahlung (Infrarot-, (IR)-Strahlung) ab. Diese Wärmestrahlung ist bei der Härtung eigentlich unerwünscht. Die langwellige Wärmestrahlung führt zu einer Verformung und Versprödung des Substrats.

Es ist bekannt, die Lichtquelle direkt über dem Bestrahlungsgut anzuordnen und hinter der Lichtquelle zwei Kaltlichtspiegel zur Reduktion der Wärmestrahlung anzuordnen. DE 39 02 643 C2 zeigt ein Beispiel für diese Anordnung. Nachteilig ist, daß bei diesen Anordnungen durch den direkten Strahlengang von der Lampe ein hoher Wärmeanteil auf das Substrat gelangt.

In G 90 14 652.2 und in DE 44 09 426 werden Anordnungen gezeigt, die die Wärmebelastung des Objektes durch einen Wärmefilter im direktem Strahlengang senken. Diese Wärmefilter bestehen aus einer beschichteten Quarzglasscheibe und reduzieren die IR-Strahlung auf das Substrat nur geringfügig. Außerdem wird von den Quarzglasscheiben auch ein Teil der UV-Strahlung absorbiert.

Im US 4,048,490 wird eine Anordnung gezeigt, die den direkten Strahlengang auf das Substrat ausblendet. Dabei wird der direkte Strahlengang über eine reflektierende Barriere, an der Lampe vorbei auf die Reflektoren hinter der Lampe und von dort auf das Substrat geführt. Nachteilig bei dieser Anordnung sind die extrem langen Strahlungswege. Die UV-Intensität nimmt mit doppelter Weglänge auf ca. R der ursprünglichen Intensität ab. Da die von der Barriere reflektierte Strahlung an der Lampe vorbeigeführt wird, sind keine kürzeren Strahlungswege realisierbar. Nachteilig ist weiterhin, daß die Barriere nicht als wärmeabsorbierender Körper ausgelegt ist, sondern auch die Wärmestrahlung vollständig reflektiert, wodurch die Trennung von UV- und IR-Strahlung nicht ausreichend ist. Desweiteren erfolgt bei diesen Anordnungen eine flächige Ausleuchtung der Bestrahlungsfläche unter der Lampe. Es zeigte sich aber, daß eine Fokussierung der UV-Strahlung auf dem Substrat deutliche Vorteile gegenüber einer flächigen Ausleuchtung hat. Bei dieser Anordnung ist aber eine vollständige Fokussierung der Strahlung nicht möglich, da Lampe und Barriere zwei Strahlungsquellen darstellen und somit die Reflektoren hinter der Lampe nicht gleichzeitig beide Strahlungsquellen auf dem Substrat fokussieren können. Durch die aufwendige geometrische Auslegung der Reflektoren und dem notwendigen Abstand zwischen Barriere und Lampe ist der Bauraum derartiger UV-Bestrahlungsvorrichtungen sehr groß. Innerhalb von kleinen Fertigungslinien sind derartig große Vorrichtungen nicht einsetzbar.

Bekannt sind außerdem UV-Bestrahlungsvorrichtungen, die aus einem stabförmigen Lampenkörper mit einem doppelwandigen Kühlkörper aus Quarzglas umgeben sind. Durch den Kühlkörper wird Wasser geleitet. Die von der Lampe emittierte Strahlung wird durch das Wasser auf das Substrat gestrahlt. Nachteilig dabei ist, daß das Wasser sehr stark zu Bildung von Algen neigt und aufwendig gereinigt werden muß. Außerdem ist es nur möglich UV-Strahlung mit einem sehr engen Wellenlängenbereich abzustrahlen. Es zeigt sich aber, daß viele UV-Beschichtungen und Lacke mit derartigen Vorrichtungen nicht gehärtet werden können.

Bekannt sind des weiteren UV-Strahler, deren Lichtquelle seitlich über dem Objekt angeordnet ist. Durch einen plattenförmigen Kaltlichtspiegel, der im 45° Winkel über dem Substrat angeordnet ist, soll eine indirekte Bestrahlung realisiert werden. Nachteilig ist zum einen ein hoher Anteil direkter Strahlung sowie die geringe UV-Intensität aufgrund des langen Strahlungsweges.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Kaltlicht-UV-Bestrahlungsvorrichtung zu schaffen, die eine Trennung der UV von der IR-Strahlung ermöglicht, um die Wärmebelastung des Bestrahlungsgutes zu vermeiden. Es soll möglich sein, den Anteil der Wärmestrahlung (IR) auf dem Substrat stufenlos zu regulieren. Gleichzeitig soll durch kurze Strahlungswege eine hohe UV-Intensität gewährleistet werden. Die reine UV-Strahlung soll auf dem Bestrahlungsgut fokussierbar sein.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruch 1 gelöst.

Man geht nach Anspruch 2 vor, um den direkten Wärmestrahlengang auf das Substrat zu vermeiden, da dieser bei der Härtung von UV-Lacken und Beschichtungen zu Verformungen und Versprödungen bei wärmesensiblen Substraten führt. Bevorzugt geht man nach Anspruch 3 und 5 vor, da der Einsatz von Kaltlichtspiegeln eine effektive Trennung der UV- von der IR-Strahlung ermöglicht und man durch das weitere Vorgehen nach Anspruch 10 mit nur das zur Härtung erforderliche UV-Licht auf das Substrat aufbringt. Hierzu wird ferner gemäß Anspruch 1 und 2 in der Barriere ein wärmeabsorbierender Körper angeordnet, der gemäß Anspruch 4 gekühlt ausgebildet ist, so daß dieser Körper selbst keine Wärmestrahlung emittiert oder reflektiert. Es ist dabei vorteilhaft, diesen wärmeabsorbierenden Körper gemäß Anspruch 6 und 7 mit einer Luft- oder Flüssigkeitskühlung zu versehen. Dadurch kann die absorbierte Wärmestrahlung an das Kühlmedium abgegeben werden, wodurch der wärmeabsorbierende Körper eine konstante Temperatur behält, die durch die mit dem Kühlmedium abgeführte Wärmemenge reguliert werden kann.

Bei kurzen Härtungszeiten unter der Bestrahlungsvorrichtung ist es vorteilhaft nach Anspruch 8 vorzugehen und die zu härtende UV-Beschichtung z. B. mit Stickstoff zu beaufschlagen, da man somit eine optimale Härtung erzielt. Dabei ist es besonders vorteilhaft, das Gas durch die Bohrungen in der Barriere direkt über dem Substrat aufzubringen. Werden UV-Beschichtungen mit minderer Qualität eingesetzt empfiehlt es sich, nach Anspruch 9 zu verfahren, da die aus der Beschichtung austretenden niedermolekularen Stoffe sich ansonsten auf den Reflektoren niederschlagen.

Um die UV-Strahlung in einem Punkt zu fokussieren, geht man nach Anspruch 12 und 22 vor. Durch den kreisförmigen Querschnitt der Reflektoren fokussiert man die Strahlung in einem Brennpunkt auf dem Substrat. Will man dagegen eine flächige Ausleuchtung erreichen, so geht man nach Anspruch 11 vor. Beim Vorgehen nach Anspruch 13 erreicht man, daß die Strahlungsverteilung auf dem Substrat symmetrisch zur Vertikalen durch die Lichtquellenmitte ist. Will man dagegen das Substrat beim Durchlaufen unter der Bestrahlungsvorrichtung zuerst vorhärten und anschließend mit hoher UV-Intensität bestrahlen, so geht man nach Anspruch 14 vor. Durch eine derartige Vorbehandlung erreicht man eine Mattierung der UV-Beschichtung.

Um optimale Reflexionseigenschaften der Reflektoren zu erhalten, geht man nach Anspruch 15 vor. Die Reflexionsschicht kann an den Einfallswinkel der UV-Strahlung angepaßt werden, so daß das unter diesem Winkel einfallende Licht besonders gut reflektiert wird. Will man die UV-Strahlungsintensität variieren, so empfiehlt sich eine Vorgehensweise nach Anspruch 16. Durch die Vergrößerung des Abstands zwischen Lichtquelle und Barriere nimmt die Intensität der UV-Strahlung auf dem Substrat ab. Durch eine verstellbare Barrierengeometrie entsprechend Anspruch 17 kann der Anteil der Wärmestrahlung, der noch an der Barriere vorbei geht verstellt werden. Ein Blendensystem entsprechend Anspruch 18 ermöglicht ebenfalls eine Verstellung der Wärmestrahlung auf dem Substrat. Es ist dabei vorteilhaft nach Anspruch 19 und 20 vorzugehen, da man somit die Wärmestrahlung bei laufender Produktion optimieren und an die Prozeßgeschwindigkeit anpassen kann. Gemäß Anspruch 21 kann das Blendensystem nach Anspruch 18 auch komplett den Strahlengang auf das Substrat verschließen (Shutter) und somit bei Stillständen der Produktionslinien das Substrat vor einer zu langen UV-Bestrahlung schützen.

Um einen minimalen Strahlungsweg der UV-Strahlung zu realisieren, geht man nach Anspruch 23 vor. Dadurch, daß die UV-Reflexionsschicht direkt an der Außenseite der Lichtquelle aufgebracht wird, ist der Weg der reflektierten Strahlung minimal. Gemäß Anspruch 24 kann dann die Barriere als geometrisch einfacher, wärmeabsorbierender Körper ausgeführt sein.

Bei Lichtquellen für die Lackhärtung auf sehr breiten Verpackungsfolien oder Bodenbelägen ist es vorteilhaft, nach Anspruch 25 und 26 vorzugehen. Durch die Stützkörper bzw. den Kontakt zwischen Lichtquelle und Barriere wird eine Durchbiegung des Lampenkörpers verhindert. Besonders bei den bis zu 4 m langen Lichtquellen zur Beschichtung von Bodenbelägen ist ein Vorgehen nach Anspruch 25 und 26 sinnvoll, um eine Zerstörung der Lampenkörper zu verhindern.

Kaltlicht-UV-Bestrahlungsvorrichtungen nach dem bisher beschriebenen Aufbau bewirken eine effektive Trennung der UV- von der IR-Strahlung (mehr als 90% der IR-Strahlung kann absorbiert werden). Durch die minimierten Strahlungsweglängen ist die UV-Intensität mit der von konventionellen Bestrahlungsvorrichtungen vergleichbar. Die Trennung von UV- und IR-Strahlung ermöglicht aber auch den Einsatz von Lichtquellen mit bis zu 8facher Leistung im Vergleich zu den bisher eingesetzten Lichtquellen, ohne die Wärmebelastung des Substrats zu erhöhen. Dadurch können extrem kurze Zykluszeiten, bzw. hohe Durchlaufgeschwindigkeiten in den Fertigungslinien erreicht werden. Verstellbare Wärmeblenden ermöglichen es, die Wärmestrahlung genau zu justieren, da immer ein geringer Teil an Wärmestrahlung notwendig ist, um eine optimale Härtung zu erreichen. Außerdem können Schwankungen in den Produktionsbedingungen (Umgebungstemperatur, Luftfeuchtigkeit usw.) durch die verstellbaren Wärmeblenden ausgeglichen werden, so daß Qualitätsschwankungen am Produkt vermieden werden.

Die spezielle Geometrie der Barriere und die Anordnung direkt unterhalb der Lichtquelle ermöglicht eine Reflexion der Strahlung durch den Lampenkörper, anstatt wie bisher üblich, die Strahlung an der Lampe vorbei zu richten. Dabei sind die Verluste beim Durchgang durch den Glaskörper und das Gas zu berücksichtigen. Es zeigt sich aber, daß diese Verluste relativ gering sind (15%). Vorteilhaft ist die kurze Strahlungsweglänge (ca. S wie bisher üblich => 4fache UV-Intensität) und die optimale Fokussierung der Strahlung auf dem Substrat.

Durch die Bohrungen in der Barriere ist es möglich, Stickstoff direkt über dem Substrat aufzubringen. Es bildet sich eine Stickstoffschicht über den Fokuspunkten der UV-Strahlung auf dem Substrat aus, wodurch die Härtung optimiert wird. Im Vergleich zu konventionellen UV-Bestrahlungsvorrichtungen, ist der Stickstoffverbrauch deutlich verringert, wodurch die Betriebskosten einer derartigen Vorrichtung sinken.

Werden UV-Beschichtungen verwendet, bei denen niedermolekulare Bestandteile verdampfen, so zeigt die Erfindung ebenfalls deutliche Vorteile. Durch die geringe Wärmeentwicklung auf dem Substrat wird das Austreten dieser Bestandteile verringert. Bohrungen in der Barriere können zur Absaugung dieser Gase genutzt werden. Dadurch wird ein Beschlagen der Reflektoren effektiv vermieden.

UV-Bestrahlungsvorrichtungen können nach dem Stand der Technik nicht in Längen von bis zu 4 m hergestellt werden. Durch die Erfindung ist es möglich, diese Längen zu realisieren. Durch Stützkörper zwischen Barriere und Lampe oder ein Auflegen auf der Barriere ist es möglich, ein Durchbiegen bis hin zur Zerstörung des heißen Lampenkörpers zu verhindern.

Weitere Einzelheiten und Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im folgenden beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten, in keiner Weise als Einschränkung der Erfindung zu verstehenden Ausführungsbeispielen, sowie aus den übrigen Unteransprüchen. Es zeigt

Fig. 1 eine Vorderansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Kaltlicht-UV-Bestrahlungsvorrichtung in schematischer Darstellung.

Fig. 2 eine Vorderansicht eines zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Kaltlicht-UV-Bestrahlungsvorrichtung in schematischer Darstellung.

Fig. 3 eine Vorderansicht eines dritten bevorzugten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Kaltlicht-UV-Bestrahlungsvorrichtung in schematischer Darstellung.

Fig. 4 Barrieren mit Absaug- und Begasungsbohrung, schematische Darstellung der Funktionsweise.

Fig. 5 Barrieren in verschiedenen Ausführungsbeispielen.

Fig. 6 Vorder- und Seitenansicht eines Details einer erfindungsgemäßen Bestrahlungsvorrichtung in schematischer Darstellung.

Fig. 7 eine Seitenansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Bestrahlungsvorrichtung in schematischer Darstellung.

Fig. 8 eine Vorderansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Kaltlicht-UV-Bestrahlungsvorrichtung in schematischer Darstellung.

In Fig. 1 wird eine Kaltlicht-UV-Bestrahlungsvorrichtung schematisch dargestellt. Dabei werden mit 1-4 die Komponenten der Barriere bezeichnet. Diese besteht aus einem wärmeabsorbierenden Körper (1), einer UV-Reflexionsschicht (2) und Bohrungen (3, 4) durch die Kühlmedien oder Gase geleitet werden können. Die Bohrung (3) ist dabei mit Düsen (3b) versehen, die es ermöglichen, Gase direkt über dem Substrat (12) und der UV-Beschichtung (13) auszubringen bzw. abzusaugen. Oberhalb der Barriere ist die stabförmige Lichtquelle (5) angeordnet. Die Reflektoren (6) und (7) sind zylindrisch mit kreisförmigem Querschnitt, wodurch es möglich ist, die UV-Strahlung in den zwei Punkten (20a) auf dem Substrat zu fokussieren. Die Reflektoren (6, 7) werden bevorzugt als Kaltlichtspiegel ausgelegt da somit eine effektive Trennung von UV- und IR-Strahlung möglich ist. Um die durch die Reflektoren (6, 7) transmittierende IR-Strahlung zu absorbieren, werden hinter den Reflektoren Wärmeabsorber (8, 9) angeordnet, die mit Kühlkanälen (10) versehen sind. Es ist aber auch möglich, die Wärmeabsorber (8, 9) durch einen Luftstrom zu kühlen.

In Fig. 2 wird eine Variante der Kaltlicht-UV-Bestrahlungsvorrichtung mit Wärmeblenden und 3 Fokuspunkten der UV-Strahlung dargestellt. Diese besteht wieder aus einer Barriere, einer Lichtquelle und Wärmeabsorbern. Im Gegensatz zu Fig. 1 sind hierbei die Reflektoren (17, 18) aus je zwei zylindrischen Teilen mit kreisförmigem Querschnitt zusammengesetzt. Dadurch wird die UV-Strahlung in den drei Punkten (20b) fokussiert. Mit den Wärmeblenden (14, 14b) ist es möglich, einen Teil der Wärmestrahlung (19) auszublenden. Dazu werden die Wärmeblenden (14, 14b) mit der Verstelleinrichtung (15, 16, 15b, 16b) soweit geschlossen, daß die Wärmestrahlung (19) nicht mehr, oder nur zum Teil auf das Substrat trifft. Bei Stillständen der Fertigungslinien ist es möglich, das Substrat (12, 13) vor der Strahlung abzuschirmen, indem die Wärmblenden (14, 14b) bis zur Barriere vorgeschoben werden, wodurch der Strahlengang auf das Substrat vollständig verschlossen wird (Shutterfunktion).

Fig. 3 zeigt eine ähnliche Anordnung wie Fig. 2. Allerdings sind hierbei die Wärmeabsorber (8b, 9b) als plattenförmiges Gehäuse ausgeführt.

In Fig. 4 wird die Funktionsweise der Kanäle in der Barriere verdeutlicht. Durch den Kanal (3) und die Düsen (3b) kann entsprechend Abb. 21 Stickstoff oder ein vergleichbares Gas auf das Substrat geleitet werden. Der Ausschluß von Luftsauerstoff ermöglicht eine schnellere und bessere Aushärtung der UV-Beschichtung auf dem Substrat.

Verzichtet man auf eine Begasung so besteht die Möglichkeit, die Bohrung als Absaugvorrichtung (22) einzusetzen. Die von der UV-Beschichtung austretenden niedermolekularen Bestandteile bewirken im normalen Betrieb eine schnelle Verschmutzung der Reflektoren (6, 7). Um dieses zu vermeiden, kann eine Absaugvorrichtung an den Kanal (3) angeschlossen werden. Durch die Düsen (3b) wird das aufsteigende Gas abgesaugt.

Bei besonders wärmempfindlichen Substraten kann der Kanal (3) als Luftkühlung entsprechend (23) eingesetzt werden. Durch einen leichten Luftstrom kann das Substrat unter der Bestrahlungsvorrichtung gekühlt werden. Gleichzeitig verhindert der Luftstrom, daß die niedermolekularen Substanzen aufsteigen können. Der Luftstrom drückt diese Substanzen aus der Bestrahlungsvorrichtung heraus.

In Fig. 5 werden verschiedene Ausführungsformen der Barriere dargestellt. Grundsätzlich besteht die Barriere immer aus einer UV-Reflexionsschicht und einem Wärmeabsorber. Dabei kann die UV-Reflexionsschicht durch eine Aluminiumschicht (2, 2d, 2f) speziellen Reflexionsschichten (2, 2d, 2e, 2f) oder aus einem Kaltlichtspiegel (2c) bzw. Reflexionsblech (2c) bestehen. Die Reflexionsschicht kann direkt auf der Barriere aufgetragen werden (24, 26, 28), ein Bestandteil des Kaltlichtspiegels darstellen (25), oder direkt auf dem Lampenkörper (27) aufgebracht werden.

Der wärmeabsorbierende Körper in der Barriere kann mit einer Flüssigkeitskühlung (24, 25, 27, 28) oder mit einer Luftkühlung (26) versehen werden. Die Geometrie der Barriere hängt von deren Abstand zur Lichtquelle und von der Art der UV-Reflexionsschicht ab. Wird die UV-Reflexionsschicht direkt auf dem Lampenkörper aufgebracht (27), so kann der Wärmeabsorber plattenförmig ausgeführt werden. Bei direkt auf der Barriere aufgebrachten Reflexionsschichten muß die Barriere entsprechend den gewünschten Reflexionseigenschaften ausgeformt sein. Reflexionsbleche oder Kaltlichtspiegel gemäß (25) bieten der Vorteil der leichten Austauschbarkeit. Soll die Barriere über eine Luftkühlung gekühlt werden, so geht man nach (26) vor, oder man führt die Barriere entsprechend (24, 25) ohne die Kühlbohrungen aus. Der Kanal (3) kann auch je nach Bedarf weggelassen werden. In (28) wird eine Barriere mit verstellbaren Wärmeblenden (29) dargestellt. Durch die Höhenverstellung der Blenden (29) kann der Anteil der direkten Wärmestrahlung, der die Barriere passiert und auf das Substrat trifft, geregelt werden. Bei voll ausgefahrenen Wärmeblenden (29) trifft keine Wärmestrahlung direkt auf das Substrat, bei ganz eingefahrenen Wärmeblenden (29) trifft ein Anteil der Wärmestrahlung, der zur Härtung notwendig ist auf das Substrat. Die Wärmeblenden (29) können einzeln verstellt werden.

In Fig. 6 werden Stützkörper (30, 31) dargestellt, die die Lichtquelle vor einer Durchbiegung schützen. Bei besonders langen Lichtquellen ist der Glaskörper der Lichtquelle bei hohen Temperaturen nicht in der Lage, seine Form zu halten. Die Barriere (1-4) zusammen mit den Stützkörpern (30, 31), die einen Kontakt zwischen Lampe und Barriere herstellen, verhindern die Durchbiegung. Das Auflegen der Lampe auf die Stützkörper kann nur punktuell (30) oder auf der gesamten Länge der Lampe (31) erfolgen. Die Stützkörper können auf dem Wärmeabsorber in der Barriere oder auf den Reflexionsschichten angeordnet sein.

In Fig. 7 wird eine Seitenansicht gezeigt, die der in Fig. 1 (Schnitt A-A) gezeigten Anordnung entspricht.

Fig. 8 zeigt den Aufbau einer asymmetrisch zur Vertikalen durch die Lichtquellenmitte aufgebauten Kaltlicht-UV-Bestrahlungsvorrichtung. Dabei wird die UV-Strahlung nicht wie in Fig. 1 gezeigt in zwei Punkten (20a) auf dem Substrat fokussiert, sondern im Punkt (20c) flächig aufgestrahlt. Dieses bewirkt eine leichte Vorhärtung der UV-Beschichtung und eine nachfolgende Aushärtung in Punkt (20a). Durch diese Vorgehensweise erzielt man eine leichte Aufrauhung der UV-Beschichtung, was optisch wie eine Mattierung der Oberfläche aussieht. Dieser Effekt wird zum Beispiel bei blendfreien Oberflächen in Instrumententafeln eingesetzt.


Anspruch[de]
  1. 1. Vorrichtung zum Härten einer UV-Lackschicht auf einem Substrat, insbesondere auf wärmeempfindlichen Materialien mit mindestens einer Lichtquelle, deren Licht der Lackschicht über ein Reflektorsystem zum Zwecke der Aushärtung zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß
    1. - mindestens eine Lichtquelle (5) über dem Substrat (12, 13) angeordnet ist, und mindestens eine Barriere (14) den direkten Strahlengang der Lichtquelle auf das Substrat zumindest teilweise ausblendet
    2. - die UV-Strahlung von der UV-Reflexionsschicht (2) der Barriere durch die zugehörige Lichtquelle (5) hindurch auf die hinter der Lichtquelle angeordneten Reflektoren (6, 7, 17, 18) reflektiert wird.
    3. - in der Barriere zumindest ein wärmeabsorbierender Körper (1) angeordnet ist, der die von der zugehörigen Lichtquelle (5) emittierte Wärmestrahlung zumindest teilweise absorbiert.
    4. - in der Barriere Bohrungen (3, 4) vorgesehen sind, durch die Gase auf das Substrat aufgebracht oder abgesaugt werden können.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Barriere aus einer UV-Licht reflektierenden Schicht (2, 2c, 2d, 2e, 2f) und einem wärmeabsorbierenden Körper (1) besteht
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sogenannte Kaltlichtspiegel (2c) auf der Barriere angebracht sind.
  4. 4. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Barriere gekühlt ausgebildet ist.
  5. 5. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung mindestens teilweise sogenannte Kaltlichtspiegel aufweist, welche vorwiegend kurzwelliges UV-Licht reflektieren und für Infrarot-Strahlung im wesentlichen durchlässig sind.
  6. 6. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der wärmeabsorbierende Körper in der Barriere mit Kühlrippen (26) ausgestattet ist, die die Wärme an einen Kühlluftstrom abgeben.
  7. 7. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der wärmeabsorbierende Körper in der Barriere mit Bohrungen (3, 4) versehen ist, durch die ein Kühlmedium geleitet wird.
  8. 8. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Barriere mit Bohrungen (21) versehen ist, durch die auf das Substrat die Härtung beeinflussende Gase aufgebracht werden.
  9. 9. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Barriere mit Bohrungen (22) versehen ist, durch die aus der UV-Lackschicht austretende niedermolekulare Substanzen abgesaugt werden.
  10. 10. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiegelanordnung hinter der Lichtquelle die Strahlung zumindest teilweise an der Barriere vorbei auf das Bestrahlungsgut umlenkt.
  11. 11. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die hinter der Lichtquelle angeordneten Reflektoren zumindest teilweise plattenförmig ausgeführt sind.
  12. 12. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die hinter der Lichtquelle angeordneten Reflektoren zumindest teilweise zylindrisch mit kreisförmigem Querschnitt ausgeführt sind.
  13. 13. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Barriere und die Spiegelanordnung hinter der Lichtquelle symmetrisch zur Vertikalen durch die Lichtquellenmitte aufgebaut sind.
  14. 14. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Barriere und die Spiegelanordnung hinter der Lichtquelle asymmetrisch zur Vertikalen durch die Lichtquellenmitte aufgebaut sind.
  15. 15. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflexionseigenschaften der Spiegelelemente an den jeweiligen Einfallswinkel des Lichts angepaßt sind.
  16. 16. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen Barriere und der zugehörigen Lichtquelle verstellbar ist.
  17. 17. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil des direkten Strahlengangs der von der Barriere reflektiert wird, über ein Blendensystem an der Barriere (29) verstellt werden kann.
  18. 18. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil des direkten Strahlengangs der an der Barriere vorbeigeht, von einem variablen Blendensystem über dem Substrat (14-16) eingestellt werden kann.
  19. 19. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Blendensystem asymmetrisch zur Vertikalen durch die Lichtquellenmitte verstellt werden kann.
  20. 20. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Blendensysteme am Gehäuse und an der Barriere von außen im Betriebszustand verstellbar sind.
  21. 21. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Blendensysteme am Gehäuse gleichzeitig den Strahlengang auf das Substrat komplett verschließen können und somit als Shutter dienen.
  22. 22. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Lichtquelle emittierte und die von der Barriere durch die Lichtquelle reflektierte Strahlung zumindest teilweise von den Reflektoren auf dem Substrat fokussiert wird.
  23. 23. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die UV-Reflexionsschicht, die zur Barriere gehört, zumindest teilweise direkt auf der Außenseite des Glaskörpers der Lichtquelle aufgebracht wird (27, 2e).
  24. 24. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei direkt auf der Lichtquelle aufgebrachter UV-Reflexionsschicht (2e) die Barriere zumindest aus einem wärmeabsorbierenden Körper besteht.
  25. 25. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest teilweise Kontakt zwischen Barriere und Lichtquelle besteht.
  26. 26. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest teilweise in dem Spalt zwischen Barriere und Lichtquelle Stützkörper (30, 31) vorgesehen werden, um ein Durchbiegen des heißen Lampenkörpers zu verhindern.
  27. 27. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeblenden an der Barriere und am Gehäuse über einen elektrischen Antrieb verstellt werden.
  28. 28. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeblenden an der Barriere und am Gehäuse über einen pneumatischen Antrieb verstellt werden.






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