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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Aushärten beschichteter
Oberflächen von zwei- und dreidimensional geformten Objekten
mit mindestens einer auf die Objekte ausrichtbaren Strahlungsquelle
für elektromagnetische Strahlung und einer im Strahlungsbereich
jeder Strahlungsquelle angeordneten Transporteinrichtung zum Transportieren
der Objekte zu und weg von jeder Strahlungsquelle.
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Das
Strahlungshärten kommt in Produktionsprozessen zum Einsatz,
wenn auf einem zwei- oder dreidimensional geformten Werkstück
Beschichtungen, wie beispielsweise Lack-, Klebstoff oder Vergussmasseschichten
aufgebracht werden, die aus wirtschaftlichen Gründen möglichst
schnell aushärten sollen.
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Als
Strahlungsquellen kommen insbesondere UV- oder IR-Strahlungsquellen
in Betracht. Das ultraviolette Spektrum löst eine Polymerisation
aus, die eine schnelle Umwandlung von Flüssigkeiten, die
hauptsächlich aus Monomeren oder Oligomeren bestehen, in
feste Polymere zur Folge hat. Die Infrarot-Bestrahlung erwärmt
die Beschichtung und bewirkt damit deren Trocknung.
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Die
elektromagnetische Strahlungsquelle ist üblicherweise in
einem eine Austrittsöffnung aufweisenden Gehäuse
angeordnet, um eine Bestrahlung des Umfeldes zu vermeiden. Ausgehend
von der Austrittsöffnung hinter der Strahlungsquelle kann
zusätzlich ein die zumeist lang gestreckte Strahlungsquelle
teilweise umgebender Reflektor angeordnet sein. Die zu bestrahlenden
Objekte werden der Strahlungsquelle bei bekannten Vorrichtungen
mittels einer im Strahlungsbereich der Strahlungsquelle angeordneten
Transporteinrichtung, insbesondere einem umlaufenden Transportband
zugeführt.
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Aus
der
DE 101 57 554
B4 ist eine Vorrichtung zum Strahlungshärten einer
Beschichtung eines dreidimensional geformter Objektes bekannt, bei
der das zu bestrahlende Objekt mittels einer Transporteinrichtung
in eine Bestrahlungskammer in Form eines nach unten offenen Gehäuses
befördert wird. Das Objekt wird dabei von einem Eingangsbereich
in die Bestrahlungskammer eingefahren und verlässt die
Bestrahlungskammer wieder durch einen Ausgangsbereich. Die Transportvorrichtung
umfasst dabei eine bewegliche Halterung mit der das zu bestrahlende
Objekt in drei Dimensionen bewegt werden kann. Bei der Transporteinrichtung handelt
es sich um ein kontinuierlich umlaufendes Förderband. Um
die dreidimensional geformten Objekte unter inerten Bedingungen
zu bestrahlen, ist eine Gasdüse für Inertgas mit
wenigstens einer Austrittsöffnung in den Bestrahlungsbereich
hinein gerichtet. Die Objekte werden kontinuierlich, ohne aufwendige
Schleusungs- oder Spülvorgänge durch die Anlage
hindurchgeführt. Zum Befestigen bzw. Lösen der
Objekte an der beweglichen Halterung muss die Transporteinrichtung
im Eingangs- und Ausgangsbereich angehalten werden.
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Schneller
laufende Bänder mit einer Geschwindigkeit von mehr als
10 m/min sind in der Regel jedoch für einen kontinuierlichen
Betrieb ausgelegt. Die zu bestrahlenden Objekte müssen
während des Banddurchlaufs lagerichtig auf dem Band aufgelegt
und ggf. mit einer formschlüssigen Halterung für
eine schlupffreie Mitnahme des Objekts verbunden werden.
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In
zahlreichen industriellen Produktionsprozessen, wie beispielsweise
der grafischen Industrie werden Bandgeschwindigkeiten für
den Transport der zu härtenden Objekte von 200 m/min oder
mehr erreicht.
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Für
die Entwicklung derartiger Prozesse werden Laboranlagen benötigt,
die diese Bandgeschwindigkeiten auch im Labormaßstab erreichen
können, um beispielsweise bei der Entwicklung von Druckfarben
die nötige Strahlungsintensität für deren
Härtung im Durchlaufverfahren ermitteln zu können.
Auch bei der Aushärtung kleiner und mittlerer Serien werden
hohe Bandgeschwindigkeiten unter exakter Einhaltung der Bewegungs-
und Bestrahlungsparameter benötigt.
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Bei
schnell laufenden Bändern mit Geschwindigkeiten oberhalb
von 10 m/min stellt das lagerichtige Auflegen des Objekts bei kontinuierlichem
Betrieb und dessen schlupffreie Mitnahme zwischen Ein- und Ausgangsbereich
der Vorrichtung ein erhebliches Problem dar. Ein diskontinuierlicher
Betrieb lässt sich wegen der notwendigen hohen Beschleunigungskräfte
nicht realisieren.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zu
Grunde, eine Vorrichtung zum Aushärten beschichteter Oberflächen
von zwei- und dreidimensional geformten Objekten zu schaffen, bei der
die Objekte trotz hoher Transportgeschwindigkeiten, insbesondere
von mehr als 10 m/min unproblematisch lagerichtig der Transportvorrichtung
zuführbar sind und die zudem reproduzierbare Prozessparameter
für eine Serie übereinstimmender Objekte ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der Eingangs erwähnten
Art dadurch gelöst, dass die Transportvorrichtung eine
Linearführung für einen Objektträger
zur form- und/oder kraftschlüssigen Halterung der zu bestrahlenden
Objekte aufweist, der mit einem Linearantrieb längs der
Linearführung hin- und her bewegbar ist, dass die Vorrichtung
eine Steuerung mit einem Wegmesssystem zur Messung des Abstandes
zwischen dem Objektträger und einem Bezugspunkt aufweist
und die Steuerung zumindest zur Beeinflussung der Bewegung des Objektträgers
längs des durch die Linearführung vorgegebenen
Transportwegs dient.
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Das
Wegmesssystem gibt der Steuerung die erforderliche Rück meldung,
wo sich der Objektträger in Bezug auf einen Bezugspunkt,
beispielsweise den Anfang der Linearführung, befindet.
Infolge dessen können mit der Steuerung gezielt Start-
und Haltepunkte des Objektträgers für das Be-
und Entladen mit dem zu bestrahlenden Objekt vorgesehen werden sowie
darüber hinaus Beschleunigungen und Geschwindigkeiten des Objektträgers
sowie die Bewegungsrichtung längs des durch die Linearführung
definierten Transportweges bestimmt werden. Auch lassen sich an
beliebigen Stellen des Transportweges gezielt Haltepositionen anfahren,
um beispielsweise eine Abkühlung des zu bestrahlenden Objektes
in einem Abschnitt der Transporteinrichtung zu erreichen, der sich
nicht im Strahlungsbereich der Strahlungsquelle befindet. Als Wegmesssystem kommen
insbesondere elektromechanische Sensoren und induktive oder kapazitive
Wegaufnehmer in Betracht.
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Der
Linearantrieb ermöglicht die Bewegung des Objektträgers
in grader Linie oder längs eines anderen, durch die Linearführung
vorgegebenen Verlaufs. Im Interesse der hohen Transportgeschwindigkeiten
ist die Führung insbesondere als Linearwälzführung
ausgeführt. Als Wälzkörper dienen Kugeln,
Rollen oder andere Wälzkörper, die auf Profilschienen
oder Käfigschienen umlaufen. Der nahezu reibungsfreie Lauf
des aus Linearführung und Linearantrieb bestehenden Linearsystems
ermöglicht hohe Beschleunigungen bei gleichzeitig hoher
Positioniergenauigkeit längs des durch die Linearführung
vorgegebenen Transportweges. Als Linearantriebe kommen Motoren mit
Kraftübertragungsmitteln, wie insbesondere einem Kugelgewinde
(Gewindestangenantrieb), einem Rollengewindetrieb oder einem Zahnriemen
in Betracht, der die Antriebskräfte auf den Objektträger
schlupffrei überträgt, so dass eine hohe Positioniergenauigkeit
des Objektträgers bei gleichzeitig hoher Beschleunigung
möglich ist. Grundsätzlich können jedoch
auch elektromechanische Linearantriebe, Teleskopantriebe oder ein
Linearmotor zum Einsatz gelangen. Linearmotoren erlauben ex trem
hohe Beschleunigungen und Geschwindigkeiten des Objekträgers
von über 200 m/min.
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Die
Antriebs-Steuerung erlaubt es Start- und Haltepositionen für
das Be- und Entladen des Objektträgers längs des
Transportweges vorzusehen und gleichwohl aufgrund des Einsatzes
der Lineartechnik auf kurzen Transportwegen von etwa ein bis zehn
Metern die Objekte auf die für die Bestrahlung gewünschten
Geschwindigkeiten zu beschleunigen.
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Die
lagerichtige Auflage und Fixierung der Objekte auf dem Objektträger
wird einerseits dadurch gewährleistet, dass während
des Beladens des Objektträgers der Objektträger
ruht und andererseits das Objekt korrekt in eine form- und/oder
kraftschlüssige Halterung eingesetzt wird.
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Aufgrund
des schlupffreien Linearsystems lässt sich in Verbindung
mit dem Wegmesssystem zu jedem Zeitpunkt die genaue Position des
Objektträgers und des darauf fixierten Objektes in Bezug
auf die Strahlungsquelle feststellen und mit der Steuerung jedwede
Position gezielt anfahren.
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Die
Steuerung der Bewegungsrichtung, das heißt der bidirektionale
Betrieb des Linearsystems erlaubt es, dass Be- und Entladeposition
der Vorrichtung übereinstimmen können, was insbesondere
bei manueller Be- und Entladung des Objektträgers eine
erhebliche Arbeitserleichterung und damit Kostenersparnis zur Folge
hat.
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Durch
Einstellen der Geschwindigkeit, Wahl eines Geschwindigkeitsprofils
oder Einstellen von Verweilzeiten des Objektes im Strahlungsbereich
der Strahlungsquelle lässt sich bei konstanter Strahlungsintensität
die auf die Beschichtung treffende Lichtmenge beeinflussen. Darüber
hinaus kann die Steuerung zur Beeinflussung von Bestrahlungsparametern
der Strahlungsquelle ausgerüstet sein und beispielsweise
die Strah lungsintensität der Strahlungsquelle abhängig
von der Position des Objektträgers steuern. Unter dem Begriff Strahlungsintensität
wird dabei die Stärke der elektromagnetischen Strahlung
je Flächeneinheit verstanden. Die auf das Objekt einfallende
Lichtmenge ist das Produkt aus der Strahlungsintensität
und der Bestrahlungszeit, die maßgeblich durch die Steuerung
der Bewegungsparameter des Objektträgers bestimmt wird.
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Die
Strahlungsintensität einzelner Strahlungsquellen kann zusätzlich
durch ein Shuttersystem im Strahlengang zwischen Strahlungsquelle
und zu bestrahlendem Objekt verändert werden. Sofern die
Vorrichtung mehre Strahlungsquellen aufweist, deren Abstrahlungsbereiche
sich zumindest teilweise überschneiden, kann durch eine
Kombination verschiedener Strahlungsquellen mit verschiedenen Emmissionsspektren
und ggf. unterschiedlichen Intensitäten der einzelnen Strahlungsquellen
ein Mischspektrum erzeugt werden.
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Wenn
die Steuerung als Programmsteuerung zur Speicherung der Bewegungs-
und/oder Bestrahlungsparameter ausgestaltet ist, kann für
jedes zu härtende Objekt der optimale Parametersatz nach
dessen Ermittlung abgespeichert und jederzeit wieder aufgerufen
werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung lässt sich
daher vorteilhaft für die Härtung unterschiedlicher
Objekte einsetzen, das heißt insbesondere bei kleinen und
mittleren Serien, ohne dass lange Rüstzeiten zu Bestimmung
der Prozessparameter erforderlich sind.
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Mit
Hilfe der Steuerung des bidirektionalen Antriebs lässt
sich ein Objekt unter ein und derselben Strahlungsquelle mehrfach
hin- und herbewegen. Hierdurch wird das Durchlaufen eines Objektes
durch die Strahlungsbereiche mehrerer Strahlungsquellen simuliert.
Zwischen den einzelnen Bestrahlungen der Beschichtung kann das Objekt
in einer Halteposition außerhalb des Strahlungsbereiches
jeder Strahlungsquelle abgekühlt werden. Schließlich
lassen sich mit ein und derselben Strahlungsquelle, sofern die Steuerung
zusätzlich eine Beeinflussung der Bestrahlungsparameter
der Strahlungsquelle erlaubt, eine Vor- und eine Nachbestrahlung
mit unterschiedlichen Intensitäten durchführen.
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Die
durch die Programmsteuerung in Verbindung mit dem Linearsystem erreichte
Speicherung und Wiederholgenauigkeit der Bewegungs- und/oder Bestrahlungsparameter über
den Transportweg ist ein wesentliches Kriterium für eine
aufeinander folgende Bestrahlung eines Objektes mit mindestens zwei
Strahlungsquellen mit unterschiedlichem elektromagnetischem Spektrum.
Eine infrarote Strahlungsquelle erwärmt das Objekt auf
eine bestimmt Temperatur, um anschließend mit einer UV-Strahlungsquelle
eine Polymerisation auszulösen, die aufgrund der vorher
durchgeführten IR-Bestrahlung optimal abläuft.
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Die
Programmierung von Geschwindigkeitsprofilen über den Transportweg
ist insbesondere für eine im Laborbereich verwendete erfindungsgemäße
Vorrichtung von Interesse. So lässt sich beispielsweise
die Bestrahlung eines tatsächlich dreidimensional geformten
Objektes mit einem zweidimensional geformten Ersatzobjekt simulieren,
wenn die Geschwindigkeit des Ersatzwerkstücks im Bestrahlungsbereich
der Strahlungsquelle gezielt verändert wird. Alternativ
oder zusätzlich kann die Steuerung die Strahlungsintensität
der Strahlungsquelle anpassen.
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Um
rasch unterschiedliche Serien von Objekten mit hoher Wiederholgenauigkeit
bestrahlen zu können, sind in einer vorteilhaften Ausgestaltung
der Erfindung die Fixierelemente zum insbesondere formschlüssigen
Positionieren und Halten der zu bestrahlenden Objekte an einem lösbar
mit dem Objektträger verbundenen Aufsatz angeordnet. Lediglich
der individuell an eine Serie zu bestrahlender Objekte angepasste
Aufsatz wird ausgetauscht, der standardisierte, mit dem Objektträger
zusammenwirkende Verbindungselemente aufweist. Als Verbindungs elemente
kommen beispielsweise an dem Objektträger angeordnete,
in entsprechende Öffnungen des Aufsatzes eingreifende Stifte
in Betracht.
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Eine
individuelle Anpassung an unterschiedliche dreidimensionale Objekte
kann jedoch auch durch unmittelbar auf dem Objektträger
angeordnete Fixierelemente erreicht werden, insbesondere wenn diese
lageveränderlich, jedoch in definierten Positionen festlegbar
an dem Objektträger angebracht sind.
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In
Folge der bidirektionalen Betriebsweise der als Linearsystem ausgestalteten
Transportvorrichtung ist es in einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung vorgesehen, dass der Objektträger mit mindestens
einer Leitung für die Übertragung von Energie
und/oder Signalen und/oder die Zufuhr eines Fluids und/oder für
ein Vakuum verbunden ist. Diese Leitungen sind permanent mit dem
hin- und herbeweglichen Objektträger verbunden. Die Leitungsführung
kann beispielsweise in Form einer Schleppkette erfolgen. Die Leitungen
können beispielsweise folgenden Zwecken dienen:
- a) Eine Signalleitung kann beispielsweise zur
Weiterleitung von Messsignalen, die mittels auf dem Objektträger
angeordneter Sensoren erfasst werden, genutzt werden.
- b) Die Übertragung von Energie ist beispielsweise dann
sinnvoll, wenn auf dem Objektträger ein motorisch angetriebener
Drehteller angeordnet ist, der das zu bestrahlende Objekt während
der Bewegung und/oder Bestrahlung um eine Rotationsachse dreht.
- c) Leitungen für die Zufuhr eines Fluids können
beispielsweise für die Inertisierung vorgesehen sein. Es
ist bekannt, dass Sauerstoff beim Strahlungshärten eine
Inhibierung bewirkt, die die Oberflächeneigenschaften beeinträchtigt
und das Aushärten verlangsamt. Aus diesem Grund ist im
Stand der Technik bereits vorgeschlagen worden, die Strahlungshärtung
unter inerten, das heißt weitgehend sauerstofffreien Bedingungen
durchzuführen, wobei als Inertgas überwiegend
Stickstoff zum Einsatz gelangt. Mit einer zum Objektträger
führenden Leitung für ein Inertgas, das dort über Öffnungen,
beispielsweise Düsenöffnungen ausströmt,
kann lediglich der das Objekt umgebende, unmittelbare Arbeitsbereich
zwischen Strahlungsquelle und Objekt mit Inertgas beaufschlagt werden.
In Folge dessen lässt sich die Beaufschlagung mit Inertgas auf
die Bestrahlungsdauer und einen räumlich kleineren Bereich
begrenzen, so dass erheblich weniger Inertgas verbraucht wird. Die
Zufuhr von Inertgas kann ebenfalls von der Programmsteuerung über
Absperrventile gesteuert werden. Des Weiteren kann die Inertisierung
beispielsweise bei mehrfachem Durchlauf des zu bestrahlenden Objektes
auf einzelne Bestrahlungen beschränkt werden.
- d) Eine Vakuumleitung kann beispielsweise zu einer Vakuumspannplatte
als Fixierelement zum Positionieren und Halten des zu bestrahlenden
Objektes auf dem Objektträger führen.
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Wenn
zumindest eine Strahlungsquelle an einem Handhabungssystem zur Einstellung
des Abstands zwischen Strahlungsquelle und Transportvorrichtung
und/oder des Abstrahlwinkels der Strahlungsquelle befestigt ist,
lassen sich auch komplexe dreidimensional geformte Objekte vollständig
und gleichmäßig bestrahlen. Verschattete Bereiche
auf dem zu bestrahlenden Objekt lassen sich durch die in Abstand
und Neigung verstellbare Strahlungsquelle vermeiden. Die Bewegungen
des Handha bungssystems werden über entsprechende Aktoren
von der Steuerung auf die Bewegung der Transportvorrichtung sowie
ggf. die Bestrahlungsparameter der Strahlungsquelle abgestimmt.
Als Aktoren kommen insbesondere motorisch angetriebene Hub- und
Verstellsysteme, jedoch auch Hydraulik- oder Pneumatikaktoren in
Betracht.
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Zur
Vermeidung einer Kontamination der Umgebungsluft mit Inertgas sowie
zur Verhinderung des Austritts von Strahlung sind vorzugsweise sämtliche
Komponenten der Vorrichtung, insbesondere jede Strahlungsquelle,
die Transporteinrichtung und ggf. jedoch nicht zwingend die Steuerung
in einem geschlossenen Gehäuse mit mindestens einer verschließbaren
Zugangsöffnung zum Be- und/oder Entladen des Objektträgers
angeordnet.
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Die
Be- und/oder Entladeöffnung ist durch Schottwände
weitgehend von jeder Strahlungsquelle der Vorrichtung abgeschirmt.
Aufgrund des intermittierenden Betriebs der Transporteinrichtung
ist es außerdem möglich, die Strahlungsquellen
während des Be- und Entladevorgangs in einen Ruhemodus
zu versetzen und erst mit dem Verschließen der Zugangsöffnung
und nach dem Öffnen des Lichtschotts zu aktivieren. Eine
Beeinträchtigung des Bedienpersonals der Vorrichtung kann
daher ausgeschlossen werden. Im Ruhemodus werden die UV-Strahlungsquellen
und ggf. vorhandenen IR-Strahlungsquellen mit einer Leistung von
ca. 20% betrieben. Selbst diese Reststrahlung kann das Bedienpersonal
nicht treffen, da zu jeder Zeit der Bestrahlungsraum nach außen
hin verschlossen ist, entweder durch die verschließbare
Zugangsöffnung oder durch das Lichtschott.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand der Figuren näher erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung zum Aushärten beschichteter Oberflächen;
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2 eine
schematische Darstellung eines Objektträgers einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung nach 1;
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3 eine
schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispieles
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
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4 eine
schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispieles
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
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5a–d
eine schematische Darstellung einer an einem Handhabungssystem angeordneten
Strahlungsquelle;
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6 eine
schematische Darstellung eines Objektträgers mit Drehtisch;
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7 eine
perspektivische Gesamtansicht einer bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Aushärten
beschichteter Oberflächen;
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8a–c
eine Seitenansicht, eine Vorderansicht sowie eine Aufsicht auf die
Vorrichtung nach 7 sowie
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9a–c
die Schnitte längs der Linien A-A, B-B und C-C nach 8.
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1 zeigt
eine insgesamt mit (1) bezeichnete Vorrichtung zum Strahlungshärten
beschichteter Oberflächen auf einem der Übersichtlichkeit
halber in 1 nicht dargestellten zwei-
oder dreidimensional geformten Objekt, beispielsweise ein mit Lack
beschichtetes Karosserieteil, dessen Lack für die Weiterverarbeitung möglichst
schonend und schnell aushärten soll. Die Vorrichtung besitzt
eine erste auf eine Transporteinrichtung ausgerichtete Strahlungsquelle
(2). Die Strahlungsquelle (2) ist beispielsweise
eine UV-Strahlungsquelle. In Betracht kommen Mitteldruck-Quecksilber-Strahler
oder UV-Eximerstrahler. Die spezifische elektrische Leistung derartiger
Strahler liegt üblicherweise zwischen 50 und 240 Watt pro
Zentimeter Strahlerlänge. Auf den zu härtenden
Schichten werden typischerweise Beleuchtungsstärken von
100 bis 1000 mW/cm2 gemessen. Hierdurch
ist es möglich außerordentlich kurze Härtungszeiten
im Millisekundenbereich zu erzielen. Insbesondere bei den Mitteldruck-Quecksilber-Strahlern
ist zu beachten, dass etwa die Hälfte der elektrischen Leistung
in Wärme umgewandelt wird. Eine eng nebeneinander liegende
Anordnung derartiger Strahler ist deshalb aus Gründen einer
thermischen Überhitzung problematisch. Schließlich
sind wegen der biologischen Wirkung von UV-Strahlen Abschirmungs-
und Schutzmaßnahmen erforderlich, um eine Beeinträchtigung
der Bedienperson sicher zu stellen. Aus diesem Grund wird die in
der 1 lediglich schematisch dargestellte erfindungsgemäße
Anordnung bevorzugt in einem Gehäuse untergebracht (vgl. 7 sowie
die diesbezüglichen Erläuterungen).
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Unterhalb
der Strahlungsquelle (2) ist in deren Strahlungsbereich
die Transporteinrichtung angeordnet, so dass auf Abschnitten des
Transportwegs die Strahlung der Strahlungsquelle auf einen Objektträger
(4) und damit das darauf angeordnete Objekt fallen. Die
Transporteinrichtung besteht im Wesentlichen aus einer Linearführung
(3), dem längs der Linearführung hin-
und herbewegbaren Objektträger (4) und einem Linearantrieb
(5). Der lediglich schematisch dargestellte Linear antrieb
kann beispielsweise ein Kugelgewindetrieb sein, dessen Gewindestange
unmittelbar mit dem Objektträger (4) verbunden
ist. In Betracht kommt jedoch beispielsweise auch ein mit dem Objektträger
(4) verbundener Zahnriemenantrieb.
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Die
aus Linearführung (3), Objektträger (4)
und Antrieb (5) gebildete Transporteinrichtung ist mit
einem Wegmesssystem (6) versehen, das mit einer Steuerung
(7) für den Linearantrieb (5) verbunden
ist. Das Wegmesssystem (6) dient zum Erfassen der Position
des Objektträgers (4) bezogen auf einen Ausgangspunkt,
beispielsweise die Be- und Entladeposition (8) des Objektträgers
(4). Im vorliegenden Fall entspricht die Be- und Entladeposition
(8) zugleich der Startposition des Objektträgers
(4). Mittels der Steuerung (7) wird die Beschleunigung,
die Bewegungsrichtung und die Bewegungsgeschwindigkeit des Objektträgers
(4) längs des durch die Linearführung
(3) definierten Transportwegs beeinflusst. Die Steuerung
(7) ist als Programmsteuerung zur Speicherung der Bewegungsparameter,
insbesondere der Start- und Halteposition(en), der Beschleunigung,
der Bewegungsrichtung und der jeweiligen Bewegungsgeschwindigkeit
des Objektträgers längs des Transportwegs ausgestaltet.
Für jedes zu bestrahlende Objekt kann ein optimales Zusammenspiel
der Transporteinrichtung mit der Strahlungsquelle (2) ermittelt
und in der Steuerung (7) abgespeichert werden. Die abgespeicherten
Bewegungsparameter stehen für die Härtung übereinstimmender
Objekte später jederzeit wieder zur Verfügung.
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Die
Bedienung der erfindungsgemäßen Vorrichtung gestaltet
sich einfach, da das zu bestrahlende Objekt auf den ruhenden Objektträger
(4) in der Be- und Entladeposition (8) aufgelegt
und nach der Bestrahlung wieder abgenommen wird. Die üblicherweise
bei schnell laufenden Bandanlagen mit dem Be- und Entladen verbundenen
Probleme können vollständig vermieden werden.
Gleichwohl lassen sich trotz der geringen Entfernung zwischen der
Be- und Entladeposition (8) und der Strahlungs quelle (2)
hohe Geschwindigkeiten mit dem Linearsystem erreichen, wobei ein
Verrutschen des Objektes auf dem Objektträger aus der für
die Bestrahlung vorgesehenen Position aufgrund einer form- und/oder
kraftschlüssigen Halterung auf dem Objektträger
(4) verhindert wird. Der bei herkömmlichen Bandantrieben,
insbesondere bei hohem Beschleunigen auftretenden Schlupf wird durch
das Linearsystem ebenfalls vermieden.
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2 zeigt
eine schematische, zweckmäßige Ausgestaltung eines
Objektträgers (4) der eine schnelle Umrüstung
für die Bestrahlung unterschiedlicher Serien von Objekten
erlaubt. Der Objektträger (4) ist an der Linearführung
(3) geführt und weist eine Aufnahmeplatte (9)
auf, die lösbar mit einem Aufsatz (10) verbunden ist,
der Fixierelemente (11) zum formschlüssigen Positionieren
und Halten des zu bestrahlenden Objektes (12) aufweist.
An der Unterseite weist der plattenförmige Aufsatz (10)
mehrere Stifte (13) auf, die in korrespondierende Öffnungen
(14) zur Aufnahme der Stifte (13) in der Aufnahmeplatte
(9) eingreifen. Unabhängig von der Lage der Fixierelemente
(11) auf der Oberseite des Aufsatzes (10) weisen
sämtliche für die Aufnahmeplatte (9)
bestimmten Aufsätze (10) eine übereinstimmende
Lage der Stifte (13) auf.
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Die
Ausführungsform nach 3 entspricht
weitgehend der Ausführungsform nach 1, so dass
insoweit auf deren Beschreibung Bezug genommen wird. Der Hauptunterschied
besteht darin, dass in Bewegungsrichtung des Objektträgers
(4) ausgehend von der Be- und Entladeposition (8)
der Strahlungsquelle (2) für ultraviolette Strahlung
eine weitere Strahlungsquelle (15) für Infrarotstrahlung
vorgeordnet ist, um das zu bestrahlende Objekt vor der UV-Bestrahlung
auf eine definierte Temperatur zu erwärmen, bei der die
durch die UV-Strahlung ausgelöste Polymerisation optimal
verläuft. Bei dieser Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung
werden von der Steuerung (7) nicht nur die Bewegungsparameter
der Transporteinrichtung, sondern zusätzlich die Bestrahlungsparameter
je der der beiden Strahlungsquellen (2, 15) beeinflusst,
insbesondere die Strahlungsintensität.
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4 zeigt
eine im Wesentlichen mit der Vorrichtung nach 1 übereinstimmende
Vorrichtung zum Aushärten von beschichteten Oberflächen
von Objekten. Der wesentliche Unterschied besteht darin, dass der Objektträger
(4) mit einer Schleppkette (16) zur Aufnahme mindestens
einer Leitung für die Übertragung von Energie
und/oder Signalen und/oder die Zufuhr eines Fluids und/oder für
ein Vakuum verbunden ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel
handelt es sich um eine Leitung für ein Vakuum, die mit
einer in den Objektträger (4) integrierten Vakuumspannplatte
zur kraftschlüssigen Halterung des zu bestrahlenden Objektes
verbunden ist. Eine derartige Vakuumspannplatte kommt insbesondere
bei solchen dreidimensionalen Objekten zum Einsatz, die eine ebene
Aufstandsfläche aufweisen. Ein anderes Anwendungsbeispiel
für eine in der Schleppkette (16) geführte
Leitung ist aus 6 erkennbar, die einen Objektträger
(4) mit einem darauf angeordneten Drehtisch (17)
zeigt. Der Drehtisch (17) wird von einem Servomotor in
eine Drehung um die Rotationsachse (18) versetzt. Die Leitungen
zur Übertragung der Antriebsenergie werden ebenfalls über
die Schleppkette (16) geführt. Auf dem Drehtisch
(17) befinden sich ebenfalls Fixierelemente, die das Objekt
während der Drehung und der translatorischen Bewegung längs
der Linearführung (3) halten.
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Sowohl
in den 5 und 6 ist die
Linearführung (3) aus Gründen der Übersichtlichkeit
in Bewegungsrichtung des Objektträgers (4) verkürzt
dargestellt. In 5 ist erkennbar, dass
die Strahlungsquelle (2) an einem insgesamt mit (19)
bezeichneten Handhabungssystem angeordnet ist. Die an einer Halterung
angeordnete Strahlungsquelle (2) ist an einer Vertikalführung
(20) in ihrem Abstand zu der Transportvorrichtung einstellbar.
Zusätzlich ist die Halterung an einem Drehgelenk (21)
befestigt, um den Abstrahlwinkel der Strah lungsquelle einzustellen. Über
die Höhenverstellung in Kombination mit der durch das Drehgelenk
(21) definierten Schwenkachse können auch komplexere
dreidimensionale Objekte vollständig ohne Verschattung
der Strahlungsquelle bestrahlt werden. Sowohl die Schwenkbewegung
um das Drehgelenk (21) als auch die Höhenverstellung
werden über die Steuerung (7) von Aktoren (vgl. 1)
ausgeführt, so dass die Bewegung der Strahlungsquelle (2)
auf die Bewegung des Objektträgers (4) längs
des Transportwegs abstimmbar ist. Die Verstellung kann jedoch auch
mechanisch, beispielsweise mittels einer Spindel erfolgen.
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7 zeigt
eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einem allseitig
gekapselten Gehäuse (22) an dessen Stirnseite
eine verschließbare Zugangsöffnung (23)
zum Be- und Entladen des Objektträgers (4) angeordnet
ist. Unterhalb der verschließbaren Zugangsöffnung
befindet sich das Bedienfeld (24) der Steuerung (7) über
das die Bewegungs- und Bestrahlungsparameter eingegeben werden.
Aus den Schnittdarstellungen gem. 9a, b
ist die Anordnung der länglichen UV-Strahlungsquelle (2)
quer zu dem durch die Linearführung (3) definierten
Transportweg dargestellt. Die UV-Strahlungsquelle (2) befindet
sich in einer durch Schottwände (25) von dem Be-
und Entladeraum (26) abgeteilten Bestrahlungsraum (27).
Ein seitlich verschiebbarer Lichtschott (28) schließt
während des Be- und Entladens des Objektträgers
(4) in dem Be- und Entladeraum (26) den notwendigen
Durchgang zwischen dem Be- und Entladeraum (26) und dem
Bestrahlungsraum (27) vollständig ab. Nach Schließen
der Zugangsöffnung (23) verfährt der
Lichtschott (28) in der Darstellung nach 9b nach
links und gibt damit die Durchgangsöffnung zwischen Be-/Entladeraum
(26) und Bestrahlungsraum (27) frei.
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Aus 9c sind
am linken Ende der Linearführung (3) der Linearantrieb
(5) und das Wegmesssystem (6) erkennbar. Sowohl der
Linearantrieb (5) als auch das Wegmesssystem (6)
sind mit der Steuerung (7) verbunden.
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In
Kammern unterhalb des Be-/Entladeraums (26) und des Bestrahlungsraums
(27) befinden sich Abluftventilatoren (30) für
Abführen von während der Bestrahlung entstehenden
Gasen, insbesondere Ozon.
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Schließlich
ist in den
9a, c eine manuell betätigbare
Höhenverstellung (
29) für die UV-Strahlungsquelle
(
2) erkennbar, mit der sich der Abstand zwischen der UV-Strahlungsquelle
(
2) und der Transporteinrichtung (
3,
4,
5)
einstellen lässt. Bezugszeichenliste
| Nr. | Bezeichnung | Nr. | Bezeichnung |
| 1. | Vorrichtung | 16. | Schleppkette |
| 2. | Strahlungsquelle
(UV) | 17. | Drehtisch |
| 3. | Linearführung | 18. | Rotationsachse |
| 4. | Objektträger | 19. | Handhabungssystem |
| 5. | Linearantrieb | 20. | Vertikalführung |
| 6. | Wegmesssystem | 21. | Drehgelenk |
| 7. | Steuerung | 22. | Gehäuse |
| 8. | Be-
und Entladeposition | 23. | Zugangsöffnung |
| 9. | Aufnahmeplatte | 24. | Bedienfeld |
| 10. | Aufsatz | 25. | Schottwände |
| 11. | Fixierelement | 26. | Be-/Entladeraum |
| 12. | Objekte | 27. | Bestrahlungsraum |
| 13. | Stift | 28. | Lichtschott |
| 14. | Öffnung | 29. | Höhenverstellung |
| 15. | Strahlungsquelle
(IR) | 30. | Abluftventilator |
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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