DE102004046750A1 - Surface drying method for films or materials applied to surfaces uses a laser which dries only specifically selected areas - Google Patents

Surface drying method for films or materials applied to surfaces uses a laser which dries only specifically selected areas

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DE102004046750A1
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Inventor
Johannes Prof. Dr.Rer.Nat. Gartzen
Alexander Houben
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Jakobs Peter Dipl-Ing
Houben Alexander Dipl-Ing
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Jakobs Peter Dipl-Ing
Houben Alexander Dipl-Ing
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26DRYING
    • F26BDRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B3/00Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat
    • F26B3/28Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat by radiation, e.g. from the sun

Abstract

The surface is dried by passing a laser beam over it. Surfaces covered by free water or solvent or surfaces in which water or solvent has penetrated may be dried. The method can be used to dry one side of a film, e.g. a thin plastic film, or a material applied to the film surface. The laser and the surface are moved relative to each other during drying. The relative movement may involve controled movement of the laser several times over the same surface area or the surface may be moved by a conveyer below the laser. An independent claim is included for the process equipment which includes a laser unit.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Trocknen einer Oberfläche. The invention relates to a method and an apparatus for drying a surface.
  • Zum Trocknen einer Oberfläche wird entweder in der die Oberfläche umgebenden Atmosphäre der Dampfdruck herabgesetzt oder die Temperatur erhöht. For drying a surface is either the surface in the surrounding atmosphere of the vapor pressure reduced or the temperature increased. Dies bewirkt ein Verdunsten von Wasser oder Lösungsmitteln und somit eine Trocknung der Oberfläche. This causes the evaporation of water or solvents, and thus a drying of the surface.
  • Insbesondere für schonende Trocknungsvorgänge werden meist größere Trocknuagsanlagen benötigt, die es erlauben, die Feuchtigkeit oder Lösungsmitteldämpfe langsam und schonend auszutreiben. Particularly for gentle drying processes more Trocknuagsanlagen are usually needed, making it possible to drive out the moisture or solvent vapors slowly and gently. Hierbei ist insbesondere eine Überhitzung des zu trocknenden Materials zu vermeiden. Here, in particular, to avoid overheating of the material to be dried.
  • Die bekannten Vorrichtungen sind jedoch meist aufwändig in der Herstellung und benötigen häufig relativ lange Trocknungszeiten. However, the known devices are usually expensive to produce and often require a relatively long drying times. Sie nehmen dadurch relativ viel Platz in einer Produktionshalle ein. Take therefore relatively much space in a production hall.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein neues Trockenverfahren und eine Vorrichtung zum Trocknen einer Oberfläche bereitzustellen, die einen kostengünstigen, schnellen und gegebenenfalls auch schonenden Trocknungsvorgang auf kleinstmöglichem Raum ermöglichen. The invention is therefore based on the object to provide a new dry process and apparatus for drying a surface that allow a cost-effective, rapid and optionally also gentle drying process the smallest possible space.
  • Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren zum Trocknen einer Oberfläche gelöst, bei dem die Oberfläche mit einem Laser bestrahlt wird. This object is achieved by a method for drying a surface in which the surface is irradiated with a laser.
  • Die Laserstrahlung ermöglicht es, in einer bestimmten Schichttiefe der Oberfläche, unmittelbar auf der Oberfläche oder auch geringfügig oberhalb der Oberfläche eine besonders hohe Energie durch einen gebündelten Lichtstrahl bereitzustellen. The laser radiation makes it possible in a particular depth of the surface layer, also provide directly on the surface or slightly above the surface of a particularly high energy by a collimated light beam. Dieser Lichtstrahl kann gezielt auch nur begrenzte Bereiche der Oberfläche treffen oder relativ zur Oberfläche verschoben werden. This light beam can selectively make only limited areas of the surface or be moved relative to the surface. Dies ermöglicht es, spezielle Oberflächenbereiche zu erwärmen, um diese Bereiche zu trocknen. This makes it possible to heat specific surface areas to dry these areas. Die Erwärmung kann durch An- und Ausschalten des Lasers, Variation der Laserleistung wie beispielsweise Laserimpulse oder ein Bewegen des Lichtpunktes relativ zur Oberfläche, beliebig variiert werden. The heating can be varied by turning on and off the laser, variation of the laser power such as laser pulses or moving the light spot relative to the surface as desired.
  • Die Trocknung mittels eines Laserstrahls ermöglicht es, auf kleineren räumlichen Abmessungen eine Oberfläche zu trocknen, indem nur ein Oberflächenbereich genau definiert erwärmt wird. The drying by means of a laser beam makes it possible to dry on a surface smaller spatial dimensions by using only a surface region is heated accurately defined. Um die Wärmeleitung in darunterliegende Oberflächenbereiche zu minimieren, kann die Oberfläche nur für kurze Zeit bestrahlt werden und anschließend die Bestrahlung unterbrochen werden oder auf einen anderen Oberflächenbereich gerichtet werden. To minimize the heat conduction in underlying surface areas, the surface can be irradiated for a short time and then the irradiation is interrupted or be directed to a different surface area. Hierdurch ist je nach Anwendungsfall eine sehr gezielte Verfahrensführung möglich. This results in a highly targeted process control is possible depending on the application.
  • Das Verfahren eignet sich beispielsweise für Oberflächen, auf denen freies oder gebundenes Wasser vorliegt. The method is suitable for example for surfaces where free or bound water is present. Das Verfahren kann jedoch auch für Oberflächen mit freiem oder gebundenem Lösungsmittel verwendet werden. However, the method can also be used for surfaces with free or bound solvent. Einsatzgebiete erschließen sich somit im Trocknen von Klebern oder Far ben, die vorzugsweise als dünne Schicht auf die Oberfläche aufgetragen sind. Applications therefore open up ben in the drying of adhesives or Far, which are preferably applied as a thin layer on the surface. Hierbei sind Kleber und Farben jedoch nur Beispiele von Einsatzmöglichkeiten. Here, however, glue and colors are only examples of possible applications. Es können ebenso beispielsweise Hotmelts, Wachse oder Silikone getrocknet werden. It can also be dried, for example, hot melts, waxes or silicones. Hierbei sind insbesondere auch Barrierebeschichtungen zu nennen, die nass aufgetragen werden und getrocknet werden müssen. Here also barrier coatings are, in particular, which are applied wet and must be dried.
  • Das Verfahren ist jedoch auch für Oberflächen geeignet, bei denen ein Film wie beispielsweise eine dünne Kunststofffolie zu trocknen ist oder ein darauf aufgebrachter Kleber in einem definierten Maß getrocknet werden soll. However, the method is also suitable for surfaces, in which a film is such as to dry a thin plastic film or an adhesive applied thereto to be dried in a defined amount. Durch die genaue Einstellung des Fokus des Lasers kann der Wärmeeintrag auf die Trocknungsfläche gerichtet werden, ohne dass der darunterliegende Film unnötig erwärmt wird. By accurately adjusting the focus of the laser, the heat input can be directed to the drying surface without the underlying film is heated unnecessary. Dadurch können beispielsweise auch (Rück-)trocknungsvorgänge, wie sie insbesondere bei der Papierherstellung notwendig sind, entfallen. This also (re), for example, drying processes, such as are necessary in particular in papermaking, omitted.
  • Versuche haben gezeigt, dass für das erfindungsgemäße Verfahren sich beispielsweise ein Diodenlaser gut eignet. Tests have shown that, for example, a diode laser is well suited for the novel process.
  • Derartige Laser werden vorteilhaft für das erfindungsgemäße Verfahren mit einer Leistung von 0,5 bis 5 kW, vorzugsweise 1 bis 2 kW eingesetzt. Such lasers are advantageous for the novel process with an output of 0.5 to 5 kW, preferably used 1 to 2 kW.
  • Da die Laserleistung in der Regel auf einen kleinen vorzugsweise punktförmigen Bereich konzentriert wird und dadurch Überhitzungen entstehen könnten, wird vorgeschlagen, dass der Laser und die Oberfläche relativ zueinander bewegt werden. Since the laser power is usually focused onto a small point-shaped area and preferably this would cause overheating, it is proposed that the laser and the surface are moved relative to each other. Hierbei kann entweder die Oberfläche oder der Laser bewegt werden. Here, either the surface or the laser may be moved. Es können jedoch auch Oberfläche und Laser gleich zeitig bewegt werden. However, it can be simultaneously also moved surface and laser. Beispielsweise kann die Oberfläche auf einem Fließband in eine Richtung bewegt werden, während der Laser in einer hierzu senkrechten und/oder gegenläufigen Bewegungsrichtung bewegt wird. For example, the surface can be moved on a conveyor belt in one direction while the laser is moved in a perpendicular thereto and / or opposite movement direction.
  • Anstelle einer punktförmigen Konzentrierung der Laserstrahlung kann es von Vorteil sein, durch geeignete Optiken den Laserstrahl breit zu streuen, um ihn flächig einzusetzen. Instead of a point-like concentration of the laser radiation, it may be advantageous to spread through suitable optics the laser beam wide to use it extensively. Auch eine Arbeit im defokussierten Bereich wäre denkbar, da primär der Energieeintrag und nicht die Strahlqualität benötigt wird. Also a work in-focus range is conceivable primarily because the energy input and not the beam quality is needed.
  • Ein vorteilhaftes Verfahren sieht vor, dass der Laser mehrmals zeitlich beabstandet über den gleichen Oberflächenbereich geführt wird. An advantageous method provides that the laser several times spaced in time is passed over the same surface area. Dies führt dazu, dass die Energie in zeitlich beabstandeten Intervallen auf einem Oberflächenbereich eingebracht wird, um beispielsweise Überhitzungen zu vermeiden. This results in that the energy is introduced in temporally spaced intervals on a surface portion in order to avoid, for example, overheating.
  • Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird auch mit einer Vorrichtung zum Trocknen einer Oberfläche gelöst, die sich durch eine Lasereinrichtung auszeichnet. The object underlying the invention is also achieved with an apparatus for drying a surface, which is characterized by a laser device.
  • Die Verwendung der Lasereinrichtung kann zusätzlich zu üblichen Trocknungseinrichtungen vorteilhaft sein. The use of the laser device can be advantageous in addition to usual drying facilities. In diesem Fall wird als Ziel des Lasereinsatzes die gleichmäßige Durchwärmung des Auftragsmediums angestrebt. In this case, the uniform heating of the coating medium is intended as a target of laser use. Die Lasereinrichtung kann jedoch auch als einzige Trocknungseinrichtung für den gesamten Energieeintrag zum Austreiben der Feuchtigkeit oder des Lösungsmittels dienen. However, the laser device can also serve as the sole drying device for the entire energy input to drive off the moisture or the solvent.
  • Bei einer derartigen Einrichtung ist es vorteilhaft, wenn eine Fördereinrichtung zum Bewegen der Oberfläche vorgesehen ist. In such a device, it is advantageous if a conveyor is provided for moving the surface.
  • Zusätzlich sollten Mittel zum Bewegen des Lasers vorgesehen sein, um den Laser relativ zur Oberfläche oder mit der Oberfläche zu bewegen. In addition, means should be provided for moving the laser to move the laser relative to the surface or with the surface.
  • Vorteilhaft ist eine Steuerung für die Mittel zum Bewegen des Lasers und die Fördereinrichtung zum Bewegen der Oberfläche. is advantageously a control for the means for moving the laser and the conveyor for moving the surface. Diese Steuerung ermöglicht es, bei einem bewegten Fördergut einen definierten Leistungseintrag an vorbestimmten Stellen der Oberfläche des Fördergutes zu bewirken. This control makes it possible to effect a defined power input at predetermined locations of the surface of the conveyed material in a moving conveyed.

Claims (12)

  1. Verfahren zum Trocknen einer Oberfläche, dadurch gekennzeichnet , dass die Oberfläche mit einem Laser bestrahlt wird. A method of drying a surface, characterized in that the surface is irradiated with a laser.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche freies oder gebundenes Wasser aufweist. A method according to claim 1, characterized in that the surface has free or bound water.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche freies oder gebundenes Lösungsmittel aufweist. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the surface free or bound solvent has.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche eine Seite eines Filmes bildet. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the surface forms one side of a film.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Laser ein Diodenlaser ist. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the laser is a diode laser.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Laser eine Leistung von 0,5 bis 5kW, vorzugsweise 1 bis 2 kW, aufweist. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the laser has a power of 0.5 to 5 kW, preferably 1 to 2 kW.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Laser und Oberfläche relativ zueinander bewegt werden. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the laser and the surface are moved relative to each other.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Laser mehrmals zeitlich beabstandet über den gleichen Oberflächenbereich geführt wird. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the laser several times spaced in time is passed over the same surface area.
  9. Vorrichtung zum Trocknen einer Oberfläche gekennzeichnet durch eine Lasereinrichtung. An apparatus for drying a surface characterized by a laser device.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine Fördereinrichtung zum Bewegen der Oberfläche. Device according to claim 9, characterized by a conveyor for moving the surface.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Lasereinrichtung Mittel zum Bewegen des Lasers aufweist. Device according to claim 9 or 10, characterized in that the laser device comprises means for moving the laser.
  12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, gekennzeichnet durch eine Steuerung für die Mittel zum Bewegen des Lasers und die Fördereinrichtung zum Bewegen der Oberfläche. Device according to one of claims 9 to 11, characterized by a control for the means for moving the laser and the conveyor for moving the surface.
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