DE10051904A1 - Strahlungsquelle und Bestrahlungsanordnung - Google Patents

Abstract

Strahlungsquelle (101) für elektromagnetische Strahlung, deren wesentlicher Wirkanteil im Bereich des nahen Infrarot, insbesondere im Wellenlängenbereich zwischen 0,8 mum und 1,5 mum, liegt, zur Ausbildung einer langgestreckten Bestrahlungszone, mit einer langgestreckten Halogenlampe (101), die einen röhrenförmigen, an den Enden gesockelten Glaskörper mit mindestens einer Glühwendel hat, und einem langgestreckten Reflektor (102), wobei die Enden der Halogenlampe bzw. Kontakt-Halterungen in wärmeleitendem Kontakt mit dem Reflektor angeordnet sind und/oder den Enden Kühlmittel (107, 108) zur Wärmeabführung zugeordnet sind, derart, daß ein steiler T-Gradient zwischen dem mittleren Bereich des Glaskörpers und dessen Enden, insbesondere ein T-Abfall von einer Glaskörpertemperatur oberhalb von 600 DEG C auf eine Enden-Temperatur unterhalb von 300 DEG C, speziell unterhalb von 200 DEG C, erzeugt wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Strahlungsquelle nach dem Oberbe­ griff des Anspruchs 1 sowie eine mit einer solchen Strahlungs­ quelle aufgebaute Bestrahlungsanordnung.

Aus früheren Patentanmeldungen der Anmelderin, so etwa der DE 197 36 462 A1, WO 99/42774 oder P 10024731.8 (unveröffent­ licht), sind Verfahren zur Behandlung von Oberflächen, Bearbei­ tung von Materialien und Herstellung von Verbundwerkstoffen un­ ter Einsatz von elektromagnetischer Strahlung bekannt, deren wesentlicher Wirkanteil im Bereich des nahen Infrarot, insbe­ sondere im Wellenlängenbereich zwischen 0,8 µm und 1,5 µm, liegt. Bei einer Reihe dieser Anwendungen ist die Realisierung einer relativ breiten Bestrahlungszone im Interesse einer hohen Produktivität des jeweiligen Verfahrens mit hoher Leistungs­ dichte wesentlich. Es ist daher der Einsatz einer langgestreck­ ten Halogenlampe, die einen röhrenförmigen, an den Enden gesoc­ kelten Glaskörper mit mindestens einer Glühwendel hat, mit ei­ nem langgestreckten Reflektor als Strahlungsquelle bekannt.

Bei bekannten Strahlungsquellen bzw. Bestrahlungsvorrichtungen mit langgestreckten, beidseitig gesockelten Lampen - beispiels­ weise für medizinische oder lichttechnische Anwendungen - haben die Lampen Anschlüsse bzw. Sockel, die koaxial zum Glaskörper an dessen Enden angeordnet sind; vgl. etwa die US 4,287,554 oder DE 33 17 812 A1. Diese Druckschriften beschreiben im übri­ gen Bestrahlungsanordnungen mit mehreren Strahlungsquellen, die parallel nebeneinander angeordnet sind.

Mit einer solchen Strahlungsquelle läßt sich eine breite Be­ strahlungszone mit über ihre Breite annähernd konstanter Strah­ lungsflußdichte realisieren, die wiederum über die entsprechen­ de Breite des Arbeitsbereiches einheitliche Prozeßbedingungen schafft.

Bei der praktischen Anwendung solcher Strahlungsquellen und Be­ strahlungsanordnungen zur Erzeugung von Strahlungszonen mit Energiedichten oberhalb und teilweise weit oberhalb von 100 kW/m² haben sich aber Probleme hinsichtlich einer ausrei­ chenden Lebensdauer der Lampen und der Formbeständigkeit der Reflektoranordnungen ergeben, die nach Erkenntnissen der Erfin­ der mit einer dauerhaften thermischen Überlastung in Zusammen­ hang gebracht werden können.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine verbesser­ te Strahlungsquelle der gattungsgemäßen Art anzugeben, die die Erzeugung einer Bestrahlungszone mit sehr hoher Strahlungsfluß­ dichte erlaubt, wobei eine ausreichend lange Lebensdauer bei reproduzierbaren Bestrahlungsparametern gewährleistet sein soll.

Diese Aufgabe wird durch eine Strahlungsquelle mit den Merkma­ len des Anspruchs 1 gelöst.

Die Enden der Halogenlampe sind erfindungsgemäß zweckmäßiger­ weise in wärmeleitendem Kontakt mit dem Reflektor angeordnet und/oder den Enden sind Kühlmittel zur Wärmeabführung zugeord­ net. Hierdurch wird ein steiler Temperatur(T)-Gradient zwischen den mittleren und den gebogenen Bereichen des Glaskörpers und dem jeweils benachbarten Ende und Abschlußbereich realisierbar.

Hierdurch wird insbesondere ein Temperaturabfall von einer oberhalb von 600°C liegenden Temperatur des Glaskörpers auf ei­ ne Enden-Temperatur deutlich unterhalb von 300°C, speziell un­ terhalb von 200°C, erzeugt und der thermischen Empfindlichkeit der Lampenenden Rechnung getragen.

Die erwähnten Kühlmittel umfassen in einer ersten speziellen Ausführung Wärmeabstrahlungsflächen ("Flags") an den Enden der Lampe. Zusätzlich oder alternativ hierzu sind Steckkontakt-Soc­ kel mit speziellen Wärmeleitmitteln zur Wärmeabführung an den (in der Regel im wesentlichen vollständig metallischen und da­ her die Wärme sehr gut ableitenden) Reflektor vorgesehen.

Die erwähnten Flags sind insbesondere wärmeleitend fest mit den Anschlußstiften der Lampe verbunden, beispielsweise ver­ schweißt. Ihr Einsatz ist besonders vorteilhaft bei einer Aus­ führung der Strahlungsquelle mit einer vor der Halogenlampe liegenden Schutzscheibe aus weitgehend NIR-durchlässigem Mate­ rial (Quarzglas, Glas o. ä.), bei der zwischen der Halogenlampe und dieser Schutzscheibe ein Kühlgasstrom zur Abführung der in der Schutzscheibe absorbierten Wärme entlanggeführt wird. Die­ ser Luftstrom wird in einer an einem Lampenende angeordneten Kühlfluid-Zuführungseinrichtung eingespeist, streicht im we­ sentlichen laminar an der Schutzscheibe entlang und wird am an­ deren Lampenende (insbesondere nach hinten) abgezogen. Wenn die Flags schräg in diesen Luftstrom gestellt werden, werden sie von ihm umspült, und die Wärmeabfuhr wird - trotz des Umstan­ des, daß der Kühlfluidstrom zumindest an dem einen Lampenende nicht mehr "kalt" ist - beschleunigt.

Bei geeigneter Auslegung dieser Anordnung ist zumindest für Ap­ plikationen mit mittlerer Lampenleistung eine zusätzliche akti­ ve Kühlung der Lampenenden verzichtbar, und der konstruktive Aufwand für die Lampenendenkühlung kann relativ gering gehalten werden.

Noch effizienter, wenn auch verfahrenstechnisch aufwendiger, ist der Einsatz eines unter Druck stehenden Kühlfluids zur Ab­ führung der Wärme von den Lampenenden. Hierzu umfassen die Kühlmittel Kühlfluid-Strömungskanäle zur Zuleitung des Kühl­ fluids zu den Enden bzw. endnahen Bereichen der Halogenlampe und/oder den diesen benachbarten Bereichen des zugeordneten Re­ flektors.

Speziell ist im Reflektor mindestens ein Preßluft-Strömungska­ nal mit auf die Enden der Halogenlampe gerichteten Austritts­ öffnungen ("Düsen") vorgesehen, über den kalte Druckluft - oder auch ein anderes Kühlgas - in diese Bereiche zugeführt wird. In einer bevorzugten Ausführungsform dieses Gedankens ist eine Mehrzahl von Preßluft-Strömungskanälen im Reflektor vorgesehen, die jeweils derart angeordnete und ausgebildete Austrittsöff­ nungen aufweisen, daß die zugeführte Druckluft (Preßluft) um die Enden bzw. endnahen Bereiche des Glaskörpers verwirbelt wird. Diese turbulente Strömung gewährleistet eine zuverlässige Abführung der Wärme von allen zu kühlenden Oberflächenberei­ chen.

Eine weitere bevorzugte Ausführung hat Wasserkanäle im Reflek­ tor, die sockelnahe Bereiche desselben durchqueren. Durch diese Wasserkanäle wird Kühlwasser geleitet, das einerseits zur Küh­ lung des (der Strahlung der Glühwendel direkt ausgesetzten) Re­ flektors und andererseits - mittelbar über die Wärmeleitung zwischen Reflektor und Lampenenden - auch zur Kühlung der Lam­ penenden dient.

Eine besonders vorteilhafte Art und Weise der Wärmeabführung ermöglichen Reflektoren, die als massive Strangpreßprofile aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit, insbesondere Alu­ minium oder einer Aluminiumlegierung, ausgeführt sind. In der­ artige Reflektoren sind nämlich die Kühlfluid-Strömungskanäle (sowohl in der Ausführung als Preßluftkanäle als auch in der Ausführung als Wasserkanäle) besonders leicht einarbeitbar, und die massive Ausführung des Reflektors verleiht diesem eine hohe Wärmekapazität und trägt damit zur Vergleichmäßigung der Wärme­ abstrahlung durch die Strahlungsquelle auch bei geringfügigen Inhomogenitäten des primären Strahlungsprofils der Glühwendel bzw. bei geringfügigen Schwankungen der Versorgungsspannung bei.

Ein derartiges Reflektorprofil mit besonders vorteilhaften Re­ flexionseigenschaften, die zu einer langen Lebensdauer der Ha­ logenlampe beitragen, sowie mit einer besonders leichten Hand­ habbarkeit in einem modular aufgebauten Bestrahlungssystem hat eine im Querschnitt im wesentlichen rechteckige Außenkontur und eine im Querschnitt im wesentlichen W-förmige Reflektorfläche, wobei insbesondere zwei oder drei Kühlfluid-Strömungskanäle im Fußbereich zwischen dem "W" und der rechteckigen Außenkontur eingearbeitet sind.

Bei einer für viele Anwendungen geeigneten Ausführung, in der die Strahlungsquelle nicht in einer Reihung mit anderen einge­ setzt wird, sind benachbart zu den Enden der Halogenlampe be­ vorzugt Endreflektoren angeordnet. Diese stehen unter einem rechten oder auch stumpfen Winkel von dem über die Längserstre­ ckung der Halogenlampe verlaufenden, zu deren Längsachse paral­ lelen Hauptreflektor in Art von Seitenwangen ab. Ihre Länge ist zweckmäßigerweise so gewählt, daß sie bis über die Verlängerung der Längsachse der Halogenlampe hinausreichen.

Auch die Endreflektoren weisen bevorzugt Kühleinrichtungen auf, und zwar insbesondere mindestens einen Preßluftkanal, der sich in den Endreflektor hinein erstreckt und dort mindestens eine Austrittsöffnung - bevorzugt mehrere Austrittsöffnungen - hat. Eine besonders vorteilhafte turbulente Umströmung der Lampenen­ den mit Kühlluft oder -gas wird in einer weitergebildeten Aus­ führung erreicht, bei der sowohl im Hauptreflektor als auch in den Endreflektoren Austrittsöffnungen vorgesehen sind. Diese sind unter derart vorbestimmten Winkeln zueinander ausgerich­ tet, daß die sockelnähsten Bereiche des Glaskörpers am stärk­ sten mit Kühlluft beaufschlagt werden und eine effiziente Ver­ wirbelung in diesen Bereichen bewirkt wird.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung sind die Lampenenden - bezogen auf das, zu bearbeitende Material bzw. Halbfabrikat - hinter den Glaskörper mit einer Glühwendel ver­ legt, über die NIR-Strahlung abgegeben wird. Die Ausführung schließt auch den Gedanken ein, diese Nach-Hinten-Verlegung der Enden durch eine Umbiegung des Glaskörpers im sockelnahen Be­ reich zu verwirklichen.

Eine weitere vorteilhafte Variante besteht darin, die Glühwen­ del oder (bei Vorhandensein mehrerer Glühwendeln in dem Glas­ körper) mindestens eine Glühwendel in dem erwähnten endnahen Bereich verdickt auszuführen, damit dort relativ mehr Strah­ lungsenergie im NIR-Bereich imitiert wird. Hierdurch wird dem trotz des Nach-Hinten-Verlegens der Enden zu erwartenden Abfall der Strahlungsflußdichte an den umgebogenen Enden des Glaskör­ pers entgegengewirkt. Der Grad der Verdickung der Glühwendel ist in Abhängigkeit von der konkreten Gestalt bzw. dem Radius der Umbiegung des Glaskörpers zu bestimmen - was im konstrukti­ ven Ermessen des Fachmanns liegt und wozu im übrigen Ver­ gleichsversuche mit verschiedenen Mustern hinreichende Anhalts­ punkte geben können.

In einer wegen ihrer Einfachheit bevorzugten Ausführung ist mindestens ein Ende der Halogenlampe im Bezug auf deren Längs­ erstreckung über einen Krümmungsradius im wesentlichen rechtec­ kig umgebogen. Hierbei verlaufen also die Lampenanschlüsse grundsätzlich im rechten Winkel zur Längserstreckung des Glas­ körpers und der Glühwendel, womit sich auf einfache Weise eine Reihung der Lampenanschlüsse von hintereinander angeordneten Halogenlampen realisieren läßt.

In einer hierzu alternativen Ausführung weist mindestens ein Ende der Halogenlampe einen Bereich C-förmiger Biegung auf, derart, daß der äußerste Punkt des diesem Ende zugeordneten Sockels gegenüber dem äußersten Punkt des Glaskörpers an diesem Ende geringfügig nach Innen versetzt ist. Es ist auch die Aus­ führung von Halogenlampen möglich, deren Glaskörper an einem Ende diese letztgenannte Geometrie aufweist, während am anderen Ende die oben erwähnte rechtwinklige Umbiegung realisiert ist. Die letztgenannte Ausführung ermöglicht (wenn auch mit etwas höherem Konstruktionsaufwand bezüglich der Halogenlampe) in noch verbesserter Weise die "nahtlose" Aneinanderreihung von Strahlungsquellen zur Realisierung eines sehr breiten Bestrah­ lungsfeldes mit nahezu völlig konstanter Strahlungsflußdichte, da hierbei für die Stromzuführung zu den Lampensockeln mehr Platz zur Verfügung steht.

Eine bevorzugte Bestrahlungsanordnung unter Einsatz der erfin­ dungsgemäßen Lösung umfaßt eine Mehrzahl von Strahlungsquellen der vorgeschlagenen Art, von denen mindestens zwei auf einer Linie hintereinander angeordnet sind. Hierbei ist die Strah­ lungsflußdichte über die gesamte Längserstreckung der aneinan­ dergereihten Strahlungsquellen zwischen den voneinander abge­ wandten äußersten Punkten der ersten und letzten gereihten Strahlungsquelle im wesentlichen konstant. Eine vorteilhafte Realisierung eines Gesamt-Kühlsystems ergibt sich hierbei in einer zweckmäßigen Ausführung, bei der die Kühlfluid-Strömungs­ kanäle der aneinandergereihten Strahlungsquellen miteinander ausgerichtet und zu durchgehenden Strömungskanälen verbunden sind. Diese haben jeweils einen Anschluß zur Kühlfluid-Zufüh­ rung an einer ersten der gereihten Strahlungsquellen.

Eine derartige Bestrahlungsanordnung ist insbesondere zur NIR- Trocknung von Lacken oder Kunststoffbeschichtungen - speziell Pulverlacken -, zur Herstellung von Kunststofflaminaten oder zur thermischen Behandlung (speziell Trocknung und/oder Vernet­ zung) von Dünnschichtstrukturen, speziell auf thermisch emp­ findlichen Substraten im Bereich des Halbleiter- und Display­ technologie, sowie bei weiteren Anwendungen einsetzbar, bei de­ nen die Realisierung breiter Bestrahlungszonen mit nahezu ideal konstanter Strahlungsflußdichte eine hohe Produktivität des Verfahrens ergibt.

Vorteile und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich im üb­ rigen aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschrei­ bung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Figuren. Von diesen zeigen:

Fig. 1 einen Ausschnitt aus einer Bestrahlungsanord­ nung mit einer Strahlungsquelle gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung in Art einer Längsschnittdarstellung,

Fig. 2 einen Ausschnitt aus einer Bestrahlungsanord­ nung mit einer Strahlungsquelle gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung in Art einer Längsschnittdarstellung,

Fig. 3 einen Ausschnitt aus einer Bestrahlungsanord­ nung mit einer Strahlungsquelle gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung in Art einer Längsschnittdarstellung,

Fig. 4 eine Detaildarstellung zur Ausführung des Lampenanschlusses bei der Bestrahlungsanord­ nung nach Fig. 3,

Fig. 5 eine perspektivische Darstellung der in Fig. 3 in einem Ausschnitt gezeigten Bestrah­ lungsanordnung, von der Rückseite gesehen,

Fig. 6A und 6B eine Vorderansicht bzw. eine Querschnittsdar­ stellung eines Endreflektors bzw. "Kopfteils" der Bestrahlungsanordnung nach Fig. 5 und

Fig. 7 eine Prinzipskizze in Art einer Seitenansicht zur Erläuterung einer Strahlungsquelle gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt aus einer NIR-Bestrahlungsanord­ nung 10 für technologische Zwecke mit einer Mehrzahl von in Längsrichtung und in Ausrichtung miteinander aneinandergereih­ ten Halogen-Glühfadenlampen 11 mit jeweils einem zugeordneten, langgestreckten Reflektor 12, der aus einem Al-Strangpreßprofil gefertigt ist.

Der grundsätzliche Aufbau des Reflektors ist an sich aus der EP 0 999 724 A2 der Anmelderin bekannt und wird daher hier nicht weiter erläutert. Nachfolgend wird lediglich auf speziel­ le Kühleinrichtungen Bezug genommen werden, die im Inneren oder in der Nähe des Reflektors angeordnet sind.

Wie aus der Figur zu ersehen ist, hat die Halogen-Glühfadenlam­ pe 11 einen röhrenförmigen, an den beiden Enden jeweils einen Sockel 13 aufweisenden Glaskörper 14, in dessen Zentrum eine langgestreckte Glühwendel 15 verläuft. Sie wird bei erhöhter Spannung und daher mit erhöhter Betriebstemperatur oberhalb von 2500 K, insbesondere oberhalb von 2900 K, betrieben und liefert daher Strahlung, deren wesentlicher Strahlungsanteil im Bereich des nahen Infrarot, speziell im Wellenlängenbereich zwischen 0,8 µm und 1,5 µm, liegt. Der Glaskörper 14 ist nahe seiner En­ den annähernd rechtwinklig umgebogen derart, daß ein in etwa im rechten Winkel zu seinem Verlauf im mittleren Teil sich er­ streckender Endabschnitt schließlich in den jeweiligen Sockel 13 mündet. Es ist auch zu erkennen, daß die Glühwendel 15 sich zu dem Bereich des "Abwinklung" hin zunehmend verdickt bzw. ih­ re Spiralstruktur dichter ausgeführt ist.

Durch die Umbiegung des Glaskörpers 14 zum Reflektor und dem jeweiligen Sockel hin in Verbindung mit der verdickten bzw. verdichteten Ausführung der Glühwendel 15 wird erreicht, daß die Halogen-Glühfadenlampe 11 bis in ihre seitlichen Endberei­ che hin eine im wesentlichen konstante Strahlungsflußdichte der NIR-Strahlung liefert. Der vorgeschlagene Aufbau ermöglicht al­ so eine Aneinanderreihung mehrerer Strahlungsquellen zur Bil­ dung einer linear ausgedehnten Bestrahlungsanordnung ohne we­ sentliche Einbrüche in der Strahlungsflußdichte an den Stoß­ stellen.

Im Inneren des Reflektors 12 ist ein Kühlwasserkanal 16 zur Kühlung des Reflektors mit Kühlwasser W vorgesehen. Nahe der Reflektoroberfläche verläuft ein Preßluftröhrchen 17 mit Luft­ düsen 18 nahe der in die Sockel mündenden Enden des Glaskörpers 14, durch die dieser Bereich des Glaskörpers mit kalter Preß­ luft A beaufschlagt wird. Durch diese Kühlung der Lampenenden wird - in Kombination mit dem Wärmeableitungsvermögen des mas­ siven Metallreflektors - ein steiler T-Gradient verwirklicht.

Dieser sichert, daß trotz Glaskörpertemperaturen oberhalb von 600°C eine für die Lebensdauer der Strahlungsquelle wichtige Sockel-Temperatur um oder unterhalb von 200°C erreichbar wird.

Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Bestrah­ lungsanordnung 20, bei der zu Fig. 1 funktionsgleiche Komponen­ ten auch mit an Fig. 1 angelehnten Bezugsziffern bezeichnet sind.

Es ist zu erkennen, daß der Reflektor 22 hier nur bis unterhalb der Mittenachse des Glaskörpers 24 bzw. der Glühwendel 25 reicht und - anders als bei der Anordnung 10 nach Fig. 1 - ei­ nen durch die aneinandergereihten Reflektoren 22 durchgehenden Kühlwasserkanal 26 aufweist.

Hinsichtlich der Halogen-Glühfadenlampe 21 besteht ein wesent­ licher Unterschied in der geometrisch modifizierten Ausbildung der Umbiegung im Bereich der Lampenenden. Diese ist hier näm­ lich im wesentlichen C-förmig ausgeführt, womit erreicht wird, daß die Sockel 23 gegenüber den äußersten Punkten des Glaskör­ pers 24 etwas nach innen versetzt sind. Dies ermöglicht zum ei­ nen das noch dichtere Aneinanderstoßen der Halogenlampen 21 und zum anderen das Vorsehen von relativ großflächigen Kühlflächen (Flags) 29 an den Lampensockeln 23. Zudem sind im Bereich des Durchführungen der Lampenenden durch den Reflektorkörper span­ nungsausgleichende und wärmeleitende Buchsen 30 vorgesehen, die für eine gute Wärmeübertragung an den Reflektorkörper sorgen.

Durch diese Maßnahmen zusammen wird - bei Verzicht auf Einrich­ tungen zu einer aktiven Druckluftkühlung - ebenfalls ein rela­ tiv steiler T-Gradient im Bereich der Lampenenden erreicht.

Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt aus einer weiteren NIR-Bestrah­ lungsanordnung 100, von der Fig. 5 eine Gesamtansicht in pers­ pektivischer Darstellung und die Fig. 4 sowie 6A und 6B De­ taildarstellungen der Lampenanschlüsse bzw. spezieller Endre­ flektoren geben. Auch hierbei sind für funktionsgleiche Kompo­ nenten an Fig. 1 und 2 angelehnte Bezugsziffern verwendet.

Die Bestrahlungsanordnung 100 unterscheidet sich von den vorbe­ schriebenen Anordnungen zunächst durch den Einsatz konventio­ neller, röhrenförmiger Halogen-Glühfadenlampen 101 mit einem zylindrischen Glaskörper 104 mit einem Verschlußbereich (Quetschbereich) 103 und linearem Glühfaden 105, die mit einem am besten in Fig. 4 zu erkennenden Anschlußaufbau in einem iso­ lierenden Trägerkörper 110 bzw. Steckkontakthalter 111 gehal­ tert ist. Auch hier ist weiterhin ein Reflektor 102 von aus der o. g. Druckschrift grundsätzlich bekannter Formgebung der re­ flektierenden Oberfläche vorhanden, der aus einem Al-Strang­ preßprofil gefertigt ist. Im Bereich des Lampenendes der Glüh­ fadenlampe 101 ist ein abgewinkeltes Preßluftrohr 107 mit einer auf die Lampenhalterung gerichteten Luftdüse 108 angeordnet. Über das Preßluftröhrchen 107 und die Luftdüse 108 wird dem Be­ reich der Lampenhalterung in ähnlicher Weise und mit ähnlichem Effekt wie bei der oben beschriebenen Anordnung Kühlluft zuge­ führt, die um die Halterung verwirbelt wird und diese daher gleichmäßig und effizient kühlt.

Wie Fig. 4 zeigt, ist die als Emitter der NIR-Strahlung dienen­ de Halogenlampe 101 am Ende über eine Anschlußlitze 112 und ei­ nen annähernd zylindrischen Steckkontakt 113 angeschlossen. Der Steckkontakt 113 hat im mittleren Bereich eine Quetsch- bzw. Crimp-Stelle 113a, über die er mit der Litze 112 verbunden ist, und einen im Durchmesser verringerten und in einen Kegelstumpf auslaufenden Endbereich 113b, wobei zwischen diesem Endbereich und seinem Hauptteil eine kreisringförmige Kontaktfläche 113c gebildet ist.

In der perspektivischen Darstellung von Fig. 5 ist zu erkennen, daß die NIR-Bestrahlungsanordnung 100 einen modularen Aufbau hat, der neben einem als Reflektor für eine Mehrzahl von Halo­ genlampen dienenden Reflektorbaustein 102 zwei Seitenwand-Bau­ steine 114, zwei Kopfteile bzw. Endreflektor-Bausteine 115 und vier Eckstücke 116 umfaßt. Weiter ist zu erkennen, in welcher Weise der Reflektor-Baustein 102 die bereits in Fig. 3 gezeig­ ten Isolatoren 110 und Steckkontakthalter 111 trägt, und wie die Halogenlampen 101 in der Bestrahlungsanordnung positioniert sind. Weiterhin ist skizziert, daß die Teile über geeignete Montagebohrungen 117 in den Eckstücken 116 (die natürlich je­ wells ein - nicht dargestelltes - Gegenstück in den Seitenwand- Bausteinen 114 und Kopfteilen 115 haben) miteinander ver­ schraubbar sind. Schließlich ist auch ein Teilstück eines alle Komponenten durchziehenden Kühlwasserkanals 106 mit einem Kühl­ wassereinlaß 106a in einem der Seitenteile 114 und einem Kühl­ wasserkanal-Dichtungsbereich 106b an einem der Eckstücken 116 gezeigt.

Die Bestrahlungsanordnung 100 ist in der gezeigten Ausführung für den Einsatz von sechs nebeneinander liegenden Halogen-Glüh­ fadenlampen 101 mit der in Fig. 4 gezeigten Halterung und Kon­ taktierung ausgebildet. Hierin kann das in Fig. 3 gezeigte Preßluftröhrchen 107 in einer Ausführung eingesetzt werden, die an jedem Lampenende mindestens eine Luftdüse 108 aufweist.

Alternativ hierzu sind die Endreflektor-Bausteine 115 auf die in Fig. 6A und 68 gezeigte Weise mit einer integrierten Kühl­ luftzuführung versehen. Diese umfaßt einen abgewinkelten Kühl­ luft-Zuführungskanal 107a' und einen mit diesem verbundenen, sich horizontal in Längsrichtung des Kopfteiles 115 erstrecken­ den Kühlluft-Verteilungskanal 107b'. Diesem sind sechs Luftdü­ sen 108 zugeordnet, die gegenüber der benachbarten Innenfläche des Kopfteils 115 geneigt ausgerichtet sind. Weiterhin wird auch das Kopfteil von einem Abschnitt des Kühlwasserkanals 106 durchsetzt. Das Kopfteil 115 ist im Beispiel ebenso wie die üb­ rigen Module, insbesondere der Reflektor-Baustein 102, aus mas­ sivem Aluminium gefertigt, welches gute Reflexions- und Wärme­ leitungseigenschaften miteinander verbindet.

In Fig. 7 ist skizzenartig eine NIR-Bestrahlungsanordnung 200 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei der ein sogenanntes "internes Luftmesser" vorgesehen ist. Hinsichtlich der Lampen- und Reflektorgeometrie entspricht die­ se Ausführung weitgehend den in Fig. 1 bis 5 dargestellten und oben beschriebenen Ausführungen, so daß hier an die vorstehend beschriebenen Ausführungen angelehnte Bezugsziffern verwendet und die entsprechenden Komponenten nicht nochmals beschrieben werden.

Eine wesentliche Besonderheit der vorliegenden Ausführung be­ steht im Vorhandensein einer Quarzglasscheibe 218 auf der dem Reflektor 202 abgewandten Seite der Halogenlampe 201. Diese Quarzglasscheibe schützt bei bestimmten Prozessen den Emitter (die Halogenlampe) vor Einwirkungen von dem zu bearbeitenden Material. Sie ist weitgehend durchlässig für die NIR-Strahlung der Halogenlampe, absorbiert aber gleichwohl soviel Strahlung, daß sie sich im Normalbetrieb mit hoher Leistung stark erwärmt.

Daher ist außerdem an einem Ende der Halogenlampen-Reflektor- Baugruppe eine Zuführungseinrichtung 208 für kalte Druckluft A zur Erzeugung des "internen Luftmessers" vorgesehen. Diese ist so ausgebildet, daß aus einer flachen Austrittsöffnung um einen gebogenen Oberflächenbereich herum ein laminarer Druckluftstrom in den Zwischenraum zwischen die Halogenlampe 201 und die Quarzglasscheibe 218 eingespeist wird. Dieser Druckluftstrom tritt am gegenüberliegenden Ende der Strahlerbaugruppe zwischen der Stirnseite des Reflektors 202 und dem dort angeordneten Kopfteil 215 annähernd rechtwinklig zu seiner Strömungsrichtung längs der Quarzglasplatte 218 wieder aus der Anordnung aus und führt die Wärme von der Quarzglasscheibe ab.

Zur verbesserten Kühlung der Lampenenden sind hier mit der An­ schlußlitze 212 Kühlflächen (Flags) 209 wärmeleitend fest ver­ bunden, z. B. verschweißt. Diese sind derart schräg zur Längs­ achse der Halogenlampe angebracht, daß sie in den Druckluft­ strom A vorstehen und von diesem umspült und aktiv gekühlt wer­ den. Der primär die Quarzglasscheibe 218 kühlende Druckluft­ strom dient also hier zugleich als aktive Lampenendenkühlung.

Die Ausführung der Erfindung ist nicht auf die oben beschriebe­ nen Beispiele und hervorgehobenen Aspekte beschränkt, sondern im Rahmen der Ansprüche ebenso in einer Vielzahl von Abwandlun­ gen möglich, die im Rahmen fachgemäßen Handelns liegen.

Bezugszeichenliste

10

;

20

;

100

;

200

NIR-Bestrahlungsanordnung

11

;

21

;

101

;

201

Halogen-Glühfadenlampe

12

;

22

;

102

;

202

Reflektor (Reflektor-Baustein)

13

;

23

;

103

;

203

Anschluß

14

;

24

;

104

Glaskörper

15

;

25

;

105

Glühwendel

16

;

26

;

106

Kühlwasserkanal

17

;

107

Preßluftröhrchen

18

;

108

Luftdüse

29

;

209

Kühlfläche (Flag)

30

Buchse

103

Quetschbereich

106

a Kühlwassereinlaß

106

b Kühlwasserkanal-Dichtungsbereich

107

a' Kühlluft-Zuführungskanal

107

b' Kühlluft-Verteilungskanal

110

isolierender Trägerkörper

111

Steckkontakthalter

112

Anschlußlitze

113

Steckkontakt

113

a Quetsch- und Crimp-Stelle

113

b Endbereich

113

c Kontaktfläche

114

Seitenwand-Baustein

115

Kopfteil (Endreflektor-Baustein)

116

Endstück

117

Montagebohrung

208

Luftmesser-Erzeugungseinrichtung

218

Quarzglasscheibe
A Preßluft
W Kühlwasser

Claims (17)

1. Strahlungsquelle (11; 21; 101) für elektromagnetische Strahlung, deren wesentlicher Wirkanteil im Bereich des nahen Infrarot, insbesondere im Wellenlängenbereich zwi­ schen 0,8 µm und 1,5 µm, liegt, zur Ausbildung einer langgestreckten Bestrahlungszone, mit einer langge­ streckten Halogenlampe (11; 21; 101), die einen röhren­ förmigen, an den Enden mit Anschlüssen (13; 23; 112) versehenen Glaskörper (14; 24; 104) mit mindestens einer Glühwendel (15; 25; 105) hat, und einem langgestrecktem Reflektor (12; 22; 102) dadurch gekennzeichnet, daß die Enden des Glaskörpers bzw. Kontakt-Halterungen (113) der Halogenlampe in wärmeleitendem Kontakt mit dem Re­ flektor angeordnet sind und/oder den Enden Kühlmittel (17, 18; 29; 107, 108; 107a' bis 108), zur Wärmeabfüh­ rung zugeordnet sind derart, daß ein steiler T-Gradient zwischen dem mittleren Bereich des Glaskörpers und des­ sen Enden, insbesondere ein T-Abfall von einer Glaskör­ pertemperatur oberhalb von 600°C auf eine Enden-Tempera­ tur unterhalb von 300°C, speziell unterhalb von 200°C, erzeugt wird.

2. Strahlungsquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlmittel Kühlfluid-Strömungskanäle (17, 18; 107, 108; 107a' bis 108) zur Zuleitung eines unter Druck ste­ henden Kühlfluids zu den Enden bzw. endnahen Bereichen der Halogenlampe (11; 21; 101) und/oder den diesen be­ nachbarten Bereichen des Reflektors (12; 22; 102) umfas­ sen.

3. Strahlungsquelle nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch mindestens einen Preßluft-Strömungskanal (17; 107; 107a', 107b') im Reflektor (12; 102) mit auf die Enden bzw. endnahen Bereiche der Halogenlampe (11; 101) ge­ richteten Austrittsöffnungen (18; 108).

4. Strahlungsquelle nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von Preßluft-Strömungskanälen (17; 107; 107a', 107b') im Reflektor (12; 102), die jeweils auf die Enden bzw. endnahen Bereiche der Halogenlampe (11; 101) gerichtete Austrittsöffnungen (18; 108) aufweisen, wobei die Austrittsöffnungen derart angeordnet und aus­ gebildet sind, daß zugeführte Preßluft um die Enden bzw. endnahen Bereiche des Glaskörpers verwirbelt wird.

5. Strahlungsquelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Wasserkanäle (16; 26; 106) im Reflektor (12; 22; 102), die den Lampenenden benachbarte Bereiche desselben durchqueren.

6. Strahlungsquelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Steckkontakt-Sockel (23), denen Wärmeleitmittel (30) zur Wärmeabführung an den Reflektor (22) zugeordnet sind.

7. Strahlungsquelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlmittel Wärmeabstrahlungsflächen (29; 209) an den Enden der Halogenlampe (21; 201) umfassen, die insbeson­ dere mit deren Anschlüssen (23) wärmeleitend verbunden sind.

8. Strahlungsquelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf der dem Reflektor (202) abgewandten Seite der Halo­ genlampe (201) eine für die ausgesandte Strahlung weit­ gehend durchlässige Schutzscheibe (218) und an einem Ende der Strahlungsquelle eine Kühlgas-Zufüh­ rungseinrichtung (208), insbesondere Preßluft-Zufüh­ rungseinrichtung, zur Zuführung eines zwischen der Halo­ genlampe und der Schutzscheibe entlangstreichenden Kühl­ fluids (A) zur Wärmeabführung von der Schutzscheibe und aus dem Bereich zwischen Halogenlampe und Schutzscheibe angeordnet sind.

9. Strahlungsquelle nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung der Wärmeabstrahlungsflächen (209) und die Ausbildung der Kühlgas-Zuführungseinrichtung (208) der­ art aufeinander abgestimmt sind, daß die Wärmeabstrah­ lungsflächen durch den Kühlfluidstrom (A), insbesondere Preßluftstrom, beaufschlagt werden.

10. Strahlungsquelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden (13; 23; 103) der Halogenlampe (11; 21; 101) im Bereich der Reflektorfläche (12; 22; 102) oder, bezo­ gen auf die Position der Halogenlampe, hinter dieser an­ geordnet und die Enden der Halogenlampe zum Reflektor hin umgebogen sind.

11. Strahlungsquelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch benachbart zu den Enden der Halogenlampe (101) angeord­ nete Endreflektoren (115), die sich unter einem stumpfen oder rechten Winkel von einem über den größten Teil der Längserstreckung der Halogenlampe verlaufenden und zu deren Längsachse parallelen Hauptreflektor (102) aus in Richtung zur Längsachse hin erstrecken, insbesondere von dieser durchstoßen werden.

12. Strahlungsquelle nach Anspruch 11 und einem der Ansprü­ che 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Preßluftkanal (107a', 107b') sich in je­ den Endreflektor (115) erstreckt und dieser mindestens eine Austrittsöffnung (108), bevorzugt mehrere Aus­ trittsöffnungen, aufweist.

13. Strahlungsquelle nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß in den Endreflektoren (115) und im Hauptreflektor (102) mindestens ein Preßluftkanal (107a') und mindestens je eine Austrittsöffnung vorgesehen sind, wobei die Aus­ trittsöffnung bzw. Austrittsöffnungen im Hauptreflektor und den Endreflektoren verschiedene Anströmrichtungen der Preßluft an den Sockel (103) bzw. Glaskörper (104) der Halogenlampe (100) bestimmen.

14. Strahlungsquelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor (12; 22; 102) als massives Strangpreßpro­ fil aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit, insbesondere Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, ausgeführt ist.

15. Strahlungsquelle nach Anspruch 14 und einem der Ansprü­ che 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß in das Strangpreßprofil Kühlfluid-Strömungskanäle (16; 26; 106) eingepreßt sind.

16. Strahlungsquelle nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Außenkontur des Strangpreßprofils im wesentlichen rechteckig und der Querschnitt der Reflek­ torfläche im wesentlichen W-förmig ist, wobei insbeson­ dere zwei oder drei Kühlfluid-Strömungskanäle im Fußbe­ reich des "W" eingepreßt sind.

17. Bestrahlungsanordnung (10, 20) mit einer Mehrzahl von Strahlungsquellen (11; 21) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei mindestens zwei der Strahlungsquellen auf. einer Linie hintereinander angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß Kühlfluid-Strömungskanäle (26) der aneinandergereihten Strahlungsquellen (21) miteinander ausgerichtet und zu durchgehenden Strömungskanälen verbunden sind, die je­ weils einen Anschluß zur Kühlfluid-Zuführung an einer ersten der gereihten Strahlungsquellen haben.