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Die
Erfindung betrifft eine Bestrahlungseinrichtung nach dem Oberbegriff
von Anspruch 1.
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Es
sind Verfahren zur Behandlung von Lackbeschichtungen, Oberflächenstrukturen
oder Druckfarben unter Einsatz von elektromagnetischer Strahlung
bekannt, deren wesentlicher Wirkanteil im Bereich des nahen Infrarot,
insbesondere im Wellenlängenbereich
zwischen 0,8 μm
und 1,5 μm,
oder im Bereich der ultravioletten Strahlung (UV-Bereich) liegt. Bei
diesen Anwendungen ist typischerweise die Ausbildung einer relativ
großflächigen Bestrahlungszone mit
hoher Leistungsdichte im Interesse einer hohen Produktivität des jeweiligen
Verfahrens von Bedeutung.
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Von
daher ist auch der Einsatz von mehreren parallel zueinander angeordneten
lang gestreckten Halogenlampen, die einen röhrenförmigen, an den Enden gesockelten
Glaskörper
mit mindestens einer Glühwendel
haben, in einem lang gestreckten Reflektor als Bestrahlungsanordnung
für thermische Bestrahlungsprozesse
bekannt. Die mit derartigen Bestrahlungsanordnungen realisierten
sehr hohen Leistungsdichten oberhalb (teilweise weit oberhalb) von
100 kW/m2 erfordern zur Gewährleistung
einer ausreichenden Lebensdauer der Lampen und Formbeständigkeit
der Reflektoranordnungen eine Kühlung.
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In
der auf die Anmelderin zurückgehenden
DE 100 51 641 A1 wird
daher eine modular aufzubauende Bestrahlungsanordnung mit NIR-Strahlern und
integrierter Flüssigkeitskühlung des
Reflektors vorgeschlagen.
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Aus
der
DE 100 51 642
A1 ist eine Bestrahlungsanordnung zur Ausführung von
Prozessen der oben genannten Art bekannt, die einen gekühlten Hauptreflektor,
der lang gestreckte Halogenlampen trägt, und seitlich von diesem
angeordnete separate Seitenreflektoren aufweist. Diese sind insbesondere im
Wesentlichen senkrecht zu der durch die Mittenachsen der Halogenlampen
am Hauptreflektor aufgespannten Ebene angeordnet.
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Aus
der ebenfalls auf die Anmelderin zurückgehenden
DE 100 51 905 A1 ist eine
Strahlungsquelle mit lang gestreckten Halogenlampen bekannt, deren
Enden zum Glaskörper
hin umgebogen und verdickt oder verdichtet ausgeführt sind.
In einer bevorzugten Ausführung
sind den Lampenenden Kühlmittel
zur Wärmeabführung zugeordnet,
die für
einen steilen T-Gradienten zwischen den umgebogenen Bereichen des
Glaskörpers
und den benachbarten elektrischen Anschlüssen sorgen sollen. In einer noch
spezielleren Ausführung
ist zur Kühlung
ein Pressluft-Strömungskanal
mit nahe den Enden des Glaskörpers
der Lampen angeordneten Austrittsöffnungen vorgesehen.
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In
der
DE 102 57 432
A1 wird eine luftgekühlte
Bestrahlungsanordnung vorgeschlagen, die einen rückseitig mit Kühlrippen
ausgestatteten Reflektor und eine speziell gestaltete Kanalanordnung
zur Zuleitung von durch ein Gebläse
gelieferter Kühlluft
zur Reflektorrückseite
umfasst.
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Aus
der
DE 100 240 99
A1 und
WO 2005/105448
A2 sind jeweils technische Bestrahlungseinrichtungen bzw.
Trockner für
Druckmaschinen, Lackieranlagen oder dergleichen bekannt, die eine
Mehrzahl von langgestreckten UV- bzw. IR-Strahlern und eine Mehrzahl
von Hauptreflektorabschnitten aufweisen, welche aus Metallblech
in einer an die Form der Strahler angepassten Form gebogen sein
können.
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Die
vorgenannten Strahlungsquellen bzw. Bestrahlungsvorrichtungen haben
sich inzwischen in mannigfachen Anwendungen bestens bewährt, erreichen
hohe Standzeiten und liefern Bestrahlungszonen mit weitgehend den
von den Anwendern geforderten Parametern. Jedoch sind auch Anwendungssituationen
aufgetreten, in denen die für
den Einsatz bestimmter Bestrahlungsanordnungen erforderlichen Voraussetzungen – etwa Kühlwasser-
oder Pressluftanschlüsse – nicht
gegeben sind. Zudem bestehen in bestimmten Applikationen niedrige
Kostenobergrenzen, deren Einhaltung mit bekannten Konstruktionen problematisch
ist.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe der Bereitstellung einer verbesserten
Bestrahlungseinrichtung zugrunde, die sich durch einen kostengünstigen
und wartungsfreundlichen Aufbau auszeichnet und leicht an verschiedene
Anwendungen anpassbar ist.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Bestrahlungseinrichtung mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 bzw., in einer relativ selbstständigen Ausprägung des
Erfindungsgedankens, durch eine Bestrahlungseinrichtung mit den
Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst.
Zweckmäßige Fortbildungen
des Erfindungsgedankens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die
Erfindung schließt
den wesentlichen Gedanken ein, unter bewusstem Abgehen von bislang vorherrschenden
Entwicklungslinien eine Leichtbau-Bestrahlungseinrichtung mit entsprechend
sehr geringer thermischer Masse und somit geringer thermischer Trägheit bereitzustellen.
Sie schließt
weiter den Gedanken ein, mindestens die wichtigsten Reflektorteile
aus Metallblech zu fertigen, das mittels einfacher Bearbeitungsvorgänge (Abkanten,
ggf. Biegen) in Kosten sparender Weise in die erforderliche Form
gebracht wird. Letztlich schließt
die Erfindung auch den Gedanken ein, die den einzelnen Strahlern
zugeordneten Hauptreflektorabschnitte als separate Module zu fertigen
und leicht auswechselbar in einer Halterung bzw. einem Gehäuse der
Bestrahlungseinrichtung zu fixieren.
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Diese
Merkmalskombination ermöglicht
nicht nur eine kostengünstige
Herstellung der wichtigsten Anlagenkomponenten, sondern auch deren
leichte Montage und – falls
erforderlich – Demontage
und Auswechslung oder auch einfach Entnahme, zur Realisierung einer
leistungsreduzierten Anlage, gemäß speziellen
Anwender-Anforderungen. Zudem ermöglicht die Leichtbau-Ausführung aus
kostengünstigen Ausgangsmaterialen
erhebliche Materialkosteneinsparungen und zudem eine leichtere Handhabung der
Reflektoren und ggf. weiterer Anlagenteile.
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Im
zweiten wesentlichen Denkansatz schließt die Erfindung den Gedanken
ein, erhöhte Flexibilität bei der
Anpassung an unterschiedliche Anwenderforderungen und Einsatzbedingungen durch
einen modularen Aufbau der Bestrahlungseinrichtung zu erreichen.
In diesem Zusammenhang gehört
zur Erfindung weiterhin der Gedanke, einen separaten Strahlerhalterungs-Teil
und mindestens einen Luftkühler-Teil – bevorzugt
aber verschiedene Luftkühler-Teile – bereitzustellen
und bedarfsweise miteinander zu verbinden. Hierdurch lassen sich
Varianten mit interner Kühlung
sowie solche zum Anschluss an externe Gebläse oder auch Druckluftversorgungen
realisieren.
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Besondere
Flexibilität
lässt sich
durch eine Kombination der Modularität auf der Einzelstrahler-Ebene
mit der Modularität
des Gehäuseaufbaus erzielen.
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In
einer bevorzugten Ausführung
der Erfindung gemäß dem erstgenannten
Konzept ist vorgesehen, dass die Hauptreflektoren eine im Wesentlichen
der Länge
eines geradlinigen Abschnitts der Strahler entsprechende Länge haben
und Sockelabschnitte der Strahler jenseits der Enden der Hauptreflektoren
im Strahlergehäuse
angeordnet sind. Hierdurch lassen sich die Hauptreflektoren in besonders einfacher
Profilgestalt und damit besonders kostengünstig fertigen, denn die im
Bereich der Lampenenden sinnvolle komplexere Reflektorgeometrie
ist dann nicht mehr Teil der Hauptreflektoren.
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Besondere
Einfachheit in der Montage und Wartung der Bestrahlungseinrichtung
lässt sich
dadurch erreichen, dass die Hauptreflektoren mittels einer Rast-
bzw. Klemmverbindung im Strahlergehäuse befestigt sind, die insbesondere
ohne Werkzeug lösbar
ist. Einfaches Ergreifen der Hauptreflektoren und Ausführung einfacher
Handbewegungen reicht zum Einsetzen der Hauptreflektoren in das
Strahlergehäuse
sowie zum Entnehmen aus diesem aus, so dass etwa thermisch übermäßig beanspruchte
oder beschmutzte Reflektoren auch von weniger qualifiziertem Personal
leicht und sicher ausgetauscht werden können.
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Eine
optisch den Anforderungen genügende und
zugleich besonders kostengünstige
Ausführung der
Bestrahlungseinrichtung lässt
sich dadurch realisieren, dass die Hauptreflektoren die Form einer
in einen Quader einbeschriebenen Rinne, insbe sondere mit W- oder
V-Profil, aufweisen. Diese Form lässt sich nämlich durch einfaches Abkanten
eines dünnen Metallbleches
(speziell eines Aluminiumbleches mit zumindest einseitig hochwertiger
Oberfläche)
realisieren.
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Eine
weitere bevorzugte Ausführung
zeichnet sich dadurch aus, dass die Strahler seitlich gegenüber der
Linie ihrer Längserstreckung
versetzte und senkrecht zu dieser Linie verlaufende Sockelabschnitte
aufweisen und den Sockelabschnitten Endreflektorabschnitte zugeordnet
sind. Diese sind von den Hauptreflektoren getrennt und insbesondere
für eine
Mehrzahl von Strahler gemeinsam durch aus Metallblech gebogene und/oder
abgekantete und im Strahlergehäuse
separat von den Hauptreflektoren befestigte Endreflektoren gebildet.
Auch diese lassen sich durch einfache Abkantvorgänge aus Metallblech (Al-Blech)
kostengünstig
fertigen, und zwar in einer an die speziellen optischen Verhältnisse
an den Lampenenden angepassten Form. Wenn, wie es die Regel ist,
die Strahler als NIR-Strahler (oder ggf. auch als UV-Strahler) mit
einem zum Sockelabschnitt hin umgebogenen Strahlerkörper ausgebildet
sind, sieht das so aus, dass die Endreflektoren eine hieran angepasste
Trogform mit verschieden hohen und/oder unterschiedlich schräg stehenden
Reflektorwänden aufweisen.
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Im
Interesse einer langen Lebensdauer der Hauptreflektoren und Strahler
ist vorgesehen, dass Außenwandungen
der Hauptreflektoren derart geformt und die Hauptreflektoren derart
im Strahlergehäuse
gehaltert sind, dass zwischen Ihnen erste Kühlluft-Durchgänge gebildet
sind. Von der Rückseite
der Reflektoren eingeblasene Kühlluft
streicht dann zwischen den Hauptreflektoren hindurch und kühlt deren
Flanken ebenso wie den Mittelteil, so dass thermische Verformungen
weitgehend ausgeschlossen sind und die leichte Austauschbarkeit auch
nach längerer
Betriebsdauer erhalten bleibt.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführung
ist vorgesehen, dass in den Endreflektoren zweite Kühlluft-Durchgänge zur
Kühlung
der Strahlerenden gebildet sind. Bekanntermaßen bedürfen die Strahlerenden bei
der Kühlung
besonderer Aufmerksamkeit, weil sie thermisch besonders beansprucht
sind und bei praktisch weit verbreiteten Strahlerkonstruktionen dort
thermisch empfindlicher Bauteile angeordnet sind.
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Zweckmäßigerweise
ist zudem vorgesehen, dass im Strahlerhalterungs-Teil Fassungen
für Sockel
der Strahler vorgesehen sind, welche durch im Luftkühler-Teil
angeordnete Fixierungsmittel fixiert und über im Luftkühler-Teil
verlaufende Zuleitungen elektrisch angeschlossen sind. Hierbei lassen
sich die Zuleitungen und Anschlüsse
besonders leicht montieren und ggf. warten.
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Eine
zweckmäßige Ausführung der
vorgeschlagenen Bestrahlungseinrichtung gemäß dem zweiten konzeptionellen
Ansatz zeichnete sich dadurch aus, dass der Strahlerhalterungs-Teil
und der Luftkühler-Teil
quaderförmig
mit übereinstimmender Länge und
Breite ausgeführt
sind. Bedarfsweise können
weitere quaderförmige
Teile mit abgestimmten Abmessungen die Bestrahlungseinheit für spezielle Anwendungen
komplettieren.
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Bei
einer ersten bevorzugten Ausführung
ist vorgesehen, dass der Luftkühler-Teil
ein Lüftergebläse aufnimmt
und eine erste und zweite, einander gegenüberliegende Hauptfläche aufweist,
wobei auf der ersten Hauptfläche
der Strahlerhalterungs-Teil
und auf der zweiten Hauptfläche
eine Luftfilterplatte montiert ist. Die Luftfilterplatte kann hierbei
ein weiteres quaderförmiges
Teil oder eine rechteckige Platte im Sinne der oben erwähnten Komplettierung
bilden, und verschiedene Ausführungen
von Filterplatten können
dem Luftkühler-Teil
modular zugeordnet sein. Bevorzugt ist bei dieser Ausführung zwischen
Gebläselüfter und
Luftfilterplatte ein konischer oder als Pyramidenstumpf ausgebildeter,
trichterförmig
zum Gebläselüfter hin
verlaufender Wandungsabschnitt vorgesehen.
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In
einer hierzu alternativen Ausführung
des Luftkühler-Teils
ist vorgesehen, dass dieses einen Luftkanalanschluss für einen
externen Gebläselüfter und
eine erste und zweite, einander gegenüberliegende Hauptfläche aufweist,
wobei auf der ersten Hauptfläche
der Strahlerhalterungs-Teil montiert und die zweite Hauptfläche geschlossen
ist. Grundsätzlich
kann auch ein standardisierter Druckluftanschluss zur Verbindung
mit einer zentralen Druckluftversorgung vorgesehen sein, und die se
kann ggf. auch auf der zweiten Hauptfläche angeordnet sein, wobei
dann die Seitenflächen
des Luftkühler-Teiles geschlossen
sein werden.
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Vorderseitig
kann das Strahlergehäuse
für spezielle
Anwendungen geschlossen sein. Dies wird vorteilhafterweise dadurch
gewährleistet,
dass das Strahlergehäuse
eine sich oberhalb von Oberkanten der Hauptreflektoren und optionalen
Endreflektoren erstreckende Führung
zur Aufnahme einer Schutzscheibe aufweist. Anstelle einer reinen
Schutzscheibe kann hier auch eine Filterscheibe zur Ausfilterung unerwünschter
Strahlungsanteile oder ggf. auch ein Schutzgitter o. Ä. eingesetzt
werden.
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Vorteile
und Zweckmäßigkeiten
der Erfindung ergeben sich im Übrigen
aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform
anhand der einzigen Figur. Diese zeigt in einer teilweise geschnittenen
perspektivischen Darstellung eine im Bereich des nahen Infrarot
arbeitende Bestrahlungseinrichtung 1, die in modularer
Bauweise in der hier gezeigten Ausführung lösbar aus einem Strahlerhalterungs-Teil 3,
einem Luftkühler-Teil 5 und einer
Luftfilterplatte 7 zusammengesetzt ist. Diese Komponenten
haben gleiche Länge
und Breite und ergeben im Zusammenbau daher einen gut handhabbaren
und in einer Produktionsanlage montierbaren Gerätekörper in Quaderform. Dieser
ist mit freiliegenden NIR-Strahlern 9 dargestellt,
die Vorderseite des Strahlerhalterungs-Teils 3, das nachfolgend
auch als Strahlergehäuse
bezeichnet wird, kann aber auch durch eine Schutzscheibe verschlossen
sein.
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Es
ist zu erkennen, dass die Rückseite
der Luftfilterplatte 7 durch ein Gitter 11 gebildet
ist, welches den Durchtritt von angesaugter Kühlluft in einen annähernd pyramidenstumpfartigen
Trichter 13 erlaubt und zugleich einem dort vorgesehenen
(in der Figur nicht dargestellten) Filtermaterial halt bietet. Das
Luftkühler-Teil 5,
dessen eine Stirnfläche
der Luftfilterplatte 7 zugewandt und gewissermaßen durch
den Ansaugtrichter 13 gebildet ist und dessen andere Stirnfläche dem
Strahlerhalterungs-Teil 3 zugewandt ist, enthält einen
oder mehrere Gebläselüfter 15.
Mit diesem wird Kühlluft
aus der Atmosphäre angesaugt
und in den Strahlerhalterungs-Teil 3 zur Kühlung der
Strahler 9 und zugehörigen
Reflektoren geblasen.
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In
der Figur ist des weiten zu erkennen, dass die Strahler 9 einen über den
größten Teil
ihrer Gesamterstreckung geradlinig lang gestreckten und an beiden
Enden umgebogenen Glaskörper 17 und
an dessen beiden Enden Sockel 19 mit Steckkontakten aufweisen.
Diese sind in Buchsen 21 aufgenommen, die an der dem Luftkühler-Teil 5 benachbarten
Stirnfläche
des Strahlergehäuses 3 angebracht
sind. Nicht dargestellte Zuleitungen zu diesen Buchsen 21 verlaufen
im Luftkühler-Teil 5 und
werden von dort zu einem Sammel-Stromanschluss der Bestrahlungseinrichtung 1 geführt.
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Allen
Strahlerenden gemeinsam ist jeweils ein durch Abkanten in asymmetrischer
Trogform aus Aluminiumblech geformter Endreflektor 23 zugeordnet,
in den jeweils einer der Anzahl der Strahler 9 entsprechenden
Anzahl von Löchern
zum Durchgang der Strahlerenden eingearbeitet ist. Die jenseits
der Strahlerenden verlaufende Seitenfläche der Endreflektoren 23 erstreckt
sich bis über
die Strahlerebene hinaus, so dass eine besonders effiziente Ausnutzung
der Strahlung und zudem Vergleichmäßigung des Strahlungsfeldes
in diesem Bereichen bewirkt wird.
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Den
geradlinig verlaufenden Mittenbereichen der Glaskörper 17 der
Strahler 9 ist jeweils einzeln ein auswechselbar im Strahlergehäuse 3 gehalterter
Hauptreflektor 27 zugeordnet. Die Hauptreflektoren 27 sind
in Form von Rinnen mit annähernd
quaderförmiger
Außenkontur
ebenfalls aus Al-Blech durch Abkanten gebildet und mit kleinen Abständen parallel
zueinander im Strahlergehäuse
aufgereiht. Sie sind mit (in der Figur nicht zu erkennenden) Rast- bzw.
Schnappverbindungen in geeigneten Trägerblechen des Strahlergehäuses 3 gehalten
und manuell, ohne Zuhilfenahme eines Werkzeugs dort einsetzbar und
von dort entnehmbar.
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In
der Figur ist erkennbar, dass die Tragblechstruktur des Strahlergehäuses 3 zahlreiche Durchbrüche aufweist,
durch die vom Gebläselüfter 15 gelieferte
Kühlluft
hinter und zwischen den End- und Hauptreflektoren 23, 27 entlangstreichen
und auch die empfindlichen Strahlerenden beaufschlagen kann, so
dass thermische Überlastungen
auch im Langzeitbetrieb mit hoher Leistung vermieden werden.
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Die
Ausführung
der Erfindung ist nicht auf dieses Beispiel beschränkt, sondern
ebenso in einer Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachgemäßen Handelns
liegen. Insbesondere sind sämtliche
Merkmalskombinationen der abhängigen Ansprüche als
im Schutzbereich der Erfindung liegend anzusehen.