DE10125888C2 - Strahlermodul und Hochleistungs-Bestrahlungsanlage - Google Patents

Abstract

Strahlermodul (1) einer Hochleistungs-Bestrahlungsanlage für thermische Bearbeitungsprozesse, welche mindestens einen Emitter (7) für elektromagnetische Strahlung, die wesentliche Wirkanteile im Bereich des nahen Infrarot aufweist, und einen gekühlten Reflektorkörper (3) zur Konzentrierung der elektromagnetischen Strahlung auf ein Werkstück aufweist, wobei am Strahlermodul mindestens eine Schaltsteuereinheit (17), insbesondere Leistungssteller-Einheit, zur Ansteuerung des Emitters oder der Emitter im thermischen Kontakt mit dem Reflektorkörper angebracht ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Strahlermodul nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Hochleistungs-Bestrahlungsanlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 15.

Die Durchführung vielgestaltiger thermischer Bearbeitungspro­ zesse unter Erwärmung des jeweiligen Werkstücks durch elektro­ magnetische Strahlung im Bereich des nahen Infrarot, insbeson­ dere mit einem wesentlichen Wirkanteil im Wellenlängenbereich zwischen 0,8 µm und 1,5 µm, ist eine neue, hochgradig leis­ tungsfähige und wirtschaftlich vielversprechende Technologie ("NIR-Technologie"). Wichtige Anwendungsbereiche dieser Techno­ logie sind die Trocknung und Vernetzung von Lacken und anderen Beschichtungen, insbesondere auf temperatursensitiven Substra­ ten, die Trocknung von Druckfarben und Klebstoffen und die Her­ stellung von Werkstoffverbunden - wie beispielsweise in den auf die Anmelderin zurückgehenden Druckschriften WO 99/42774 A1 und WO 99/47276 A1 beschrieben.

Bei dieser Technologie kommen Hochleistungs-Bestrahlungsanlagen zum Einsatz, die die Bereitstellung der besagten Strahlung im Bereich des nahen Infrarot (NIR-Strahlung) mit den erforderli­ chen hohen Leistungsdichten in effizienter Weise erlauben und eine für den industriellen Einsatz ausreichende Lebensdauer aufweisen. Die seitens der Anmelderin realisierten Bestrahlungsanlagen umfassen Strahlermodule der gattungsgemäßen Art, wie sie in den nachveröffentlichten DE 100 51 904 A1 und DE 100 51 641 A1 beschrieben sind.

Derartige Strahlermodule haben einen massiven metallischen Re­ flektorkörper mit Kühlkanälen zur Wasserkühlung. In den Reflek­ torkörper sind üblicherweise mehrere als Emitter dienende lang­ gestreckt röhrenförmige Halogen-Glühfadenlampen eingesetzt, und er hat für jeden Emitter einen geeignet geformten Reflektorab­ schnitt. Für spezielle Anwendungen gibt es Strahlermodule mit nur einem Emitter und einer teil-elliptischen Reflexionsfläche, die auch als Linienstrahler bezeichnet werden. Mit mehreren derartigen aktiven Strahlermodulen und/oder zusätzlichen, be­ vorzugt ebenfalls aktiv gekühlten, Reflektormodulen lassen sich weitgehend geschlossene Strahlungsräume zur energieökonomischen Durchführung der verschiedensten thermischen Bearbeitungsvor­ gänge aufbauen.

Zur differenzierten Steuerung derartiger Bearbeitungsvorgänge sind Steuereinrichtungen vorgesehen, die die einzelne oder gruppenweise Ansteuerung der Emitter der Bestrahlungsanlage er­ lauben. Vielfach ist auch eine geregelte Prozeßführung unter Auswertung von berührungslos am Werkstück erfaßten Temperatur­ werten erwünscht. Die erforderliche Steuerelektronik ist übli­ cherweise in einem Schaltschrank untergebracht und umfaßt neben geeigneten Signalverarbeitungs- und wahlweise Regelstufen sowie den erforderlichen Eingabe- und Anzeigemitteln insbesondere Leistungssteller zur Leistungssteuerung der Emitter.

Die Leistungssteller sind mit den einzeln anzusteuernden Emit­ ter jeweils über separate Stromversorgungsleitungen verbunden. Der Aufbau einer Hochleistungs-Bestrahlungsanlage der hier in Rede stehenden Art erfordert daher das Verlegen einer großen Anzahl von Versorgungsleitungen von dem Schaltschrank zu den Strahlermodulen und ist entsprechend arbeitsaufwendig und fehleranfällig. Die Leistungssteller benötigen im Schaltschrank relativ viel Installationsraum, weil sie aufgrund der erhebli­ chen Wärmeentwicklung mit voluminösen Kühlkörpern versehen sind.

Weiterhin ist für eine präzise Prozeßsteuerung und zuverlässige Betriebsführung in der Regel nicht nur die erwähnte Tempera­ turerfassung, sondern auch eine Erfassung des aktuellen Be­ triebszustandes der Emitter zur frühzeitigen Erfassung bevor­ stehender Ausfälle wünschenswert. Für spezielle Anwendungen ist auch eine Abstandserfassung und -überwachung zwischen den Emit­ tern bzw. Strahlermodulen und dem Werkstück erforderlich oder zumindest wünschenswert. Es fällt also bei einer Hochleistungs- Bestrahlungsanlage zur NIR-Bestrahlung auch eine Vielzahl von Meßwerten an, die von den Strahlermodulen über Meßleitungen zum Schaltschrank übertragen und dort verarbeitet werden. Die Ver­ legung dieser Leitungen erhöht den Gestehungsaufwand der Anlage weiter, birgt zusätzliche Fehler- und Ausfallrisiken und trägt wesentlich dazu bei, daß eine solche Anlage nach dem Stand der Technik wenig "handlich" ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbesser­ tes Strahlermodul der beschriebenen Art sowie eine verbesser­ te Hochleistungs-Bestrahlungsanlage anzugeben, deren Aufbau mit verringertem Arbeitsaufwand sowie Fehler- und Ausfallrisiko möglich ist. Die Bestrahlungsanlage soll kompakt und übersicht­ lich und leicht für verschiedenartige Bearbeitungsprozesse kon­ figurierbar sein.

Diese Aufgabe wird gemäß einem ersten wesentlichen Aspekt der Erfindung durch ein Strahlermodul mit den Merkmalen des An­ spruchs 1 und gemäß einem weiteren wesentlichen Aspekt durch eine Hochleistungs-Bestrahlungsanlage mit den Merkmalen des An­ spruchs 15 gelöst.

Die Erfindung schließt zum einen den wesentlichen Gedanken ei­ ner Auslagerung der Schaltsteuereinheit bzw. -einheiten aus der zentralen Anlagensteuerung (dem Schaltschrank) und ihrer Verla­ gerung an das Strahlermodul ein. Sie schließt weiter den Gedan­ ken ein, die in den Strahlermodulen vorgesehene aktive Kühlung des Reflektorkörpers zugleich zur Kühlung der Schaltsteuerele­ mente zu nutzen, indem diese in thermischen Kontakt mit dem Re­ flektorkörper gebracht werden. Neben der Einsparung einer er­ heblichen Anzahl von separaten Versorgungs- bzw. Ansteuerlei­ tungen wird damit auch eine erhebliche Platzersparnis für die Schaltsteuereinheiten realisiert, indem auf gesonderte Kühlka­ näle verzichtet werden kann. Die zentrale Anlagensteuerung kann daher wesentlich kompakter werden. Dies ermöglicht gegebenen­ falls den Verzicht auf einen regelrechten Schaltschrank und ei­ ne Plazierung der kompakten zentralen Steuereinheit der NIR- Bestrahlungsanlage direkt bei einem Prozeßrechner einer Gesamt- Produktionsanlage oder aber unmittelbar an der in die Gesamtan­ lage eingefügten NIR-Bestrahlungsvorrichtung.

Gemäß einem relativ selbständigen Aspekt der Erfindung schließt diese weiterhin den Gedanken ein, die Schaltsteuereinheit bzw. -einheiten der Bestrahlungsanlage mit zusätzlicher "Intelli­ genz" auszurüsten, also mit Überwachungs- bzw. Ansteuermitteln, welche ansonsten der zentralen Anlagensteuerung zugeordnet, al­ so im Schaltschrank angeordnet sind. Bestimmte Funktionen der Zustandsüberwachung der Emitter - insbesondere zum Zweck einer Vorausfallsdetektion zur Bestimmung des richtigen Ersatzzeit­ punktes - lassen sich an der Schaltsteuereinheit selbst (insbe­ sondere dann, wenn diese direkt am Strahlermodul angebracht ist) sinnvoller ausführen. Zudem spart ihre Realisierung direkt bei der Schaltsteuereinheit bzw. dem Strahlermodul die Signal­ übertragung zur zentralen Anlagensteuerung und damit auch die entsprechenden Signalleitungen bzw. Übertragungsstrecken ein. Schließlich ist ihre Realisierung in räumlicher Zuordnung zur Schaltsteuereinheit bzw. den Emittern auch insofern vorteilhaft, als im Ergebnis der Auswertung abgeleitete Steuersignale unmittelbar an dem Ort zur Verfügung stehen, wo sie gebraucht werden. Es sind daher also auch Vereinfachungen und Einsparun­ gen bei Steuerleitungen bzw. sonstigen Steuersignal-Übertra­ gungsstrecken zu realisieren.

In einer bevorzugten Ausführung umfaßt die Schaltsteuereinheit getrennte Steuermittel - insbesondere Leistungssteller - zur separaten Ansteuerung mehrerer Emitter und entsprechend ge­ trennte Ausgänge für zu den einzelnen Emittern führende Versor­ gungsleitungen. In dieser Ausführung läßt sich jeder einzelne Emitter separat steuern und gegebenenfalls regeln, wodurch sich in einfacher Weise ein differenziertes NIR-Bestrahlungsprofil eines Werkstücks aufbauen und der Alterungszustand der einzel­ nen Emitter in der Ansteuerung berücksichtigen läßt. Ebenso können auch Gruppen einzelner Emitter zusammen angesteuert wer­ den - womit der Bauelementeaufwand bei der Ansteuerung redu­ ziert werden kann, jedoch andererseits nicht die gleiche Flexi­ bilität wie bei der Einzel-Ansteuerung erreicht wird.

Zur Verbindung zwischen den Thyristerstellern und den Emittern sind in einer weiter bevorzugten Ausführung modular vorgefer­ tigte Festverdrahtungen (z. B. Platinen) vorgesehen, die direkt auf den Reflektorkörper montiert werden können. Hierdurch wer­ den auf besonders einfache Weise spezifische Bestrahlungskonfi­ gurationen realisierbar, und "Kabelsalat" wird nahezu vollstän­ dig beseitigt.

In diesem Sinne ist desweiteren das Vorsehen einer drahtlosen Signalempfangseinheit bei der Schaltsteuereinheit zur drahtlo­ sen Signalübertragung von und zu der zentralen Anlagensteuerung sinnvoll. In dieser Ausführung können die Steuersignale von der zentralen Steuereinheit insbesondere nach dem DECT- oder Blue­ tooth-Standard zur Schaltsteuereinheit oder den Schaltsteuer­ einheiten übertragen werden, ohne daß Signalleitungen verlegt werden müssen. Auch die Nutzung einer Mobilfunkstrecke nach dem GSM- oder dem UMTS- oder einem künftigen, für industrielle An­ wendungen geeigneten Standard ist möglich - wenn auch deren Zweckmäßigkeit natürlich unter Kostengesichtspunkten gegen den Einsatz einer betriebsinternen Übertragungsstrecke abzuwägen ist.

Alternativ ist natürlich auch das Vorsehen eines Signallei­ tungsanschlusses an der oder jeder Schaltsteuereinheit zur lei­ tungsgebundenen Signalverbindung mit der Anlagensteuerung mög­ lich. In beiden Ausführungen hat die Schaltsteuereinheit bevor­ zugt eine Bus-Schnittstelle nach einem der üblichen Industrie­ standards, die den Anschluß an einen Steuersignalbus der Anla­ gensteuerung ermöglicht. Es kann sich hierbei insbesondere um eine Profibus- oder Ethernet-Verbindung handeln.

Die Strahlermodule sind in einer zweckmäßigen Fortbildung des Erfindungsgedankens individuell elektronisch markiert, so daß sie in einer Gesamtanlage bei Inbetriebnahme - oder auch peri­ odisch während des Betriebes - identifiziert und gegebenenfalls mit individuellen Steuersignalen versorgt werden können. Die entsprechende Kennung wird bei Konfiguration des Strahlermoduls in einen geeigneten Strahlermodul-Codespeicher eingespeichert und gibt beispielsweise Auskunft über die Bauart der Emitter, die Bauart des Reflektors, den Betriebsbeginn oder andere cha­ rakteristische Größen - es kann sich im einfachsten Fall aber auch nur um eine Kennnummer handeln. Zur Übermittlung an die Anlagensteuerung dient ein Strahlermodul-Codesender, der insbe­ sondere auf ein Abfragesignal von der Anlagensteuerung hin ak­ tiv wird und die im Strahlermodul-Codespeicher gespeicherte Kennung überträgt. In der Anlagensteuerung ist eine entspre­ chende Erkennungsstufe vorgesehen, die diese Signale empfängt und entschlüsselt und die gewonnenen Daten der eigentlichen An­ lagensteuerung bereitstellt.

In einer Fortführung dieses Gedankens ist eine Anmeldesteuerung vorgesehen, die die Übertragung eines Bereitschaftssignals der einzelnen Strahlermodule bei Inbetriebnahme der Bestrahlungsan­ lage, also gewissermaßen ein "Einloggen" der Module bei der An­ lagensteuerung, realisiert. Diese Anmeldung erfolgt vorzugswei­ se - aber nicht notwendigerweise - unter Übermittlung des Strahlermodulcodes.

Bei den Emittern handelt es sich - in an sich aus den oben ge­ nannten Druckschriften bzw. nachveröffentlichten Patentanmeldun­ gen bekannterweise - bevorzugt um langgestreckt röhrenförmige Hochleistungs-Halogenlampen, die insbesondere über Steckkontak­ te in dem Reflektorkörper extern angeschlossen sind. Der Re­ flektorkörper hat bevorzugt Kühlkanäle zum Durchleiten eines Kühlfluids, insbesondere von Kühlwasser, und genormte Anschlüs­ se zum Anschluß an eine entsprechende Kühlanlage.

Die Schaltsteuereinheit und die wahlweise vorgesehenen Festver­ drahtungsmodule sind auf den - rückseitig bevorzugt eben ausge­ führten - Reflektorkörper zweckmäßigerweise aufgeschraubt oder aufgesteckt.

In das Strahlermodul ist bevorzugt mindestens ein - insbesonde­ re berührungslos arbeitender - Meßfühler integriert oder inte­ grierbar, dessen Erfassungsbereich auf ein zu erhitzendes Werk­ stück ausgerichtet ist und der zur Erfassung von dessen Tempe­ ratur im Bearbeitungsprozeß und/oder anderen prozeßrelevanten Parametern dient. Zwischen diesem Meßfühler oder den Meßfühlern und der Schaltsteuereinheit ist bevorzugt eine direkte Meßsig­ nalverbindung vorgesehen. Die Schaltsteuereinheit umfaßt eine Meßsignal-Verarbeitungseinheit, welche ein Eingangssignal für die Steuerung bzw. eine Regelung des Betriebes der Emitter des Strahlermoduls liefert.

Ähnlich zur oben erwähnten Kennzeichnung des Strahlermoduls durch einen geeigneten Code ist in vorteilhafter Weise auch ei­ ne Kennzeichnung der integrierten Sensorik möglich. Die ent­ sprechende Kennung kann einerseits in dem oben erwähnten Strah­ lermodulcode enthalten sein, andererseits aber auch - insbeson­ dere bei einer nachträglichen Ergänzung des Strahlermoduls mit Sensorik - in einem gesonderten Meßfühler-Codespeicher abgelegt sein. Auch bezüglich der Übertragung an die Anlagensteuerung ist zum einen die Übertragung zusammen mit dem Strahlermodul­ code über den Strahlermodul-Codesender und zum anderen eine se­ parate Abfrage und Übertragung durch einen dedizierten Meßfüh­ ler-Codesender möglich. Mit dieser Ausführung ist es jederzeit möglich, der Anlagensteuerung die aktuellsten Informationen über die im einzelnen Strahlermodul verfügbare Sensorik (und von wichtigen Parametern derselben) zur Verfügung zu stellen.

Neben der oben speziell erwähnten Temperaturerfassung ist zur Bestimmung des optimalen Leistungsbereiches der Emitter im Be­ arbeitungsprozeß gegebenenfalls die Erfassung diverser weiterer Prozeßparameter zweckmäßig. Hierbei erweist es sich als vor­ teilhaft, wenn diese Parameter, beispielsweise bezüglich der Prozeßgeschwindigkeit, des Materials oder spezieller Material­ eigenschaften des Werkstücks bzw. dessen Verweilzeit unter dem Strahlermodul, jeweils separat gewonnen werden. Zweckmäßiger­ weise wird auch die Erfassung von Meßwerten in den Prozeß inte­ griert, die Aufschluß über das spezifische Einsatzverhalten des Emitters/der Emitter in der konkreten Anlage bezüglich ihrer Leistungsfähigkeit und ihres Lebenszyklus geben.

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 eine schematische perspektivische Darstellung eines Strahlermoduls gemäß einer Ausführungsform der Erfin­ dung und

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Hochleistungs-Be­ strahlungsanlage mit mehreren Strahlermodulen gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 1 zeigt in einer vereinfachten perspektivischen Darstel­ lung ein Strahlermodul 1 einer NIR-Bestrahlungsanlage, wobei ein Reflektorkörper 3 nahe seinem einen Ende geschnitten darge­ stellt und von mehreren Rahmenteilen, die zur Halterung und Kühlfluidzuführung dienen, nur ein Rahmenteil 5 schematisch dargestellt ist. Das Strahlermodul 1 ist zur Aufnahme von sechs langgestreckt röhrenförmigen Halogen-Glühfadenlampen (Emittern) 7 ausgebildet.

Der Reflektorkörper 3 ist als Strangpreßprofil aus einer massi­ ven Aluminiumlegierung gefertigt und hat eingeformte Kühlwas­ serkanäle 9 sowie jeweils einem Emitter 7 zugeordnete, annä­ hernd W-förmige Reflektorabschnitte 11 mit polierter Oberflä­ che. Die Halogenlampen 7 sind über Steckkontakte 13 an ihren Enden, die isoliert durch den Reflektorkörper 3 geführt sind, mit Anschlußflächen 15 auf der Rückseite des Reflektorkörpers verbunden.

Auf die Rückseite des Reflektorkörpers 3 ist desweiteren eine Schaltsteuereinheit 17 montiert, welche (nicht einzeln darge­ stellte) Leistungssteller zur Stromversorgung und Ansteuerung der Emitter 7 umfaßt. Die Schaltsteuereinheit 17 hat einen Stromversorgungsanschluß 19 und einen Steuersignalanschluß 21 zur Verbindung mit einer zentralen Steuereinheit der Bestrah­ lungsanlage. Über eine Verdrahtungsplatine 23 mit Leiterzügen 23a ist die Schaltsteuereinheit 17 mit den Anschlußflächen 15 der Emitter 7 verbunden und versorgt diese mit einer über die Leistungssteller gesteuerten Betriebsspannung. Die Leistungs­ schalt-Bauelemente innerhalb der Schaltsteuereinheit 17 sind im direkten thermischen Kontakt mit dem massiven, gekühlten Re­ flektorkörper 3 angeordnet, so daß sie über diesen gekühlt wer­ den und gesonderte Kühlmittel nicht erforderlich sind. Dadurch kann das Bauvolumen der Schaltsteuereinheit 17 relativ klein gehalten werden. Die Verdrahtungsplatinen 23 sind derart ge­ staltet, daß mit ihnen - gegebenenfalls durch Teilen längs vor­ gegebener Teilungslinien bzw. Addition mehrerer Platinen - eine einfache Konfiguration der Emitter-Stromversorgung verschiede­ ner Bestrahlungsanordnungen ohne störende Kabelstränge möglich ist.

In Fig. 2 ist in einer Prinzipskizze der Gesamtaufbau einer Produktionsanlage 100 mit zwei NIR-Bestrahlungsstationen 102 und 104 zur Bestrahlung eines quasi-endlosen Werkstücks 106 un­ ter Steuerung durch einen Steuerrechner 110 dargestellt. Die Produktionsanlage umfaßt neben den NIR-Bestrahlungsstationen 102, 104 weitere (nicht gesondert bezeichnete) Bearbeitungssta­ tionen.

Die NIR-Bestrahlungsstationen 102, 104 umfassen jeweils zwei Strahlermodule 102A, 102B bzw. 104A, 104B der in Fig. 1 gezeig­ ten Art, die jeweils eine Mehrzahl von separat überwachbaren und steuerbaren Emittern 107 in einem Reflektorkörper 103 sowie eine Schaltsteuereinheit 117 aufweisen. Den Schaltsteuereinhei­ ten 117 ist jeweils eine nach dem DECT-Standard arbeitende Funksende- und -empfangseinheit 118 zugeordnet. Die Funksende- und -empfangseinheiten 118 an den Strahlermodulen realisieren eine drahtlose Meß- und Steuersignalverbindung zwischen den Schaltsteuereinheiten 117 und dem Steuerrechner 110, der an ein entsprechendes DECT-Modul 120 angeschlossen ist.

Dem Strahlermodul 104A ist ein Pyrometerelement 122 zur berüh­ rungslosen Temperaturmessung am Werkstück 106 zugeordnet, welches über eine Meßsignalverbindung mit der Funksende- und -emp­ fangseinheit 118 dieses Strahlermoduls verbunden ist. Über die­ se werden die Temperaturmeßsignale an den Steuerrechner 110 übermittelt, dort verarbeitet und für die Leistungssteuerung bzw. -regelung der NIR-Bestrahlungsstationen berücksichtigt.

Über die DECT-Kommunikationsstrecke zwischen den Strahlermodu­ len und dem Steuerrechner ist eine komplexe Meß- und Steuerda­ tenkommunikation möglich, ohne daß in der Produktionsanlage 100 zum Betrieb der NIR-Bestrahlungsstationen 102, 104 abgesehen von Stromversorgungsleitungen, die diese mit einem zentralen Stromversorgungsanschluß 124 verbinden - Leitungen zu verlegen wären. Diese Datenkommunikation umfaßt insbesondere die Über­ tragung von der Zustandserfassung der Emitter dienenden Span­ nungs- und Strommeßwerten, der oben erwähnten Temperatursignale und sonstiger im Prozeß gewonnener Meßwerte einerseits sowie aller für den Betrieb der Bestrahlungsanlagen benötigten Steu­ ersignale andererseits.

Die Ausführung der Erfindung ist nicht auf die oben beschriebe­ nen Beispiele beschränkt, sondern ebenso in einer Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachgemäßen Handelns lie­ gen. Insbesondere sind in die hier beschriebenen Konfiguratio­ nen die weiter oben erwähnten Speicher- und Sendeeinrichtungen für Kennungen der Strahlermodule bzw. ihrer (intelligenten) Sensorik bzw. zur Registrierung bzw. Bereitschaftsmeldung der Strahlermodule bei der Anlagensteuerung ohne weiteres inte­ grierbar. Die entsprechenden Datenübertragungen sind mit den in den Figuren gezeigten und oben beschriebenen oder den in der Beschreibungseinleitung erwähnten alternativen Mitteln im Rah­ men der Kenntnisse des Durchschnittsfachmanns realisierbar.

Bezugszeichenliste

1

;

102

A,

102

B,

104

A,

104

B Strahlermodul

3

;

103

Reflektorkörper

5

Rahmenteil

7

;

107

Halogen-Glühfadenlampe (Emitter)

9

Kühlwasserkanal

11

Reflektorabschnitt

13

Steckkontakte

15

Anschlußfläche

17

;

117

Schaltsteuereinheit

19

Stromversorgungsanschluß

21

Steuersignalanschluß

23

Verdrahtungsplatine

23

a Leiterzug

100

Produktionsanlage

102

,

104

NIR-Bestrahlungsstation

106

Werkstück

110

Steuerrechner

118

Funksende- und -empfangseinheit

120

DECT-Modul

122

Pyrometerelement

124

zentraler Stromversorgungsanschluß

Claims (19)

1. Strahlermodul (1; 102A, 102B, 104A, 104B) einer Hoch­ leistungs-Bestrahlungsanlage (102, 104) für thermische Bearbeitungsprozesse, welches mindestens einen Emitter (7; 107) für elektromagnetische Strahlung, die wesentli­ che Wirkanteile im Bereich des nahen Infrarot aufweist, und einen gekühlten Reflektorkörper (3; 103) zur Konzen­ trierung der elektromagnetischen Strahlung auf ein Werk­ stück (106) aufweist, wobei am Strahlermodul mindestens eine Schaltsteuereinheit (17; 117), insbesondere Leistungssteller-Einheit, zur Ansteuerung des Emitters oder der Emitter im thermischen Kontakt mit dem Reflektorkörper angebracht ist.

2. Strahlermodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltsteuereinheit (17; 107) Steuermittel, insbe­ sondere Leistungssteller, und getrennte Ausgänge zur se­ paraten Ansteuerung mehrerer Emitter (7; 107) aufweist.

3. Strahlermodul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltsteuereinheit (17; 107) eine Bus-Schnittstelle zum Anschluß an einen Steuersignalbus zur Verbindung mit einer Anlagensteuerung aufweist.

4. Strahlermodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltsteuereinheit (17) einen Signalleitungsan­ schluß (21) zur leitungsgebundenen Signalverbindung mit einer Anlagensteuerung, insbesondere über ein zentrales Steuerkabel, aufweist.

5. Strahlermodul nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalleitungsanschluß einem Stromversorgungsan­ schluß des Strahlermoduls zugeordnet ist und eine Demo­ dulatorstufe zur Rückgewinnung von einer Versorgungs­ spannung aufmodulierten Steuersignalen umfaßt.

6. Strahlermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltsteuereinheit (117) eine Funkempfangseinheit (118) zur drahtlosen Signalverbindung mit einer Anlagen­ steuerung (110, 120) aufweist.

7. Strahlermodul nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Funkempfangseinheit (118) zur mindestens unidirek­ tionalen, bevorzugt bidirektionalen, Datenkommunikation mit der Anlagensteuerung (110, 120), insbesondere auf Basis des DECT- oder Bluetooth- oder UMTS-Standards, ausgebildet ist.

8. Strahlermodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
die Schaltsteuereinheit einen Strahlermodul-Codespeicher zur Speicherung einer Kennung des individuellen Strahlermoduls und
einen Strahlermodul-Codesender zur Übertragung der Ken­ nung an eine Anlagensteuerung, insbesondere im Anspre­ chen auf ein Abfragesignal von dieser, aufweist.

9. Strahlermodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine auf dem Reflektorkörper (3) angeordnete, insbeson­ dere modular vorgefertigte, Festverdrahtung (23) zwi­ schen der Schaltsteuereinheit (17) und Anschlußkontakten (13) des Emitters (7) oder der Emitter.

10. Strahlermodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Emitter (7; 107) als, insbesondere lang­ gestreckt röhrenförmige, Hochleistungs-Halogenlampe aus­ gebildet ist, die mit einer Strahlertemperatur oberhalb von 2900 K betrieben wird.

11. Strahlermodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltsteuereinheit (17) und wahlweise vorgesehene Festverdrahtungs-Module (23) auf den Reflektorkörper (3) aufgeschraubt oder aufgesteckt sind.

12. Strahlermodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens einen integrierten Meßfühler (122), insbeson­ dere ein Pyrometerelement zur Temperaturerfassung und/oder einen Feuchtesensor zur Feuchtigkeitsmessung und/oder eine optische Erfassungseinrichtung zur Materi­ alerkennung bzw. Strahlungsdichteerfassung an einem Werkstück (106).

13. Strahlermodul nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß
die Schaltsteuereinheit (17; 117) einen Meßfühler-Codespeicher zur Speicherung einer Kennung für den oder jeden integrier­ ten Meßfühler und
einen Meßfühler-Codesender zur Übertragung der Kennung bzw. Kennungen an eine Anlagensteuerung, insbesondere im Ansprechen auf eine Abfrage von dieser, aufweist.

14. Strahlermodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, insbesondere einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltsteuereinheit (17; 117) eine Anmeldesteuerung zur Absen­ dung eines Anmeldungs-Datensatzes an eine Anlagensteue­ rung bei Inbetriebnahme aufweist, wobei die Anmelde­ steuerung insbesondere mit dem Strahlermodul-Codesender und/oder dem Meßfühler-Codesender zur Übertragung von Kennungen des Strahlermoduls bzw. des oder jedes inte­ grierten Meßfühlers an die Anlagensteuerung verbunden ist.

15. Hochleistungs-Bestrahlungsanlage (102, 104) für thermi­ sche Bearbeitungsprozesse mit mindestens einem Emitter (107) für elektromagnetische Strahlung, die wesentliche Wirkanteile im Bereich des nahen Infrarot aufweist, ei­ ner Schaltsteuereinheit (117) zur Stromversorgung und Ansteuerung des Emitters, wobei der Emitter und die Schaltsteuereinheit insbesondere in einem Strahlermodul (102A, 102B, 104A, 104B) nach einem der vorangehenden Ansprüche zusammengefaßt sind, sowie einer Anlagensteue­ rung (110), wobei die oder jede Schaltsteuereinheit als intelligente Leistungssteuerung mit Überwachungsmitteln zur Zustands­ überwachung, insbesondere zur Spannungs- und Stromüberwachung zum Zweck der Vorausfallsdetektion, und/oder mit Ansteuermitteln zur Realisierung mindestens einer vorbe­ stimmten Ansteuerkennlinie, insbesondere einer Ein­ schaltkennlinie, des oder jedes Emitters ausgebildet ist.

16. Hochleistungs-Bestrahlungsanlage nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch eine der Anzahl der zu überwachenden bzw. zu steuernden Emitter entsprechende Anzahl unabhängig arbeitender Überwachungs- und/oder Ansteuermittel.

17. Hochleistungs-Bestrahlungsanlage nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltsteuereinheit (117) einen Anschluß für einen Meßfüh­ ler, insbesondere berührungslos arbeitenden Temperatur­ fühler (122) und/oder einen Feuchtesensor zur Feuchtig­ keitsmessung und/oder eine optische Erfassungseinrich­ tung zur Materialerkennung bzw. Strahlungsdichteerfas­ sung und mindestens eine Meßsignal-Verarbeitungseinheit aufweist.

18. Hochleistungs-Bestrahlungsanlage nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch eine der Meßsignal-Verarbeitungseinheit oder den Meßsig­ nal-Verarbeitungseinheiten nachgeschaltete Regelstufe zur Realisierung einer Regelung eines thermischen Bear­ beitungsprozesses.

19. Hochleistungs-Bestrahlungsanlage nach einem der Ansprü­ che 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlagensteuerung eine Strahlermodul-Erkennungsstufe zur Auswertung von durch die Strahlermodule übermittelten Kennungen, insbesondere eines Strahlermodulcodes und/oder mindestens eines Meßfühlercodes, aufweist, die insbesondere zur Realisierung einer automatischen Anmel­ dung der Strahlermodule der Anlage bei Inbetriebnahme ausgebildet ist.