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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Härten von Substanzen auf einem
Substrat, bestehend aus einer Antriebseinheit, einem Gehäuse, einem
einen Reflektor tragenden Trägerkörper und
einer UV-Strahlenquelle.
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Derartige
Vorrichtungen werden beispielsweise in industriellen Beschichtungsanlagen
sowie in allen Arten von Rollen – und Bogendruckmaschinen verwendet.
Die Substanzen auf den Substraten werden dabei während des Bestrahlungsvorganges durch
die Vorrichtungen einem sofort einsetzenden Polymerisationsprozeß unterworfen,
so daß sie
in der Regel nach dem Bestrahlungsprozeß sofort trocken sind und weiterverarbeitet
werden können.
Diese Technologie wird unter anderem in der industriellen Beschichtungstechnik
zur Veredelung von Oberflächen,
wie zum Beispiel zur Lackierung und Erzeugung von Oberflächenstrukturen,
für Spezialbehandlungen
wie Klebervernetzung und Silikonisierung und bei allen Druckprozessen
eingesetzt. In besonderen Fällen
wird der Härtungsvorgang
auch unter sauerstoffreduzierter, inerter Atmosphäre durchgeführt. Beispielsweise
werden im Bogenoffsetdruck häufig Bedruckstoffe
bei hohen Transportgeschwindigkeiten im Schön- oder im Schön- und Widerdruckverfahren bedruckt.
Dort dienen die Härtungsvorrichtungen
dazu, die in einem Druckwerk auf einen Bedruckstoffbogen aufgetragene
Substanz, beispielsweise eine Farbe, so zu härten, so dass die Farbe beim
Kontakt des Bedruckstoffbogens mit weiteren Druckwerken oder Maschinenteilen
nicht ab- oder verschmiert.
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Die
Härtungsvorrichtungen
befinden sich üblicherweise
in unmittelbarer Nachbarschaft zu den Druckwerkswalzen, so dass
sie eine möglichst
kompakte Bauweise aufweisen müssen.
Gleichzeitig müssen
die Härtungsvorrichtungen
in einer ganzen Reihe von Druckmaschinentypen einsetzbar sein, was
aufgrund der unterschiedlichen Bauweisen dieser Maschinen und dem
Installationsort innerhalb dieser Maschinen zu einer hohen Typenvielfalt
führt, die
eine kostenintensive Produktion und Lagerhaltung erfordert. Die
Typenvielfalt ist auch dadurch bedingt, dass in Abhängigkeit
von der zu trocknenden Substanz unterschiedliche räumliche
Strahlungsintensitäten
auf dem Bedruckstoff im Bereich der Härtungsvorrichtung erforderlich
sind, so dass die innere Vorrichtungsgeometrie jeweils an die zu
härtende Substanz
angepasst werden muß.
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Die
DE 35 26 082 A1 beschreibt
eine Härtungsvorrichtung
bestehend aus einem Gehäuse,
einer UV-Strahlungsquelle sowie einem gekühltem Reflektorkörper aus
zwei zueinander schwenkbaren Teilen, die eine UV-reflektierende und eine IR-absorbierende
mehrlagige Beschichtung aus beispielsweise Aluminium, eloxiertem
Aluminium, Kupfer, Nickel, Messing oder Stahl tragen, wobei der
Reflektorkörper
aus stranggegossenem Aluminium besteht. Weiterhin weist diese Härtungsvorrichtung
an der zu dem Bedruckstoff gerichteten Seite eine UV-durchlässige Abdeckung
sowie einen strahlungsundurchlässigen Schnellverschluß auf. Letzterer
soll die auf den Bedruckbogen aufgebrachte Wärmeenergie bei Bahnstillstand
verringern, so dass die maximal mögliche Betriebstemperatur nicht überschritten
und Beschädigungen
am Bedruckstoff vermieden werden.
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Die
DE 697 01 323 T2 beschreibt
eine Härtungsvorrichtung,
bei der die Reflexionsschicht auf einen dünnen Metallkörper aufgebracht
ist, der formschlüssig
an einem wassergekühlten
Reflektorkörper anliegt.
Diese Härtungsvorrichtung
weist eine gekühlte
Verschlussvorrichtung zum Bedruckstoff hin auf.
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Nachteilig
an den genannten Härtungsvorrichtungen
ist die umständliche
Anpassung der jeweiligen Vorrichtung an die substanz- und einbauortbedingten
verfahrenstechnischen Notwendigkeiten, insbesondere bei der Vielzahl
der Druckmaschinentypen. Nachteilig ist ebenfalls die aufwendige
Wartung der komlpletten Einheiten, was zu langen Stillstandszeiten
und letztendlich zu geringen Wirkungsgraden führt.
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung anzugeben, die bei
reduziertem Aufwand einen verbesserten, optimal auf die zu härtende Substanz
abstimmbaren Wirkungsgrad aufweist.
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Diese
Aufgabe wird dadurch gelöst,
daß eine an
den Trägerkörper angepasste
Seite des Reflektors unterschiedlich zu einer zur UV-Strahlungsquelle gerichteten
Seite ausgebildet ist. Da eine zu härtende Substanz eine bestimmte
räumliche
UV-Strahlungsverteilung erfordert und diese auch durch die Geometrie
der Reflexionsfläche
des Reflektors bestimmt ist, erfordert eine Änderung der zu härtenden
Substanz auch eine Anpassung der Reflexionsgeometrie. Durch die
erfindungsgemäße Trennung
von Reflexionsgeometrie und Trägerkörperseitengeometrie
des Reflektors wird mit großem
Vorteil der Austausch von Reflektoren unter Beibehaltung der Trägerkörper und der
sonstigen Vorrichtungsbestandteile ermöglicht. Das heißt, dass
bei geänderten
Härtungsanforderungen
lediglich der Reflektor und nicht auch der Trägerkörper ausgetauscht werden muß, so dass
nur unterschiedliche Reflektoren, nicht jedoch auch noch unterschiedliche
Trägerkörper vorrätig gehalten
werden müssen.
Weiterhin sind Austausch und Wartung der Vorrichtung auch dadurch
deutlich erleichtert, dass keinerlei Wirk-, Steuer-, und Versorgungsverbindungen
zwischen Trägerkörper und
Vorrichtung getrennt werden. Die Wartung, beziehungsweise der Austausch
gehen entsprechend schneller vonstatten.
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In
Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die zur UV-Strahlungsquelle
gerichtete Seite des Reflektors einen ellipsen-, parabel- oder evolventenförmigen Querschnitt
aufweist oder einen Querschnitt aus einer Kombination der genannten oder
mit anderen Kurven aufweist. Diese Oberflächengeometrie stellt vorteilhaft
sicher, dass die räumliche
Strahlungsverteilung auf dem Bedruckstoffbogen stets optimal an
die zu härtende
Substanz angepasst ist, wobei der Trägerkörper stets in der Vorrichtung
verbleiben kann. Aufgrund der genannten Ausgestaltung des Reflektors
erzeugt dieser mindestens 12% weniger Streustrahlung und reflektiert
mindestens 8% mehr UV-Strahlung auf das Substrat im Vergleich zu
handelsüblichen
Reflektoren. Auf diese Weise ist der Wirkungsgrad der Vorrichtung
deutlich erhöht
und die Erwärmung
von zum Reflektor benachbarten Komponenten verringert.
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Dadurch,
dass die Reflektorgeometrie unsymmetrisch zur UV-Strahlungsquelle ausgebildet ist kann
mit Vorteil eine Anpassung der Vorrichtung an bestimmte Druckmaschinentypen
erreicht werden, bei denen beispielsweise Abschattungen oder ungünstige Einbauwinkel
vorliegen.
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Vorteilhafterweise
lenkt der Reflektor die zu einer Gehäuseseite gerichtete Strahlung
der UV-Strahlungsquelle um diese herum, und reflektiert sie nicht
zurück
in die UV-Strahlungsquelle. Aufgrund der Reflektorgeometrie wird
auch derjenige Strahlungsanteil, den die UV-Strahlungsquelle senkrecht vom
Bedruckstoff weg in Richtung des Gehäuses emittiert, auf den Bedruckstoff
reflektiert, so dass bei gleicher Strahlungsleistung der UV-Strahlungsquelle ein
höherer
Wirkungsgrad erreicht wird.
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Durch
die Herstellung des Reflektors aus stranggepresstem Aluminium lässt sich
mit großem Vorteil
ein Reflektor erzeugen, der bereits vorgewölbt und damit an den Trägerkörper angepasst
ist und gleichzeitig eine höhere
Materialstärke
als die bislang verwendeten Reflektorbleche aufweist. Die Vorwölbung verringert
mit großem
Vorteil die mechanischen Spannungen, die bislang bei der Einpassung der
Reflektorbleche an die Trägerkörper auftraten. Dadurch
werden die am Reflektor UV-strahlungsquellenseitig
aufgetragenen dichroitischen Reflexionsschichten geschont, Mikrorisse
werden vermieden, so dass die Betriebsdauer deutlich erhöht ist. Gleichzeitig
wird durch die Vorwölbung
ein sehr guter und flächiger
Kontakt zwischen Reflektor und Trägerkörper erreicht, so dass eine
effiziente Wärmeleitung gewährleistet
ist und die Auftragung von Wärmeleitpasten
zwischen Reflektor und Trägerkörper entfallen
kann. Aufgrund der höheren
Materialstärke
kann mit großem
Vorteil eine exakt an die zu trocknende Substanz angepasste Reflexionsgeometrie
verwirklicht werden, ohne auf die Geometrie der zum Trägerkörper gerichteten
Seite angewiesen zu sein. Das bedeutet, dass ein einziger, baugleicher
Trägerkörper in sämtlichen
Trocknervorrichtungen verwendet werden kann und die Anpassung an
die gewünschte Strahlungsverteilung
durch den an sich bekannten Austausch von Reflektoren erfolgt, die
dann allerdings die jeweils optimale Reflexionsgeometrien aufweisen.
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In
Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Reflektor mit wenigstens
einer lösbaren Befestigungseinrichtung
am Trägerkörper befestigt ist.
Durch diese Maßnahme
ist ein Reflektor leicht gegen einen anderen auszutauschen, ohne
dass der Trägerkörper aus
der Vorrichtung entfernt werden müßte. Dies könnte beispielsweise ein Maschinenführer vor
Ort durchführen,
so dass die Anforderung von Service-Personal des Herstellers nicht
notwendig ist.
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Die
Aufgabe der Erfindung wird auch dadurch gelöst, daß die UV-Strahlungsquelle zur Veränderung
der Fokussierung verschiebbar ausgebildet ist, vorzugsweise innerhalb
einer zu einer Seitenwand des Gehäuses parallelen Ebene. Durch
die Verschiebung der UV- Strahlungsquelle
innerhalb der zu einer Seitenwand des Gehäuses parallelen Ebene kann
diese einfach in oder aus dem Brennpunkt des Reflektors positioniert
werden, wodurch sich aufgrund von Überlagerungen der reflektierten UV-Strahlung
unterschiedliche UV-Strahlungsintensitätsverteilungen
auf der zu härtenden
Substanz ergeben. Hierdurch wird eine schnelle Anpassung der Strahlungsgeometrie
an die zu härtende
Substanz erreicht. Aufgrund der Überlagerungen
kann sich beispielsweise anstelle einer peakförmigen Verteilung eine eher
rechteckige Strahlungsverteilung mit gleichmäßiger Intensität oder eine
solche mit zwei Intensitätsmaxima
ergeben.
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In
Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Trägerkörper vollständig um eine Längsachse
der UV-Strahlungsquelle herum schwenkbar ausgebildet ist, wobei
der Trägerkörper vorzugsweise
zweiteilig ausgebildet ist und die beiden Teile zueinander gegenläufige Schwenkbewegungen
ausführend
ausgebildet sind. Diese erfindungsgemäße Ausgestaltung erlaubt mit
großem Vorteil
die Positionierung des Trägerkörpers und
damit des Reflektors zwischen UV-Strahlungsquelle und
Substrat, so dass der Reflektor das Substrat gegen die UV-Strahlung
abschirmt, indem er diese in das Gehäuse zurückreflektiert. Dies ist immer
dann notwendig, wenn das Substrat operationsbedingt unterhalb der
Vorrichtung zum Stillstand kommt und der hohen Wärmestrahlung der Vorrichtung
ausgesetzt ist. Durch die Zweiteilung des Trägerkörpers lässt sich dieser schnell in
die genannte Position verbringen, so dass das Substrat effektiv
geschützt
wird. Durch diese Ausgestaltung kann die zusätzliche Verschlusseinrichtung
entfallen, die Vorrichtung wird günstiger in der Herstellung
und weist weniger potentielle Verschleißteile auf.
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Dadurch,
daß die
Strahlungsleistung der UV-Strahlungsquelle und/oder die räumliche
Lage des Trägerkörpers regelbar
ausgebildet ist, vorzugsweise in Abhängigkeit von einer Substrattransportgeschwindigkeit
und/oder von einer Strahlendosis, wird mit Vorteil sichergestellt,
dass die Wärmebelastung des
Substrates minimiert ist. Sollte das Substrat operationsbedingt
mit geringer Geschwindigkeit unter der Vorrichtung transportiert
werden oder unter ihr zum Stillstand kommen, wird die Strahlungsleistung der
UV-Strahlungsquelle reduziert und falls nötig zusätzlich oder gleichzeitig der
Trägerkörper mit
Reflektor zwischen Substrat und UV-Strahlungsquelle verbracht, so
dass das Substrat nicht beschädigt
oder entflammt werden kann.
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In
Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, das die der UV-Strahlungsquelle
zugewandte Seite des Gehäuses
einen zur UV-Strahlungsquelle gerichteten
Steg aufweist. Im Fall der Positionierung des Trägerkörpers zwischen Substrat und
UV-Strahlungsquelle reflektiert dieser die Strahlung in das Gehäuse, vorzugsweise
auf den Steg. Aufgrund der großen
Materialstärke
des Steges kann dieser die Wärme
besonders gut aufnehmen und so zur Kühlung der Vorrichtung beitragen.
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Dadurch,
daß der
Steg eine Wand von mindestens einem Kühlmittelkanal des Gehäuses bildet und/oder
der Steg voneinander beabstandete Öffnungen zur Kühlmittelversorgung
der UV-Strahlungsquelle aufweist, wobei die Kühlmittelversorgung, vorzugsweise
als Kühlluftversorgung,
saugend und/oder blasend erfolgend ausgebildet ist, wird sowohl
die vom Steg aufgenommene Wärme
effizient abgeleitet, als auch die UV-Strahlungsquelle gekühlt. Aufgrund der blasenden
Kühlluftversorgung
kann sich ein Venturi-Effekt in der Vorrichtung ausbilden, der die UV-Strahlungsquelle
umfänglich
kühlt.
Weiterhin ist so auch die Entfernung von Schadstoffen wie Ozon oder
reaktiven Halogen- oder Kohlenwasserstoffverbindungen aus dem Gehäuseinneren
möglich.
Diese Schadstoffe können
aus dem Substrat austreten und in die Vorrichtung gelangen, beziehungsweise
in der Vorrichtung erzeugt werden, wo sie lebensdauerverkürzende Reaktionen
mit den Vorrichtungsbauteilen, insbesondere dem Reflektor eingehen
können.
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In
Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Beabstandung und/oder
die Querschnittsfläche
der Öffnungen
im Bereich einer UV-Strahlungsquellenhalterung
unterschiedlich zu den sonstigen Öffnungen des Steges ausgebildet sind.
Diese Ausgestaltung ist besonders vorteilhaft, da das Ende der UV-Strahlungsquelle
mit dem Sockel besonders temperaturkritisch ist, so dass die Kühlung entsprechend
angepasst werden muß.
Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung
wird dieser Bereich stärker
als die restliche UV-Strahlungsquelle gekühlt und damit deren Lebensdauer erhöht.
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Dadurch,
dass die Kühlmittelkanäle mit unterschiedlichen
Kühlmittelströmen beaufschlagbar sind,
kann zwischen beispielsweise Wasser- und Luftkühlung gewählt werden, so dass die Kühlleistung
ohne großen
Aufwand an die Leistung der UV-Strahlungsquelle anpassbar ist. Weiterhin
ermöglicht
diese Ausgestaltung einen saugenden und blasenden Kühlluftstrombetrieb,
der für
die umfängliche
Kühlung
der UV-Strahlungsquelle
optimal ist.
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Zur
Vereinfachung der Vorrichtung ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß sie Versorgungseinrichtungen
und/oder Sicherheitseinrichtungen und/oder Messeinrichtungen aufweist,
vorzugsweise innerhalb des Gehäuses.
Auf diese Weise können alle
notwendigen Bauteile auch als Modulform in einem einheitlichen Gehäuse angeordnet
werden. Insbesondere durch die Aufnahme von Messreinrichtungen zur
Güte der
UV-Strahlung wird die Betriebssicherheit und das Arbeitsergebnis
der Vorrichtung erhöht.
Dies ist vor allem bei hochwertigen Substratbearbeitungsvorgängen notwendig.
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Weiterhin
ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Antriebseinheit
als Modul ausgebildet ist. Dies umfasst den eigentlichen Motor,
dessen Steuerung einschließlich
der dazu notwendigen Sensoren und Schaltkreise sowie einen Abtriebsstrang.
Durch die modulare Bauweise kann der Antrieb als Einzelteil im Werk
geprüft
werden. Die Einpassung vor Ort in oder an eine erfindungsgemäße Vorrichtung
erfolgt dann abhängig
von den dortigen baulichen Gegebenheiten, wobei sich der Montagetechniker
auf das Funktionieren des Antriebes verlassen kann. Eine weitergehende
Justage der Bewegungsbegrenzung und der Grenzschalter sowie eine
umfangreiche Funktionsprüfung
wie bei den bisherigen Ausführungen
kann entfallen. Insbesondere ist es durch diese modulare Ausführungsform
möglich,
bei einem eventuellen notwendigem Ersatzteilbedarf das Antriebsmodul
von einem nicht benötigten
Trocknermodul zu übernehmen.
Dadurch, dass das Antriebsmodul an einer Außenseite des Gehäuses montierbar
ist, kann in einfacher Art und Weise vor Ort vom Montagetechniker
eine optimale Baugröße erreicht
werden.
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Wenn
die Vorrichtung mindestens eine UV-Strahlungsquelle unterschiedlichen
Durchmessers aufnimmt, kann sie leicht an die in den einzelnen Beschichtungs-
und Druckmaschinen herrschenden Gegebenheiten angepasst werden und
vor allem zur Anpassung an sich ändernde
Betriebsbedingungen leicht umgerüstet
werden, wenn beispielsweise mehrere Lampen in einer Vorrichtung
benötigt
werden.
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Durch
die erfindungsgemäß vorgesehene Schnellwechselvorrichtung
für UV-Strahlungsquellen wird
vorteilhaft sichergestellt, dass der Wartungsaufwand verringert
und damit der Wirkungsgrad der Vorrichtung erhöht wird. Die schnelle Auswechslung
von UV-Strahlungsquellen wird beispielsweise durch integrierte Hochspannungsanschlüsse erreicht,
da so ein mühseliges
kontaktieren der blanken Metallleitung entfällt.
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In
Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung
UV-Strahlungsquellen
mit einer Leistung von 500 W/cm aufweist. Diese vorteilhafte Ausgestaltung
ermöglicht
auch die Härtung
anspruchsvollster Substanzen, die mit herkömmlichen Vorrichtung nicht
in befriedigender Weise bearbeitet werden können.
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Dadurch,
dass die Vorrichtung eine Temperaturüberwachung aufweist, insbesondere
eine zentrale Temperaturüberwachung,
ist ein sicherer Betrieb der Vorrichtung über einen langen Zeitraum möglich. Schwankungen
in der Strahlungsleistung spiegeln sich direkt in der Höhe der gemessenen Temperatur
wieder, so dass mittels der Temperaturüberwachung eine Qualitätskontrolle
erfolgen kann. Zur Überwachung
der Kühlmittelflussmengen
und damit der Kühleffizient
ist eine zentrale Temperaturüberwachung
ebenfalls von Vorteil, da diese wesentlich günstiger als die bislang verwendeten
Durchflussmesser oder -wächter
sind.
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Im
folgenden wird die Erfindung in einer bevorzugten Ausführungsform
unter Bezugnahme auf eine Zeichnung beispielhaft beschrieben, wobei
weitere vorteilhafte Einzelheiten den Figuren der Zeichnung zu entnehmen
sind.
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Funktionsmäßig gleiche
Teile sind dabei mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Die
Figuren der Zeichnung zeigen im Einzelnen:
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1: einen Längsschnitt
durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung,
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2: Anordnungsvarianten für das Antriebsmodul
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3: einen Querschnitt durch
eine erfindungsgemäße Vorrichtung,
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4: einen Querschnitt durch
ein Gehäuse,
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5: einen Querschnitt durch
ein Trägerkörper und
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6: einen Querschnitt durch
ein Reflektorprofil
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1 zeigt das Gehäuse 2,
enthaltend eine Antriebseinheit 1, einen Reflektor 3,
einen Trägerkörper 4 und
eine UV-Strahlungsquelle 5. Der Teil der Vorrichtung, der
die UV-Strahlungsquelle 5 enthält, kann gegenüber einem
nicht dargestellten Substrat, beispielsweise einem Bedruckstoffbogen
mittels einer UV-strahlungsdurchlässigen Quarzglasplatte oder ähnlichem
abgeschlossen sein. Das Gehäuse 2 weist
ebenfalls alle notwendigen Anschlüsse für Versorgungeinrichtungen 14 für beispielsweise
Kühlluft, Kühlflüssigkeit,
Steuerspannungs- und Hochspannungsversorgung sowie Sicherheitseinrichtungen 15 (z.B.
Messwertaufnehmer wie Temperaturfühler 16 oder Datenübertragungseinrichtungen)
auf. Weiterhin sind an dem Gehäuse
die Befestigungskomponenten – hier
beispielsweise ein Rollensystem 17 zum leichten Einschieben
der Vorrichtung in eine Druckmaschine- angebracht.
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Wie
der 2 zu entnehmen ist,
kann die Antriebseinheit 1 in Abhängigkeit von den Gegebenheiten
der Druckmaschine sowohl in dem Gehäuse 2 als auch außerhalb
des Gehäuses 2 an
diesem befestigt sein, beispielsweise auf, neben oder senkrecht
zu dem Gehäuse 2.
Dabei kann die Antriebseinheit 1 aufgrund ihrer modularen
Bauweise leicht vor Ort von einem Montagetechniker eingebaut oder
gegen eine nicht benötigte
ausgetauscht werden. Der Montagetechniker muß nicht mehr die Funktionsfähigkeit
der Antriebseinheit 1 prüfen, da diese Prüfung aufgrund
der modularen Bauweise bereits im Werk erfolgte.
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3 zeigt einen Querschnitt
durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung
in Höhe
der UV-Strahlungsquelle 5 entlang der Linie A-A der 1. Das Gehäuse 2 weist
auf seiner Außenseite
Führungsnuten 18 auf,
in denen notwendige Befestigungselemente sowie Kabel, Leitungen
und ähnliches störungsfrei
und platzsparend geführt
werden. Diese Führungsnuten 19 sind
abdeckbar, so dass die Leitungen vor Umwelteinflüssen weitestgehend geschützt sind.
Die Führungsnuten 19 weisen
dabei marktgängige
Maße auf,
so dass eine ganze Reihe von Zubehörteilen des Handels verwendbar
sind.
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Das
in 3 dargestellte Gehäuse 2 weist im
Inneren verschiedene Kühlmittelkanäle 11 auf, wobei
die Kanäle
mit kreisförmigem
Querschnitt zur Kühlwasserversorgung
und die anderen zur Kühlluftversorgung
dienen. Dabei tritt die Kühlluft
durch nicht dargestellte Öffnungen 12 im
Steg 10 in das Gehäuseinnere
aus. Durch diese doppelte Kühlung
wird sichergestellt, dass die in der Vorrichtung entstehende Wärme zuverlässig abgeführt wird.
Eine üblicherweise
verwendete UV-Strahlungsquelle 5 erzeugt etwa 200 W/cm,
so dass die temperaturempfindlichen und bis etwa 100°C stabilen
dichroitischen Schichten beschädigt
werden könnten,
wenn die Wärme
nicht effektiv abgeführt
würde.
Die kühlungstechnische
Auslegung dieses Systems ist bis zu spezifischen Strahlerleistungen
von 500 W/cm vorgesehen, um auch die in der Zukunft immer größer werdenden
Leistungen abdecken zu können.
Zur effektiven Wärmeableitung
trägt auch
der Steg 10 bei, der sich direkt an den Kühlmittelkanälen 11 befindet
und der durch seine relativ große
Materialstärke
Wärme gut
aufnehmen und ableiten kann. Der Steg 10 ist dabei gleichzeitig
ein End- und Anschlagpunkt für
die Schwenkbewegung der Trägerkörper 4,
wobei diese durch den direkten Kontakt mit dem Steg 10 ebenfalls
Wärme in
diesen ableiten können. 3 zeigt ebenfalls die Anordnung
der zweigeteilten Trägerprofile 4 und der
UV-Strahlungsquelle 5 mit deren Längsachse 9. Auf dem
Trägerprofil 4 befindet
sich der Reflektor 3, der mittels einer Befestigungseinrichtung,
beispielsweise einer Schraube 8 an dem Trägerprofil
lösbar befestigt
ist. In einer nicht dargestellten Ausführungsform der Erfindung befinden
sich zwei oder mehr UV-Strahlungsquellen 5 in der Vorrichtung,
wobei diese unterschiedliche Durchmesser aufweisen können.
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In 4 ist der UV-strahlungsquellenumfängliche
Kühlluftstrom
mithilfe der Pfeile angedeutet, der sich durch die saugende und
blasende Betriebsweise der Kühlluftkanäle 11 einstellt,
wobei der eine Kanal blasend, der andere saugend betrieben werden.
Der Kühlluftstrom
erfolgt dabei durch Öffnungen 12,
deren Querschnitt und Beabstandung, insbesondere im Bereich einer
nicht dargestellten UV-Strahlungsquellenhalterung 13,
an die anfallenden Wärmemengen
angepasst sind.
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5 zeigt einen Querschnitt
durch die Trägerkörper 4.
Wie schon das Gehäuse
so weist auch der Trägerkörper Kühlmittelkanäle 11 auf,
da der durch den Reflektor 3 dringende IR-Strahlungsanteil der
UV-Strahlung zunächst
den Trägerkörper 11 erwärmt. Die
hierbei übertragene
Wärme kann
sowohl durch Kühlluft,
als auch durch ein flüssiges
Kühlmittel abgeführt werden.
Der Trägerkörper 3 weist
auf der zur UV-Strahlungsquelle 5 gerichteten
Seite an einem Ende eine Ausnehmung 23 auf, in die der
Reflektor 3 eingreift. Das andere Ende 24 des
Trägerkörpers ist
abgeflacht, damit der Reflektor 3 mittels Schrauben 8 oder
in einer anderen lösbaren
Verbindungstechnik auf dem Trägerkörper 4 befestigt
werden kann. Der Reflektor greift dabei um das Ende 24 des
Trägerkörpers 4 herum,
so dass ein möglichst großer Flächenkontakt
zwischen Reflektor 3 und Trägerkörper 4 zur effizienten
Wärmeübertragung
besteht.
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6 zeigt einen Querschnitt
durch einen erfindungsgemäßen Reflektor 3,
wobei der dargestellte Reflektor 3 eine Kombination aus
einem elliptischen und einem evolventenförmigen Reflexionsquerschnitt
aufweist. Diese Gestaltung ermöglicht
die deutlich verbesserte Ausnutzung der UV- Strahlung für den Härtungsprozeß. Durch diese Gestaltung wird
weniger primäre
Strahlung der UV-Strahlungsquelle 5 vom Reflektor 3 in
die UV-Strahlungsquelle 5 und
deren Plasma zurückreflektiert.
Die dadurch bedingte Steigerung des Wirkungsgrades kann die Härtung mit
einer geringeren UV-Strahlerleistung durchgeführt werden. Das Substrat wird
geschont. Andere Auswirkungen dieser Wirkungsgradsteigerung sind
u.a. reduzierte Energiekosten, längere
Betriebsintervalle und eine höhere
Lebensdauer des Systems. Der vorzugsweise aus stranggepreßtem Aluminium
bestehende und bereits vorgekrümmte Reflektor 3 wird
vorzugsweise im Vakuum mit einer an sich bekannten dichroitischen
Reflexionsschicht versehen, die je nach der geforderten UV-Reflexionsgüte aus mehren,
im Fall der Anmelderin aus bis zu 80 abwechselnden Schichten aus
optisch hoch- und niederbrechenden Materialien besteht, so daß ein optisches
Interferenzsystem gebildet wird. Als Material für diese Schichten wird vorzugsweise
Siliziumoxid und Hafniumoxid verwendet. Durch diesen Aufbau wird
IR-Strahlung absorbiert und UV-Strahlung reflektiert, so dass die
Wärmebelastung
des Bedruckstoffes gesenkt und die Härtungseigenschaften der Vorrichtung
durch hohe Reflexionswerte im UV-Bereich verbessert werden. Weitere
Arten der Reflektoroberfläche
sind ebenfalls denkbar, von der einfachen Hochglanzpolitur bis zu
speziellen Beschichtungen für
bestimmte Wellenlängenbereiche und/oder
hochtemperaturfesten oder für
chemische und mechanische Beanspruchungen besonders resistente Arten.
Der Reflektor 3 weist an seinem einen Ende 20 einen
Griffsteg 18 auf, der gleichzeitig zur Befestigung am Trägerkörper 4 dient.
Der Reflektor 3 weist an seinem Nut-Ende 21 eine
Erstreckung 22 der Reflexionsschicht auf, so dass dort
ankommende Strahlung noch auf das Substrat reflektiert wird. Dies ist
bei herkömmlichen
Vorrichtungen nicht der Fall. Aufgrund dieser Ausgestaltung konnte
die Streustrahlungsemission um wenigstens 12% gegenüber der
von marktüblichen
Vorrichtungen verringert werden. Dies bedingt zusammen mit der um
wenigsten 8% gesteigerten UV-Reflexion einen deutlich verbesserten
Wirkungsgrad der Vorrichtung.
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Im
normalen Betriebszustand befindet sich der Reflektor 3 in
einer solchen Position zur UV-Strahlungsquelle 5, dass
deren Strahlung optimal auf einen Bedruckstoff reflektiert wird
und dort die nötige
Aktivierungsenergie zum Start der Härtungsreaktion der zu härtenden
Substanzen bereitstellt. In Abhängigkeit
von der zu härtenden
Substanz kann die notwendige räumliche
Strahlungsverteilung peakförmig
oder rechteckförmig
sein, oder aus zwei oder mehreren miteinander verschmolzenen Peaks
bestehen. Diese Verteilung wird zum einen durch die Wahl der Reflexionsgeometrie
gewährleistet,
da die entsprechende Verteilung durch Überlagerung oder Auslöschung der
reflektierten Strahlung erzielt wird, die ihrerseits durch die Reflexionsgeometrie
bestimmt sind. Durch erfindungsgemäß vorgesehenes, schrittweises
Verschwenken der Trägerkörper 4 ändert sich
die Reflexionsgeometrie und damit die räumliche Strahlungsverteilung
auf dem Bedruckstoff unter Abnahme der Intensität. Diese Änderung wird erfindungsgemäß auch dadurch
erzielt, dass die UV-Strahlungsquelle 5 in
einer zu einer Seitenwand des Gehäuses parallelen Ebene verschoben
und damit aus dem Brennpunkt des Reflektors genommen wird.
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Zur Änderung
der räumlichen
Strahlungsverteilung unter Beibehaltung der Strahlungsintensität und Strahlungsdosis
wird erfindungsgemäß der Reflektor 3 gegen
einen anderen mit anderer Reflexionsgeometrie ausgetauscht, wobei
bei beiden Reflektoren die zum Trägerkörper 4 gerichtete
Seite die gleiche Geometrie aufweist und dieser daher nicht mit
ausgetauscht zu werden braucht. Für bestimmte Anwendungen ist
es sinnvoll, die Reflektoren nicht symmetrisch zu betreiben, sondern
auf jeden der beiden Trägerkörper einen
anderen Reflektor 3 zu installieren. Dies ist besonders
sinnvoll, wenn beispielsweise bei Bogenoffsetmaschinen ein Greiferwagenschatten
entsteht und dieser durch eine asymmetrische Bestrahlungscharakteristik
ausgeglichen werden kann. Eine weitere Anwendung solcher asymmetrischer
Reflektoren 3 bietet sich ebenfalls in Bogenoffsetmaschinen
im Bereich der UV-Zwischentrockner an. Bedingt durch die mechanische
Enge dieser Maschinen kann die Härtungsvorrichtung
nicht immer in einem optimalen Winkel zum Bedruckstoff eingebaut
werden. Hier bieten sich asymmetrische Reflektoren 3 aus
zwei Gründen
an: Zum einen zur optimalen Härtung
und zum zweiten zur Reduzierung der Streustrahlung, beispielsweise
in Richtung eines Gummituches, so dass dieses weniger thermisch
belastet wird.
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Für den Fall,
dass der Bedruckstoff betriebsbedingt langsamer unter der erfindungsgemäßen Vorrichtung
transportiert wird oder gar darunter zum Stillstand kommt, ist erfindungsgemäß vorgesehen, die
Trägerkörper 4 in
eine Position zwischen UV-Strahlungsquelle 5 und Bedruckstoff
zu verschwenken und gleichzeitig die Leistung der UV-Strahlungsquelle 5 von
den üblichen
17 kW bei ca. 1 m Arbeitsbreite auf circa 4 kW zu reduzieren. Auf
diese Weise entfällt
das zeitraubende Anfahren der UV-Strahlungsquellen 5,
dass bei deren Abschaltung ansonsten notwendig würde. Gleichzeitig wird die
verbliebene Strahlung auf den Steg 10 reflektiert, der
die Wärme
wie beschrieben effizient an ein Kühlmedium abgibt. Da der Steg 10 ebenso
wie das Gehäuse 2 aus
einem Aluminiumstrangpressprofil gebildet ist, ist der Steg 10 kostengünstig herzustellen
und eine an dieser Stelle sonst befindliche gelötete Kupferkonstruktion kann
entfallen. Auf diese Weise wird der apparative Aufwand vermindert.
Durch die Kombination der oben genannten Maßnahmen kann auch eine zusätzliche äußere Abschlussvorrichtung
entfallen, was ebenfalls den apparativen Aufwand und damit die Produktion
der Vorrichtung vereinfacht.
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- 1
- Antriebseinheit
- 2
- Gehäuse
- 3
- Reflektor
- 4
- Trägerkörper
- 5
- UV-Strahlungsquelle
- 6
- Seite
(Trägerkörper)
- 7
- Seite
(UV-Strahlungsquelle)
- 8
- Befestigungseinrichtung
- 9
- Längsachse
- 10
- Steg
- 11
- Kühlmittelkanal
- 12
- Öffnungen
- 13
- UV-Strahlungsquellenhalterung
- 14
- Versorgungseinrichtung
- 15
- Sicherheitseinrichtung
- 16
- Messeinrichtung
- 17
- Befestigungskomponente
- 18
- Griffsteg
- 19
- Führungsnut
- 20
- Ende
(Reflektor)
- 21
- Nut-Ende
- 22
- Erstreckung
- 23
- Ausnehmung
- 24
- Ende