DE2749439C3 - Verfahren und Vorrichtung zum Verhindern von Dampfniederschlägen auf dem Reflektor einer UV-Strahlungsquelle - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Verhindern von Dampfniederschlägen auf dem Reflektor einer UV-StrahlungsquelleInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine
Vorrichtung zum Verhindern von Dampfniederschlägen auf der Oberfläche eines gekühlten Reflektors einer
UV-Strahlungsquelle beim Aushärten von Überzügen auf an der UV-Strahlungsquelle vorbeigeführten Substraten.
■»ο
Es ist bekannt (US-PS 39 36 950 und US-PS 38 07 052), zum Aushärten von Überzügen auf an einer
UV-Strahlungsquelle vorbeigeführten Substraten innengekühlte oder nichtgekühlte Strahlungsquellen, z. B.
Niederdruck-UV-Quecksilberdampflampen vorzusehen. Die bekannte Vorrichtung ist mit einem Einlaß- und
einem Auslaßtunnel und einer dazwischen angeordneten Behandlungskammer versehen, in der nindestens
eine Quecksilberdampflampe untergebracht ist, die einen gekühlten Reflektor aufweist, der UV-Licht von
der Lampe auf das Substrat richtet, wobei der Einlaßtunnel mit einem Gasinjektor ausgestattet ist,
über den ein den Zutritt von Sauerstoff zum Substrat verhinderndes inertes Gas auf das Substrat leitbar ist. In
der Praxis hat man bisher den Reflektor durch Wärmeleitung unmittelbar gekühlt.
Aufgrund der beim Aushärten auftretenden hohen Überzugs- und Substrattemperaturen gehen, wie gefunden
wurde, in vielen Fällen von dem Überzug Dämpfe aus, die auf der Reflektoroberfläche und/oder der
Lampe selbst abgeschieden werden. Die UV-Strahlen werden dann nur noch in vermindertem Maße in
Richtung auf die Substratoberfläche gelenkt. Es kommt zu einer verringerten UV-Ausbeute. Die einwandfreie
Aushärtung wird beeinträchtigt. Es wurde erkannt, daß die Ursache für ein Beschlagen der Rtflektoroberfläche
starke thermische Konvektionsströme sind, die von dem heißen Substrat zu der hinter der Lampe sitzenden,
kühleren Reflektoroberfläche hochsteigen. Dies führt zu einer thermisch;,! Pumpwirkung, aufgrund deren die
Dämpfe zu der Reflektoroberfläche gepumpt und dort kondensiert werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die
Dampfniederschläge der genannten Art auf einfache und wirkungsvolle Weise verhindern.
Von der Verfahrensseite her wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelost, daß die Kühlung des
Reflektors nur durch Strahlungsübergang zu einer flüssigkeitsgekühlten Wärmesenke erfolgt und der
Strahlungswärmeübergang derart eingestellt wird, daß die Temperatur der Reflektoroberfläche ständig einen
Wert behält, der mindestens ebenso hoch wie die Temperatur des Substratüberzugs ist. Durch diese
Maßnahmen werden die unerwünschten thermischen Konvektionsströme weitgehend beseitigt. Die Kühlung
des Reflektors wird auf einen Wert begrenzt, bei dem es nicht zur Ausbildung eines Dampfniederschlags auf der
Reflektoroberfläche kommt.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird ein Schutzgasstrom in der gleichen Richtung wird der
Laufrichtung des Substrats über den auszuhärtenden Überzug geleitet und das Schutzgas zusammen mit
einem Teil der von dem Überzug ausgehenden Dämpfe in Substratlaufrichtung hinter der UV-Strahlungsquelle
abgezogen. Dieser Schutzgasstrom trägt zu der Vermeidung starker Dampfniederschläge wesentlich
bei, indem er die Dämpfe mindestens teilweise am Hochsteigen in Richtung zur UV-Strahlungsqueüe und
deren Reflektor hindert.
Als Kühlflüssigkeit für die Wärmesenke eignet sich insbesondere Wasser oder ein Gemisch von Wasser und
Äthylenglykol. Zweckmäßig wird die Temperatur der Reflektoroberfläche auf einem Wert gehalten, bei dem
der Partialdruck der von dem Überzug ausgehenden Dämpfe größer als 1013 Millibar ist.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des genannten Verfahrens ist erfindungsgemäO dadurch gekennzeich-
net, daß die Wärmesenke flüssigkeitsgekühlt ist und den Reflektor teilweise umgibt, jedoch von diesem getrennt
ist. Dabei ist vorzugsweise eine Einrichtung zur Zufuhr des Schutzgasstromes zwischen dem Einlaßtunnel und
der Behandlungskammer angeordnet. Um die Dämpfe besonders wirkungsvoll abzuführen, hat zweckmäßig
der Auslaßtunnel eine größere Höhe als der Einlaßtunnel. Der Strahlungswärmeübergang wird optimiert,
wenn die einander gegenüberstehenden Oberflächen des Reflektors und der Wärmesenke schwarz sind.
Die Erfindung ist im folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In
den Zeichnungen zeigt
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung
zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und
F i g. 2 einen Schnitt entlang der Linie 2-2 der Fig. 1.
Die schematisch dargestellte Anordnung weist eine Behandlungskammer 1 auf, in der eine UV-Strahlungsquelle
3 montiert ist, bei der es sich in der Regel um eine Gruppe von Mitteldruck-Quecksilberdampflsmpen
handelt. Der UV-Strahlungsquelle 3 ist ein Reflektor 5
zugeordnet, der die Strahlungsquelle teilweise umgibt, um UV-Strahlung auf die Oberfläche des Substrats zu
richten, das sich von einem Einlaßtunnel 7 kommend durch die Behandlungskammer 1 hindurchbewegt, wo
ein auf dem Substrat befindlicher Überzug mittels UV-Strahlung ausgehärtet wird. Das Substrat verläßt
die Behandlungskammer dann über einen Auslaßtunnel 9.
Inertgas wird von einer Verteilerkammer 11 a;'s
zugeführt und in bekannter Weise (US-PS 39 36 950) durch einen Injektor 13 hindurchgeleitet. Dieses Gas hat
die Aufgabe, die Oberfläche des sich bewegenden Substrats abzudecken, um den Zutritt von Sauerstoff
auszuschließen, der die Aushärtung behindert. Zusätzlich ist eine zweite Inertgasquelle in Form einer
Schutzgaskammer 15 vorgesehen. Ein Schutzgasstrom wird von dieser Kammer aus durch einen Durchlaß 17
hindurch parallel zu dem sich bewegenden, beschichteten Substrat und in der gleichen Richtung wie der
Laufrichtung des Substrat.; geleitet. Stau parallel zu
verlaufen, kann der Schutzgasstrom auch in einem Winkel zwischen ungefähr 5° und 15° mit Bezug auf die
Waagrechte gegen das sich bewegende Substrat gerichtet sein. Dieser Schutzgasstrom hält im wesent'ichen
alle Dämpfe nieder, die von dem Überzug ausgehen, während dieser gehärtet wird; er trägt die
Dämpfe durch den Auslaßtunnel 9 hindurch nach außen. Vorzugsweise ist die Höhe h des Auslaßtunnels 9 größer
als die Höhe ffdes Einlaßtunnels 7. Dies erlaubt es den
Dämpfen, die Behandlungskammer zusamme.i mit dem Schutzgas und unterhalb desselben leichter zu verlassen.
Es wurde gefunden, daß die von der Überzugsoberfläche ausgehenden Dämpfe sich unter dem laminaren
Schutzgasstrom ansammeln und diesen laminaren Strom von der Überzugsoberfläche abheben, wodurch
die Dicke der laminaren Strömungss'jhicht vergrößert wird. Ein Auslaßtunnel von größerer Höhe als der Höhe
des Einlaßtunnels erleichtert daher den Abzug der Dämpfe aus der Anlage. Dieser Schutzgasstrom wird
vorzugsweise vorgesehen; es ist jedoch auch möglich, ohne einem solchen Schutzgasstrom zu arbeiten.
Die flüssigkeitsgekühlte Wärmesenke 19 muß von dem Reflektor 3 in Abstand liegen, so daß nur ein
Strahlungswärmeübergang zwischen dem Reflektor -j
und der Wärmesenke 19 stattfindet. Die Ursache des Danipfniederschlags auf den Lampen und den Reflektoren
sind starke thermische Konvektionsströme, die von dem relativ heißen Substrat zu der kühleren Reflektoroberfläche
hochsteigen. Das Problem läßt sich minimieren, indem die Temperatur der Reflektoroberflächen
derart eingesteht wird, daß die Konvektionsströme minimal bleiben. Die Art der Reflektoroberflächenküb
lung ist jedoch kritisch. Eine Luft- oder Gaskühlung ist nicht praktisch, weil dies zu turbulenten Luft- oder
Gassirömen in der Behandlungskammer beiträgt und
ίο das Problem der thermischen Konvektionspumpwirkung
noch vergrößert. Die Temperaturbeeinflussung erfolgt, indem nur ein Strahlungswärmeübergang
vorgesehen wird. Für diesen Zweck ist dafür gesorgt, daß zwischen den Oberflächen von Reflektor und
is Wärmesenke kein Kontakt besteht Des weiteren ist es
günstig, die einander zugekehrten Oberflächen der Wärmesenke 19 und des Reflektors schwarz anzustreichen
oder zu beschichten, um die Größe des Strahlungswärmeübergangs zwischen diesen Flächen
vorzugeben.
Bei einer typischen Anwendung, b^i der Fußbodenfliesen
mittels der erläuterten Anlage ausgehärtet werden sollen, kann die Fliesentemperatur bis zu
ungefähr 95°C betragen; für gewöhnlich liegt sie zwis.hen ungefähr 600C und 80°C. Ein typischer
Reflektor einer herkömmlichen Quecksilberdampflampe erreicht ungefähr 205°C; seine Temperatur liegt
damit über der Fliesentemperatur; es besteht nur eine geringe oder überhaupt keine "ι endenz für eine
)o Wärmekonvektion von Beschichtungsdämpfen von der beschichteten Fliesenoberfläche zu der Reflektoroberfläche.
Durch die Verwendung von temperaturgeregelten Reflektoren kann auch für eine ausreichend hohe
j-, Temperatur an den Reflektoroberflächen gesorgt werden, so daß der Dampfdruck des Dampfes bei dieser
Temperatur bewirkt, daß der die Reflektoroberfläche erreichende Dampf erneut verdampft wird, wodurch
eine Kondensation verhindert wird.
Die Verwendung von strahlungsgekühlten, temperaiurgeregelten
Reflektoren ermöglicht also zwei Arbeitsweisen, um die Reflektoren sauberzuhalten:
1. Über der beschichteten Substratoberfläche wird v-, ein Temperaturprofil ausgebildet, das die laminare
Strömung an der Substratoberfläche dabei unterstützt.die
Dämpfe niederzuhalten und so rasch zu beseitigen, wie sie von dem Überzug freigesetzt werden,
und
■so 2. die Reflektnrtemperatur wird auf einem Wert
gehalten.bei dem der Partialdruckdes Dampfet über 1013 Millibarliegi.sodaß Dämpfe.diedie Reflektoroberfläche
erreichen, rasch in die Kammeratmosphäre zurückverdampft werden,und ζ var ent-
v> sprechend oem Dampfpartialdruck, der der Temperatur
der Kammeratmosphäre zugeordnet ist.
In jedem Fall ist das relative Verhältnis von Substrattemperatur zu Reflektorlemperatur von Wich-
M) tigkeit. Es ist stets besonders günstig, das Substrat
während der Aushärtung so kühl wie möglich zu halten, um einen möglichst kleinen Dampfdruck der flüchtigen
Komponenten zu erreichen. Für diesen Zweck kann das Substrat vor und während der Aushärtung gekühlt
ί·) werden; außerdem kann der auffallende Strahlungsfluß
möglichst klein gehalten werden, um den Temperaturanstieg während der Aushärtung auf die exotherme
Reaktionswärme zu minimieren.
Die beschriebene Anordnung kann auf verschiedene Weise modifiziert und/oder ergänzt werden. Um
beispielsweise die Menge des innerhalb der Anlage verwendeten Inertgases zu minimieren, kann ein
Dampfabschirm-Luftstrom stromabwärts von der ersten Behandlungskammer und vor einer zweiten
Behandlungskammer vorgesehen werden. In ähnlicher Weise ist es möglich, Abzugstunnels vor dem Einlaßtunncl
und nach dem Auslaßtunnel zu verwenden, wobei das Druckverhältnis /wischen diesen Tunnels derart
eingestellt wird, daß eine gegenseitige Abstimmung der jeden Abzugstunnel verlassenden Ströme erfolgt, um
den Inertgasstrom aufrechtzuerhalten und soviel Dämpfe wie möglich zu beseitigen.
Hier/u 1 Blatt Zeichnungen
Claims (8)
1. Verfahren zum Verhindern von Dampfniederschlägen auf der Oberfläche eines gekühlten
Reflektors einer UV-Strahlungsquelle beim Aushärten von Überzügen auf an der UV-Strahlungsquelle
vorbeigeführten Substraten, dadurch gekennzeichnet,
daß die Kühlung des Reflektors nur durch Strahlungsübergang zu einer flüssigkeitsgekühlten
Wärmesenke erfolgt und der Strahlungswärmeübergang derart eingestellt wird, daß die
Temperatur der Reflektoroberfläche ständig einen Wert behält, der mindestens ebenso hoch wie die
Temperatur des Substratüberzugs ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schutzgasstrom in der gleichen
Richtung wie der Laufrichtung des Substrats über den auszuhärtenden Überzug geleitet und das
Schutzgas zusammen mit einem Teil der von dem Überzug ausgehenden Dämpfe in Substratlaufrichtung
hinter der UV-Strahiungsqueiie abgezogen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Kühlflüssigkeit für die
Wärmesenke Wasser oder ein Gemisch von Wasser und Äthylenglykol verwende* wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur
der Reflektoroberfläche auf einem Wert gehalten wird, bei dem der Partialdruck der von dem
Überzug ai sgehenden Dämpfe größer als 1013 Millibar
ist.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit
einem Einlaß- und einem Auslaßtunnel und einer dazwischen angeordneten Behandlungskammer, in
der mindestens eine Quecksilberdampflampe untergebracht ist, die einen gekühlten Reflektor aufweist,
der UV-Licht von der Lampe auf das Substrat richtet, wobei der Einlaßtunnel mit einem Gasinjektor
ausgestattet ist, über den ein den Zutritt von Sauerstoff zum Substrat verhinderndes inertes Gas
auf das Substrat leitbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmesenke (19) flüssigkeitsgekühlt ist und
den Reflektor (5) teilweise umgibt, jedoch von diesem getrennt ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5 zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Einrichtung (15,17) zur Zufuhr des Schutzgasstromes zwischen dem Einlaßtunnel (7)
und der Behandlungskammer(l) angeordnet ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaßtunnel (9) eine
größere Höhe als der Einlaßtunnel (7) hat.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die einander gegenüberstehenden
Oberflächen des Reflektors (5) und der Wärmesenke (19) schwarz sind.
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