CN101730583B - 用于聚合的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于使可由UV照射而硬化的塑料聚合的装置。根据本发明设置用于UV照射和IR照射的两种不同的辐射源，将它们的辐射施加于待硬化的塑料，其中用于UV照射的辐射源具有固体激光器。
Description
技术领域
本发明涉及用于使可由UV照射而硬化的塑料聚合的装置。
背景技术
已知该装置尤其是用于使清漆和油墨在任意表面上硬化。为此，通常使用具有发射光谱的放电灯，该发射光谱在UV范围内占据或多或少的比例。在该领域的研究朝着提高放电灯的UV比例的方向，从而能够在UV发射率相同的情况下减少放电灯的能量需求。已经考虑了将在UV范围内的激光辐射用于硬化。但是，对此目的而言，由于其功率而考虑用于此应用目的的激光源如准分子激光器过大且过于昂贵。
发明内容
本发明的目的在于提供用于使可由UV照射而硬化的塑料聚合的装置，其辐射源相对于传统的放电灯具有改善的能量效率且其硬化功率足够大。此外，该辐射源应当具有小的结构尺寸。
该目的是根据本发明通过用于使可由UV照射而硬化的塑料聚合的装置实现的。已发现，塑料的硬化不仅与UV照射有关。UV照射引发聚合过程并予以保持。但聚合过程的速度不仅取决于UV照射。与此不同，聚合速度还与温度有关。通过IR照射的附加作用可以相应地提高温度。借助于IR辐射器能够实现非常局部的升温，其特征在于与例如在隧道炉中提高环境温度相比明显更加有效。通过对待硬化的塑料施加UV照射和IR照射，始终仅对恰好待硬化的区域加热。以此方式甚至还可与隧道炉相比更强烈地加热塑料，因为并不是整个物体承受温度，而是仅加热局部受限的区域，该区域在照射后立即冷却。
在UV范围内发射的固体激光器可以如下方式构成，其达到所需的功率，尽管如此仍然具有小的结构尺寸。但是因为由此减小了所需的UV功率，这仅能通过同时应用IR辐射器而实现。固体激光器负担成比例减小的制造成本。
固体激光器优选在待硬化的塑料上产生线形照射图像。例如UV可硬化的油墨在承印物上干燥时，固体激光器的线形照射图像应当垂直于待干燥的物体的传送方向。该线的长度应当确保线形照射图像扫过整个待干燥的表面。
传统的IR辐射器可以用作IR辐射源。此类IR辐射器在待硬化的塑料上产生边缘不清晰的场区。在此情况下，IR辐射源和UV辐射源的照射图像应当以如下方式叠加，从而使待干燥的物体首先进入IR辐射源的场区内，并且使待硬化的塑料具有足够的时间进行加热。UV辐射源的线形图像应当预先位于IR场区的区域内，待干燥的物体在离开IR场区之前不久才进入其中。以此方式可以确保使待硬化的塑料在进入UV辐射源的图像中时具有确保待硬化的塑料迅速且可靠地彻底干燥的温度。
但是，IR辐射源优选还在待硬化的塑料上产生线形照射图像。通过两种线形照射图像仅在很短的时间内对待硬化的塑料施加所需的IR能量和UV能量。因为在此涉及特别短的照射作用，所以可以很高的能量工作。在不损害塑料的条件下，与使用传统IR辐射器的情况相比，可以经历该很短的时间达到更高的温度。以此方式还可提高硬化速度。
用于产生线形照射图像的IR辐射源优选具有二极管激光器。二极管激光器在IR范围内照射的功率非常强，并且在此可以非常低的成本制造。
在固体激光器的情况下，可以很好地调节输出功率。由此可以调节UV照射强度与IR照射强度彼此之间的比例。根据本发明用于聚合的装置可以此方式用于不同的待硬化的塑料。但是该强度比例不仅与待硬化的塑料本身有关，而且还根据例如用待干燥的油墨印刷的物体的材料和种类而改变。在此方面也可最优地调整强度。
UV辐射源和IR辐射源可由激光棒(Laserbarren)构成。激光棒与激光单元相连，激光单元的尺寸能够实现设备所需的线长度。
UV辐射源和IR辐射源优选彼此上下排列。由此两种辐射源可以很简单的方式定向，使得UV线和IR线精确地定位在待硬化的塑料上。一种可能性在于，将IR线置于UV线之前，从而使待硬化的塑料首先达到更高的温度，然后才开始聚合。
但是，UV辐射源和IR辐射源特别优选地定向，使UV线和IR线精确地彼此上下排列。待硬化的塑料以此方式同时获得具有聚合所需的不同波长的能量。
通过由附图详细阐述的实施例的描述给出本发明的其他细节和优点。
附图说明
图1所示为根据本发明用于使可由UV照射而硬化的塑料聚合的装置的、具有4个激光单元的装配单元的横截面图。
具体实施方式
图1显示了激光组件1，其具有装配单元2和4个安装在其上的激光单元3。每个激光单元3显示有基体4、安装在基体4上的激光二极管棒6以及光学会聚透镜8，在基体4中分布有冷却通道5。基体4在与光学会聚透镜8相对的一侧上具有弯曲的校正面9，校正面完全位于同样弯曲的装配面10上。装配面10是装配单元2的构件。每个激光单元3通过在此未示出的轴以可摆动的方式放置在光学会聚透镜8的附近，并通过在此未示出的螺钉以可松脱的方式固定在校正面9和装配面10的区域内。
每个弯曲的校正面9和装配面10均以圆柱体扇形段的形式构成。在此半径对应于摆动轴至校正面9或装配面10的距离。
中央冷却剂进路11位于装配单元2中。4个通向各装配面10的输入冷却通道12从中央冷却剂进路11分支。输入冷却通道12的输入口由喷嘴13构成，喷嘴针14伸入喷嘴中。喷嘴针14与调节螺钉15以不可松脱的方式连接。喷嘴针14和调节螺钉15构成了节流阀16的主要构件。
输出冷却通道17从每个装配面10通向中央冷却剂出路18。该中央冷却剂出路18同样是装配单元2的构件。输出冷却通道17的通路由流量计19中断。
圆形槽20围绕输入冷却通道12和输出冷却通道17的每个开口位于装配面10中，圆形槽的矩形横截面中装入O形环21。
在每个激光单元3中彼此相邻地设置有多个激光棒6，在该剖面图中不明显。激光单元3的激光二极管棒6发射的辐射通过直接串联的准直透镜平行地取向，并且由此在激光单元3的长度上形成线形照射图像。随后，激光辐射经过光学会聚透镜8，光学会聚透镜使该辐射形成窄的线。光学会聚透镜8的精确形状取决于待硬化的塑料与激光单元的距离以及线形照射图像所需的宽度。线的宽度又与激光单元3的功率及待干燥的物体经过的速度有关。
由激光二极管棒6产生的热量传送至在基体4的冷却通道5中循环的冷却剂。冷的冷却剂输入装配单元2的中央冷却剂进路11中，并由此分配到各个输入冷却通道12。始终仍是冷的冷却剂由此进入基体4的冷却通道5中。在吸收了激光二极管棒6的损耗热量之后，热的冷却液体经由装配单元2的输出冷却通道17流入中央冷却剂出路18中。
因为激光单元3的光学功率与散发热量的多少有关，所以独立地调节每个激光单元3的冷却剂体积流。为此，在输入冷却通道12中借助于调节螺钉15调节在喷嘴针14与喷嘴13之间的开口横截面，从而在单位时间相同量的冷却剂流过每个激光单元3。为了加以证实，将流量计19置于每个流出冷却通道17中。
有利地通过位于装配面10的槽20中的O形环21使彼此相对的基体4的冷却通道5的开口、输入冷却通道12的开口和输出冷却通道17的开口密封，该通道引导处于压力下的冷却剂。
为了校正激光组件1，松开在此未示出的固定件，如螺钉，并绕着摆动轴转动激光单元2，直至所有的激光单元3的照射图像沿一条线会合在待硬化的塑料上。因为校正面9和装配面10的曲率相同，所以装配单元2与激光单元3之间的距离在摆动过程中不改变。因为激光单元3必须在运行过程中进行校正并且已经施加有冷却剂，所以O形环21即使在摆动时也可靠地进行密封，使得O形环21的区域中的冷却剂不会流出。基体4的冷却通道5的开口、输入冷却通道12的开口及输出冷却通道17的开口的尺寸使得一个开口的横截面在整个校正区域上完全覆盖与其相对的开口的横截面。由此不会在冷却通道的区域中出现非期望的变窄。否则这会导致O形环21上的压力上升，并且导致恰好在校正时发生的渗漏。优选在调节冷却剂流过各激光单元3的流量之前进行激光单元的校正。
将多个激光单元3装配到装配单元2上，得到最大程度节省空间的排列方式。通过将O形环21用作密封件，代替了其他情况下所需的引导冷却剂的软管或管路。这就形成了特别紧凑且功率强大的激光组件1。
若激光组件1用于使由UV硬化的油墨印刷的物体干燥的设备，则激光单元装配有不同的激光器。由于UV固体激光器和IR固体激光器的效率不同，激光组件1装配有3个UV激光单元和1个IR激光单元。不同激光单元的排列方式并不重要，因为所有的照射图像均重叠成一条线。
激光组件1例如安装在其上输送待干燥的物体的传送带的上方。4个激光单元3叠加的照射图像的线横向于待干燥的物体的输送方向，线的长度大致对应于传送带的宽度。以此方式可以确保每个物体均被施加相同的照射剂量，并由此在激光组件下方经过之后还具有相同的干燥度。
附图标记
1 激光组件
2 装配单元
3 激光单元
4 基体
5 激光单元的冷却通道
6 激光二极管棒
8 光学会聚透镜
9 校正面
10 装配面
11 中央冷却剂进路
12 输入冷却通道
13 喷嘴
14 喷嘴针
15 调节螺钉
16 节流阀
17 输出冷却通道
18 中央冷却剂出路
19 流量计
20 槽
21 O形环
Claims (9)
1.用于使可由UV照射而硬化的塑料聚合的装置，其特征在于，设置用于UV照射和IR照射的两种不同的辐射源，将它们的辐射施加于待硬化的塑料，其中用于UV照射的辐射源具有固体激光器。
2.根据权利要求1的用于聚合的装置，其特征在于，固体激光器在待硬化的塑料上产生线形照射图像。
3.根据权利要求2的用于聚合的装置，其特征在于，IR辐射源在待硬化的塑料上产生边缘不清晰的场区。
4.根据权利要求2的用于聚合的装置，其特征在于，IR辐射源在待硬化的塑料上产生线形照射图像。
5.根据权利要求4的用于聚合的装置，其特征在于，IR辐射源具有二极管激光器。
6.根据权利要求5的用于聚合的装置，其特征在于，UV照射强度与IR照射强度彼此之间的比例是可调节的。
7.根据权利要求2的用于聚合的装置，其特征在于，UV辐射源和IR辐射源由激光棒构成。
8.根据权利要求7的用于聚合的装置，其特征在于，UV辐射源和IR辐射源彼此上下排列。
9.根据权利要求8的用于聚合的装置，其特征在于，UV辐射源和IR辐射源的定向使得它们在待硬化的塑料上沿相同的线形成照射图像。
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