DE102005012403A1

DE102005012403A1 - Anordnung zum Aktivieren einer polymerisierbaren Flüssigkeit

Info

Publication number: DE102005012403A1
Application number: DE200510012403
Authority: DE
Inventors: Heiner Bayer; Michael Decker; Bernhard Lichtinger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2005-03-17
Filing date: 2005-03-17
Publication date: 2006-09-21

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Aktivieren einer polymerisierbaren Flüssigkeit, mit einer Strahlenquelle (6) und mit einem Strahlentisch (2). In dem Strahlentisch (2) ist auf einer der Strahlenquelle (6) zugewandten Bestrahlungsseite (8) eine Transportnut (12) für die polymerisierbare Flüssigkeit ausgebildet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Aktivieren einer polymerisierbaren Flüssigkeit mit einer Strahlenquelle und mit einem Strahlentisch.

Die Polymerisation der polymerisierbaren Flüssigkeit wird durch Strahlung, vorzugsweise UV-Strahlung, aktiviert. Bei der polymerisierbaren Flüssigkeit kann es sich beispielsweise um ein Reaktionsharz handeln. Die Zeitdauer, in der die Flüssigkeit nach dem Aktivieren polymerisiert, ist abhängig von der absorbierten Strahlendosis, von der Temperatur der Flüssigkeit und von der Zusammensetzung der Flüssigkeit. Nach dem Aktivieren kann die Flüssigkeit im Rahmen der Zeitdauer verarbeitet werden. Wichtig bei dem Aktivieren ist, dass die gesamte Flüssigkeit homogen mit der vorgegebenen Strahlendosis bestrahlt wird.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung zu schaffen, die einfach ein homogenes und geeignet vorgegebenes Bestrahlen einer polymerisierbaren Flüssigkeit ermöglicht.

Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung zeichnet sich aus durch eine Anordnung zum Aktivieren einer polymerisierbaren Flüssigkeit. Die Anordnung umfasst eine Strahlenquelle und einen Strahlentisch. In dem Strahlentisch ist eine Transportnut ausgebildet auf einer Bestrahlungsseite des Strahlentischs, die der Strahlenquelle zugewandt ist.

Die Transportnut ermöglicht einen gerichteten Transport der polymerisierbaren Flüssigkeit ohne Wirbelbildung. Falls die Transportnut im Querschnitt breit und flach ausgebildet ist, ermöglicht dies eine homogene Belichtung der polymerisierbaren Flüssigkeit.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Anordnung ist die Transportnut mäanderförmig ausgebildet. Durch die Mäanderform ist das Verhältnis von der Fläche, die die Transportnut als ganzes abdeckt, zu der Länge der Transportnut günstig.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Anordnung ist die Transportnut so ausgebildet und angeordnet, dass sie im Wesentlichen einen kreisförmigen Bereich abdeckt. Dies trägt zu einem besonders homogenen Bestrahlen bei, falls eine punktförmige Strahlenquelle, beispielsweise eine UV-Lampe, zum Bestrahlen verwendet wird. Bezüglich des Platzbedarfs ist die Transportnut besonders günstig ausgebildet, wenn sie in Verbindung mit der Mäanderform im Wesentlichen einen kreisförmigen Bereich abdeckt.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Transportnut im Wesentlichen geradlinig ausgebildet. Dies trägt wirkungsvoll zu dem gerichteten Transport der polymerisierbaren Flüssigkeit ohne Wirbelbildung in der Transportnut bei.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Transportnut so ausgebildet, dass ihre Querschnittsfläche stromabwärts zunimmt. Dies trägt einfach zur Vermeidung von Ablagerungen in der Transportnut bei.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Anordnung ist in dem Strahlentisch eine erste Messausnehmung zum Koppeln mit einem Strahlungsmesselement ausgebildet. Die erste Messausnehmung ist so angeordnet, dass sie an einem axialen Ende in einem Überlappungsbereich in die Transportnut mündet. In der ersten Messausnehmung ist eine zumindest teilweise optisch transparente Dichtung angeordnet. Die Dichtung trennt den Teil der ersten Messausnehmung, der von der Transportnut abgewandt ist, gegenüber der Transportnut dichtend ab. Falls die von der Strahlenquelle abgestrahlte Strahlungsleistung bekannt ist, so ermöglicht die erste Messausnehmung, die von der Strahlenquelle aus hinter der Transportnut angeordnet ist, die Strahlendosis zu ermitteln, die von der polymerisierbaren Flüssigkeit absorbiert wird. Dazu kann einfach abhängig von der Strahlungsleistung der Strahlenquelle die Bestrahlungsstärke auf der Bestrahlungsseite des Strahlentischs ermittelt und von der Bestrahlungsstärke abgezogen werden, die in der ersten Messausnehmung mit dem Strahlungsmesselement gemessenen wird.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Anordnung erstreckt sich die erste Messausnehmung durch den Strahlentisch in einer Strahlrichtung der Strahlenquelle hin zu einer Seite des Strahlentischs, die von der Bestrahlungsseite abgewandt ist. Die Strahlrichtung kann von einer Senkrechten auf der Bestrahlungsseite abweichen. Dies ermöglicht einfach das Ermitteln der Strahlendosis, die von der Flüssigkeit absorbiert wird und macht einen gegebenenfalls sonst erforderlichen Lichtleiter überflüssig.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Anordnung ist in dem Strahlentisch eine zweite Messausnehmung so ausgebildet, dass sie sich von der Bestrahlungsseite in Richtung weg von der Bestrahlungsseite erstreckt. Dies ermöglicht auf einfache Weise das Ermitteln der Bestrahlungsstärke, der die polymerisierbare Flüssigkeit in der Transportnut ausgesetzt ist.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Anordnung erstreckt sich die zweite Messausnehmung durch den Strahlentisch in der Strahlrichtung der Strahlenquelle hin zu der Seite des Strahlentischs, die der Bestrahlungsseite abgewandt ist. Dies ermöglicht einfach das Ermitteln der Bestrahlungsstärke auf der Bestrahlungsseite und macht einen gegebenenfalls sonst erforderlichen Lichtleiter überflüssig.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Anordnung ist in dem Strahlentisch ein Kühlkanal für eine Kühlung ausgebildet und ein Temperatursensor angeordnet. Der Ablauf der Polymerisation bei und nach dem Aktivieren ist stark abhängig von der Temperatur der Flüssigkeit. Die Kühlung ermöglicht daher, den Ablauf der Polymerisation durch Vorgabe der Temperatur der polymerisierbaren Flüssigkeit einfach zu kontrollieren.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Anordnung ist auf der Bestrahlungsseite des Strahlentischs eine transparente Abdeckung angeordnet. Die transparente Abdeckung deckt die Transportnut in Richtung hin zu der Strahlenquelle ab. Dies ermöglicht, eine geeignete Druckdifferenz zwischen dem Zulauf und dem Ablauf vorzugeben. Darüber hinaus kann der Strahlentisch und die Strahlenquelle so angeordnet werden, dass die Fläche der Bestrahlungsseite von einer Horizontalen abweicht, ohne dass Flüssigkeit aus der Transportnut fließt.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Anordnung umfasst die Anordnung eine Blende und/oder einen Lichtfilter, die in Strahlrichtung zwischen der Strahlenquelle und dem Strahlentisch angeordnet sind. Dies ermöglicht abhängig von der polymerisierbaren Flüssigkeit und ihrer Anwendung nach dem Aktivieren einfach die Bestrahlungsstärke zu variieren, der die polymerisierbare Flüssigkeit in der Transportnut ausgesetzt ist. In Verbindung mit einer mäanderförmigen Transportnut, die im Wesentlichen einen kreisförmigen Bereich abdeckt, kann mit der Blende und/oder dem Lichtfilter einfach die Bestrahlungsstärke vorgegeben werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Anordnung ist die Strahlenquelle in einer Schutzkappe angeordnet. Die Schutzkappe ist an ihrer Innenseite, die der Strahlenquelle zugewandt ist, lichtreflektierend ausgebildet. Die Schutzkappe ist in Strahlrichtung hin zu dem Strahlentisch geöffnet. Dies ermöglicht einfach einen hohen Wirkungsgrad bei dem Bestrahlen und schützt gleichzeitig die Umgebung vor den Strahlen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Anordnung weist die Schutzkappe an ihrer Außenseite Kühlrippen auf. Dies trägt einfach zu der Kühlung der Schutzkappe bei.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Anordnung weist die Schutzkappe mindestens eine Lüftungsausnehmung auf. Dies ermöglicht den Austausch aufgewärmter Luft unter der Schutzkappe auf einfache Weise.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Anordnung zum Aktivieren einer polymerisierbaren Flüssigkeit,
2 eine Bestrahlungsseite einer ersten Ausführungsform eines Strahlentischs,
3 die Bestrahlungsseite einer zweiten Ausführungsform des Strahlentischs.
Eine Anordnung zum Aktivieren einer polymerisierbaren Flüssigkeit umfasst einen Strahlentisch 2, eine darüber angeordnete Schutzkappe 4 und eine in der Schutzkappe 4 angeordnete Strahlenquelle 6. Das Aktivieren der polymerisierbaren Flüssigkeit erfolgt durch Bestrahlen der polymerisierbaren Flüssigkeit mit Strahlung aus der Strahlenquelle 6. Bei der Strahlung handelt es sich vorzugsweise um UV-Strahlung. Der Strahlentisch 2 hat eine Bestrahlungsseite 8, die der Strahlenquelle 6 zugewandt ist. Sie liegt einer Seite 9 des Strahlentischs gegenüber, die von der Strahlenquelle 6 abgewandt ist. Die polymerisierbare Flüssigkeit wird über einen Zulauf 10 in eine Transportnut 12 gepumpt und fließt nach Durchfließen der Transportnut 12 in einen Ablauf 14 ab. Der Strahlentisch 2 kann auch ohne Zulauf 10 und ohne Ablauf 14 ausgebildet sein. Dann kann die Transportnut beispielsweise aus einer bezüglich dem Strahlentisch 2 externen Quelle mit Flüssigkeit befüllt werden, die in einen bezüglich des Strahlentischs 2 externen Ablauf abfließen kann. Die Transportnut 12 ist auf der Bestrahlungsseite 8 des Strahlentischs 2 ausgebildet. Die Bestrahlungsstärke nimmt mit der Dicke der bestrahlten Flüssigkeitsschicht exponentiell ab. Eine vorzugsweise breite und flache Transportnut 12 ermöglicht daher ein besonders homogenes Bestrahlen der polymerisierbaren Flüssigkeit. Bevorzugt nimmt eine Querschnittsfläche der Transportnut 12 vom Zulauf 10 entlang der Transportnut 12 in Richtung hin zu dem Ablauf 14 zu. Dies trägt wirkungsvoll zu einer Vermeidung von Ablagerungen in der Transportnut 12 bei.
In Strahlrichtung von der Strahlenquelle 6 aus hinter der Transportnut 12, ist eine erste Messausnehmung 16 ausgebildet. Die erste Messausnehmung 16 mündet in einem Überlappungsbereich 20 in die Transportnut 12. In der ersten Messausnehmung 16 ist nahe dem Überlappungsbereich 20 eine Dichtung 22 ausgebildet. Bevorzugt ist die Dichtung 22 an einem axialen Ende der ersten Messausnehmung 16 angeordnet, das der Transportnut 12 zugewandt ist. Die Dichtung 22 verhindert, dass die Flüssigkeit aus der Transportnut 12 in die erste Messausnehmung 16 fließt. Die Dich tung 22 ist zumindest teilweise aus einem optisch transparenten Material gebildet. Die Dichtung 22 kann beispielsweise ein Glasfaserkabel umfassen, das passgenau in der ersten Messausnehmung 16 angeordnet ist. Die Dichtung 22 erstreckt sich vorzugsweise in Strahlrichtung von der Transportnut 12 aus bis hin zu der Seite 9 des Strahlentischs 2, die der Strahlenquelle 6 abgewandt ist. Die erste Messausnehmung 16 ist bevorzugt mit einem Strahlungsmesselement gekoppelt an einem axialen Ende der ersten Messausnehmung 16, das von der Transportnut 12 abgewandt ist. Die erste Messausnehmung 16 kann auch anders ausgebildet sein, solange mit einem Lichtleiter und/oder einem Spiegel gewährleistet ist, dass mit dem Strahlungsmesselement die Bestrahlungsstärke der Strahlung messbar ist, die von der polymerisierbaren Flüssigkeit nicht absorbiert wird. In Verbindung mit einer Messung, mit der die Bestrahlungsstärke auf der Bestrahlungsseite 8 des Strahlentischs 2 gemessen wird, kann die Strahlendosis ermittelt werden, die von der Flüssigkeit absorbiert wird. Dies kann beispielsweise über eine zweite Messausnehmung 18 erfolgen. Die zweite Messausnehmung 18 erstreckt sich bevorzugt von der Bestrahlungsseite 8 weg in Richtung zu der Seite 9 des Strahlentischs 2, die der Strahlenquelle 6 abgewandt ist. Die absorbierte Strahlendosis wird ermittelt, indem von der durch die erste Messausnehmung 16 gemessenen Bestrahlungsstärke die durch die zweite Messausnehmung 18 gemessene Bestrahlungsstärke abgezogen wird. Die Bestrahlungsstärke auf der Bestrahlungsseite kann auch ohne die zweite Messausnehmung 18 ermittelt werden.
Die Polymerisation der Flüssigkeit nach dem Aktivieren ist stark abhängig von der Temperatur der Flüssigkeit. Der Reaktionsprozess kann daher einfach kontrolliert werden, indem die Flüssigkeit auf einer geeignet vorgegebenen Temperatur gehalten wird. Dem Aufheizen des Strahlentischs und der Flüssigkeit aufgrund der Strahlung aus der Strahlenquelle 6 wirkt eine Kühlung mit einem Kühlkanal 24 entgegen. Der Kühlkanal 24 ist in dem Strah lentisch 2 ausgebildet. Der Kühlkanal 24 wird vorzugsweise mit Kühlwasser gespült. Die von dem Strahlentisch 2 aufgenommene Wärme wird an das Kühlwasser abgegeben. Es kann aber auch eine andere Kühlflüssigkeit verwendet werden. Die Kühlung kann auch bezüglich des Strahlentischs 2 extern angeordnet sein. Es kann sich auch um eine flüssigkeitsfreie Kühlung handeln.
Bevorzugt ist die Transportnut 12 mit einer Abdeckung 26 verschlossen. Die Abdeckung 26 erstreckt sich vorzugsweise über die gesamte Bestrahlungsseite 8 des Strahlentischs. Die Abdeckung 26 kann aber so ausgebildet und angeordnet sein, dass lediglich die Transportnut 12 abgedeckt ist. So kann der Strahlentisch 2 mit einer beliebigen Orientierung der Bestrahlungsseite 8 aufgestellt werden. Darüber hinaus bietet eine abgedeckte Transportnut 12 die Möglichkeit, eine geeignete Druckdifferenz zwischen dem Zulauf 10 und dem Ablauf 14 vorzugeben. Die Druckdifferenz gibt eine Fließgeschwindigkeit der polymerisierbaren Flüssigkeit in der Transportnut 12 vor. Die Fließgeschwindigkeit ist abhängig von einem Fließwiderstand, der abhängig ist von den Eigenschaften der polymerisierbaren Flüssigkeit und einer Länge und einer Querschnittsfläche der Transportnut 12, die einen Volumenstrom der polymerisierbaren Flüssigkeit vorgeben. Die Fließgeschwindigkeit hat direkten Einfluss auf die Strahlendosis, die von der Flüssigkeit absorbiert wird. Fließt die Flüssigkeit langsam durch die Transportnut 12, so ist die absorbierte Strahlendosis bei gleicher Bestrahlungsstärke hoch im Vergleich zu einem schnellen Fließen der Flüssigkeit durch die Transportnut 12. Ferner hat eine Fläche der Transportnut 12, die von der Strahlenquelle 6 bestrahlt wird direkten Einfluss auf die absorbierte Strahlendosis.
In Strahlrichtung zwischen der Abdeckung 26 und der Strahlenquelle 6 kann eine Blende 28 und/oder ein Lichtfilter angeordnet sein. Durch die Blende 28 kann die bestrahlte Fläche der Transportnut 12 einfach variiert werden. Fließt in der Transportnut 12 beispielsweise eine polymerisierbare Flüssigkeit, die zum Aktivieren nur eine sehr kurze Bestrahlungsdauer erfordert, so kann die Blende 28 so gewählt werden, dass der Strahlung nur ein kleiner Teil der Transportnut 12 ausgesetzt ist, bevorzugt die Mitte der Transportnut. Die Strahlungsleistung der Strahlenquelle 6 ist in der Regel nur in einem Bereich von 60% bis 100% regelbar und nimmt mit fortschreitendem Alter der Strahlenquelle 6 ab. Der Lichtfilter bietet einfach die Möglichkeit, die Bestrahlungsstärke auf der Bestrahlungsseite 8 des Strahlentischs 2 genau vorzugeben. Die Blende 28 und/oder der Lichtfilter kann an der Schutzkappe 4 oder an einer eigens dafür vorgesehenen Vorrichtung angeordnet sein.
Die Schutzkappe 4 schützt die Umgebung außerhalb der Schutzkappe 4 vor den Strahlen aus der Strahlenquelle. Bevorzugt ist die Schutzkappe 4 an ihrer Innenseite, die der Strahlenquelle 6 zugewandt ist, mit einer reflektierenden Schicht beschichtet. Dies erhöht den Wirkungsgrad der Anordnung. An ihrer Außenseite weist die Schutzkappe 4 vorzugsweise Kühlrippen 30 auf. Die Wärme abstrahlende Oberfläche der Schutzkappe 4 wird durch die Kühlrippen 30 deutlich vergrößert. Dies führt zu einer wirkungsvollen Wärmeabgabe von der Schutzkappe 4 an die Umgebungsluft. Darüber hinaus kann es vorteilhaft sein, wenn die Schutzkappe 4 mindestens ein, bevorzugt mehrere Belüftungslöcher aufweist. Dadurch kann die durch die Strahlung erwärmte Luft unter der Schutzkappe 4 einfach mit der Umgebungsluft ausgetauscht werden.
Zentral über dem Strahlentisch ist die Strahlenquelle 6 angeordnet. Bei der Strahlenquelle 6 kann es sich um eine oder mehrere UV-Lampen handeln. Es kann sich aber auch abhängig von polymerisierbaren Flüssigkeit um eine oder mehrere Leuchtstoffröhren oder eine Elektronenkanone handeln. Darüber hinaus kann die Strahlenquelle 6 lediglich aus einer Linse gebildet sein, die Licht aus einem Lichtleiter 32 in geeigneter vorgegebener Weise auf den Strahlentisch 2 fokussiert.
Der Verlauf der Transportnut 12 ist bevorzugt mäanderförmig ausgebildet (2). Die von der Transportnut 12 abgedeckte Gesamtfläche kann beispielsweise einen im Wesentlichen kreisförmigen Bereich abdecken. Dies ist bei einer einzelnen UV-Lampe oder einer Linse als Strahlenquelle 6 günstig bezüglich der Homogenität der Bestrahlung.
Der Strahlentisch 2 kann auch anders ausgebildet sein und/oder mehrere Transportnuten 12 aufweisen (3). Der Verlauf der Transportnuten 12 kann dann der Ausführungsform des Strahlentischs 2 angepasst werden. Eine vorzugsweise geradlinige Ausbildung der Transportnut 12 trägt zu einer geringen Wirbelbildung in der polymerisierbaren Flüssigkeit in der Transportnut 12 bei.

Claims

Anordnung zum Aktivieren einer polymerisierbaren Flüssigkeit, mit einer Strahlenquelle (6) und mit einem Strahlentisch (2), in dem auf einer der Strahlenquelle (6) zugewandten Bestrahlungsseite (8) eine Transportnut (12) für die polymerisierbare Flüssigkeit ausgebildet ist.
Anordnung nach Anspruch 1, bei der die Transportnut (12) mäanderförmig ausgebildet ist
Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die Transportnut (12) so ausgebildet und angeordnet ist, dass sie im Wesentlichen einen kreisförmigen Bereich abdeckt.
Anordnung nach Anspruch 1, bei der die Transportnut (12) im Wesentlichen geradlinig ausgebildet ist.
Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die Transportnut (12) so ausgebildet ist, dass eine Querschnittsfläche der Transportnut (12) stromabwärts zunimmt.
Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der in dem Strahlentisch (2) eine erste Messausnehmung (16) zum Koppeln mit einem Strahlungsmesselement so ausgebildet und angeordnet ist, dass sie an einem axialen Ende in einem Überlappungsbereich (20) in die Transportnut (12) mündet, und in der eine zumindest teilweise optisch transparente Dichtung (22) angeordnet ist, die den Teil der ersten Messausnehmung (16), der von der Transportnut (12) abgewandt ist, gegenüber der Transportnut (12) dichtend abtrennt.
Anordnung nach Anspruch 6, bei der sich die erste Messausnehmung (16) durch den Strahlentisch (12) in einer Strahlrichtung der Strahlenquelle (6) hin zu einer der Bestrahlungsseite (8) abgewandten Seite (9) des Strahlentischs (2) erstreckt.
Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der in dem Strahlentisch (2) eine zweite Messausnehmung (18) so ausgebildet ist, dass sie sich von der Bestrahlungsseite (8) in Richtung weg von der Bestrahlungsseite (8) erstreckt.
Anordnung nach Anspruch 8, bei der sich die zweite Messausnehmung (18) durch den Strahlentisch (2) in einer Strahlrichtung der Strahlenquelle (6) hin zu der Seite (9) des Strahlentischs (2) erstreckt, die der Bestrahlungsseite (8) abgewandt ist.
Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der in dem Strahlentisch (2) ein Kühlkanal 24 für eine Kühlung ausgebildet und ein Temperatursensor angeordnet ist.
Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der auf der Bestrahlungsseite (8) des Strahlentischs (2) eine transparente Abdeckung (26) angeordnet ist, die in Richtung zu der Strahlenquelle (6) hin die Transportnut (12) abdeckt.
Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, die eine Blende (28) und/oder einen Lichtfilter umfasst, die in Strahlrichtung zwischen der Strahlenquelle (6) und dem Strahlentisch (2) angeordnet sind.
Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die Strahlenquelle (6) in einer Schutzkappe (4) angeordnet ist, die an ihrer der Strahlenquelle (6) zugewandten Innenseite lichtreflektierend ausgebildet ist und die in Strahlrichtung hin zu dem Strahlentisch (8) geöffnet ist.
Anordnung nach Anspruch 13, bei der die Schutzkappe (4) an ihrer Außenseite Kühlrippen (30) aufweist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 13 oder 14, bei der die Schutzkappe (4) mindestens eine Lüftungsausnehmung aufweist.