DE10352184A1 - Apparatus for curing or drying coatings on substrates comprises lamp above substrate fitted with curved barrier immediately below it, curved reflection filters behind it and straight filters across part of light outlet - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Härten und/oder Trocknen einer Beschichtung auf einem Substrat mit mindestens einer über dem Substrat angeordneten Strahlungsquelle, deren Strahlung der Beschichtung über ein Reflektorsystem zuführbar ist.The The invention relates to a device for curing and / or drying a Coating on a substrate with at least one above the Substrate arranged radiation source, the radiation of the coating over a Reflector system can be fed.
Derartige Vorrichtungen kommen beispielsweise zum Einsatz, wenn ein Lösungsmittel aus der Beschichtung entfernt werden soll. Der Einsatz niedrigsiedender Lösemittel verbietet sich häufig aus Umweltgründen. Kommt Wasser als Lösemittel zum Einsatz ist zur Erreichung der Siedetemperatur ein hoher Energiebedarf erforderlich. Ist das Substratmaterial wärmeempfindlich, wie beispielsweise Kunststoff, ist ein hoher Energieeintrag problematisch; das Substratmaterial kann beschädigt werden. Die Ursache liegt darin, das insbesondere langwellige Infrarotstrahlung durch die Beschichtung hindurch in das Substratmaterial gelangt und dort in Wärme umgewandelt wird.such Devices are used, for example, when a solvent should be removed from the coating. The use of low boiling solvent often forbids for environmental reasons. Comes water as a solvent To achieve the boiling temperature is a high energy demand required. Is the substrate material heat sensitive, such as plastic, is a high energy input problematic; the substrate material may be damaged become. The cause lies in the particular long-wave infrared radiation passes through the coating into the substrate material and converted into heat there becomes.
Aus dem Stand der Technik sind daher bereits gattungsgemäße Bestrahlungsvorrichtungen bekannt geworden, die in erster Linie Strahlung im nahen Infrarotbereich (NIR) abstrahlen. Diese Vorrichtungen werden auch als Hellstrahler-Systeme bezeichnet. Sie weisen Quarzlampen-Lampen mit Quarzglaskolben- auf, die überwiegend kurzwellige Infrarotstrahlung nahe am sichtbaren Spektrum, mit der größten Intensität erzeugen. Der zentrale physikalische Vorteil der Trocknung mit Strahlung vorwiegend im NIR-Bereich besteht darin, dass die elektromagnetische Energie direkt von der zu trocknenden Beschichtung absorbiert wird. Die Hitze wirkt daher in erste Linie dort, wo sie wirken soll, nicht jedoch in dem häufig hitzeempfindlichen Substrat.Out The prior art therefore already generic irradiation devices are known become, in the first place radiation in the near infrared range (NIR) radiate. These devices are also called Hellstrahler systems designated. They have quartz lamp lamps with quartz glass bulb, the predominantly Short-wave infrared radiation near the visible spectrum, with the generate the greatest intensity. The main physical advantage of drying with radiation predominantly in the NIR range is that the electromagnetic energy is absorbed directly from the coating to be dried. The Heat therefore does not work first and foremost where it should work however in the common heat-sensitive substrate.
Obwohl die bekannten Vorrichtungen in erster Linie Strahlung im NIR-Bereich abstrahlen, gelangt stets auch ein recht hoher Anteil längerwelliger Infrarot-Strahlung, die von jeder Strahlungsquelle emittiert wird, auf das Substrat. Reflexionsfilter, die die längerwellige Infrarotstrahlung reflektieren, während sie die erwünschte NIR-Strahlung transmittieren, sind technisch nicht herstellbar. Es ist daher nicht möglich über einen zwischen Substrat und Strahlungsquelle angeordneten Reflexionsfilter die unerwünschte längerwellige Infrarotstrahlung vom Substrat fernzuhalten.Even though the known devices primarily radiation in the NIR range always radiate a fairly high proportion of longer-wave infrared radiation, emitted from each radiation source onto the substrate. Reflection filter, the longer-wave Reflect infrared radiation while providing the desired NIR radiation transmit, are not technically manufacturable. It is not possible over one between the substrate and radiation source arranged reflection filter the unwanted longer wavelength Keep infrared radiation away from the substrate.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die kurze Trocknungs- und/oder Härtungszeiten bei gleichzeitig reduziertem Energieverbrauch ermöglicht und Infrarotstrahlung oberhalb des NIR-Bereichs wirksam vom Substrat fernhält.outgoing From this prior art, the invention is therefore the task based to provide a device of the type mentioned, the short drying and / or curing times while allowing reduced energy consumption and Infrared radiation above the NIR region effective from the substrate keeps.
Für die Erfindung
wird von folgenden Definitionen ausgegangen:
Infrarotstrahlung
ist diejenige elektromagnetische Strahlung, die sich unterhalb der
Empfindlichkeitsgrenze des Auges (Wellenlänge 760 nm) bis zum Mikrowellenbereich
(1 mm) erstreckt und in nahes (NIR: 760 nm bis 2,5 μm), mittleres
(MIR: 2,5 bis 25 μm) und
fernes Infrarot (FIR: 25 bis 1000 μm) unterteilt wird. Die Grenzen
des sichtbaren Lichts liegen bei etwa 380 nm Wellenlänge am ultravioletten
und bei etwa 760 nm am infraroten Ende des Spektrums. Ultravioletstrahlung
bezeichnet den Bereich des Spektrums der elektromagnetischen Strahlung,
der sich von etwa 380 nm bis etwa 10 nm erstreckt.For the invention, the following definitions are assumed:
Infrared radiation is that electromagnetic radiation that extends below the sensitivity limit of the eye (wavelength 760 nm) to the microwave range (1 mm) and in the near (NIR: 760 nm to 2.5 microns), medium (MIR: 2.5 to 25 μm) and far infrared (FIR: 25 to 1000 μm). The limits of visible light are at about 380 nm wavelength at the ultraviolet and at about 760 nm at the infrared end of the spectrum. Ultraviolet radiation refers to the range of the spectrum of electromagnetic radiation that extends from about 380 nm to about 10 nm.
Die Lösung der Aufgabe basiert auf dem Gedanken, dass keine direkte Strahlung von der Strahlungsquelle auf die Beschichtung fällt, sondern lediglich indirekte Strahlung über mindestens zwei unterschiedliche Reflexionsfilter auf die Beschichtung auftrifft.The solution The task is based on the idea that there is no direct radiation falls from the radiation source to the coating, but only indirect Radiation over at least two different reflection filters on the coating incident.
Im einzelnen wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass
- – mindestens eine Barriere den direkten Strahlengang der Strahlungsquelle ausblendet,
- – das Reflektorsystem mindestens einen ersten und mindestens einen zweiten Reflexionsfilter aufweist,
- – das jeder erste Reflexionsfilter für ein erstes Spektrum der Strahlung teilweise reflektierend und für ein zweites Spektrum der Strahlung transmittierend ist
- – dass jeder zweite Reflexionsfilter für das erste Spektrum der Strahlung teilweise transmittierend ist und zwischen der Strahlungsquelle und dem Substrat angeordnet ist.
- At least one barrier blocks the direct beam path of the radiation source,
- The reflector system has at least one first and at least one second reflection filter,
- - That each first reflection filter for a first spectrum of the radiation is partially reflective and transmissive to a second spectrum of the radiation
- - That each second reflection filter for the first spectrum of the radiation is partially transmissive and is disposed between the radiation source and the substrate.
Die Barriere blendet wirksam die direkte Strahlung und damit auch die unerwünschte längerwellige Infrarotstrahlung im MIR- und FIR-Bereich aus.The Barrier effectively blocks the direct radiation and thus the undesirable longer wavelength Infrared radiation in the MIR and FIR area off.
Jeder erste Reflexionsfilter ist zumindest für Strahlung mit einer Wellenlänge oberhalb des NIR-Bereichs der Strahlung transmittierend und für Strahlung im NIR-Bereich, insbesondere mit einer Wellenlänge im Bereich von 760 nm–1600 nm zu etwa 90–95% sowie Strahlung im sichtbaren Bereich und dem Ultraviolet-Bereich reflektierend.Everyone first reflection filter is at least for radiation having a wavelength above of the NIR region of radiation transmitting and for radiation in the NIR range, in particular with a wavelength in the range of 760 nm-1600 nm about 90-95% as well as visible and ultraviolet radiation reflective.
Die ersten Reflektionsfilter sind sämtlich derart angeordnet, dass die transmittierende Strahlung nicht auf die zweiten Reflexionsfilter einfallen kann, während die reflektierte Strahlung vorzugsweise vollständig auf die zweiten Reflexionsflächen gerichtet ist. Hierzu können die ersten Reflexionsfilter in Bezug auf das zu bestrahlende Substrat zumindest teilweise hinter der Strahlungsquelle angeordnet sein. Sie sind beispielsweise an den Innenwänden eines Gehäuses, dass die Strahlungsquelle umgibt, befestigt. Die transmittierende Strahlung im Infrarot-Bereich wird vorzugsweise über eine Kühlung des Gehäuses abgeführt. Die Kühlung ist insbesondere als Wasserkühlung ausgeführt.The first reflection filters are all arranged such that the transmitted radiation can not be incident on the second reflection filters, while the reflected radiation is preferably full is constantly directed to the second reflection surfaces. For this purpose, the first reflection filters can be arranged at least partially behind the radiation source with respect to the substrate to be irradiated. For example, they are attached to the inner walls of a housing that surrounds the radiation source. The transmitting radiation in the infrared range is preferably dissipated via a cooling of the housing. The cooling is designed in particular as water cooling.
Die zweiten Reflexionsfilter sind lediglich für den NIR-Bereich der Strahlung, insbesondere für Strahlung mit einer Wellenlänge zwischen 760 nm und 1600 nm, transmittierend, während die Strahlung im sichtbaren Bereich und Ultraviolet-Bereich nahezu vollständig (etwa zu 90–95 )reflektiert wird. Als Ergebnis dieses zweistufigen Reflexionssystems verläßt die erfindungsgemäße Vorrichtung praktisch ausschließlich Strahlung im gewünschten NIR-Bereich.The second reflection filters are only for the NIR region of the radiation, in particular for radiation with one wavelength between 760 nm and 1600 nm, transmissive, while the radiation in the visible Area and ultraviolet area almost complete (about 90-95 ) is reflected. As a result of this two-stage reflection system leaves the device according to the invention practically exclusively Radiation in the desired NIR range.
Eine weitere Verbesserung der Energieeffizienz der Vorrichtung lässt sich erreichen, wenn die Barriere direkt unterhalb jeder Strahlungsquelle angeordnet ist und eine Ausformung ausweist, die jede Strahlungsquelle teilweise umgibt und in der Ausformung eine Reflexionsschicht angeordnet ist, die zumindest den NIR-Bereich der Strahlung reflektiert. Zur Abfuhr der Restwärme aus der Barriere weist diese vorzugsweise eine Kühlung auf.A Further improvement of the energy efficiency of the device can be reach if the barrier is just below each radiation source is arranged and identifies a shape that each radiation source partially surrounds and arranged in the formation of a reflective layer is that reflects at least the NIR region of the radiation. to Removal of residual heat from the barrier, this preferably has a cooling.
Nachfolgend
wird die Erfindung anhand von
Die
Vorrichtung besteht aus einem Gehäuse
Am
unteren Rand des Gehäuses
Weiter
ist aus
Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
arbeitet wie folgt:
Die Strahlungsquelle
The radiation source
Die
Barriere
Die
ersten Reflexionsfilter
Das
Schaubild b) verdeutlicht, dass die Strahlung im sichtbaren Bereich
sowie im Ultraviolet-Bereich nahezu vollständig von den zweiten Reflexionsflächen reflektiert
wird, während
die Strahlung im NIR-Bereich, insbesondere zwischen 760 nm und 1600
nm nahezu vollständig
durch die zweiten Reflektionsfilter
Aus
Schaubild c) ist erkennbar, dass infolge der nahezu vollständigen Reflexion
der NIR-Strahlung im Bereich zwischen 760 und 1600 nm an den ersten
Reflektionsfiltern
Da die auf die Beschichtung auftreffende elektromagnetische Strahlung im NIR-Bereich die höchste Energiedichte des abgestrahlten Spektrums aufweist werden mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kürzeste Trocknungszeiten bei geringem Energieeinsatz erreicht. Bei gleicher Trocknungswirkung baut die erfindungsgemäße Vorrichtung kompakter als vergleichbare, herkömmliche Vorrichtungen.There the electromagnetic radiation impinging on the coating the highest in the NIR area Energy density of the radiated spectrum are with the Device according to the invention shortest Drying times achieved with low energy consumption. At the same Drying action builds the device according to the invention more compact than comparable, conventional Devices.
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