CH619143A5

CH619143A5 -

Info

Publication number: CH619143A5
Application number: CH1038276A
Authority: CH
Inventors: Friedrich Wolff
Original assignee: Wolff System Service Gmbh
Priority date: 1975-08-26
Filing date: 1976-08-16
Publication date: 1980-09-15
Also published as: IE43050L; DE2537855A1; AU1692476A; GB1540866A; JPS5228337A; LU75652A1; FR2322329B1; NO148017B; NL164206B; BE845554A; DK382476A; NO762887L; AU504407B2; DK145047C; DK145047B; FI762426A; IE43050B1; US4106083A; JPS5736565B2; FI64003B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Bestrahlungseinrichtung mit Reflektor und stabförmigem Strahlungserzeuger, insbesondere zur UV-Bestrahlung, wobei der Reflektor rinnenförmig und zu seiner Mittelebene symmetrisch ausgebildet ist und eine Rückwand mit einem in der Mitte liegenden, einspringenden Knick und zwei Seitenwände, die mit vorderen Abschnitten über den Strahlungserzeuger überstehen, aufweist, sowie auf ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Einrichtung:

Es ist ein Reflektor dieser Art bekannt, bei dem die Breite der Austrittsöffnung etwa das Vierfache des Durchmessers des Strahlungserzeugers beträgt. Die Rückwand besteht aus zwei winklig aneinanderstossenden, geraden Abschnitten. Die Seitenwände bestehen aus Parabelabschnitten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Reflektor der eingangs beschriebenen Art anzugeben, mit dessen Hilfe auf einem in einem vorgegebenen Abstand vom Reflektor angeordneten Strahlungsfeld eine — bezogen auf die Strahlungsleistung des Strahlungserzeugers — höhere Strahlungsdichte erzielbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Breite der vorderen Austrittsöffnung des Reflektors weniger als das Zweifache des Durchmessers des Strahlungserzeugers beträgt, dass die Rückwand durch zwei Bögen gebildet ist und dass die vorderen Abschnitte der Seitenwände gerade sind und etwa parallel zueinander verlaufen, wobei zwischen den Seitenwänden und dem Strahlungserzeuger je ein Spalt verbleibt.

Durch diese Massnahmen wird vor der Austrittsöffnung des Reflektors ein Feld hoher Strahlungsdichte erzeugt. Dies liegt daran, dass durch Ein- oder Mehrfach-Reflektion auch ein erheblicher Teil der nach hinten aus dem Strahlungserzeuger austretenden Strahlung genutzt wird, die Austrittsöffnung aber - bezogen auf die sonst üblichen Abmessungen - klein ist. Durch eine entsprechende Formgebung des Reflektors Iässt sich ohne weiteres erreichen, dass die Strahlungsdichte verhältnismässig gleichmässig über die Breite der Austrittsöffnung verteilt ist. Die parallele Anordnung der vorn über den Strahlungserzeuger überstehenden Seitenwandabschnitte ergibt in Verbindung mit der kleinen Breite der Austrittsöffnung einen sehr geringen Platzbedarf, beispielsweise bei Einbau in ein Gehäuse, führt zu einer verbesserten Richtwirkung und bewirkt eine erhebliche Verminderung der Streustrahlung. Die Bogenform der Rückwandabschnitte hat zur Folge, dass ein wesentlicher Teil der vom Strahlungserzeuger nach rückwärts austretenden Strahlung trotz der geringen Breite des Reflektors um den Strahlungserzeuger herum nach vorn geführt werden kann, sei es mit oder ohne zusätzliche Reflektion an der angrenzenden Seitenwand.

Die Breite der Austrittsöffnung des Reflektors beträgt vorzugsweise etwa das l,5fache des Durchmessers des Strahlungserzeugers.

Als günstig hat sich eine Konstruktion erwiesen, bei der der hintere Teil jeder Seitenwand durch einen Bogen geringerer Krümmung gebildet ist, der durch einen Übergangsbogen strärkerer Krümmung mit dem Rückwandbogen verbunden ist, wobei die Krümmungen derart bemessen sind, dass ein wesentlicher Teil der auf den Seitenwandbogen auftreffenden

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Strahlen zunächst auf den gegenüberliegenden Übergangsbogen und von dort in den zugehörigen Spalt gelenkt werden. Dies ergibt eine hohe Strahlenausbeute.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass die Seitenwände des Reflektors jeweils zwischen dem ersten Bogen und der engsten Stelle des Spalts zickzackförmig verlaufen, wobei jeweils erste Abschnitte eine solche Neigung haben, dass darauf auftreffende Strahlen in den Spalt gelenkt werden, und dazwischen liegende zweite Abschnitte etwa parallel zu den Strahlen verlaufenrdie von den hinten unmittelbar anschliessenden Reflektorteilen reflektiert werden.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, dass zusätzliche Reflektionslamellen seitlich an den stabförmigen Strahlungserzeuger anschliessen und dass diese sowie der erste Bogen einen solchen Verlauf haben, dass die auf eine Reflektionslamelle auftreffenden Strahlen im wesentlichen in den Zwischenraum zwischen dem Ende der benachbarten Reflektionslamelle und der benachbarten Reflektorseitenwand gelenkt werden.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsart ist dafür gesorgt, dass die Seitenwände je mit einem Knick an die Rückwand anschliessen und im hinteren Teil derart gebogen sind, dass sich die Reflektorbreite bis zur Ebene, die senkrecht zur Mittelachse steht und die Stabachse des Strahlungserzeugers enthält, vergrössert, und dass der vordere Abschnitt der Seitenwände tangential an den hinteren gebogenen Teil an-schliesst. Diese Konstruktion zeichnet sich nicht nur durch eine geringe Breite, sondern auch durch eine geringe Höhe, insgesamt also durch einen geringen Platzbedarf und Materialaufwand aus.

Insbesondere braucht die Reflektorhöhe lediglich 115 bis 180%, vorzugsweise um 130% des Durchmessers des Strahlungserzeugers zu betragen. Insgesamt ergibt sich daher ein sehr flaches Gerät.

Mit besonderem Vorteil sind die Bögen von Rückwand und Seitenwänden Kreisbögen mit demselben Radius. Dies erleichtert die Herstellung, weil die Bögen mit demselben Werkzeug hergestellt werden können.

Insbesondere kann dann das Herstellungsverfahren in der Weise durchgeführt werden, dass ein ebenes Blech in einem Abschnitt zylindrisch gerollt wird und anschliessend ein Knick in der Mittelebene und zwei Knicke am Übergang von Rückwand zu den Seitenwänden erzeugt werden. Dies ist ein für die Massenfertigung geeignetes billiges Herstellungsverfahren.

Weitere Vorteile ergeben sich, wenn der Strahlungserzeuger für die reflektierte Strahlung wenigstens teilweise durchlässig ist. Dies gilt beispielsweise für UV-Strahlungserzeuger in der Form von Hg-Niederdruck-Brennern, deren Glasmantel für die abgegebene Nutzstrahlung durchlässig ist. Hierdurch ergibt sich eine noch grössere Strahlungsausbeute und eine grössere Freizügigkeit in der Auslegung des Reflektors. Insbesondere kann der Spalt zwischen Reflektorseitenwand und Strahlungserzeuger fast bis auf Null verkleinert werden, so dass die Breite der Austrittsöffnung nur noch geringfügig grösser ist als der Durchmesser des Strahlungserzeugers.

Die Erfindung wird nachstehend anhand in der Zeichnung dargestellter bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen horizontalen Querschnitt durch ein UV-Be-strahlungsgerät, in welchem der erfindungsgemässe Reflektor anwendbar ist,

Fig. 2 einen vergrösserten Querschnitt durch einen Strahlungserzeuger und zugehörigen Reflektor der Fig. 1,

Fig. 3 eine andere Ausführungsform des Reflektors,

Fig. 4 eine dritte Ausführungsform des Reflektors und

Fig. 5 einen schematischen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform mit zwei nebeneinander liegenden Reflektoren.

Das UV-Bestrahlungsgerät der Fig. 1 weist ein Gehäuse 1 auf, das an der Vorderseite eine Strahlenaustrittsöffnung 2 besitzt und auf einer gekrümmten Linie a zehn stabförmige, senkrecht verlaufende und parallel mit Abstand nebeneinander angeordnete Strahlungserzeuger 3 in der Form von Hg-Nie-derdruckbrennern hat. Diese haben je eine Länge von 150 cm. Jedem Strahlungserzeuger ist ein rinnenförmiger Reflektor 4 zugeordnet, der lediglich schematisch angedeutet ist. An beiden Enden sind Wärmestrahler 5, z. B. mit einem elektrisch beheizten Glühstab aus Siliziumcarbid, vorgesehen; diese Strahler können aber häufig auch entfallen. Im Gehäuse 1 sind ferner Vorschaltgeräte 6 für die Strahlungserzeuger 3 und Bedienungsgeräte 7, hier mit einem Einschaltknopf 8, untergebracht. Die vordere Öffnung 2 des Geräts ist durch eine Filterscheibe 9 verschlossen, die für UVB- und UVC-Strahlung im wesentlichen undurchlässig ist. Statt dessen kann auch die Glashülle des Strahlungserzeugers als Filter ausgebildet sein. Auf diese Weise ergibt sich eine Baueinheit, die alle wesentlichen Teile in sich birgt. An einem vorgesetzten Rahmen 10 sind Türen 11 angebracht, die zum Betrieb in die veranschaulichte Stellung aufgeklappt werden können, aber im Normalfall das Gerät derart verkleiden, dass es wie ein Möbelstück wirkt.

Die Abstände b zwischen benachbarten Strahlungserzeugern 3 betragen rund 70% des Durchmessers c der stabförmigen Strahlungserzeuger. Demzufolge haben die Mittelebenen 12 auf der Linie a einen Abstand b + c voneinander. Diese Mittelebenen stehen senkrecht auf der Linie a; die Mittelebenen 12a und 12b der beiden äussersten Reflektoren 4 bilden einen Winkel von weniger als 80°, hier 45°, miteinander. In einem Abstand d = 10 cm vor der Strahlenaustrittsöffnung 2 ergibt sich ein Feld 13 mit einer Breite e = 70 cm und einer der Länge der Strahlungserzeuger entsprechenden Höhe von 1,5 m, auf dem sich eine UVA-Strahlungsdichte von etwa 12 mW/cm2 erzielen lässt. Diese Dichte kann zum Rand hin etwas abnehmen, liegt aber immer noch erheblich über 4 mW/cm2.

Es ist leicht einzusehen, dass statt der gekrümmten Linie a auch eine gerade Linie oder eine geknickte Linie verwendet werden kann, bei der die Reflektoren paarweise oder zu dritt parallel nebeneinander stehen.

In Fig. 2 ist ein Strahlungserzeuger 3 mit zugehörigem Reflektor 4 veranschaulicht. Dieser Reflektor weist eine Rückwand 23 und etwa parallele Seitenwände 24 auf, die mit im wesentlichen geraden, parallelen Abschnitten 14 über den stabförmigen Strahlungserzeuger 3 weit nach vorn überstehen. Damit werden auf der Vorderseite seitlich aus dem Strahlungserzeuger 3 austretende Strahlen 15a in Richtung auf das Feld 13 umgelenkt. Der hintere Teil des rinnenförmigen Reflektors 4 ist, ebenso wie der vordere Teil, symmetrisch ausgestaltet. Er hat eine Form, dass ein wesentlicher Teil der aus der Rückseite des Strahlungserzeugers austretenden Strahlung in den Spalt 16 zwischen Strahlungserzeuger und Reflektorseitenwand 24 gelenkt wird. Zu diesem Zweck weist die Rückwand 23 beidseitig einen Bogen 17 mit solcher Krümmung auf, dass ein wesentlicher Teil der auf ihn auftreffenden Strahlen 15b in den auf der gleichen Seite befindlichen Spalt 16 gelenkt wird. Der Bogen 17 hat einen Krümmungsmittelpunkt 17a. An den Rückwandbogen 17 schliesst ein Übergangsbogen 18 stärkerer Krümmung mit einem Krümmungsmittelpunkt 18a an. Und von diesem reicht ein Seitenwandbogen 19 geringerer Krümmung mit einem Krümmungsmittelpunkt 19a bis zur engsten Stelle des Spaltes 16. Hier sind die Krümmungen so bemessen, dass die auf den Seitenwandbogen 19 auftreffenden Strahlen 15c zunächst auf den gegenüberliegenden Übergangsbogen 18 und von dort in den zugehörigen Spalt 16 gelenkt werden. Auf diese Weise lässt sich fast die gesamte Strahlung des Strahlungserzeugers 3 ausnutzen, um die gewünschte hohe UVA-Strahlungsdichte im Feld 13 zu erhalten.

Bei den Ausführungsformen der Reflektoren nach den Fig. 3 und 4 werden für vergleichbare Teile dieselben Bezugs5

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zeichen wie in Fig. 2, jedoch mit einem ' oder mit einem " versehen, verwendet.

Der Reflektor 4' in Fig. 3 weist bezüglich der parallelen, geraden Abschnitte 14' der Seitenwände 24' und des Bogens 17' der Rückwand 23' grosse Ähnlichkeit mit dem Reflektor der Fig. 2 auf. Daher ergeben sich für die Strahlen 15a und 15b ähnliche Verläufe. Die Seitenwand 14' hat aber zwischen dem Rückwandbogen 17' und der engsten Stelle des Spalts 16 Zickzackform. Jeweils erste Abschnitte 20 haben eine solche Neigung, dass darauf auftreffende Strahlen 15c in den Spalt 16 gelenkt werden. Dazwischen liegen zweite Abschnitte 21, die etwa parallel zu denjenigen Strahlen (vgl. den umgelenkten Strahl 15 c) verlaufen, die von den hinten unmittelbar anschliessenden Reflektorteilen, also vom Rückwandbogen 17' oder vom ersten Abschnitt 20, reflektiert worden sind.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 sind mit ihren geraden Abschnitten 14" vorstehende, aber völlig ebene Seitenwände 24" und ein Rückwandbogen 17" mit etwas stärkerer Krümmung vorgesehen, so dass sich der Strahlungsverlauf 15a und 15b ergibt. Ausserdem schliessen seitlich an den Strahlungserzeuger 3 zusätzliche Reflektionslamellert 22 an. Diese sowie der Rückwandbogen 17" haben einen solchen Verlauf, dass die auf die Lamellen auftreffenden Strahlen 15c im wesentlichen in den Zwischenraum zwischen dem Ende der benachbarten Reflektionslamelle und der Reflektorseitenwand gelenkt werden.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 ist ein Strahlungserzeuger 50 vorgesehen. Es handelt sich um einen stabförmigen Hg-Niederdruckbrenner mit einem zylindrischen Glasmantel 51, der UVA-Strahlung hindurchlässt, UVB- und UVC-Strah-lung dagegen weitgehend zurückhält. Ein solcher Strahlungserzeuger gibt daher hauptsächlich UVA-Strahlung im Bereich von 315 bis 380 nm ab.

Ein Reflektor 52 hat Rinnenform mit einer Rückwand 53 und zwei Seitenwänden 54 und 55, die über zwei Knicke 56 und 57 mit der Rückwand 53 verbunden sind. Die Rückwand besteht aus zwei Bögen 58, die in einem nach vorn ragenden Winkel oder Knick 59 zusammentreffen, der dem Strahlungserzeuger 50 dicht benachbart ist, also praktisch an ihm anliegen kann. Die Seitenwände 54 und 55 bestehen aus gebogenen hinteren Abschnitten 60 und geraden, parallel zueinander verlaufenden vorderen Abschnitten 61. Die Seitenwände stehen über den Strahlungserzeuger 50 vor und bilden daher mit Abstand vom Strahlungserzeuger eine Austrittsöffnung 62.

Diese Austrittsöffnung hat eine Breite B, die weniger als das Zweifache des Durchmessers D des Strahlungserzeugers

50 beträgt. Im Ausführungsbeispiel beträgt die Breite B etwa das l,5fache dieses Durchmessers D. Damit ergibt sich zwischen der grössten Breite des Strahlungserzeugers und der benachbarten Seitenwand 54 bzw. 55 je ein Spalt 63, dessen Breite etwa V4 des Durchmessers D beträgt. Die Höhe H des Reflektors 52 ist ebenfalls gering. Sie sollte den Durchmesser des Strahlungserzeugers um 15 bis 80% überschreiten. Im vorliegenden Fall beträgt sie etwas mehr als 130% des Durchmessers D.

Die Bögen 58 und 60 sind Kreisbögen und haben denselben Radius R1 bzw. R2. Diese Radien sind um die Mittelpunkte Ml und M2 geschlagen. Dies erleichtert die Herstellung. Ein ebenes Blech wird zunächst in seinem die Abschnitte

58 und 60 betreffenden Teil zylindrisch mit dem Durchmesser RI = R2 gerollt. Alsdann werden die drei Knicke 56, 57 und

59 angebracht.

An der rechten Seitenwand 54 ist vorn eine Lasche 64 zurückgebogen, so dass ein Aufnahmeschlitz 65 für die linke Seitenwand 55 eines benachbarten Reflektors 52' für einen weiteren Strahlungserzeuger 50' gebildet wird. Auf diese Weise können mehrere Strahlungserzeuger nebeneinander angeordnet werden.

Die vorn aus dem Strahlungserzeuger 50 austretenden Strahlen treten teils direkt, teils nach einmaliger Reflektion durch die Austrittsöffnung 62 nach aussen. Von den an der hinteren Seite austretenden Strahlen wird ein Teil durch entsprechende Reflektionen an Rückwand und/oder Seitenwand über die Spalten 63 zur Austrittsöffnung geleitet. Ein anderer Teil wird derart an Rück- oder Seitenwand reflektiert, dass er durch den Strahlungserzeuger 50 hindurchtritt und dann die Austrittsöffnung 62 erreicht.

Bei einer Ausführungsform hatten die einzelnen Teile die folgenden Abmessungen:

Durchmesser D des Strahlungserzeugers 38 mm

Breite B des Reflektors 60 mm

Höhe H des Reflektors 50 mm

Radien RI—R2 48 mm

Die hier beschriebenen Strahlungserzeuger sind handelsüblich. Als Hg-Niederdruckbrenner kommt beispielsweise das Fabrikat Philips TL/05 oder TL/09 in Betracht. Hierbei handelt es sich um Leuchtstofflampen, die für einen bestimmten Spektralbereich ausgelegt sind. Als Strahlungserzeuger können auch andere Leuchtstofflampen und sonstige stabförmige Strahlungsquellen verwendet werden.

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2 Blatt Zeichnungen

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2. Einrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite (B) der Austrittsöffnung (62) etwa das l,5fache des Durchmessers des Strahlungserzeugers (3, 50) beträgt.

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PATENTANSPRÜCHE 1. Bestrahlungseinrichtung mit Reflektor und stabförmigem Strahlungserzeuger, insbesondere zur UV-Bestrahlung, wobei der Reflektor rinnenförmig und zu seiner Mittelebene symmetrisch ausgebildet ist und eine Rückwand mit einem in der Mitte liegenden, einspringenden Knick, und zwei Seitenwände, die mit vorderen Abschnitten über den Strahlungserzeuger überstehen, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite (B) der vorderen Austrittsöffnung (62) des Reflektors (4, 52) weniger als das Zweifache des Durchmessers des Strahlungserzeugers (3, 50) beträgt, dass die Rückwand (23, 53) durch zwei Bögen (17, 58) gebildet ist und dass die vorderen Abschnitte (14, 61) der Seitenwände (24, 54, 55) gerade sind und etwa parallel zueinander verlaufen, wobei zwischen den Seitenwänden und dem Strahlungserzeuger je ein Spalt (16, 63) verbleibt.
3. Einrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der hintere Teil jeder Seitenwand (24) durch einen Bogen (19) geringerer Krümmung gebildet ist, der durch einen Übergangsbogen (18) stärkerer Krümmung mit dem Rückwandbogen (17) verbunden ist, wobei die Krümmungen derart bemessen sind, dass ein wesentlicher Teil der auf den Seitenwandbogen auftreffenden Strahlen zunächst auf den gegenüberliegenden Übergangsbogen und von dort in den zugehörigen Spalt (16) gelenkt wird (Fig. 2).
4. Einrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwände (24') des Reflektors (4') jeweils zwischen dem Rückwandbogen (17') und der engsten Stelle des Spaltes (16) zickzackförmig verlaufen, wobei jeweils erste Abschnitte (20) eine solche Neigung haben, dass darauf auftreffende Strahlen (15c) in den Spalt gelenkt werden, und dazwischen liegende zweite Abschnitte (21) etwa parallel zu den Strahlen verlaufen, die von den hinten unmittelbar anschliessenden Reflektorteilen (17, 20) reflektiert werden (Fig. 3).
5. Einrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzliche Reflektionslamellen (22) seitlich an den stabförmigen Strahlungserzeuger (3) anschliessen und dass diese sowie der Rückwandbogen (17") einen solchen Verlauf haben, dass die auf eine Reflektionslamelle auftreffenden Strahlen (15c) im wesentlichen in den Zwischenraum zwischen dem Ende der benachbarten Reflektionslamelle und der benachbarten Reflektorseitenwand (24") gelenkt werden

(Fig. 4).
6. Einrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwände (54, 55) je mit einem Knick (56, 57) an die Rückwand anschliessen und im hinteren Teil derart gebogen sind, dass sich die Reflektorbreite bis zur Ebene, die senkrecht zur Mittelebene steht und die Stabachse des Strahlungserzeugers enthält, vergrössert, und dass der vordere Abschnitt (61) der Seitenwände tangential an den hinteren gebogenen Teil anschliesst (Fig. 5).
7. Einrichtung nach Patentanspruch 6, dadurch gekenn-

' zeichnet, dass die Reflektorhöhe (H) quer zur Stabachse zwischen 115 und 180%, vorzugsweise um 130%, des Durchmessers (D) des Strahlungserzeugers beträgt.
8. Einrichtung nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Bögen (58, 60) von Rückwand (53) und Seitenwänden (54, 55) Kreisbögen mit demselben Radius sind.
9. Einrichtung nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der einspringende Knick (59) der Rückwand (53) dem Strahlungserzeuger (50) dicht benachbart ist.
10. Einrichtung nach Patentanspruch 1, gekennzeichnet durch einen Strahlungserzeuger (3, 50), der für die reflektierte Strahlung wenigstens teilweise durchlässig ist.
11. Verfahren zur Herstellung einer Einrichtung nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass für den Reflektor ein ebenes Blech in einem Abschnitt zylindrisch gerollt wird und dass anschliessend ein Knick in der Mittelebene und zwei Knicke am Ubergang von der Rückwand zu den Seitenwänden erzeugt werden.