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Dokumentenidentifikation DE19945074B4 18.01.2007
Titel Trocknungseinrichtung für beschichtete Substrate
Anmelder PrintConcept GmbH, 73257 Köngen, DE
Erfinder Welle, Jürgen, 72622 Nürtingen, DE;
Theurer, Frank, 73257 Köngen, DE;
Klink, Andree, 73033 Göppingen, DE
Vertreter Patentanwälte Ruff, Wilhelm, Beier, Dauster & Partner, 70174 Stuttgart
DE-Anmeldedatum 21.09.1999
DE-Aktenzeichen 19945074
Offenlegungstag 19.04.2001
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 18.01.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 18.01.2007
IPC-Hauptklasse G21K 5/04(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse F26B 3/28(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   B41F 23/04(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Trocknungseinrichtung für beschichtete Substrate, mit einem einseitig offenen Gehäuse, in dem eine stabförmige UV-Strahlung abgebende Lampe angeordnet ist, der auf der von dem zu trocknenden Substrat abgewandten Gehäuseseite zwei rinnenförmig ausgebildete und mit ihrer konkaven Seite der Lampe zugewandte Reflektoren zugeordnet sind.

Trocknungseinrichtungen dieser Art sind Teil von UV-Härtungsanlagen, wie sie in der graphischen Industrie, aber auch bei anderen Anwendungen eingesetzt werden, um z.B. flüssige Bindemittelbestandteile durch die Einwirkung der UV-Strahlung möglichst schnell zu einem festen, trockenen Farb- bzw. Lackfilm zu vernetzen. Dabei werden die energiereichen V-Strahlen, die völlig lösemittelfrei und damit auch umwelt- und benutzerfreundlich sind, von dem in der Farbe bzw. im Lack vorhandenen Fotoinitiator absorbiert.

Als Lampen für die Erzeugung der UV-Strahlung werden in der Regel Quecksilberdampflampen vorgesehen, die aus einem Quarzrohr bestehen, das mit Edelgas gefüllt ist und an dessen Enden Metallelektroden eingeschmolzen sind. Bei Anlegen einer hohen Spannung entsteht ein Lichtbogen, und die dadurch im Inneren der Lampe ansteigende Temperatur führt zur Verdampfung des Quecksilbers. Ein Teil der dadurch erzeugten Strah-lung ist eine UV-Strahlung, die zu der vorher Verfestigung sogenannter UV-Farben oder UV-Lacke führt. Die von der Quecksilberdampflampe außerdem erzeugte Lichtstrahlung und die Wärme wird in der Regel durch Kühlung abgeführt.

Trocknungseinrichtungen der eingangs genannten Art sind bekannt (EP 0 741 272 B1). Bei dieser bekannten Einrichtung werden als Reflektoren Halbzylinder vorgesehen, mit denen die von der Stablampe in Richtung der Reflektoren abgegebene UV-Strahlung auf die an der offenen Gehäuseseite angeordnete Führungsfläche für das zu trocknende Substrat zusätzlich zu der direkt von der Lampe abgegebenen Strahlung reflektiert wird. Bei solchen Trocknungseinrichtungen kann es dazu kommen, daß das zu trocknende Substrat, das quer zu der Achse der Lampe vorbeigeführt wird, schon nach verhältnismäßig kurzem Weg unterhalb des Strahlers einen relativ festen Oberflächenfilm bildet, der bei der weiteren Einwirkung der UV-Strahlung das Eindringen der Strahlung in das Innere der Farb- oder Lackschicht behindert. Die Strahlungseinwirkung muß daher ausreichend lange vorgesehen werden, so daß Trocknungseinrichtungen der bekannten Art in ihrer Leistung beschränkt sind.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 197 33 496 A1 ist eine Trocknungseinrichtung für beschichtete Substrate mit zwei mit ihrer konkaven Seite einer Lampe zugewandten Reflektoren bekannt, bei der die Reflektoren eine elliptische Form aufweisen. Die Reflektoren sind spiegelbildlich zu einer durch die Lampenachse verlaufenden Mittellängsebene des Gehäuses so angeordnet, dass der Großteil der UV-Strahlung auf eine Gerade fokussiert wird, die auf der Fläche des zu behandelnden Substrates verläuft. Die beiden Reflektorhälften weichen in der Querschnittsansicht dadurch von einer durchgehenden elliptischen Form ab, dass sie oberhalb der Lampe aneinanderstoßen und an der Stoßstelle auf der, der Lampe zugewandten Seite einen Winkel von weniger als 180° einschließen.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 26 55 383 ist eine Trocknungseinrichtung für Substrate bekannt, die einen zylindrischen Reflektor mit ellipsenabschnittsförmigem Querschnitt aufweist. Bei einer ersten Ausführungsform zeigt der Reflektor einen durchgehenden, ellipsenförmigen Verlauf. Bei einer zweiten Ausführungsform wird der ellipsenförmige Verlauf in einem Bereich oberhalb einer Lampe dadurch unterbrochen, dass der Reflektor im Bereich seiner Scheitelgeraden auf einer etwa dem Durchmesser der rohrförmigen Lampe entsprechenden Breite zur Brenngeraden hin eingezogen ist. Die eingezogenen Flächen wirken als zusätzliche Reflektionsflächen, so dass das von der Lampe abgestrahlte Licht auch in diesem Bereich oberhalb der Lampe an dieser vorbei auf den elliptischen Teil des Reflektors reflektiert wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, hier Abhilfe zu schaffen und eine Trocknungseinrichtung vorzuschlagen, mit der eine gründliche Aushärtung von UV-Farb- oder Lackfilmen trotz relativ großer Produktionsgeschwindigkeit möglich ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einer Trocknungseinrichtung für beschichtete Substrate mit einem einseitig offenen Gehäuse, in dem eine stabförmige UV-Strahlung abgebende Lampe angeordnet ist, der auf der von dem zu behandelnden Substrat abgewandten Gehäuseseite zwei rinnenförmig ausgebildete und mit ihrer konkaven Seite der Lampe zugewandte Reflektoren zugeordnet sind, vorgesehen, dass die Reflektoren jeweils eine Form mit Ellipsenverlauf aufweisen, spiegelbildlich zu einer durch die Lampenachse verlaufenden Mittellängsebene des Gehäuses so angeordnet sind, dass der Großteil der UV-Strahlung auf eine Gerade fokussiert wird, die auf der Fläche des zu behandelnden Substrates verläuft, und dass die Reflektoren mit dem von ihrer großen Ellipsenachse bestimmten Bereich stärkerer Krümmung der Mittellängsebene zugewandt und so von dieser beabstandet angeordnet sind, dass möglichst viel Strahlungsanteile an der Lampe vorbei auf die Substratoberfläche fokussiert werden, wobei die Reflektoren gegenüber einer sich über beide Seiten erstreckenden, durchgehenden El-lipsenform nach außen und oben verschwenkt angeordnet sind.

Durch diese Ausgestaltung entsteht eine Fokuslinie mit hoher Intensität an UV-Strahlung, an der eine gründliche und schnelle Aushärtung und Trocknung des zu behandelnden Substrates erreicht werden kann, die, wie sich gezeigt hat, zu einer gleichmäßigen und schnellen Trocknung von Farb- oder Lackfilmen und damit auch zu einer höheren Trocknungsgeschwindigkeit führen kann. Die Reflektoren sind dabei mit dem von ihrer großen Ellipsenachse bestimmten Bereich mit stärkerer Krümmung der Mittellängsachse zugewandt und so angeordnet, daß möglichst viel Strahlungsanteile an der Lampe vorbei auf das Substrat fokussiert werden. Dadurch kann erreicht werden, daß nur ein relativ geringerer Strahlungsanteil durch zusätzlich zu der direkt von der Lampe abgegebenen Strahlung addiert, während der größte Teil der reflektierten Strahlung fokussiert ist.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können die Reflektoren an einer Halterung angebracht sein, die gekühlt ist und in ihren Abmessungen an die Abmessungen des Lampengehäuses so angepaßt sind, daß die Fokussierung im Bereich einer an der offenen Seite des Gehäuses vorgesehenen Substratführungsfläche erfolgt. Die Gerade der fokussierten UV-Strahlung verläuft bei einer solchen Anordnung zweckmäßig quer zu der Bewegungsbahn für das Substrat, so daß jenes bandartig quer zu der Lampenachse und damit auch quer zu der Fokussiergeraden vorbeigeführte Substrat über seine gesamte Breite gleichmäßig getrocknet oder ausgehärtet werden kann.

Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden erläutert. Es zeigen:

1 schematisch einen Querschnitt durch das Gehäuse einer Trocknungseinrichtung nach der Erfindung und

2 den qualitativen Verlauf der UV Strahlungsintensität auf der Behandlungsfläche bei einer Trocknungseinrichtung nach 1.

Die 1 läßt erkennen, daß ein Gehäuse 1 aus einem oberen, etwa U-förmig ausgebildeten Profilteil 1a und aus zwei mit den freien Schenkeln dieses Gehäuseteiles 1a formschlüssig verbundenen Wandteilen 2 besteht. In dem von dem Gehäuse 1 gebildeten Hohlraum ist eine Halterung 3 eingesetzt, die Befestigungsflächen für zwei rinnenförmig ausgebildete Reflektoren 4 bildet, die im Querschnitt jeweils einem Teil des Umfanges einer Ellipse entsprechen und spiegelsymmetrisch zu einer Mittellängsebene 5 des Gehäuses 1 angeordnet sind. Beide Reflektoren 4 sind dabei so ausgerichtet, daß ihr Bereich größerer Krümmung, der also von der großen Ellipsenachse bestimmt wird, im Bereich der Mittellängsachse 5 liegt, während der Bereich geringerer Krümmung nach außen gerichtet ist. Beide Reflektoren 4 sind an entsprechenden Ausnehmungen 6 der Halterung 3 dadurch befestigt, daß ihr Inneres, der Mittellängsebene 5 zugewandtes Ende, hinter entsprechende Haltenasen greift, während das andere Ende von mit Schrauben befestigten Klauen 7 gehalten ist. Unterhalb der Halterung 3 mit den Klauen 7 sind zur Mittellängsebene 5 hin schwenkbare Verschlußklappen 8 vorgesehen, die im geschlossenen Zustand mit an ihren freien Enden angeordneten Abschlußlippen 9 übereinandergreifen.

Im Abstand vor den Reflektoren 4 ist eine stabförmige UV-Strahlung abgebende Lampe 10, beispielsweise eine Quecksilberdampflampe, mit ihrer Achse 10a auf der Mittellängsachse 5 des Gehäuses 1 und parallel zu den Flächen der Reflektoren 4 angeordnet. Die eingezeichneten Strahlengänge 11 lassen die von den Reflektoren 4 reflektierte Strahlung erkennen, die von der Lampe 10 nicht unmittelbar nach unten zu der offenen Seite des Gehäuses 1 hin abgegeben wird. Es ist zu erkennen, daß diese reflektierten UV-Strahlen 11 durch die elliptische Ausgestaltung und durch die entsprechende Anordnung der Reflektoren 4 auf eine Gerade 12 fokussiert werden, die auf der Mittellängsebene 5 und auf einer Fläche 13 liegt, auf der das zu behandelnde Substrat, also beispielsweise ein Farb- oder Lackfilm auf einer Trägerbahn, im Sinn des Pfeiles 14 unter- halb der Lampe 10 vorbeibewegt wird. Durch die Fokussierung der reflektierten Strahlen auf diese Gerade 12 wird an dieser Stelle eine besonders hohe Konzentration von UV-Strahlung erreicht, die zu einer intensiven Einwirkung auf die auf der Trägerbahn 13 aufgebrachten UV-Farb- oder UV-Lackschichten führt. Die in diesen – nicht gezeigten – Schichten enthaltenen Fotoinitiatoren absorbieren die UV-Strahlung, die wegen ihrer hohen Intensität an der Geraden 12 die Schichten gut durchdringen kann und damit für eine gleichmäßig durchgehende Härtung und Trockung des Substrates führt.

Die direkt von der Lampe 10 abgegebene UV-Strahlung trägt natürlich mit zu diesem Prozeß bei. Da in dem Bereich in Bewegungsrichtung 14-vor der Geraden 12 aber nur die direkt von der Lampe 10 abgegebene UV-Strahlung auftrifft, aber kein nennenswerter Anteil an reflektierter Strahlung, kann vor Erreichen der Geraden 12 keine an sich nicht gewünschte Aushärtung an der Oberfläche entstehen, die dann eine Durchhärtung verhindern könnte. Selbst wenn dies aber der Fall sein sollte, so kann im Bereich der Geraden 12 die wesentlich intensivere UV-Strahlung in das zu behandelnde Substrat eindringen und so eine ausgezeichnete Härtung und Trocknung bewirken.

2 zeigt den qualitativen Verlauf der UV-Strahlung über die gesamte bestrahlte Fläche. Die Intensitätsverteilung läßt deutlich eine wesentlich stärkere UV-Strahlung im Bereich der Meßstelle C auf der Fokusgeraden 12 erkennen, während der Meßwert für die UV-Strahlung gleicher Wellenlänge (364 nm) an der Stelle B nur etwa die Hälfte des Wertes an der Meßstelle C ergab. Die Meßstelle A wiederum zeigte einen Wert in der Größenordnung von etwa 1/3 des Wertes bei B. Da die Reflektoranordnung symmetrisch zur Mittelebene 5 ist, wurde die Intensitätsverteilung ebenfalls symmetrisch aufgetragen. Bei anderen Wellenlängen ergaben sich ähnliche Verhältnisse.

Aus der 2 wird daher deutlich, daß die eigentliche Aushärtung und Trocknung des Substrates erst im Bereich der Fokuslinie 12 auftritt und daß vorher keine unerwünschte Schichtbildung an der Substratoberfläche zu erwarten ist.

An dieser Stelle muß erwähnt werden, daß die beiden Schließklappen 8 die Einwirkung von UV-Strahlung auf die Fläche 13 verhindern, wenn an dieser Fläche ein Stillstand der Bewegung der Trägerbahn mit dem zu behandelnden Substrat auftritt. Die Klappen 8 schließen dann schlagartig und verhindern so, daß das zu behandelnde Substrat durch zu intensive UV-Strahlungseinwirkung beschädigt wird.


Anspruch[de]
Trocknungseinrichtung für beschichtete Substrate, mit einem einseitig offenen Gehäuse (1), in dem eine stabförmige, UV-Strahlung abgebende Lampe (10) angeordnet ist, der auf der von dem zu behandelnden Substrat (13) abgewandten Gehäuseseite zwei rinnenförmig ausgebildete und mit ihrer konkaven Seite der Lampe (10) zugewandte Reflektoren (4) zugeordnet sind, wobei die Reflektoren jeweils eine Form mit Ellipsenverlauf aufweisen, spiegelbildlich zu einer durch die Lampenachse (10a) verlaufenden Mittellängsebene (5) des Gehäuses (1) so angeordnet sind, dass der Großteil der UV-Strahlung auf eine Gerade (12) fokussiert wird, die auf der Fläche (13) des zu behandelnden Substrates verläuft, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflektoren (4) mit dem von ihrer großen Ellipsenachse bestimmten Bereich stärkerer Krümmung der Mittellängsebene (5) zugewandt und so von dieser beabstandet angeordnet sind, dass möglichst viel Strahlungsanteile (11) an der Lampe (10) vorbei auf die Substratoberfläche (13) fokussiert werden, wobei die Reflektoren gegenüber einer sich über beide Seiten erstreckenden, durchgehenden Ellipsenform nach außen und oben verschwenkt angeordnet sind. Trocknungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflektoren (4) an einer Halterung (3) angebracht sind, die gekühlt ist und in ihren Abmessungen an die Abmessung des Lampengehäuses (1) so angepasst ist, das die Fokussierung (12) im Bereich einer an der offenen Seite des Gehäuses vorgesehenen Substratführungsfläche (13) erfolgt. Trocknungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gerade (12) quer zu einer Bewegungsbahn (13, 14) für das zu behandelnde Substrat verläuft.






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