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Dokumentenidentifikation DE10333664A1 10.02.2005
Titel Vorrichtung zum Härten von Substanzen
Anmelder Eltosch Torsten Schmidt GmbH, 22525 Hamburg, DE
Erfinder Gaus, Rainer, Dr., 83700 Rottach-Egern, DE;
Dobrowski, Lucian, Dipl.-Ing., 22159 Hamburg, DE;
Mohr, Wolfgang, Dipl.-Ing., 25469 Halstenbek, DE
Vertreter Vonnemann, Kloiber & Kollegen, 20099 Hamburg
DE-Anmeldedatum 23.07.2003
DE-Aktenzeichen 10333664
Offenlegungstag 10.02.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 10.02.2005
IPC-Hauptklasse G21K 5/04
IPC-Nebenklasse B41F 23/04   B01J 19/12   
Zusammenfassung Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Härtung von Substanzen, bestehend aus einer Antriebseinheit (1), einem Gehäuse (2), einem einen Reflektor (3) tragenden Trägerkörper (4) und einer UV-Strahlungsquelle (5), die bei reduziertem Aufwand verbesserte, optimal auf die zu härtende Substanz abstimmbare Eigenschaften aufweist, indem eine an den Trägerkörper (4) angepasste Seite des Reflektors (6) unterschiedlich zu einer zur UV-Strahlungsquelle gerichteten Seite (7) ausgebildet ist oder indem die UV-Strahlungsquelle (5) verschiebbar ausgebildet ist, vorzugsweise innerhalb einer zu einer Seitenwand des Gehäuses (2) parallelen Ebene.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Härten von Substanzen auf einem Substrat, bestehend aus einer Antriebseinheit, einem Gehäuse, einem einen Reflektor tragenden Trägerkörper und einer UV-Strahlenquelle.

Derartige Vorrichtungen werden beispielsweise in industriellen Beschichtungsanlagen sowie in allen Arten von Rollen – und Bogendruckmaschinen verwendet. Die Substanzen auf den Substraten werden dabei während des Bestrahlungsvorganges durch die Vorrichtungen einem sofort einsetzenden Polymerisationsprozeß unterworfen, so daß sie in der Regel nach dem Bestrahlungsprozeß sofort trocken sind und weiterverarbeitet werden können. Diese Technologie wird unter anderem in der industriellen Beschichtungstechnik zur Veredelung von Oberflächen, wie zum Beispiel zur Lackierung und Erzeugung von Oberflächenstrukturen, für Spezialbehandlungen wie Klebervernetzung und Silikonisierung und bei allen Druckprozessen eingesetzt. In besonderen Fällen wird der Härtungsvorgang auch unter sauerstoffreduzierter, inerter Atmosphäre durchgeführt. Beispielsweise werden im Bogenoffsetdruck häufig Bedruckstoffe bei hohen Transportgeschwindigkeiten im Schön- oder im Schön- und Widerdruckverfahren bedruckt. Dort dienen die Härtungsvorrichtungen dazu, die in einem Druckwerk auf einen Bedruckstoffbogen aufgetragene Substanz, beispielsweise eine Farbe, so zu härten, so dass die Farbe beim Kontakt des Bedruckstoffbogens mit weiteren Druckwerken oder Maschinenteilen nicht ab- oder verschmiert.

Die Härtungsvorrichtungen befinden sich üblicherweise in unmittelbarer Nachbarschaft zu den Druckwerkswalzen, so dass sie eine möglichst kompakte Bauweise aufweisen müssen. Gleichzeitig müssen die Härtungsvorrichtungen in einer ganzen Reihe von Druckmaschinentypen einsetzbar sein, was aufgrund der unterschiedlichen Bauweisen dieser Maschinen und dem Installationsort innerhalb dieser Maschinen zu einer hohen Typenvielfalt führt, die eine kostenintensive Produktion und Lagerhaltung erfordert. Die Typenvielfalt ist auch dadurch bedingt, dass in Abhängigkeit von der zu trocknenden Substanz unterschiedliche räumliche Strahlungsintensitäten auf dem Bedruckstoff im Bereich der Härtungsvorrichtung erforderlich sind, so dass die innere Vorrichtungsgeometrie jeweils an die zu härtende Substanz angepasst werden muß.

Die DE 35 26 082 A1 beschreibt eine Härtungsvorrichtung bestehend aus einem Gehäuse, einer UV-Strahlungsquelle sowie einem gekühltem Reflektorkörper aus zwei zueinander schwenkbaren Teilen, die eine UV-reflektierende und eine IR-absorbierende mehrlagige Beschichtung aus beispielsweise Aluminium, eloxiertem Aluminium, Kupfer, Nickel, Messing oder Stahl tragen, wobei der Reflektorkörper aus stranggegossenem Aluminium besteht. Weiterhin weist diese Härtungsvorrichtung an der zu dem Bedruckstoff gerichteten Seite eine UV-durchlässige Abdeckung sowie einen strahlungsundurchlässigen Schnellverschluß auf. Letzterer soll die auf den Bedruckbogen aufgebrachte Wärmeenergie bei Bahnstillstand verringern, so dass die maximal mögliche Betriebstemperatur nicht überschritten und Beschädigungen am Bedruckstoff vermieden werden.

Die DE 697 01 323 T2 beschreibt eine Härtungsvorrichtung, bei der die Reflexionsschicht auf einen dünnen Metallkörper aufgebracht ist, der formschlüssig an einem wassergekühlten Reflektorkörper anliegt. Diese Härtungsvorrichtung weist eine gekühlte Verschlussvorrichtung zum Bedruckstoff hin auf.

Nachteilig an den genannten Härtungsvorrichtungen ist die umständliche Anpassung der jeweiligen Vorrichtung an die substanz- und einbauortbedingten verfahrenstechnischen Notwendigkeiten, insbesondere bei der Vielzahl der Druckmaschinentypen. Nachteilig ist ebenfalls die aufwendige Wartung der komlpletten Einheiten, was zu langen Stillstandszeiten und letztendlich zu geringen Wirkungsgraden führt.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung anzugeben, die bei reduziertem Aufwand einen verbesserten, optimal auf die zu härtende Substanz abstimmbaren Wirkungsgrad aufweist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß eine an den Trägerkörper angepasste Seite des Reflektors unterschiedlich zu einer zur UV-Strahlungsquelle gerichteten Seite ausgebildet ist. Da eine zu härtende Substanz eine bestimmte räumliche UV-Strahlungsverteilung erfordert und diese auch durch die Geometrie der Reflexionsfläche des Reflektors bestimmt ist, erfordert eine Änderung der zu härtenden Substanz auch eine Anpassung der Reflexionsgeometrie. Durch die erfindungsgemäße Trennung von Reflexionsgeometrie und Trägerkörperseitengeometrie des Reflektors wird mit großem Vorteil der Austausch von Reflektoren unter Beibehaltung der Trägerkörper und der sonstigen Vorrichtungsbestandteile ermöglicht. Das heißt, dass bei geänderten Härtungsanforderungen lediglich der Reflektor und nicht auch der Trägerkörper ausgetauscht werden muß, so dass nur unterschiedliche Reflektoren, nicht jedoch auch noch unterschiedliche Trägerkörper vorrätig gehalten werden müssen. Weiterhin sind Austausch und Wartung der Vorrichtung auch dadurch deutlich erleichtert, dass keinerlei Wirk-, Steuer-, und Versorgungsverbindungen zwischen Trägerkörper und Vorrichtung getrennt werden. Die Wartung, beziehungsweise der Austausch gehen entsprechend schneller vonstatten.

In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die zur UV-Strahlungsquelle gerichtete Seite des Reflektors einen ellipsen-, parabel- oder evolventenförmigen Querschnitt aufweist oder einen Querschnitt aus einer Kombination der genannten oder mit anderen Kurven aufweist. Diese Oberflächengeometrie stellt vorteilhaft sicher, dass die räumliche Strahlungsverteilung auf dem Bedruckstoffbogen stets optimal an die zu härtende Substanz angepasst ist, wobei der Trägerkörper stets in der Vorrichtung verbleiben kann. Aufgrund der genannten Ausgestaltung des Reflektors erzeugt dieser mindestens 12% weniger Streustrahlung und reflektiert mindestens 8% mehr UV-Strahlung auf das Substrat im Vergleich zu handelsüblichen Reflektoren. Auf diese Weise ist der Wirkungsgrad der Vorrichtung deutlich erhöht und die Erwärmung von zum Reflektor benachbarten Komponenten verringert.

Dadurch, dass die Reflektorgeometrie unsymmetrisch zur UV-Strahlungsquelle ausgebildet ist kann mit Vorteil eine Anpassung der Vorrichtung an bestimmte Druckmaschinentypen erreicht werden, bei denen beispielsweise Abschattungen oder ungünstige Einbauwinkel vorliegen.

Vorteilhafterweise lenkt der Reflektor die zu einer Gehäuseseite gerichtete Strahlung der UV-Strahlungsquelle um diese herum, und reflektiert sie nicht zurück in die UV-Strahlungsquelle. Aufgrund der Reflektorgeometrie wird auch derjenige Strahlungsanteil, den die UV-Strahlungsquelle senkrecht vom Bedruckstoff weg in Richtung des Gehäuses emittiert, auf den Bedruckstoff reflektiert, so dass bei gleicher Strahlungsleistung der UV-Strahlungsquelle ein höherer Wirkungsgrad erreicht wird.

Durch die Herstellung des Reflektors aus stranggepresstem Aluminium lässt sich mit großem Vorteil ein Reflektor erzeugen, der bereits vorgewölbt und damit an den Trägerkörper angepasst ist und gleichzeitig eine höhere Materialstärke als die bislang verwendeten Reflektorbleche aufweist. Die Vorwölbung verringert mit großem Vorteil die mechanischen Spannungen, die bislang bei der Einpassung der Reflektorbleche an die Trägerkörper auftraten. Dadurch werden die am Reflektor UV-strahlungsquellenseitig aufgetragenen dichroitischen Reflexionsschichten geschont, Mikrorisse werden vermieden, so dass die Betriebsdauer deutlich erhöht ist. Gleichzeitig wird durch die Vorwölbung ein sehr guter und flächiger Kontakt zwischen Reflektor und Trägerkörper erreicht, so dass eine effiziente Wärmeleitung gewährleistet ist und die Auftragung von Wärmeleitpasten zwischen Reflektor und Trägerkörper entfallen kann. Aufgrund der höheren Materialstärke kann mit großem Vorteil eine exakt an die zu trocknende Substanz angepasste Reflexionsgeometrie verwirklicht werden, ohne auf die Geometrie der zum Trägerkörper gerichteten Seite angewiesen zu sein. Das bedeutet, dass ein einziger, baugleicher Trägerkörper in sämtlichen Trocknervorrichtungen verwendet werden kann und die Anpassung an die gewünschte Strahlungsverteilung durch den an sich bekannten Austausch von Reflektoren erfolgt, die dann allerdings die jeweils optimale Reflexionsgeometrien aufweisen.

In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Reflektor mit wenigstens einer lösbaren Befestigungseinrichtung am Trägerkörper befestigt ist. Durch diese Maßnahme ist ein Reflektor leicht gegen einen anderen auszutauschen, ohne dass der Trägerkörper aus der Vorrichtung entfernt werden müßte. Dies könnte beispielsweise ein Maschinenführer vor Ort durchführen, so dass die Anforderung von Service-Personal des Herstellers nicht notwendig ist.

Die Aufgabe der Erfindung wird auch dadurch gelöst, daß die UV-Strahlungsquelle zur Veränderung der Fokussierung verschiebbar ausgebildet ist, vorzugsweise innerhalb einer zu einer Seitenwand des Gehäuses parallelen Ebene. Durch die Verschiebung der UV-Strahlungsquelle innerhalb der zu einer Seitenwand des Gehäuses parallelen Ebene kann diese einfach in oder aus dem Brennpunkt des Reflektors positioniert werden, wodurch sich aufgrund von Überlagerungen der reflektierten UV-Strahlung unterschiedliche UV-Strahlungsintensitätsverteilungen auf der zu härtenden Substanz ergeben. Hierdurch wird eine schnelle Anpassung der Strahlungsgeometrie an die zu härtende Substanz erreicht. Aufgrund der Überlagerungen kann sich beispielsweise anstelle einer peakförmigen Verteilung eine eher rechteckige Strahlungsverteilung mit gleichmäßiger Intensität oder eine solche mit zwei Intensitätsmaxima ergeben.

In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Trägerkörper vollständig um eine Längsachse der UV-Strahlungsquelle herum schwenkbar ausgebildet ist, wobei der Trägerkörper vorzugsweise zweiteilig ausgebildet ist und die beiden Teile zueinander gegenläufige Schwenkbewegungen ausführend ausgebildet sind. Diese erfindungsgemäße Ausgestaltung erlaubt mit großem Vorteil die Positionierung des Trägerkörpers und damit des Reflektors zwischen UV-Strahlungsquelle und Substrat, so dass der Reflektor das Substrat gegen die UV-Strahlung abschirmt, indem er diese in das Gehäuse zurückreflektiert. Dies ist immer dann notwendig, wenn das Substrat operationsbedingt unterhalb der Vorrichtung zum Stillstand kommt und der hohen Wärmestrahlung der Vorrichtung ausgesetzt ist. Durch die Zweiteilung des Trägerkörpers lässt sich dieser schnell in die genannte Position verbringen, so dass das Substrat effektiv geschützt wird. Durch diese Ausgestaltung kann die zusätzliche Verschlusseinrichtung entfallen, die Vorrichtung wird günstiger in der Herstellung und weist weniger potentielle Verschleißteile auf.

Dadurch, daß die Strahlungsleistung der UV-Strahlungsquelle und/oder die räumliche Lage des Trägerkörpers regelbar ausgebildet ist, vorzugsweise in Abhängigkeit von einer Substrattransportgeschwindigkeit und/oder von einer Strahlendosis, wird mit Vorteil sichergestellt, dass die Wärmebelastung des Substrates minimiert ist. Sollte das Substrat operationsbedingt mit geringer Geschwindigkeit unter der Vorrichtung transportiert werden oder unter ihr zum Stillstand kommen, wird die Strahlungsleistung der UV-Strahlungsquelle reduziert und falls nötig zusätzlich oder gleichzeitig der Trägerkörper mit Reflektor zwischen Substrat und UV-Strahlungsquelle verbracht, so dass das Substrat nicht beschädigt oder entflammt werden kann.

In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, das die der UV-Strahlungsquelle zugewandte Seite des Gehäuses einen zur UV-Strahlungsquelle gerichteten Steg aufweist. Im Fall der Positionierung des Trägerkörpers zwischen Substrat und UV-Strahlungsquelle reflektiert dieser die Strahlung in das Gehäuse, vorzugsweise auf den Steg. Aufgrund der großen Materialstärke des Steges kann dieser die Wärme besonders gut aufnehmen und so zur Kühlung der Vorrichtung beitragen.

Dadurch, daß der Steg eine Wand von mindestens einem Kühlmittelkanal des Gehäuses bildet und/oder der Steg voneinander beabstandete Öffnungen zur Kühlmittelversorgung der UV-Strahlungsquelle aufweist, wobei die Kühlmittelversorgung, vorzugsweise als Kühlluftversorgung, saugend und/oder blasend erfolgend ausgebildet ist, wird sowohl die vom Steg aufgenommene Wärme effizient abgeleitet, als auch die UV-Strahlungsquelle gekühlt. Aufgrund der blasenden Kühlluftversorgung kann sich ein Venturi-Effekt in der Vorrichtung ausbilden, der die UV-Strahlungsquelle umfänglich kühlt. Weiterhin ist so auch die Entfernung von Schadstoffen wie Ozon oder reaktiven Halogen- oder Kohlenwasserstoffverbindungen aus dem Gehäuseinneren möglich. Diese Schadstoffe können aus dem Substrat austreten und in die Vorrichtung gelangen, beziehungsweise in der Vorrichtung erzeugt werden, wo sie lebensdauerverkürzende Reaktionen mit den Vorrichtungsbauteilen, insbesondere dem Reflektor eingehen können.

In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Beabstandung und/oder die Querschnittsfläche der Öffnungen im Bereich einer UV-Strahlungsquellenhalterung unterschiedlich zu den sonstigen Öffnungen des Steges ausgebildet sind. Diese Ausgestaltung ist besonders vorteilhaft, da das Ende der UV-Strahlungsquelle mit dem Sockel besonders temperaturkritisch ist, so dass die Kühlung entsprechend angepasst werden muß. Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung wird dieser Bereich stärker als die restliche UV-Strahlungsquelle gekühlt und damit deren Lebensdauer erhöht.

Dadurch, dass die Kühlmittelkanäle mit unterschiedlichen Kühlmittelströmen beaufschlagbar sind, kann zwischen beispielsweise Wasser- und Luftkühlung gewählt werden, so dass die Kühlleistung ohne großen Aufwand an die Leistung der UV-Strahlungsquelle anpassbar ist. Weiterhin ermöglicht diese Ausgestaltung einen saugenden und blasenden Kühlluftstrombetrieb, der für die umfängliche Kühlung der UV-Strahlungsquelle optimal ist.

Zur Vereinfachung der Vorrichtung ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß sie Versorgungseinrichtungen und/oder Sicherheitseinrichtungen und/oder Messeinrichtungen aufweist, vorzugsweise innerhalb des Gehäuses. Auf diese Weise können alle notwendigen Bauteile auch als Modulform in einem einheitlichen Gehäuse angeordnet werden. Insbesondere durch die Aufnahme von Messreinrichtungen zur Güte der UV-Strahlung wird die Betriebssicherheit und das Arbeitsergebnis der Vorrichtung erhöht. Dies ist vor allem bei hochwertigen Substratbearbeitungsvorgängen notwendig.

Weiterhin ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Antriebseinheit als Modul ausgebildet ist. Dies umfasst den eigentlichen Motor, dessen Steuerung einschließlich der dazu notwendigen Sensoren und Schaltkreise sowie einen Abtriebsstrang. Durch die modulare Bauweise kann der Antrieb als Einzelteil im Werk geprüft werden. Die Einpassung vor Ort in oder an eine erfindungsgemäße Vorrichtung erfolgt dann abhängig von den dortigen baulichen Gegebenheiten, wobei sich der Montagetechniker auf das Funktionieren des Antriebes verlassen kann. Eine weitergehende Justage der Bewegungsbegrenzung und der Grenzschalter sowie eine umfangreiche Funktionsprüfung wie bei den bisherigen Ausführungen kann entfallen. Insbesondere ist es durch diese modulare Ausführungsform möglich, bei einem eventuellen notwendigem Ersatzteilbedarf das Antriebsmodul von einem nicht benötigten Trocknermodul zu übernehmen. Dadurch, dass das Antriebsmodul an einer Außenseite des Gehäuses montierbar ist, kann in einfacher Art und Weise vor Ort vom Montagetechniker eine optimale Baugröße erreicht werden.

Wenn die Vorrichtung mindestens eine UV-Strahlungsquelle unterschiedlichen Durchmessers aufnimmt, kann sie leicht an die in den einzelnen Beschichtungs- und Druckmaschinen herrschenden Gegebenheiten angepasst werden und vor allem zur Anpassung an sich ändernde Betriebsbedingungen leicht umgerüstet werden, wenn beispielsweise mehrere Lampen in einer Vorrichtung benötigt werden.

Durch die erfindungsgemäß vorgesehene Schnellwechselvorrichtung für UV-Strahlungsquellen wird vorteilhaft sichergestellt, dass der Wartungsaufwand verringert und damit der Wirkungsgrad der Vorrichtung erhöht wird. Die schnelle Auswechslung von UV-Strahlungsquellen wird beispielsweise durch integrierte Hochspannungsanschlüsse erreicht, da so ein mühseliges kontaktieren der blanken Metallleitung entfällt.

In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung UV-Strahlungsquellen mit einer Leistung von 500 W/cm aufweist. Diese vorteilhafte Ausgestaltung ermöglicht auch die Härtung anspruchsvollster Substanzen, die mit herkömmlichen Vorrichtung nicht in befriedigender Weise bearbeitet werden können.

Dadurch, dass die Vorrichtung eine Temperaturüberwachung aufweist, insbesondere eine zentrale Temperaturüberwachung, ist ein sicherer Betrieb der Vorrichtung über einen langen Zeitraum möglich. Schwankungen in der Strahlungsleistung spiegeln sich direkt in der Höhe der gemessenen Temperatur wieder, so dass mittels der Temperaturüberwachung eine Qualitätskontrolle erfolgen kann. Zur Überwachung der Kühlmittelflussmengen und damit der Kühleffizient ist eine zentrale Temperaturüberwachung ebenfalls von Vorteil, da diese wesentlich günstiger als die bislang verwendeten Durchflussmesser oder -wächter sind.

Im folgenden wird die Erfindung in einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf eine Zeichnung beispielhaft beschrieben, wobei weitere vorteilhafte Einzelheiten den Figuren der Zeichnung zu entnehmen sind.

Funktionsmäßig gleiche Teile sind dabei mit denselben Bezugszeichen versehen.

Die Figuren der Zeichnung zeigen im Einzelnen:

1: einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung,

2: Anordnungsvarianten für das Antriebsmodul

3: einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung,

4: einen Querschnitt durch ein Gehäuse,

5: einen Querschnitt durch ein Trägerkörper und

6: einen Querschnitt durch ein Reflektorprofil

1 zeigt das Gehäuse 2, enthaltend eine Antriebseinheit 1, einen Reflektor 3, einen Trägerkörper 4 und eine UV-Strahlungsquelle 5. Der Teil der Vorrichtung, der die UV-Strahlungsquelle 5 enthält, kann gegenüber einem nicht dargestellten Substrat, beispielsweise einem Bedruckstoffbogen mittels einer UV-strahlungsdurchlässigen Quarzglasplatte oder ähnlichem abgeschlossen sein. Das Gehäuse 2 weist ebenfalls alle notwendigen Anschlüsse für Versorgungeinrichtungen 14 für beispielsweise Kühlluft, Kühlflüssigkeit, Steuerspannungs- und Hochspannungsversorgung sowie Sicherheitseinrichtungen 15 (z.B. Messwertaufnehmer wie Temperaturfühler 16 oder Datenübertragungseinrichtungen) auf. Weiterhin sind an dem Gehäuse die Befestigungskomponenten – hier beispielsweise ein Rollensystem 17 zum leichten Einschieben der Vorrichtung in eine Druckmaschine- angebracht.

Wie der 2 zu entnehmen ist, kann die Antriebseinheit 1 in Abhängigkeit von den Gegebenheiten der Druckmaschine sowohl in dem Gehäuse 2 als auch außerhalb des Gehäuses 2 an diesem befestigt sein, beispielsweise auf, neben oder senkrecht zu dem Gehäuse 2. Dabei kann die Antriebseinheit 1 aufgrund ihrer modularen Bauweise leicht vor Ort von einem Montagetechniker eingebaut oder gegen eine nicht benötigte ausgetauscht werden. Der Montagetechniker muß nicht mehr die Funktionsfähigkeit der Antriebseinheit 1 prüfen, da diese Prüfung aufgrund der modularen Bauweise bereits im Werk erfolgte.

3 zeigt einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung in Höhe der UV-Strahlungsquelle 5 entlang der Linie A-A der 1. Das Gehäuse 2 weist auf seiner Außenseite Führungsnuten 18 auf, in denen notwendige Befestigungselemente sowie Kabel, Leitungen und ähnliches störungsfrei und platzsparend geführt werden. Diese Führungsnuten 19 sind abdeckbar, so dass die Leitungen vor Umwelteinflüssen weitestgehend geschützt sind. Die Führungsnuten 19 weisen dabei marktgängige Maße auf, so dass eine ganze Reihe von Zubehörteilen des Handels verwendbar sind.

Das in 3 dargestellte Gehäuse 2 weist im Inneren verschiedene Kühlmittelkanäle 11 auf, wobei die Kanäle mit kreisförmigem Querschnitt zur Kühlwasserversorgung und die anderen zur Kühlluftversorgung dienen. Dabei tritt die Kühlluft durch nicht dargestellte Öffnungen 12 im Steg 10 in das Gehäuseinnere aus. Durch diese doppelte Kühlung wird sichergestellt, dass die in der Vorrichtung entstehende Wärme zuverlässig abgeführt wird. Eine üblicherweise verwendete UV-Strahlungsquelle 5 erzeugt etwa 200 W/cm, so dass die temperaturempfindlichen und bis etwa 100°C stabilen dichroitischen Schichten beschädigt werden könnten, wenn die Wärme nicht effektiv abgeführt würde. Die kühlungstechnische Auslegung dieses Systems ist bis zu spezifischen Strahlerleistungen von 500 W/cm vorgesehen, um auch die in der Zukunft immer größer werdenden Leistungen abdecken zu können. Zur effektiven Wärmeableitung trägt auch der Steg 10 bei, der sich direkt an den Kühlmittelkanälen 11 befindet und der durch seine relativ große Materialstärke Wärme gut aufnehmen und ableiten kann. Der Steg 10 ist dabei gleichzeitig ein End- und Anschlagpunkt für die Schwenkbewegung der Trägerkörper 4, wobei diese durch den direkten Kontakt mit dem Steg 10 ebenfalls Wärme in diesen ableiten können. 3 zeigt ebenfalls die Anordnung der zweigeteilten Trägerprofile 4 und der UV-Strahlungsquelle 5 mit deren Längsachse 9. Auf dem Trägerprofil 4 befindet sich der Reflektor 3, der mittels einer Befestigungseinrichtung, beispielsweise einer Schraube 8 an dem Trägerprofil lösbar befestigt ist. In einer nicht dargestellten Ausführungsform der Erfindung befinden sich zwei oder mehr UV-Strahlungsquellen 5 in der Vorrichtung, wobei diese unterschiedliche Durchmesser aufweisen können.

In 4 ist der UV-strahlungsquellenumfängliche Kühlluftstrom mithilfe der Pfeile angedeutet, der sich durch die saugende und blasende Betriebsweise der Kühlluftkanäle 11 einstellt, wobei der eine Kanal blasend, der andere saugend betrieben werden. Der Kühlluftstrom erfolgt dabei durch Öffnungen 12, deren Querschnitt und Beabstandung, insbesondere im Bereich einer nicht dargestellten UV-Strahlungsquellenhalterung 13, an die anfallenden Wärmemengen angepasst sind.

5 zeigt einen Querschnitt durch die Trägerkörper 4. Wie schon das Gehäuse so weist auch der Trägerkörper Kühlmittelkanäle 11 auf, da der durch den Reflektor 3 dringende IR-Strahlungsanteil der UV-Strahlung zunächst den Trägerkörper 11 erwärmt. Die hierbei übertragene Wärme kann sowohl durch Kühlluft, als auch durch ein flüssiges Kühlmittel abgeführt werden. Der Trägerkörper 3 weist auf der zur UV-Strahlungsquelle 5 gerichteten Seite an einem Ende eine Ausnehmung 23 auf, in die der Reflektor 3 eingreift. Das andere Ende 24 des Trägerkörpers ist abgeflacht, damit der Reflektor 3 mittels Schrauben 8 oder in einer anderen lösbaren Verbindungstechnik auf dem Trägerkörper 4 befestigt werden kann. Der Reflektor greift dabei um das Ende 24 des Trägerkörpers 4 herum, so dass ein möglichst großer Flächenkontakt zwischen Reflektor 3 und Trägerkörper 4 zur effizienten Wärmeübertragung besteht.

6 zeigt einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Reflektor 3, wobei der dargestellte Reflektor 3 eine Kombination aus einem elliptischen und einem evolventenförmigen Reflexionsquerschnitt aufweist. Diese Gestaltung ermöglicht die deutlich verbesserte Ausnutzung der UV-Strahlung für den Härtungsprozeß. Durch diese Gestaltung wird weniger primäre Strahlung der UV-Strahlungsquelle 5 vom Reflektor 3 in die UV-Strahlungsquelle 5 und deren Plasma zurückreflektiert. Die dadurch bedingte Steigerung des Wirkungsgrades kann die Härtung mit einer geringeren UV-Strahlerleistung durchgeführt werden. Das Substrat wird geschont. Andere Auswirkungen dieser Wirkungsgradsteigerung sind u.a. reduzierte Energiekosten, längere Betriebsintervalle und eine höhere Lebensdauer des Systems. Der vorzugsweise aus stranggepreßtem Aluminium bestehende und bereits vorgekrümmte Reflektor 3 wird vorzugsweise im Vakuum mit einer an sich bekannten dichroitischen Reflexionsschicht versehen, die je nach der geforderten UV-Reflexionsgüte aus mehren, im Fall der Anmelderin aus bis zu 80 abwechselnden Schichten aus optisch hoch- und niederbrechenden Materialien besteht, so daß ein optisches Interferenzsystem gebildet wird. Als Material für diese Schichten wird vorzugsweise Siliziumoxid und Hafniumoxid verwendet. Durch diesen Aufbau wird IR-Strahlung absorbiert und UV-Strahlung reflektiert, so dass die Wärmebelastung des Bedruckstoffes gesenkt und die Härtungseigenschaften der Vorrichtung durch hohe Reflexionswerte im UV-Bereich verbessert werden. Weitere Arten der Reflektoroberfläche sind ebenfalls denkbar, von der einfachen Hochglanzpolitur bis zu speziellen Beschichtungen für bestimmte Wellenlängenbereiche und/oder hochtemperaturfesten oder für chemische und mechanische Beanspruchungen besonders resistente Arten. Der Reflektor 3 weist an seinem einen Ende 20 einen Griffsteg 18 auf, der gleichzeitig zur Befestigung am Trägerkörper 4 dient. Der Reflektor 3 weist an seinem Nut-Ende 21 eine Erstreckung 22 der Reflexionsschicht auf, so dass dort ankommende Strahlung noch auf das Substrat reflektiert wird. Dies ist bei herkömmlichen Vorrichtungen nicht der Fall. Aufgrund dieser Ausgestaltung konnte die Streustrahlungsemission um wenigstens 12% gegenüber der von marktüblichen Vorrichtungen verringert werden. Dies bedingt zusammen mit der um wenigsten 8% gesteigerten UV-Reflexion einen deutlich verbesserten Wirkungsgrad der Vorrichtung.

Im normalen Betriebszustand befindet sich der Reflektor 3 in einer solchen Position zur UV-Strahlungsquelle 5, dass deren Strahlung optimal auf einen Bedruckstoff reflektiert wird und dort die nötige Aktivierungsenergie zum Start der Härtungsreaktion der zu härtenden Substanzen bereitstellt. In Abhängigkeit von der zu härtenden Substanz kann die notwendige räumliche Strahlungsverteilung peakförmig oder rechteckförmig sein, oder aus zwei oder mehreren miteinander verschmolzenen Peaks bestehen. Diese Verteilung wird zum einen durch die Wahl der Reflexionsgeometrie gewährleistet, da die entsprechende Verteilung durch Überlagerung oder Auslöschung der reflektierten Strahlung erzielt wird, die ihrerseits durch die Reflexionsgeometrie bestimmt sind. Durch erfindungsgemäß vorgesehenes, schrittweises Verschwenken der Trägerkörper 4 ändert sich die Reflexionsgeometrie und damit die räumliche Strahlungsverteilung auf dem Bedruckstoff unter Abnahme der Intensität. Diese Änderung wird erfindungsgemäß auch dadurch erzielt, dass die UV-Strahlungsquelle 5 in einer zu einer Seitenwand des Gehäuses parallelen Ebene verschoben und damit aus dem Brennpunkt des Reflektors genommen wird.

Zur Änderung der räumlichen Strahlungsverteilung unter Beibehaltung der Strahlungsintensität und Strahlungsdosis wird erfindungsgemäß der Reflektor 3 gegen einen anderen mit anderer Reflexionsgeometrie ausgetauscht, wobei bei beiden Reflektoren die zum Trägerkörper 4 gerichtete Seite die gleiche Geometrie aufweist und dieser daher nicht mit ausgetauscht zu werden braucht. Für bestimmte Anwendungen ist es sinnvoll, die Reflektoren nicht symmetrisch zu betreiben, sondern auf jeden der beiden Trägerkörper einen anderen Reflektor 3 zu installieren. Dies ist besonders sinnvoll, wenn beispielsweise bei Bogenoffsetmaschinen ein Greiferwagenschatten entsteht und dieser durch eine asymmetrische Bestrahlungscharakteristik ausgeglichen werden kann. Eine weitere Anwendung solcher asymmetrischer Reflektoren 3 bietet sich ebenfalls in Bogenoffsetmaschinen im Bereich der UV-Zwischentrockner an. Bedingt durch die mechanische Enge dieser Maschinen kann die Härtungsvorrichtung nicht immer in einem optimalen Winkel zum Bedruckstoff eingebaut werden. Hier bieten sich asymmetrische Reflektoren 3 aus zwei Gründen an: Zum einen zur optimalen Härtung und zum zweiten zur Reduzierung der Streustrahlung, beispielsweise in Richtung eines Gummituches, so dass dieses weniger thermisch belastet wird.

Für den Fall, dass der Bedruckstoff betriebsbedingt langsamer unter der erfindungsgemäßen Vorrichtung transportiert wird oder gar darunter zum Stillstand kommt, ist erfindungsgemäß vorgesehen, die Trägerkörper 4 in eine Position zwischen UV-Strahlungsquelle 5 und Bedruckstoff zu verschwenken und gleichzeitig die Leistung der UV-Strahlungsquelle 5 von den üblichen 17 kW bei ca. 1 m Arbeitsbreite auf circa 4 kW zu reduzieren. Auf diese Weise entfällt das zeitraubende Anfahren der UV-Strahlungsquellen 5, dass bei deren Abschaltung ansonsten notwendig würde. Gleichzeitig wird die verbliebene Strahlung auf den Steg 10 reflektiert, der die Wärme wie beschrieben effizient an ein Kühlmedium abgibt. Da der Steg 10 ebenso wie das Gehäuse 2 aus einem Aluminiumstrangpressprofil gebildet ist, ist der Steg 10 kostengünstig herzustellen und eine an dieser Stelle sonst befindliche gelötete Kupferkonstruktion kann entfallen. Auf diese Weise wird der apparative Aufwand vermindert. Durch die Kombination der oben genannten Maßnahmen kann auch eine zusätzliche äußere Abschlussvorrichtung entfallen, was ebenfalls den apparativen Aufwand und damit die Produktion der Vorrichtung vereinfacht.

1Antriebseinheit 2Gehäuse 3Reflektor 4Trägerkörper 5UV-Strahlungsquelle 6Seite (Trägerkörper) 7Seite (UV-Strahlungsquelle) 8Befestigungseinrichtung 9Längsachse 10Steg 11Kühlmittelkanal 12Öffnungen 13UV-Strahlungsquellenhalterung 14Versorgungseinrichtung 15Sicherheitseinrichtung 16Messeinrichtung 17Befestigungskomponente 18Griffsteg 19Führungsnut 20Ende (Reflektor) 21Nut-Ende 22Erstreckung 23Ausnehmung 24Ende

Anspruch[de]
  1. Vorrichtung zum Härten von Substanzen auf einem Substrat, bestehend aus einer Antriebseinheit (1), einem Gehäuse (2), einem einen Reflektor (3) tragenden Trägerkörper (4) und einer UV-Strahlungsquelle (5), dadurch gekennzeichnet, daß eine an den Trägerkörper angepasste Seite (6) des Reflektors (3) unterschiedlich zu einer zur UV-Strahlungsquelle (5) gerichteten Seite (7) ausgebildet ist.
  2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zur UV-Strahlungsquelle (5) gerichtete Seite (7) des Reflektors (3) einen ellipsen-, parabel- oder evolventenförmigen Querschnitt aufweist oder einen Querschnitt aus einer Kombination der genannten oder mit anderen Kurven aufweist.
  3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektorgeometrie unsymmetrisch zur UV-Strahlungsquelle (5) ausgebildet ist.
  4. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor (3) die zu einer Gehäuseseite gerichtete Strahlung der UV-Strahlungsquelle (5) um die UV-Strahlungsquelle (5) herum lenkend ausgebildet ist.
  5. Vorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor (3) aus stranggepresstem Aluminium besteht.
  6. Vorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor (3) mit wenigstens einer lösbaren Befestigungseinrichtung (8) am Trägerkörper (4) befestigt ist.
  7. Vorrichtung zum Härten von Substanzen auf einem Substrat, bestehend aus einer Antriebseinheit (1), einem Gehäuse (2), einem einen Reflektor (3) tragenden Trägerkörper (4) und einer UV-Strahlungsquelle (5) insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die UV-Strahlungsquelle (5) verschiebbar ausgebildet ist, vorzugsweise innerhalb einer zu einer Seitenwand des Gehäuses (2) parallelen Ebene.
  8. Vorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerkörper (4) vollständig um eine Längsachse (9) der UV-Strahlungsquelle (5) herum schwenkbar ausgebildet ist, wobei der Trägerkörper (4) vorzugsweise zweiteilig ausgebildet ist und die beiden Teile zueinander gegenläufige Schwenkbewegungen ausführend ausgebildet sind.
  9. Vorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Strahlungsleistung der UV-Strahlungsquelle (5) und/oder die räumliche Lage des Trägerkörpers (4) regelbar ausgebildet sind, vorzugsweise in Abhängigkeit von einer Substrattransportgeschwindigkeit und/oder einer UV-Strahlungsdosis.
  10. Vorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die der UV-Strahlungsquelle (5) zugewandte Seite des Gehäuses einen zur UV-Strahlungsquelle gerichteten Steg (10) aufweist.
  11. Vorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Steg (10) eine Wand von mindestens einem Kühlmittelkanal (11) des Gehäuses (2) bildet und/oder der Steg (10) voneinander beabstandete Öffnungen (12) zur Kühlmittelversorgung der UV-Strahlungsquelle (5) aufweist, wobei die Kühlmittelversorgung, vorzugsweise als Kühlluftversorgung, saugend und/oder blasend erfolgend ausgebildet ist.
  12. Vorrichtung gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Beabstandung und/oder die Querschnittsfläche der Öffnungen (12) im Bereich einer UV-Strahlungsquellenhalterung (13) unterschiedlich zu den sonstigen Öffnungen (12) des Steges (10) ausgebildet sind.
  13. Vorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlmittelkanäle (11) mit unterschiedlichen Kühlmittelströmen beaufschlagbar sind.
  14. Vorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie Versorgungseinrichtungen (14) und/oder Sicherheitseinrichtungen (15) und/oder Messeinrichtungen (16) aufweist.
  15. Vorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinheit (1) als Modul ausgebildet ist und/oder an einer Außenseite des Gehäuses (2) montierbar ist.
  16. Vorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens eine UV-Strahlungsquelle (5) unterschiedlichen Durchmessers aufnehmend ausgebildet ist.
  17. Vorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Schnellwechselvorrichtung für eine UV-Strahlungsquelle (5) aufweist.
  18. Vorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie UV-Strahlungsquellen (5) mit einer Leistung von bis zu 500 W/cm aufweist.
  19. Vorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Temperaturüberwachung aufweist.
Es folgen 6 Blatt Zeichnungen






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