DE10240102B4

DE10240102B4 - Handgeführtes Bestrahlungsgerät

Info

Publication number: DE10240102B4
Application number: DE2002140102
Authority: DE
Inventors: Rainer Dr. Gaus; Günther GESELL; Kai K.O. Dr. Bär
Original assignee: Advanced Photonics Technologies AG
Current assignee: Advanced Photonics Technologies AG
Priority date: 2002-08-30
Filing date: 2002-08-30
Publication date: 2007-11-29
Anticipated expiration: 2022-08-31
Also published as: DE10240102A1

Abstract

Handgeführtes Bestrahlungsgerät (1; 1') zur Erzeugung eines scharf umrissenen Strahlungsfeldes elektromagnetischer Strahlung mit einem Leistungsmaximum im UV-Bereich oder Bereich des nahen Infrarot mit im wesentlichem räumlich konstanter Strahlungsdichte, mit
– einem Gehäuse (3), das eine Handhabe (7) und einen allseits geschlossenen Strahlungsschirm (9; 9') aufweist,
– einer in dem Gehäuse gehalterten Grundplatte (13), die zumindest die wesentlichen elektrischen und mechanischen Komponenten des Gerätes trägt,
– einer Mehrzahl von Lampen (25) zur Erzeugung der UV-Strahlung und/oder Strahlung im Bereich des nahen Infrarot, die einen langgestreckt röhrenförmigen Grundkörper und umgebogene oder abgewinkel te Enden mit Anschlusskontakten (25a),
– einem an die Gestalt der Lampen (25) gepassten, im Längsschnitt U-förmigen Reflektorkörper (23; 23') mit einer der Anzahl der Lampen (25) entsprechenden Mehrzahl von Reflektorabschnitten,
– zwei an der Rückseite des Reflektorkörpers (23; 23') angeordneten Kontaktleisten (19; 19') zum elektrischen Anschluss und zur mechanischen Fixierung der Lampen (25) und...

Description

Die Erfindung betrifft ein Hand-Bestrahlungsgerät zur manuellen Ausführung von Strahlenbearbeitungen oder -behandlungen mittels UV- oder IR-Strahlung und/oder sichtbarem Licht. Ein solches Gerät ist vorteilhaft einsetzbar für die Lacktrocknung und -aushärtung im Bereich der Reparaturlackierung von Kraftfahrzeugen oder auf Baustellen u.ä. und für sonstige thermische Bearbeitungsvorgänge mit handwerklichem Charakter, beispielsweise für Vor-Ort-Laminierungs-Trocknungs-oder-Abbrennvorgänge.
Aus früheren Patentanmeldungen der Anmelderin, so etwa der DE 197 36 462 A1 , WO 99/42774 A1 oder DE 100 24 731 A1 , sind Verfahren zur Behandlung von Oberflächen, Bearbeitung von Materialien und Herstellung von Verbundwerkstoffen 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, liegt. Bei einer Reihe dieser Anwendungen ist die Realisierung einer relativ breiten Bestrahlungszone im Interesse einer hohen Produktivität des jeweiligen Verfahrens mit hoher Leistungsdichte wesentlich. Es ist daher der Einsatz einer langgestreckten Halogenlampe, die einen röhrenförmigen, an den Enden gesockelten Glaskörper mit mindestens einer Glühwendel hat, mit einem langgestreckten Reflektor als Strahlungsquelle bekannt.
Derartige Bestrahlungsanordnungen sind für den ortsfesten Einsatz in Produktions- bzw. Bearbeitungsanlagen gedacht und entsprechend ausgelegt und daher für einen mobilen Einsatz nur bedingt geeignet und für eine manuelle Handhabung praktisch ungeeignet.
Speziell in der Bauwirtschaft und im Handwerk gibt es aber eine Vielzahl von Anwendungsfällen, in denen thermische Bearbeitungsverfahren vor Ort unter Umgebungsbedingungen angewandt werden müssen oder deren Anwendung wesentliche Vorteile gegenüber bisher praktizierten Verfahren bringen würde. Hierbei ist etwa an die Ausbesserung von Lackschäden an mit Pulverlack oder auch herkömmlichem Flüssiglack beschichteten Metallkonstruktionen im Bereich des Hochbaus zu denken. Hier wird in der Praxis mit hochgradig umwelt- und gesundheitsbelastenden Lösemittel-systemen gearbeitet, die den einzigen Vorteil haben, auch bei widrigen Umgebungsbedingungen (niedrigen Umgebungstemperaturen und/oder hoher Luftfeuchtigkeit) einigermaßen zuverlässig auszuhärten.
Aus der DE 30 23 838 A1 ist auch bereits seit längerem eine Löt- bzw. Schweißvorrichtung für Längsprofile bekannt, die als Strahlungsquellen Infrarotstrahler mit einer geeigneten Reflektorkonfiguration aufweist. Die DE 43 45 010 A1 beschreibt eine Vorrichtung zum Lichtstrahlschweißen und -löten, die in einer von mehren beschrieben Ausführungen als pistolenartiges Hand-Bestrahlungsgerät konstruiert ist und ein Lichtbogenlampe enthält. Ein von der äußeren Gestalt her ähnliches Gerät wird auch in der US 3 242 314 beschrieben. Hier dient als Strahlungsquelle ein nicht näher beschriebenes Heizelement.
Aus der DE 100 51 169 A1 der Anmelderin ist eine handgeführte Bestrahlungseinrichtung bekannt, in der die Strahlung bevorzugt mit einer oder mehreren Halogenlampen erzeugt wird. Diese Bestrahlungseinrichtung weist auch eine aktive Kühleinrichtung auf. Aus der DE 100 51 903 A1 ist eine Strahlungsquelle mit hinter einen Reflektor umgebogenen Lampenenden bekannt.
Gegenüber diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein handgeführtes Bestrahlungsgerät der oben erwähnten Art bereitzustellen, welches insbesondere im Bereich der Reparaturlackierung und bei sonstigen thermischen und/oder UV-Behandlungsvorgängen mit handwerklichen Cha rakter eine leichte und sichere Handhabung ermöglicht und reproduzierbare Behandlungsergebnisse mit hoher Qualität liefert.
Diese Aufgabe wird durch ein Hand-Bestrahlungsgerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Fortbildungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung besteht im Vorsehen einer Mehrzahl von Lampen zur Erzeugung der UV-Strahlung und/oder Strahlung im Bereich des nahen Infrarot, die einen langgestreckt röhrenförmigen Grundkörper und umgebogene oder abgewinkelte Enden mit Anschlusskontakten haben. Weiterhin umfasst die Erfindung den Gedanken des Vorsehens eines an die Gestalt der Lampen angepassten, insbesondere im Längsschnitt im wesentlichen U-förmigen Reflektorkörpers mit einer der Anzahl der Lampen entsprechenden Mehrzahl von Reflektorabschnitten. Im Interesse eines modularen und somit kostengünstigen Aufbaus hat das Bestrahlungsgerät zudem zwei an der Rückseite des Reflektorkörpers angeordnete Kontaktleisten zum elektrischen Anschluss und zur mechanischen Fixierung der Lampen. Hinter dem Reflektorkörper ist ein Lüfter zur wirksamen aktiven Kühlung des Reflektors selbst und – insbesondere – der temperaturempfindlichen Lampenenden vorgesehen, wodurch eine hohe Standzeit des Gerätes insgesamt und speziell auch der darin eingesetzten Emitterlampen ermöglicht wird. Dies stellt einen wesentlichen Beitrag zu niedrigen Betriebskosten dar.
Bevorzugt ist als Lüfter ein Axiallüfter vorgesehen, dessen Gehäuse eine im wesentlichen quadratische Grundfläche aufweist und zur Einfügung in die Rückseite des Reflektorkörpers mit den aufgesetzten Kontaktleisten ausgebildet ist.
In einer ersten Ausführung des Bestrahlungsgerätes mit besonders breitem Anwendungsbereich sind die Lampen als Halogen-Glühfadenlampen zur vorrangigen Erzeugung von Strahlung im Bereich des nahen Infrarot ausgebildet. Bevorzugt weist das Gerät drei oder mehr solche Halogenlampen auf, damit für einen Großteil der handwerklichen Anwendungen eine ausreichende große Strahlungszone mit der hohen Leistungsdichte zur Verfügung steht, die einen der wesentlichen Vorteile der NIR-Technik darstellt.
In einer für die Behandlung von UV-härtbaren Lacken und Druckfarben geeigneten Ausführung sind die Lampen als Mitteldruck-Metalldampflampen zur vorrangigen Erzeugung von UV-Strahlung ausgebildet. Ein solches Gerät eignet sich speziell für den Einsatz in der Grafik- und Werbebranche sowie bei der Vor-Ort-Behandlung von Speziallackierungen.
Um einerseits eine hohe Strahlungsausbeute zu Bearbeitungszwecken sicherzustellen und andererseits eine unnötig hohe Erwärmung des Reflektorkörpers zu verhindern, weisen die Reflektorabschnitte ein Reflexionsvermögen im Bereich des Leistungsmaximums der elektromagnetischen Bestrahlung von über 80 %, insbesondere von 90 % oder mehr, auf. Gleichwohl ist es von Vorteil, wenn der Reflektorkörper rückseitig verrippt ist. Die Kühlrippen zusammen mit dem erwähnten Gebläse sorgen für eine hinreichend effiziente Wärmeabführung, ohne dass der – wesentlich teurere und im Einsatz aufwendigere – Ein- satz einer Flüssigkeitskühlung erforderlich würde.
In einer besonders kostengünstigen Ausführung ist der Reflektorkörper als Druckgussteil aus Aluminium oder einer Aluminium-Legierung ausgeführt. Da ein solches Druckgussteil nur mit relativ hohem Aufwand mit der gewünschten Oberflächenqualität zu versehen ist, ist in einer weiter bevorzugten Ausführung mindestens auf den Reflektorabschnitten eine hochreflektierende Oberflächenbeschichtung, insbesondere aus Reinst-Al, Gold oder Silber oder einer Legierung mit diesen Metallen, vorgesehen.
Hinsichtlich des Gehäuseaufbaus ist eine Ausführung aus einem Oberteil, an das eine Handhabe einstückig angeformt ist, und einem separat gefertigten, abnehmbaren Strahlungsschirm bevorzugt. Beide Teile werden kostengünstig als Kunststoff-Spritzgussteile aufgeführt. In einer ersten bevorzugten Ausformung des Strahlungsschirmes weist dieser im wesentlichen die Form eines Quaders mit einem unten angesetzten Pyramidenstumpf und einer wahlweise an den Pyramidenstumpf angesetzten flachen Umrahmung auf. In einer anderen Ausführungsform hat der Strahlungsschirm im wesentlichen die Form zweier um 90° gegeneinander verdreht übereinandergesetzter Vierkantprismen mit trapezförmiger Grundfläche.
Vorteile und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich im übrigen aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles anhand der Figuren. Von diesen zeigen
1 eine perspektivische Explosionsdarstellung eins Handbestrahlungsgerätes gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, von der Seite gesehen,
2 eine ähnliche perspektivische Explosionsdarstellung des Bestrahlungsgerätes nach 1, von schräg unten gesehen, und
3 eine perspektivische Explosionsdarstellung eines gegenüber der Ausführung nach 1 und 2 modifizierten Handbestrahlungsgerätes.
1. und 2 zeigen – zur besseren Verdeutlichung des Aufbaus aus verschieden Blickwinkeln – ein NIR-Handbestrahlungsgerät 1 mit einem zweiteiligen Gehäuse 3, welches ein Gehäuse-Oberteil 5 mit einem angeformten Handgriff 7 und einem eingelassenen Bedien- und Anzeigefeld (für das in 1 nur die erforderlichen Aussparungen dargestellt sind) sowie einen Strahlungsschirm 9 umfasst. Am Gehäuse-Oberteil 5 sind umlaufend Belüftungsschlitze 11 vorgesehen. Der als Gehäuseunterteil fungierende Strahlungsschirm 9 ist auf das Gehäuse-Oberteil 5 aufgesteckt, und seine Form ist aus einem annähernd quaderförmigen oberen Bereich 9a, einem pyramidenstumpfförmigen unteren Bereich 9b und einem um letzteren umlaufenden Randbereich 9c zusammengesetzt.
Mit dem Gehäuse-Oberteil 5 ist eine Grundplatte 13 verschraubt, auf deren Oberseite, innerhalb des Gehäuse-Oberteils 5 Raum für hier nicht dargestellte Steuerungs- und Stromversorgungsbaugruppen ist. An deren Unterseite sind ein Axiallüfter 15, ein Pyrometerhalter 17 für ein Pyrometerhalterelement zur Temperaturmessung eines Werkstücks und zwei Kontaktleisten 19 angeschraubt. Über Stehbolzen 21 ist weiterhin ein im Längsschnitt annähernd U-förmiger Reflektorkörper 23 mit der Grundplatte 13 verbunden.
Jede der Kontaktleisten 19 – deren Aufbau an sich nicht Gegenstand der Erfindung ist – umfasst sechs Steckkontaktabschnitte 19a zur Aufnahme jeweils eines Anschlussdrahtes 25a einer Lampe 25 – hier eine Halogen-Glühfadenlampe – mit umgebogenem Lampenende. Jede Halogen-Glühfadenlampe 25 ist einem geeignet geformten Reflektorabschnitt auf der für NIR-Strahlung hochreflektierend ausgeführten Vorderseite des Reflektorkörpers 23 zugeordnet und wird bezüglich dieses Reflektorabschnittes durch Einstecken in den zugehörigen Steckkontaktabschnitt 19a der beiden Kontaktleisten 19 fixiert. Eine weitere Fixierung der Enden der Halogenlampen 25 erfolgt in geeignet geformten Aussparungen 9d des Strahlungsschirmes 9 (2).
Der Reflektorkörper 23 trägt auf der Rückseite Rippen 23a zur verbesserten Wärmeabführung und hat eine zentrale Öffnung 23b zur Schaffung eines Erfassungsbereiches für das (hier nicht gezeigte) Pyrometerelement im Pyrometerhalter 17. Durch den Lüfter 15 wird über die Belüftungsschlitze 11 des Gehäuse-Oberteils 5 Umgebungsluft angesaugt und an den Kühlrippen 23a des Reflektorkörpers 23 und der Wandung des Strahlungsschirmes 9 entlang in Richtung auf das Werkstück gedrückt. Dieser Luftstrom bewirkt im wesentlichen eine Kühlung der Enden der Halogenlampen 25 sowie des Reflektorkörpers 23, bis zu einem gewissen Grade aber auch eines bearbeiteten Werkstückes.
3 zeigt ein gegenüber der Ausführung nach 1 und 2 modifiziertes Handbestrahlungsgerät 1', das in vielen Teilen im wesentlichen mit dem oben beschriebenen NIR-Handbestrahlungsgerät 1 übereinstimmt; insoweit sind gleiche oder gleichwirkende Teile mit den selben Bezugsziffern bezeichnet, und deren Beschreibung wird hier nicht wiederholt. In 3 zusätzlich dargestellt sind ein in das Gehäuse-Oberteil 5 einzufügendes Bedien- und Anzeigefeld 27 und ein Ein-Aus-Schalter 29.
Im übrigen hat das Handbestrahlungsgerät 1' einen schmaleren Reflektorkörper 23' mit nur drei Reflektorabschnitten zum Einsetzen von lediglich drei Halogen-Glühfadenlampen 25. Entsprechend schmaler ist auch die Kontaktleiste 19', die nur drei Steckkontaktabschnitte 19a aufweist. Modifiziert ist auch die Gestalt des das unteren Gehäuseteil bildenden Strahlungsschirmes 9', um diesen an die geringere Anzahl an Halogenlampen und die damit zusammenhängende geringere Breite einer Strahlungszone mit annähernd homogener Strahlungsdichteverteilung anzupassen. Er ist hier aus einem oberen Bereich 9a' und einem unteren Bereich 9b' zusammengesetzt, die beide annähernd die Grundform eines Prismas mit trapezförmiger Grundfläche haben, aber gewissermaßen um 90 Grad versetzt aneinander gefügt sind. Ein Randbereich 9c' ist hier in ausgeprägter Form lediglich an den Schmalseiten des unteren Bereiches 9b' vorgesehen. Eine von der oben beschriebenen ersten Ausführungsform abweichende Gestalt hat auch der Pyrometerhalter 17'.
Die Ausführung der Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Beispiele beschränkt, sondern ebenso in einer Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachgemäßen Handelns liegen. Insbesondere ist die Anzahl der eingesetzten Lampen und die daran angepasste Breite und Gestalt der Kontaktleisten und des Reflektorkörpers in Abhängigkeit vom konkreten Anwendungsgebiet des Bestrahlungsgerätes in weiten Grenzen variierbar – vorausgesetzt, die manuelle Handhabbarkeit ist nach wie vor gegeben. Es versteht sich, dass auch die Größe und Form des Strahlungsschirmes hiervon entscheidend abhängt.

1; 1': NIR-Handbestrahlungsgerät
3: Gehäuse
5: Gehäuse-Oberteil
7: Handgriff/Handhabe
9; 9': Strahlungsschirm
9a; 9a': oberer Bereich
9b; 9b': unterer Bereich
9c; 9c': Randbereich
11: Belüftungsschlitz
13: Grundplatte
15: Axiallüfter
17; 17': Pyrometerhalter
19; 19': Kontaktleiste
19a: Steckkontaktabschnitt
21: Steckbolzen
23; 23': Reflektorkörper
23a: Kühlrippe
23b: zentrale Öffnung
25: Lampe
25a: Anschlussdraht
27: Bedien- und Anzeigefeld
29: Ein-/Aus-Schalter

Claims

Handgeführtes Bestrahlungsgerät (1; 1') zur Erzeugung eines scharf umrissenen Strahlungsfeldes elektromagnetischer Strahlung mit einem Leistungsmaximum im UV-Bereich oder Bereich des nahen Infrarot mit im wesentlichem räumlich konstanter Strahlungsdichte, mit – einem Gehäuse (3), das eine Handhabe (7) und einen allseits geschlossenen Strahlungsschirm (9; 9') aufweist, – einer in dem Gehäuse gehalterten Grundplatte (13), die zumindest die wesentlichen elektrischen und mechanischen Komponenten des Gerätes trägt, – einer Mehrzahl von Lampen (25) zur Erzeugung der UV-Strahlung und/oder Strahlung im Bereich des nahen Infrarot, die einen langgestreckt röhrenförmigen Grundkörper und umgebogene oder abgewinkel te Enden mit Anschlusskontakten (25a), – einem an die Gestalt der Lampen (25) gepassten, im Längsschnitt U-förmigen Reflektorkörper (23; 23') mit einer der Anzahl der Lampen (25) entsprechenden Mehrzahl von Reflektorabschnitten, – zwei an der Rückseite des Reflektorkörpers (23; 23') angeordneten Kontaktleisten (19; 19') zum elektrischen Anschluss und zur mechanischen Fixierung der Lampen (25) und – einem hinter dem Reflektorkörper (23; 23') angeordneten Lüfter (15) zur Gebläsekühlung des Reflektorkörpers (23; 23') und der Lampenenden.
Bestrahlungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lampen (25) als Halogen-Glühfadenlampen zur vorrangigen Erzeu gung von Strahlung im Bereich des nahen Infrarot ausgebildet sind.
Bestrahlungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lampen (25) als Mitteldruck-Metalldampflampen zur vorrangigen Erzeugung von UV-Strahlung ausgebildet sind.
Bestrahlungsgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es drei oder mehr Lampen (25) aufweist.
Bestrahlungsgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektorkörper (23; 23') rückseitig verrippt ist.
Bestrahlungsgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflektorabschnitte ein Reflexionsvermögen im Bereich des Leistungsmaximums der elektromagnetischen Bestrahlung von über 80 %, insbesondere von 90 % oder mehr, aufweisen.
Bestrahlungsgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektorkörper (23; 23') als Druckgussteil aus Al oder einer Al-Legierung ausgeführt ist und die Reflektorabschnitte eine hochreflektierende Oberflächenbeschichtung, insbesondere aus Reinst-Al, Au oder Ag oder einer Legierung mit diesen, aufweisen.
Bestrahlungsgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (3) aus einem Oberteil (5), an das die Handhabe (7) einstückig angeformt ist, und dem separat gefertigten, abnehmbaren Strahlungsschirm (9; 9') besteht und beide Teile als Kunststoff-Spritzguss teile ausgeführt sind.
Bestrahlungsgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlungsschirm (9') die Form zweier um 90° gegeneinander verdreht übereinandergesetzter Vierkantprismen (9a', 9b') mit trapezförmiger Grundfläche aufweist.
Bestrahlungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlungsschirm (9) die Form eines Quaders (9a) mit einem unten angesetzten Pyramidenstumpf (9b) und einer wahlweise an den Pyramidenstumpf angesetzten flachen Umrahmung (9c) aufweist.
Bestrahlungsgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Lüfter (15) ein Axiallüfter vorgesehen ist, dessen Gehäuse eine quadratische Grundfläche aufweist und zur Einfügung in die Rückseite des Reflektorkörpers (23; 23') mit den aufgesetzten Kontaktleisten (19; 19') ausgebildet ist.