PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE202007004400U1 12.07.2007
Titel Strahlungsvorrichtung
Anmelder Sturm Maschinenbau GmbH, 94330 Salching, DE
Vertreter Weber & Heim Patentanwälte, 81479 München
DE-Aktenzeichen 202007004400
Date of advertisement in the Patentblatt (Patent Gazette) 12.07.2007
Registration date 06.06.2007
Application date from patent application 26.03.2007
IPC-Hauptklasse G21K 5/04(2006.01)A, F, I, 20070326, B, H, DE
IPC-Nebenklasse G21K 5/10(2006.01)A, L, I, 20070326, B, H, DE   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Strahlungsvorrichtung zur Aushärtung von Beschichtungen, insbesondere mittels UV-Strahlung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Derartige Vorrichtungen zur Härtung von UV-aktivierbaren Farben und Lacken sind seit langem bekannt. Diese Vorrichtungen weisen üblicherweise ein zusammengesetztes kastenförmiges Gehäuse mit einer Strahlungsquelle auf, welche eine gewünschte UV-Strahlung aussendet. Aufgrund der relativ großen Wärmeentwicklung der Strahlungsquelle ist üblicherweise eine Luft- oder Wasserkühlung vorgesehen, um Wärme aus dem Gehäuse abzutransportieren.

Derartige Bestrahlungsvorrichtungen gehen beispielsweise aus der DE 102 24 514 A1, DE 41 28 439 oder der EP 0 822 902 B1 hervor.

Diese bekannten Strahlungsvorrichtungen sind üblicherweise gut geeignet, flächige, plattenförmige Werkstücke zu behandeln.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Strahlungsvorrichtung anzugeben, mit welcher auch schwer zugängliche Beschichtungen an Werkstücken aushärtbar sind.

Nach der Erfindung wird die Aufgabe durch eine Strahlungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Die erfindungsgemäße Strahlungsvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse rohrförmig mit mindestens einer Öffnung im Bereich der Strahlungsquelle ausgebildet ist und dass das Kühlmedium über zumindest eine Stirnseite des rohrförmigen Gehäuses zur Strahlungsquelle geleitet wird.

Mit der Erfindung wird eine lanzenartige Bestrahlungsvorrichtung geschaffen, welche in einem rohrförmigen Gehäuse mit einem vorzugsweise kreisförmigen Querschnitt angeordnet ist. Die Strahlungsvorrichtung mit einem Gehäuse aus einem Rohr ist so einfach und kompakt ausgebildet und kann insbesondere an Werkstückbereichen eingesetzt werden, an welchen die relativ großen und flächig ausgebildeten Strahlungsvorrichtungen kaum zuführbar sind. Mit der erfindungsgemäßen Strahlungsvorrichtung können beispielsweise auch Innenseiten von rohrförmigen Werkstücken beschichtet werden, wobei der optimale Bestrahlungsabstand von etlichen Zentimetern zur zu beschichteten Oberfläche gut erreichbar ist.

Für eine gute Dosierbarkeit der Strahlung zur Aushärtung der Beschichtung ist es erfindungsgemäß, dass die Öffnung im Gehäuse mittels einer Schließeinrichtung verschließbar ist. Nach Abschluss der Aushärtungsbehandlung kann die Öffnung im Gehäuse hierdurch verschlossen werden, so dass keine weitere Strahlung austritt. Hierdurch wird eine Beschädigung oder Zerstörung der Beschichtung durch eine übermäßige Bestrahlung verhindert. Auch aus Arbeitsschutzgründen ist eine derartige Schließeinrichtung vorteilhaft. Zudem braucht die relativ empfindliche Strahlungsquelle bei einem Werkstückwechsel nicht abgeschalten zu werden, ohne dass die Gefahr besteht, dass die intensive UV-Strahlung ungehindert in den Arbeitsraum austritt.

Dabei ist es nach der Erfindung besonders bevorzugt, dass die Schließeinrichtung mindestens eine Deckplatte aufweist, welche zum Verschließen und Abdecken der Öffnung von einer Öffnungsstellung in eine Verschlussstellung axial verschiebbar oder um eine axial gerichtete Schwenkachse verschwenkbar ist. Im ersteren Fall kann die Verschlusseinrichtung eine zylindermantelsegmentförmige Abdeckplatte oder ein Rohrsegment sein, welches axial über die Öffnung schiebbar ist. Alternativ kann die Deckplatte auch in Umfangsrichtung über die Öffnung schiebbar oder verschwenkbar sein, wobei die Schwenkachse etwa parallel zur Längsachse des Gehäuses gerichtet ist. Hierdurch lassen sich zuverlässige und zugleich kompakte Schließeinrichtungen verwirklichen.

Grundsätzlich kann bei Verschließen die Strahlungsquelle, welche UV-Strahlung oder auf eine andere die Aushärtung bewirkende Strahlung erzeugt, bei Verschließen der Öffnung unvermindert weiterarbeiten. Nach der Erfindung ist es jedoch besonders vorteilhaft, dass eine Steuereinheit vorgesehen ist, durch welche bei Verschließen der Öffnung eine Strahlungsleistung der Strahlungsquelle herabsetzbar ist. Dabei wird die Strahlungsleistung vorzugsweise nicht auf Null herabgesetzt, sondern auf einen Zwischenwert. In diesem Standby-Zustand behält die Strahlungsquelle ihre Arbeitstemperatur, so dass diese beim Öffnen der Schließeinrichtung kurzfristig wieder mit voller Leistung betrieben werden kann. Hierdurch können weiter kurze Bearbeitungszeiten bei einer hohen Energieeffizienz erreicht werden.

Weiter ist es erfindungsgemäß, dass im Bereich der Öffnung eine strahlungsdurchlässige Scheibe angeordnet ist. Die Scheibe dient insbesondere dazu, dass Kühlmedium nicht unkontrolliert über die Öffnung aus dem Gehäuse ausströmen kann. Bei größeren Strömungsraten wird hierdurch verhindert, dass die noch nicht ausgehärtete Lackschicht hierdurch beeinträchtigt wird. Die Scheibe kann gleichzeitig als ein Filter dienen, um unerwünschte Strahlungsanteile auszufiltern.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht weiterhin darin, dass eine Reflektoreinrichtung im Bereich der Strahlungsquelle angeordnet ist, durch welche Strahlung zu einem etwa linienförmigen Fokussierbereich fokussierbar ist, welcher sich außerhalb des Gehäuses parallel zur Gehäuseachse erstreckt. Während herkömmliche Strahlungsvorrichtungen zur Bestrahlung einer möglichst großen Fläche ausgebildet sind, wird mit der erfindungsgemäßen Strahlungsvorrichtung eine etwa linienförmige Bestrahlung angestrebt. Linienförmig ist dabei jedoch nicht rein mathematisch zu verstehen, sondern der Fokussierbereich weist neben der axialen Länge von etlichen zehn Zentimetern auch eine Breite und Höhe von einigen Zentimetern auf, in welchem eine etwa gleiche Strahlungsleistung erreicht wird. Die Breite und Höhe dieses Fokussierbereiches sind jedoch deutlich kleiner als dessen Länge. Mit diesem linienförmigen Fokussierbereich können gekrümmte oder dreidimensionale Flächen sehr gut abgefahren werden, wobei eine weitgehende gleiche Bestrahlungsleistung pro Fläche gut sicherstellbar ist.

Eine besonders kompakte und zweckmäßige Form der erfindungsgemäßen Strahlungsvorrichtung wird dadurch erreicht, dass an einer Stirnseite des rohrförmigen Gehäuses ein Eintritt zum Zuführen des Kühlmediums und an der gegenüberliegenden Stirnseite ein Austritt zum Abführen des Kühlmediums angeordnet sind. Das noch kalte Kühlmedium, welches ein Gas, insbesondere Umgebungsluft sein kann, wird so von dem Eintrittanschluss axial durch das rohrförmige Gehäuse geleitet, wobei die etwa röhrenförmige Strahlungsquelle gut umströmt und dabei gekühlt wird. Auf der gegenüberliegenden Stirnseite ist ein Austritt angeordnet, durch welche das Kühlmedium aus dem Gehäuse austreten kann. Gegebenenfalls kann der Eintritt und/oder der Austritt ebenfalls einen Anschluss aufweisen, um eventuell über eine Schlauchleitung erst an einem vom Werkstück entfernteren Ort ins Freie zu führen. Optional kann auch ein Filter oder eine Abströmöffnung vorhanden sein, durch welche das Kühlmedium gereinigt wird bzw. unmittelbar am Ende des Gehäuses ins Freie austritt. Grundsätzlich kann als Kühlmedium auch eine Flüssigkeit, insbesondere Wasser, eingesetzt werden, wobei dann feste Leitungskanäle in dem Gehäuse angeordnet sind, während bei der Verwendung eines Gases dieses durch den nicht verbauten Freiraum im Gehäuse strömen kann.

Mit der erfindungsgemäßen Strahlungsvorrichtung kann insbesondere eine Innenbeschichtung an Hohl- oder Rohrkörpern durchgeführt werden. Hierzu ist es bevorzugt, dass eine Halterung für ein rohrförmiges oder ringförmiges Werkstück vorgesehen ist und dass das Gehäuse mit der Strahlungsquelle relativ zur Halterung drehbar ist. Das Gehäuse mit der Strahlungsquelle kann dabei mittig in dem Werkstück oder exzentrisch hierzu angeordnet sein. Entweder kann die Halterung mit dem Werkstück und/oder das Gehäuse mit der Strahlungsquelle drehbar gelagert sein. Weiter kann eine Stelleinrichtung vorgesehen sein, mit welcher das Gehäuse mit der Strahlungsquelle axial und/oder radial zur Innenwandung des Werkstücks verstellbar und bewegbar ist, um einen gewünschten Abstand hierzu vorzugeben.

Eine erfindungsgemäße Anordnung besteht darin, dass im Bereich einer Stirnseite des Gehäuses eine Verbindungseinrichtung vorgesehen ist, mit welcher das Gehäuse mit einer Basiseinheit lösbar verbunden ist. So kann beispielsweise abhängig von der axialen Länge des Werkstücks ein Gehäuse mit unterschiedlicher axialer Länge angeordnet werden. Die Gesamtvorrichtung kann somit modular aufgebaut sein, wobei abhängig von der Werkstückgröße das zweckmäßigste Gehäuse mit Strahlungsquelle einsetzbar ist. Hierzu können beispielsweise Schnellverschlüsse, etwa ein Bajonettverschluss, zum Einsatz kommen. Je nach gewünschter Strömung kann die Basiseinheit ein Saug- oder Blasgebläse aufweisen.

Dabei ist es bevorzugt, dass über die Basiseinheit dem Gehäuse elektrische Energie zuführbar und/oder das Kühlmedium ab- oder zuführbar sind. Hierbei können insbesondere Steckverbindungen für elektrische Energieversorgung sowie Anschlussleitungen für das Kühlmedium vorgesehen sein.

Zur Innenbeschichtung ist es dabei bevorzugt, dass die Basiseinheit relativ zur Halterung für das Werkstück drehbar gelagert ist. Gegenüber der Umgebung ist dabei insbesondere die Basiseinheit feststehend, während die Halterung mit dem Werkstück über einen entsprechenden Antrieb um die Basiseinheit mit dem Gehäuse und der Strahlungsquelle gedreht wird. Allerdings kann für große oder für unterschiedliche Werkstücke auch die Halterung feststehend sein, während die Basiseinheit drehbar gelagert ist. Die Anschlüsse für elektrische Energie und das Kühlmedium können dabei über Drehverbindungen zugeführt werden.

Die erfindungsgemäße Strahlungsvorrichtung wird nachfolgend weiter anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels erläutert, welches schematisch in den beigefügten Zeichnungen dargestellt ist. In den Zeichnungen zeigen:

1 eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Strahlungsvorrichtung;

2 einen Längsquerschnitt durch die Strahlungsvorrichtung von 1;

3 eine perspektivische Querschnittsansicht der Strahlungsvorrichtung; und

4 eine Querschnittsansicht gemäß dem Schnitt A-A von 1.

Eine erfindungsgemäße Strahlungsvorrichtung 10 wird im Zusammenhang mit den 1 bis 4 erläutert. Diese umfasst ein rohrförmiges Gehäuse 14, welches aus einem nahtlosen Rohrstück gefertigt ist. Innerhalb des zylindrischen Gehäuses 14 ist über eine Röhrenhalterung 13 eine Strahlungsquelle 12 etwa mittig gehaltert, welche eine UV-Strahlung zur Aushärtung eines UV-aktivierbaren Lackes aussendet. Entsprechend der Länge der Strahlungsquelle 12 ist etwa über ein Viertel des Umfangs des Gehäuses 14 eine Öffnung 16 vorgesehen, aus welcher gezielt die UV-Strahlung austreten kann.

Im Bereich der Öffnung 16 ist das Innere des Gehäuses 14 über eine an einem Rahmen 23 angebrachte Scheibe 22 aus Quarzglas dicht abgeschlossen, welche einen Strahlungsdurchtritt erlaubt. Auf der gegenüberliegenden Seite der Strahlungsquelle 12 ist eine Reflektoreinrichtung 24 angeordnet, welche einen gebogenen Spiegel 27 an einem mit Schrauben 28 befestigten Spiegelhalter 25 aufweist. Mit der Reflektoreinrichtung 24 wird die UV-Strahlung in einem etwa linienförmigen Fokussierbereich gebündelt, welcher außerhalb des Gehäuses 14 liegt. Mit diesem Fokussierbereich kann eine etwa linienförmige Aushärtzone zum Aushärten einer Lackschicht gebildet werden.

Die Öffnung 16 kann mittels einer Schließeinrichtung 30 mit einer zylindersegmentförmigen Deckplatte 32 verschlossen werden, so dass ein Strahlungsaustritt aus dem Gehäuse 14 unterbunden ist. Die Deckplatte 32 ist über eine flexible Kupplung 36 mit einem Stellzylinder 34 verbunden. Hierdurch kann die Deckplatte 32 zwischen einer Verschlussstellung, bei der die Öffnung 16 – wie in den 2 und 3 gezeigt – geschlossen ist, und einer Öffnungsstellung gemäß 1 verschoben werden, welche einen freien Strahlungsaustritt durch die Öffnung 16 erlaubt. Der Stellzylinder 34 ist im Innern des Gehäuses 14 über Zylinderhalter 38 befestigt, welche von außen über Befestigungsschrauben 48 gehaltert sind. Der Stellzylinder 34 ist in der Gehäuse 14 über eine Montageöffnung 29 gemäß 1 eingesetzt, welche mittels einer angeschraubten Blende 46 gemäß 2 und 3 verschlossen ist. Zur Steuerung und Überwachung des Betriebszustandes sind an dem Stellzylinder 34 an den beiden Endpositionen Näherungsschalter 39 vorgesehen.

Die Betriebstemperatur der Strahlungsquelle 12 sowie die Austrittstemperatur eines Kühlmediums kann über eine Sensoreinrichtung 42 bestimmt werden, während eine Eintrittstemperatur über einen Eintrittssensor 44 ermittelbar ist. Die entsprechenden Kabelzuführungen für eine Pneumatikleitung zur Betätigung des Stellzylinders erfolgen über einen Anschlussbereich 40, welcher angrenzend an eine erste Stirnseite 18 des rohrförmigen Gehäuses 14 angeordnet ist. An dieser ersten Stirnseite 18 ist eine ringförmige Verbindungseinrichtung 26 angeordnet, welche als ein Bajonettverschluss ausgebildet ist. Mit der Verbindungseinrichtung 26 kann die Strahlungsvorrichtung 10 an einer nicht dargestellten Basiseinheit mit einem entsprechenden rohrförmigen Anschlussstutzen angebracht werden. Über diese Basiseinheit erfolgt insbesondere eine Ansaugung von Umgebungsluft als Kühlmedium. Dieses strömt von der zweiten Stirnseite 20 durch das rohrförmige Gehäuse 16, umströmt die Strahlungsquelle 12 und tritt an der gegenüberliegenden ersten Stirnseite 18 wieder aus dem Gehäuse 14 aus und strömt in die Basiseinheit mit einer Saugeinrichtung. An der zweiten Stirnseite 20 ist ein Lichtschutzgitter 50 mittels eines Befestigungsringes angebracht. Das Lichtschutzgitter 50 mit schräggestellten, zweiseitigen Lamellen verhindert ein direktes Austreten der energiereichen UV-Strahlung aus diesem Bereich, während der Eintritt des Kühlmediums ermöglicht wird.


Anspruch[de]
Strahlungsvorrichtung zur Aushärtung von Beschichtungen, insbesondere mittels UV-Strahlung, mit

– mindestens einer Strahlungsquelle (12),

– einem Gehäuse (14), in welchem die Strahlungsquelle (12) angeordnet ist, und

– einer Leitungseinrichtung zum Leiten eines Kühlmediums zur Kühlung der Strahlungsquelle (12),

dadurch gekennzeichnet,

– dass das Gehäuse (14) rohrförmig mit mindestens einer Öffnung (16) im Bereich der Strahlungsquelle (12) ausgebildet ist, und

– dass das Kühlmedium über mindestens eine Stirnseite (20) des rohrförmigen Gehäuses (14) zur Strahlungsquelle (12) geleitet wird.
Strahlungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (16) im Gehäuse (14) mittels einer Schließeinrichtung (30) verschließbar ist. Strahlungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schließeinrichtung (30) mindestens eine Deckplatte (32) aufweist, welche zum Verschließen und Abdecken der Öffnung (16) von einer Öffnungsstellung in eine Verschlussstellung axial verschiebbar oder um eine axial gerichtete Schwenkachse verschwenkbar ist. Strahlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinheit vorgesehen ist, durch welche bei Verschließen der Öffnung eine Strahlungsleistung der Strahlungsquelle (12) herabsetzbar ist. Strahlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Öffnung (16) eine strahlungsdurchlässige Scheibe (22) angeordnet ist. Strahlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Reflektoreinrichtung (24) im Bereich der Strahlungsquelle (12) angeordnet ist, durch welche Strahlung zu einem etwa linienförmigen Fokussierbereich fokussierbar ist, welcher sich außerhalb des Gehäuses (14) parallel zur Gehäuseachse erstreckt. Strahlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass an einer Stirnseite (20) des rohrförmigen Gehäuses (14) ein Eintritt zum Zuführen des Kühlmediums und an der gegenüberliegenden Stirnseite (18) ein Austritt zum Abführen des Kühlmediums angeordnet sind. Strahlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,

dadurch gekennzeichnet,

dass eine Halterung für ein rohrförmiges oder ringförmiges Werkstück vorgesehen ist und

dass das Gehäuse (14) mit der Strahlungsquelle (12) relativ zur Halterung drehbar ist.
Strahlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich einer Stirnseite (18) des Gehäuses (14) eine Verbindungseinrichtung (26) vorgesehen ist, mit welcher das Gehäuse (14) mit einer Basiseinheit lösbar verbunden ist. Strahlungsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass über die Basiseinheit dem Gehäuse (14) elektrische Energie zuführbar und/oder das Kühlmedium ab- oder zuführbar sind. Strahlungsvorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Basiseinheit relativ zur Halterung für das Werkstück drehbar gelagert ist.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com