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Dokumentenidentifikation DE102004038592A1 16.03.2006
Titel Bestrahlungsaggregat
Anmelder IST METZ GmbH, 72622 Nürtingen, DE
Erfinder Treichel, Oliver, Dr., 70372 Stuttgart, DE;
Ebinger, Klaus, 73249 Wernau, DE;
Jung, Joachim, 72622 Nürtingen, DE;
Fuchs, Günter, 73252 Lenningen, DE
Vertreter Wolf & Lutz, 70193 Stuttgart
DE-Anmeldedatum 06.08.2004
DE-Aktenzeichen 102004038592
Offenlegungstag 16.03.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 16.03.2006
IPC-Hauptklasse G21K 5/04(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse B41F 23/04(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft ein Bestrahlungsaggregat zur UV-Bestrahlung von insbesondere bahnförmigen Substraten mit einem Gehäuse (10), einer darin angeordneten stabförmigen UV-Lampe (12) und einer längs der UV-Lampe (12) sich erstreckenden Reflektoranordnung (14). Um eine einfache Auswechselbarkeit zu schaffen, wird vorgeschlagen, dass die Reflektoranordnung (14) ein in dem Gehäuse (10) gehaltenes Trägerprofil (22) und ein damit lösbar verbindbares, als formstabiles Formteil ausgebildetes Reflektorprofil (24) aufweist.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Bestrahlungsaggregat zur W-Bestrahlung von insbesondere bahnförmigen Substraten mit einem Gehäuse, einer darin angeordneten stabförmigen UV-Lampe und einer längs der UV-Lampe sich erstreckenden Reflektoranordnung.

Die UV-Trocknung und Vernetzung von Lacken, Farben sowie Klebstoffen unter Ausnutzung des Energieinhalts von Lichtquanten im UV-Lichtbereich mit Hilfe von lang gestreckten Mitteldruck-Gasentladungslampen findet seit über 30 Jahren breiten industriellen Einsatz in der Druck-, Verpackungs- und Oberflächenindustrie. Lösemittelfreiheit beim Prozess und die Erreichbarkeit hoher Vernetzungsdichten bei Bearbeitungszeiten im Durchlauf von Bruchteilen einer Sekunde sind die hauptsächlichen Merkmale dieser Technik. Mitteldruck-Gasentladungslampen emittieren Licht vom kurzwelligen UV über den sichtbaren Bereich bis hin zum langwelligen IR. Die Wirkung des Reflektors bei solchen UV-Aggregaten ist nicht zu unterschätzen. Je nach Form und Geometrie beträgt sein Anteil an der auf dem Substrat wirksamen Gesamtemission 50 bis 90%. Im Falle von selektiver Reflektion kann auch das Verhältnis von UV-Licht zu IR-Wärmeanteil gesteuert werden. In diesem Zusammenhang wurde bereits vorgeschlagen, flexible Metallstreifen als Reflektor gehäusefest einzuspannen. Als nachteilig hierbei wird empfunden, dass es damit nicht möglich ist, eine spezifische Reflektorgeometrie in einfacher Weise anzupassen. Außerdem erscheint es fraglich, ob sich solche Konstruktionen im industriellen Dauerbetrieb unter hoher Temperaturbeanspruchung bewähren können.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Aggregat der eingangs angegebenen Art dahingehend zu verbessern, dass die im Stand der Technik aufgetretenen Nachteile vermieden werden und ein variabler Einsatz möglich ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird die im Patentanspruch 1 angegebene Merkmalskombination vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Dementsprechend wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die Reflektoranordnung ein in dem Gehäuse gehaltenes Trägerprofil und ein damit lösbar verbindbares, als formstabiles Formteil ausgebildetes und somit austauschbares Reflektorprofil aufweist. Dadurch wird auf einfache Weise ein modularer Aufbau geschaffen, der es erlaubt, das Bestrahlungsprofil optimal an die jeweiligen Prozessverhältnisse anzupassen. Durch die Verwendung von Profilkörpern wird über die Länge der Lampe eine definierte Geometrie vorgegeben, die durch die Auswechselbarkeit auch kurzfristig hinsichtlich verschiedener Parameter wie der chemischen Formulierung des zu härtenden Beschichtungsmittels, des noch akzeptablen Wärmeeintrags auf das Substrat und der Bestrahlungsdauer bzw. -dosis abgestimmt werden kann. Dabei ergeben sich die richtigen Auslegungen häufig erst nach umfangreichen Versuchen. Dies kann durchaus kurz vor oder erst während der Inbetriebnahme beispielsweise in der Druckanlage vor Ort erfolgen. Durch die Variabilität in der Reflektorgeometrie werden kostspielige Risiken vermieden. Änderungen im Produkt oder der Beschichtungschemie kann durch Wahl des geeigneten Reflektorprofils selektiv Rechnung getragen werden. Dabei wird durch den Einsatz von massiven Profilen eine hohe thermische Standfestigkeit gewährleistet. Außerdem sind die Reflektorprofile für eine Wartung bzw. Reinigung leicht zugänglich.

Vorteilhafterweise sind mehrere Reflektorprofile mit unterschiedlichen Reflektorgeometrien und/oder Oberflächenbeschichtungen als Baukastensystem wahlweise mit dem Trägerprofil verbindbar, wobei durch einheitliche Verbindungsflächen unabhängig von der Reflektorgeometrie eine einfache Montage gewährleistet ist.

Eine weitere Verbesserung sieht vor, dass das Reflektorprofil und das Trägerprofil über formschlüssige Verbindungsflächen miteinander in flächigen Wärmeleitkontakt bringbar sind. Dabei ist es von Vorteil, wenn das Reflektorprofil und das Trägerprofil über Verbindungsmittel, insbesondere Schraubverbindungen in gegenseitiger Flächenanlage gehalten sind.

Eine Montagevereinfachung ergibt sich dadurch, dass die Verbindungsmittel von der dem Reflektorprofil abgewandten Rückseite des Trägerprofils her betätigbar sind. Günstig ist es auch, wenn die Verbindungsmittel durch beispielsweise verschließbare Gehäuseklappen von der Außenseite des Gehäuses her zugänglich sind.

Eine weitere vorteilhafte Ausführung sieht vor, dass die Verbindungsmittel in Profilrichtung gesehen vorzugsweise über eine Langlochlagerung ein thermisches Ausgleichsspiel zwischen Reflektorprofil und Trägerprofil erlauben.

In baulich vorteilhafter Realisierung sind die Verbindungsmittel durch schaftseitig vorzugsweise auf Anschlag in das Reflektorprofil einschraubbare und kopfseitig vorzugsweise über Feder- und/oder Gleitscheiben an dem Trägerprofil abgestützte Schraubbolzen gebildet.

Vorteilhafterweise ist das Trägerprofil durch eine Kühlung, insbesondere eine Wasserkühlung mit Kühlmittel beaufschlagbar. Dies lässt sich dadurch verwirklichen, dass das Trägerprofil mit Profilkanälen zur Durchleitung von Kühlmittel versehen ist. Dadurch ist es auch möglich, die Reflektorprofile ohne Unterbrechung des Kühlsystems in kurzer Zeit auszutauschen.

Durch entsprechende Wandstärken ist es möglich, dass das Reflektorprofil eine von seiner Verbindungsfläche mit dem Trägerprofil abgewandte und von deren Konturverlauf abweichende gekrümmte Reflektorfläche aufweist. Die Verbindungsfläche kann daher für eine standardisierte Aufnahme einheitlich ausgebildet werden, während die Reflektorfläche selektiv an die Bestrahlungsbedingungen angepasst ist.

Um auch eine spektrale Beeinflussung zu ermöglichen, ist es vorteilhaft, wenn das Reflektorprofil an seiner der UV-Lampe zugewandten Profilseite mit einer Reflexionsbeschichtung versehen ist.

Für eine hohe Belastungs- bzw. Standfestigkeit ist es von Vorteil, wenn das Reflektorprofil als massiver Körper aus einem Vollmaterial gebildet ist. Herstellungstechnisch ist es hierbei vorteilhaft, wenn das Reflektorprofil und das Trägerprofil als Strangpressprofilteile vorzugsweise aus Aluminium bestehen.

Eine weitere Vereinfachung auch hinsichtlich der erforderlichen Apparaturen für die Reflektorbeschichtung ergibt sich dadurch, dass mehrere Reflektorprofile als Profilstrang stirnseitig zusammengesetzt sind. Dabei sollte gewährleistet sein, dass die Stoßstellen, welche einen geringeren Reflexionswert aufweisen können, bei paarweiser Reflektoranordnung versetzt sind und sich nicht gegenüberliegen.

Zur Verbesserung des Wärmeübergangs kann es von Vorteil sein, wenn zwischen den Verbindungsflächen von Reflektorprofil und Trägerprofil ein Wärmeleitmittel, insbesondere Wärmeleitpaste eingebracht ist.

Vorteilhafterweise sind jeweils ein Trägerprofil und ein zugeordnetes Reflektorprofil paarweise beidseitig einer Längsmittelebene der UV-Lampe angeordnet. Für eine Verschlussfunktion der durchstrahlten Gehäuseöffnung ist es möglich, dass zwei Reflektorprofile zusammen mit zugeordneten Trägerprofilen um jeweils eine in Profilrichtung verlaufende Achse gegeneinander schwenkbeweglich in dem Gehäuse angeordnet sind.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen

1 ein UV-Bestrahlungsaggregat zur Trocknung von Druckbahnen im Querschnitt; und

2 eine ausschnittsweise Vergrößerung einer Schraubverbindung im Bereich einer Reflektoranordnung des Aggregats nach 1.

Das in der Zeichnung dargestellte UV-Bestrahlungsaggregat besteht im Wesentlichen aus einem kastenförmigen Gehäuse 10, einer darin angeordneten stabförmigen UV-Lampe 12, einer Reflektoranordnung 14 zur Reflexion des in das Gehäuse 10 abgestrahlten UV-Lichts auf eine bodenseitige Gehäuseöffnung 16 und einem Absorber 18 zur Ableitung von Verlustwärme über eine nicht gezeigte Kühleinrichtung.

Die UV-Lampe 12 ist als zweiendige Mitteldruck-Gasentladungslampe in der Mittellängsebene 20 des Gehäuses 10 angeordnet und gibt ihre Strahlung über die Gehäuseöffnung 16 auf die darunter vorbeigeführte Substratbahn bzw. das zu bestrahlende Objekt ab. Um die Bestrahlung des Objekts zu erhöhen, ist die UV-Lampe 12 in ihrem in das Gehäuseinnere weisenden Sektor über ihre Länge von der Reflektoranordnung 14 umgeben, wobei das reflektierte Licht je nach Reflektorgeometrie divergent, parallel oder gebündelt durch die Gehäuseöffnung 16 hindurch abgestrahlt wird. Denkbar ist auch, dass in Reflektorteilbereichen unterschiedliche Reflexionsgeometrien realisiert sind.

Zur wahlweisen Einstellung der Reflektoreigenschaften besteht die Reflektoranordnung 14 aus Trägerprofilen 22 und lösbar damit verbundenen Reflektorprofilen 24. Die Träger- und Reflektorprofile sind paarweise beidseitig der Längsmittelebene 20 des Gehäuses 10 bzw. der UV-Lampe 12 angeordnet, wobei die Profilrichtung parallel zur Lampenachse verläuft. Sie bestehen als massive Strangpressprofilteile aus Aluminium, so dass speziell die Reflektorprofile 24 als komplex konturierte Formteile formstabil ausgebildet sind. Dabei ist es möglich, unterschiedliche Reflektorprofile 24 nach Art eines Baukastensystems einzusetzen. In 1 ist dies der besseren Veranschaulichung halber für zwei Reflektorgeometrien links und rechts der Mittelebene 20 gezeigt, wobei im praktischen Einsatz in der Regel profilgleiche Teile spiegelsymmetrisch angeordnet sind, grundsätzlich jedoch auch asymmetrische Anordnungen möglich sind.

Die Reflektorprofile 24 und Trägerprofile 22 sind über formkomplementäre Verbindungsflächen 26, 28 formschlüssig in großflächigen Wärmeleitkontakt bringbar. Zur effektiven Wärmeabfuhr sind die Trägerprofile 22 über Profilkanäle 30 für die Durchleitung von Kühlwasser an die Kühleinrichtung anschließbar. Auf diese Weise ist es möglich, mit hohen Lampenleistungen im Bereich von einigen 10 kW zu arbeiten.

Das Trägerprofil 22 und das Reflektorprofil 24 sind im Bereich der Verbindungsflächen 26, 28 über Schraubverbindungen 32 in gegenseitiger Anlage gehalten. Um die Montage bzw. den Reflektoraustausch am Einsatzort beispielsweise in einer Druckmaschine zu vereinfachen, ist es zweckmäßig, wenn die Schraubverbindungen 32 durch Gehäuseklappen 34 von der Gehäuseaußenseite her zugänglich sind.

Wie in 2 gezeigt, sind die Schraubverbindungen 32 durch Stehbolzen 36 gebildet, welche von der Rückseite 38 des Trägerprofils 22 her rückseitig in das Reflektorprofil 24 einschraubbar sind. Im Verbindungszustand sind die Stehbolzen 36 mit ihrem abgestuften Gewindeschaft 40 auf Anschlag in das Reflektorprofil 24 eingedreht. Der Schraubkopf 42 ist dabei über Tellerfedern 44 und Gleitscheiben 46 mit definiertem Kraftschluß an dem Trägerprofil 22 abgestützt. Um ein thermisches Ausgleichsspiel zu ermöglichen, ist der Stufendurchbruch 48 in Profilrichtung gesehen als Langloch ausgebildet.

Aufgrund der frei formbaren Profilgeometrie kann die der UV-Lampe 12 zugewandte Reflektorfläche 50 der Reflektorprofile 24 unabhängig von der Profilkontur der Verbindungsfläche 26 gestaltet werden. Zum Einsatz kommen elliptische, parabolische und kreisförmige Reflektorgeometrien wie auch Kombinationen davon. Denkbar sind auch Reflektorflächen 50 mit Freilinienformen.

Durch eine zusätzliche Oberflächenbeschichtung 52 der Reflektorprofile 24 kann der spektrale Bereich des reflektierten Lichts beeinflusst werden. Reinstaluminium-Oberflächen reflektieren das gesamte Spektrum, während so genannte Kaltlichtspiegel-Beschichtungen je nach Ausführung nur ausgewählte spektrale Bandbreiten im UV-Bereich reflektieren. Die in der Reflektoranordnung 14 absorbierte Wärme kann dabei zusätzlich zu der Wasserkühlung auch durch eine Luftkühlung mit Absaugung durch den Abluftkanal 54 hindurch abgeführt werden.

Die UV- und IR-Emission der Gasentladungslampe 12 kann aus physikalischen Gründen nicht spontan ein- und ausgeschaltet werden. Daher ist es vorgesehen, die Reflektoranordnung 14 beim Anfahren oder bei Betriebsunterbrechungen in eine Standby-Stellung zu bringen, in der die Gehäuseöffnung 16 gegen Strahlungsdurchtritt mechanisch verschlossen ist. Zu diesem Zweck sind die Trägerprofile um eine parallel zur Profilrichtung verlaufende Schwenk- bzw. Drehachse gegeneinander bewegbar, wobei die IR-Leistung von dem gekühlten Absorber 18 aufgenommen wird. Aus dieser Stellung kann ohne nennenswerten Zeitverlust durch Betätigung des Klapp- bzw. Drehmechanismus in den Produktionsmodus gewechselt werden. Anstelle eines beweglichen Reflektors ist auch der Einsatz eines gesonderten Verschluss-Systems möglich.


Anspruch[de]
  1. Bestrahlungsaggregat zur W-Bestrahlung von insbesondere bahnförmigen Substraten mit einem Gehäuse (10), einer darin angeordneten stabförmigen UV-Lampe (12) und einer längs der UV-Lampe (12) sich erstreckenden Reflektoranordnung (14), dadurch gekennzeichnet, dass die Reflektoranordnung (14) ein in dem Gehäuse (10) gehaltenes Trägerprofil (22) und ein damit lösbar verbindbares, als formstabiles Formteil ausgebildetes Reflektorprofil (24) aufweist.
  2. Bestrahlungsaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Reflektorprofile (24) mit unterschiedlichen Reflektorgeometrien und/oder Oberflächenbeschichtungen als Baukastensystem wahlweise mit dem Trägerprofil (22) verbindbar sind.
  3. Bestrahlungsaggregat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Reflektorprofil (24) und das Trägerprofil (22) über formschlüssige Verbindungsflächen (26, 28) miteinander in flächigen Wärmeleitkontakt bringbar sind.
  4. Bestrahlungsaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Reflektorprofil (24) und das Trägerprofil (22) über Verbindungsmittel (32), insbesondere Schraubverbindungen in gegenseitiger Anlage gehalten sind.
  5. Bestrahlungsaggregat nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsmittel (32) von der dem Reflektorprofil (24) abgewandten Rückseite (38) des Trägerprofils (22) her betätigbar sind.
  6. Bestrahlungsaggregat nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsmittel (32) durch beispielsweise verschließbare Gehäuseklappen (34) von der Außenseite des Gehäuses (10) her zugänglich sind.
  7. Bestrahlungsaggregat nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsmittel (32) in Profilrichtung gesehen vorzugsweise über eine Langlochlagerung (48) ein thermisches Ausgleichsspiel zwischen Reflektorprofil (24) und Trägerprofil (22) erlauben.
  8. Bestrahlungsaggregat nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsmittel (32) durch schaftseitig vorzugsweise auf Anschlag in das Reflektorprofil (24) einschraubbare und kopfseitig vorzugsweise über Feder- und/oder Gleitscheiben (44, 46) an dem Trägerprofil (22) abgestützte Schraubbolzen (36) gebildet sind.
  9. Bestrahlungsaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerprofil (22) durch eine Kühlung, insbesondere eine Wasserkühlung mit Kühlmittel beaufschlagbar ist.
  10. Bestrahlungsaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerprofil (22) mit Profilkanälen (30) zur Durchleitung von Kühlmittel versehen ist.
  11. Bestrahlungsaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Reflektorprofil (24) eine von seiner Verbindungsfläche (26) mit dem Trägerprofil (22) abgewandte und von deren Konturverlauf abweichende gekrümmte Reflektorfläche (50) aufweist.
  12. Bestrahlungsaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Reflektorprofil (24) an seiner der UV-Lampe (12) zugewandten Profilseite mit einer Reflexionsbeschichtung (52) versehen ist.
  13. Bestrahlungsaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Reflektorprofil (24) als massiver Körper aus einem Vollmaterial gebildet ist.
  14. Bestrahlungsaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Reflektorprofil (24) und das Trägerprofil (22) als Strangpressprofilteile vorzugsweise aus Aluminium bestehen.
  15. Bestrahlungsaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Reflektorprofile (24) als Profilstrang stirnseitig zusammengesetzt sind.
  16. Bestrahlungsaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Verbindungsflächen (26, 28) von Reflektorprofil (24) und Trägerprofil (22) ein Wärmeleitmittel, insbesondere Wärmeleitpaste eingebracht ist.
  17. Bestrahlungsaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein Trägerprofil (22) und ein zugeordnetes Reflektorprofil (24) paarweise beidseitig einer Längsmittelebene (20) der UV-Lampe (12) angeordnet sind.
  18. Bestrahlungsaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Reflektorprofile (24) zusammen mit zugeordneten Trägerprofilen (22) um jeweils eine in Profilrichtung verlaufende Achse gegeneinander schwenkbeweglich in dem Gehäuse (10) angeordnet sind.
Es folgt ein Blatt Zeichnungen






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