DE602005006100T2

DE602005006100T2 - Ultraviolett-vernetzungseinrichtung unter kontrollierter atmosphäre

Info

Publication number: DE602005006100T2
Application number: DE602005006100T
Authority: DE
Inventors: Francois Coeuret; Geraldine Rames-Langlade; Andrea Spizzica
Original assignee: Air Liquide SA; LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Current assignee: Air Liquide SA; LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Priority date: 2004-01-28
Filing date: 2005-01-24
Publication date: 2009-05-07
Anticipated expiration: 2025-01-25
Also published as: EP1711279A1; ES2306116T3; US7806075B2; FR2865418A1; CA2552948A1; KR101134861B1; FR2865418B1; SI1711279T1; KR20070008560A; DE602005006100D1; CN100591429C; PT1711279E; JP4763618B2; DK1711279T3; EP1711279B1; PL1711279T3; CN1913980A; ATE392270T1; CA2552948C; JP2007519519A

Description

Die Erfindung betrifft Einrichtungen, in denen Arbeitsvorgänge durchgeführt werden, die eine Kontrolle der Atmosphäre im Inneren eines Gehäuses erfordern, und betrifft insbesondere den Bereich der Arbeitsvorgänge zur Vernetzung eines Überzugs (zum Beispiel eine Farbe oder ein Lack) durch UV-Strahlung (in der Literatur „UV Curing") oder durch Elektronenstrahl (in der Literatur „Electron Beam") im Vorhandensein einer kontrollierten Atmosphäre, meistens ein Inertgasgemisch, zum Beispiel auf Stickstoff-, CO2-, Argonbasis, usw. ... oder von Gemischen solcher Gase.
Es sei daran erinnert, dass die Verwendung von Verarbeitungsprodukten, die in der Lage sind, durch UV-Strahlen oder durch Elektronenstrahlen (EB) zu härten (vernetzen), wie Klebemittel, Schutzlackierungen, Lacke, Farben und Anstriche, heutzutage in Flächendruck und -lackierung weit verbreitet sind. In der Tat weisen diese Produkte im Vergleich zu herkömmlichen Produkten, die auf organischen und wässrigen Lösungsmitteln basieren, auf technischer (schnelle Vernetzung, geringerer Materialschwund, Qualität des Endprodukts und einfache Reinigung der Druckformen) und ökologischer Ebene (Harze, die zu 100% aus Trockensubstanz bestehen und Verringerung des Energieverbrauchs) Vorteile aufweisen.
Da der Schritt der Vernetzung industriell in einem fortlaufenden 24-Stundenbetrieb ausgeführt werden muss, ist das Gehäuse, das eine oder mehrere UV-Lampen aufweist, ein offenes System. Infolgedessen wird der Vernetzungsmechanismus, der im durch die UV-Lampe bestrahlten Bereich stattfindet, in der atmosphärischen Luft ausgeführt. Dieser Schritt wird industriell bei Durchlaufgeschwindigkeiten ausgeführt, die je nach Anwendung von 10 bis zu mehreren hundert m/min reichen.
Die Mehrheit der Produkte, die durch UV-Strahlung vernetzen, sind Radikalsysteme. Neben den chemischen Grundkomponenten, wie ein Vorpolymerisat, einem reaktiven Verdünnungsmittel und Zusatzstoffen, enthält die Formulierung einen Fotoinitiator (PA). Dieser Fotoinitiator erzeugt unter der Einwirkung der UV-Strahlen freie Radikale (Schritt a), die die radikalischen Polymerisationsreaktionen gemäß den verschiedenen gemäß dem Schema 1 unten erklärten Schritten einleiten werden. Die Radikale (R*) reagieren mit den reaktiven Funktionen (M) des Vorpolymerisats und des Verdünnungsmittels und leiten die Polymerisationsreaktion (Schritt b) ein. Da die reaktiven Funktionen gleichzeitig in dem Vorpolymerisat und dem Verdünnungsmittel enthalten sind, entwickelt sich die Fortpflanzung (Schritt c) der Polymerisationsreaktion in drei Dimensionen. Auf diese Weise führt die Beendigung (Schritt d) der Polymerkette zu einem stark vernetzten Polymernetz (R(M)_n).
Schema 1: Reaktionen der radikalischen Fotopolymerisation eines UV-Harzes
Heute funktionieren industrielle UV-Einrichtungen mit offenen Systemen und diese radikalischen Fotopolymerisationsreaktionen finden bei atmosphärischer Luft statt. Nun sind aber sämtliche Radikale (R*, RM* und (R(M)_n*), die am Vernetzungsverfahren beteiligt sind, gegenüber dem Sauerstoff der Luft sehr reaktiv. Diese Radikale reagieren mit dem Sauerstoff, um Peroxide (RO₂*) und Hydroperoxide (ROOH) zu bilden und verringern so die Wirksamkeit der radikalischen Fotopolymerisationsreaktion (siehe Schema 2 unten). Der Sauerstoff interferiert auf verschiedenen Stufen des hiernach beschriebenen chemischen Mechanismus, was die Reduktion der Menge der freien Radikale (Schritt a), die Verhinderung der Einleitung der Polymerisation (Schritt b) und die vorzeitige Beendigung der Bildung von Polymerketten (Schritt d) zur Folge hat.
Diese Phänomene treten mit dem anfangs in der Formulierung vorhandenen Sauerstoff und mit dem atmosphärischen Sauerstoff ein, der während der UV-Bestrahlung durch die dünne UV-Harzschicht diffundiert. So kann der Sauerstoff die radikalische Polymerisationsreaktion verlangsamen oder vollständig hemmen. Die hemmende Wirkung des Sauerstoffs ist umso stärker, wenn die Dicke der UV-Harzschichten von dünner Dicke ist.
Schema 2: Reaktionen der Unterdrückung des O₂ (DH ist das Verdünnungsmittel oder das Vorpolymerisat)
Die praktischen Folgen dieser Phänomene sind:

– die Nichtpolymerisation der UV-Beschichtung,
– die Bildung kurzer Ketten, das heißt einer dünnen Farb-, Klebstoff-, Lackschicht von mittelmäßiger Qualität,
– die Bildung unbeständiger Oligomere, die zu Qualitätsmängeln (zum Beispiel Aussehen, Geruch, Hygieneprobleme bei Lebensmittelkontakt des Substrats) führen,
– die Bildung von Peroxiden (RO₂*) und Hydroperoxiden (RO₂H), die teilweise für die Vergilbung des Produkts verantwortlich sind.

Die Bedeutung der atmosphärischen Zusammensetzung im Inneren eines Gehäuses zur Vernetzung von Harzen durch UV-Strahlung und insbesondere des Nichtvorhandenseins von Sauerstoff im UV-Bereich ist daher gut verständlich. Infolgedessen ist es für bestimmte Anwendungen unerlässlich, über eine Einrichtung zu verfügen, die in der Lage ist, die Konzentration von Sauerstoff im Inneren eines UV-Gehäuses und insbesondere in dem Bereich, in dem die radikalischen Fotopolymerisationsreaktionen stattfinden, in beträchtlichem Maße zu reduzieren. Diese Einrichtung ermöglicht die Optimierung des Schritts des Härtens der UV-Harze.
Es kann eine gewisse Anzahl bestehender Lösungen aufgezählt werden, die die Beseitigung der Nachteile ermöglichen, die mit dem Vorhandensein von Sauerstoff bei der Vernetzung von UV-Harzen verbunden sind.
Eine erste Lösung besteht in der Erhöhung der Intensität der UV-Lampen, um die Erzeugung von freien Radikalen (gemäß der Reaktion a, Schema 1) zu erhöhen. Diese Radikale, die in größerer Menge erzeugt werden, reagieren mit dem Sauerstoff, der im Reaktionsbereich vorhanden ist, und verringern die Sauerstoffkonzentration des Gehäuses und daher die hemmende Wirkung des Sauerstoffs.
Diese Lösung bringt, obwohl ihre Durchführung einfach ist, einen höheren Stromverbrauch und daher nicht zu vernachlässigende zusätzliche Energiekosten mit sich, da die Leistung der verwendeten Lampen gewöhnlich ungefähr 20 kW beträgt. Andererseits führt eine Steigerung der Intensität der Lampen zu einer Erhöhung der Temperatur im Inneren des Gehäuses (Reaktionsbereich) und daher zu einem Risiko eines thermischen Abbaus des Überzugs.
Die zweite Lösung besteht in der Einleitung großer Mengen von Fotoinitiatoren und Molekülen (Synergiste) in die Formulierung, deren Rolle in der Reaktion mit dem im Reaktionsbereich vorhandenen Sauerstoff und daher in seiner Beseitigung besteht. Obgleich diese Produkte immer leistungsfähiger werden, wird geschätzt, dass in verbreiteten Formulierungen 80% der Fotoinitiatoren und der Synergisten mit dem Sauerstoff reagieren und daher zu seiner Zerstörung dienen, wobei die verbleibenden 20% der Gewährleistung der Vernetzung der UV-Harze dienen.
Nun bilden diese chemischen Produkte aber den teuersten Teil der Formulierung und sie können außerdem schädlich sein und ihre Verwendung kann ein Vergilben des vernetzten Harzes sowie einen sehr starken Geruch verursachen.
Eine dritte Lösung besteht schließlich in der Beseitigung des Restsauerstoffs, der im Reaktionsbereich vorhanden ist, und in der Ersetzung dieses Sauerstoffs durch ein Inertgas wie Stickstoff. Diese Lösung erfordert eine Veränderung des Gehäuses, das ein offenes System ist, in dem die Vernetzung des Harzes stattfindet, und das Einrichten einer Vorrichtung darin, die das Arbeiten unter einer kontrollierten Inertatmosphäre ermöglicht. Die Vernetzung der UV-Harze unter kontrollierter Stickstoffatmosphäre hat zahlreiche Vorteile, da das Nichtvorhandensein von Sauerstoff im UV-Bereich die Erhöhung der Vernetzungsgeschwindigkeit, die Verminderung der Lichtintensität der UV-Lampen oder der Anzahl verwendeter UV-Lampen, die Verringerung der Menge der in die Formulierung eingeleiteten Fotoinitiatoren und Synergisten und die Verringerung der Bildung von Nebenprodukten (wie Peroxide oder Hydroperoxide) bei gleichzeitigem Erhalt eines Endprodukts von sehr hoher Qualität ermöglicht.
Daneben sei erwähnt, dass solche Arbeitsbedingungen unter Inertatmosphäre den Vorteil der Begrenzung der Bildung von Ozon im Gehäuse haben.
Das Dokument WO 0014468 hat zum Beispiel eine Einrich tung vorgeschlagen, die die Funktion mit ungefähr 50 ppm Restsauerstoff im Reaktionsbereich bei Geschwindigkeiten ermöglicht, die mehrere hundert Meter pro Minute erreichen. Diese Einrichtung ist durch das Vorhandensein von zwei Blöcken zum Einpressen von Gas gekennzeichnet, die am Eingang und am Ausgang des UV-Gehäuses angeordnet sind. Jeder dieser Blöcke weist zwei Systeme zum Einpressen von Gas auf; die erste Einpressung, die sich an den Enden des Gehäuses befindet, hat die Funktion, jedem Eintritt von Luft in das Gehäuse entgegenzuwirken, und die zweite Einpressung, die in Richtung des Inneren des Gehäuses angeordnet ist, hat die Funktion, das Gehäuse mit Stickstoff zu füllen. Das erste Einpresssystem ist ein Schlitz, der derart ausgerichtet ist, dass der Gasstrom zum Äußeren des Gehäuses geleitet wird. Das zweite Einpresssystem ist ein Rohr, das Poren besitzt, die derart ausgerichtet sind, dass der Gasstrom zum Inneren des Gehäuses geleitet wird. Die Breite des Schlitzes sowie die Winkel der Ausrichtung der zwei Einpresssysteme sind veränderbar und hängen von den Betriebsbedingungen ab.
Die Gasdurchflussmengen, die für eine geringe Konzentration an Restsauerstoff als Funktion der verwendeten Geschwindigkeiten erforderlich sind, sind sehr hoch (sogar beträchtlich). Als Beispiel muss bei 200 m/min die Stickstoffmenge für eine Konzentration unter 50 ppm 140 Normal-m³/h betragen. Zudem erfordert die Freisetzung einer hohen Stickstoffmenge außerhalb des UV-Gehäuses in den Arbeitsbereich ein wirksames Ansaugsystem, um das Risiko einer Erstickung durch Sauerstoffmangel zu verhindern.
Es sei auch erwähnt, dass die Anmelderin im Dokument WO 02/40738 eine Einrichtung vorgeschlagen hat, die die Kontrolle und die Verwaltung der Gase bei Arbeitsabläufen ermöglicht, die die Kontrolle der Atmosphäre im Inneren eines Gehäuses erfordern. Die Arbeitsabläufe, auf die dieses Dokument des Standes der Technik ab zielt, waren insbesondere die Oberflächenverarbeitungen durch elektrische Entladung bei atmosphärischem Druck bei Vorhandensein eines Gasgemischs und unter kontrollierter Atmosphäre oder auch Betriebsabläufe des Typs „UV- und EB-Curing". Gemäß diesen Werken des Standes der Technik weist die empfohlene Einrichtung Folgendes auf:

– Eingangs- und Ausgangsvorrichtungen, die an das Gehäuse angrenzen, um einem Eintritt von Luft in das Gehäuse beziehungsweise einem Austritt von Abgasen daraus entgegenzuwirken;
– eine Ansaugvorrichtung, die eine Leitung aufweist, die in das Gehäuse einmündet; und
– Mittel zur Regelung der Durchflussmenge des durch die Ansaugvorrichtung angesaugten Gases, um einen Druckunterschied zwischen dem Inneren des Gehäuses und der Umgebungsatmosphäre von ungefähr null beizubehalten.

Jede der Eingangs- und Ausgangsvorrichtungen ist typischerweise aus drei Bestandteilen gebildet, die in Reihe angeordnet sind (siehe 1 unten, siehe auch 2 des Dokuments WO 0240738 ) und mit denen das verarbeitete Substrat nacheinander zusammentrifft: einem Kanal, einem Schlitz zum Einpressen von Gas und einem „Labyrinth". Der Begriff „Labyrinth" wird in diesem Dokument des Standes der Technik im Einzelnen erörtert und betrifft tatsächlich ein System von Durchflüssen, die gegenüber dem Innenraum (Spalt) der entsprechenden Eingangs-(oder Ausgangs-)Vorrichtung (in der das zu verarbeitende Substrat umläuft) offen sind, und die ein Labyrinth bilden.
Der Kanal, der durch eine Trennwand vom Schlitz zum Einpressen von Gas getrennt ist, ist dem Innenraum der entsprechenden Eingangs- oder Ausgangsvorrichtung gegenüber geöffnet.
Das Gas (Stickstoff), das durch den Schlitz eingepresst wird, ermöglicht das Ablösen der Luftgrenzschicht, die auf der Fläche der dünnen Schicht mitgerissen wird. Tatsächlich zwingt das Labyrinth durch die Erzeugung eines Überdruckbereichs (hoher Druckverlust) in der Vorbeilaufrichtung der dünnen Schicht den Stickstoff, sich stromaufwärts, das heißt in den Kanal, zu bewegen. Dieses Phänomen wird durch einen geringeren Druckverlust auf Höhe des Kanals begünstigt. Diese Turbulenz im Kanal erzeugt einen Bereich mit geringem Unterdruck auf der Fläche der dünnen Schicht, der die Luftgrenzschicht, die sich auf der Fläche der dünnen Schicht befindet, abreißt. Dann wird der Stickstoffstrom im Kanal laminar und bildet eine Kolbenwirkung, die dem Luftstrom entgegenwirkt und ihn zurückdrückt. Die Kombination dieser drei Bestandteile (Kanal, Stickstoffabschneider, Labyrinth) ermöglicht es, am Eingang zu verhindern, dass Luft in das Innere des Gehäuses eintritt, wobei gleichzeitig der Stickstoffverbrauch minimiert wird. Das gleiche verbundene Labyrinth ermöglicht es am Ausgang, zu verhindern, dass Abgase aus dem Gehäuse austreten.
Diese Einrichtung hat eine bemerkenswerte Wirksamkeit gezeigt, da sie das Durchführen einer Oberflächenverarbeitung einer dünnen Schicht bei Vorhandensein einer Sauerstoffkonzentration ermöglicht, die bei annehmbaren Stickstoffdurchflussmengen nicht 50 ppm überschreitet.
Die Verwendung dieser Einrichtung des Standes der Technik zur Verringerung der Sauerstoffkonzentration bei der Vernetzung von Beschichtungen durch UV-Strahlungen wurde wohlgemerkt ins Auge gefasst. Es hat sich indessen klar erwiesen, dass diese Einrichtung mindestens aus den folgenden Gründen nicht zur Lösung dieser technischen Aufgabe optimiert war: einerseits beinhaltet das UV-Vernetzungsverfahren nicht die Oberflächen verarbeitung und erfordert daher nicht das Einpressen eines Verarbeitungsgases auf Stickstoffbasis im Inneren des Gehäuses. Aber andererseits macht das Nichtvorhandensein der Bildung von schädlichen Abgasen im UV-Bereich die Verwendung eines zentralen Ansaugsystems zu deren Abführen nicht unerlässlich, weshalb das Ansaugsystem infolgedessen im Allgemeinen bei solchen Einrichtungen nicht vorhanden ist.
So hat es sich gezeigt, dass deutliche Abwandlungen dieser Einrichtung des Standes der Technik sich zur Lösung dieser neuen technischen Problematik empfahlen.
Veranschaulichend wurde ein Versuch zur Kontrolle der Atmosphäre auf einem industriellen Prototypen des in 1 dargestellten Typs unter den hiernach im Einzelnen erörterten Bedingungen durchgeführt. Nachfolgend werden die Gasdurchflussmengen immer in Normalliter pro m² verarbeitetes Substrat (und nicht wie herkömmlich in m³/h) ausgedrückt, was sehr vorteilhaft ist, um Maschinen mit unterschiedlichen Bahnbreiten vergleichen zu können.
Die angenommenen Betriebsbedingungen sind die Folgenden:

– das Vorhandensein von Eingangs-/Ausgangsvorrichtungen mit drei Bestandteilen (Kanal, Einpressschlitz und Labyrinth), wie vorhergehend mit Bezug auf 1 beschrieben;
– keinerlei Einpressen von Verarbeitungsgas in das Gehäuse;
– das zentrale Ansaugsystem wurde, wie auch das System zur Druckregelung, angehalten.

Unter solchen Betriebsbedingungen bestanden die Versuche im Messen der Sauerstoffkonzentration im Inneren des Gehäuses bei ungefähr 0,8 mm von der Fläche der Rolle unter Einpressen von ungefähr 1,4 Normallitern/m² Stickstoff in jede Eingangs-/Ausgangsvorrichtung mit einer Bahnbreite von 700 mm, die sich bei Geschwindigkeiten bewegt, die zwischen 50 und 250 m/min enthalten sind. Die Ergebnisse der Messungen zeigen, dass die Sauerstoffkonzentration gemäß der verwendeten Geschwindigkeit zwischen 6000 und 8000 ppm liegt (diese Ergebnisse sind unten in 4 dargestellt). Die Verwendung von höheren Stickstoffdurchflussmengen (3,25 Normalliter/m² in jeder Eingangs-/Ausgangsvorrichtung) ermöglicht die Verringerung dieser Konzentration auf ungefähr 3000 ppm.
Die Ergebnisse zeigen deutlich, dass die Verwendung dieser Vorrichtungen des Standes der Technik nicht den Erhalt einer Restkonzentration an Sauerstoff ermöglicht, die für einen großen Teil der ins Auge gefassten Anwendungen ausreichend gering ist. Und es ist insbesondere ersichtlich, dass die Leistung dieser Systeme in den getesteten Betriebsbedingungen (insbesondere der Vorbeilaufgeschwindigkeit) sogar nach der Beseitigung des durch das zentrale Ansaugen im Inneren des Gehäuses erzeugten Unterdrucks unzureichend ist.
Es kann die Annahme vorgebracht werden, dass sich dieses Ergebnis durch die Beseitigung des Einpressens des Verarbeitungsgasgemischs im Inneren des Gehäuses erklären lässt, die zum Erhalt einer geringen Sauerstoffkonzentration beiträgt, da das Einpressen des Verarbeitungsgemischs für diese Versuche angehalten wurde (was sehr logisch ist, da die beabsichtigte Anwendung hier eine UV-Vernetzungsanwendung ist).
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher das Vorschlagen einer neuartigen UV- oder Elektronenstrahl-Vernetzungseinrichtung, deren Konstruktion die erhebliche Verminderung der im Inneren des Gehäuses herrschenden Sauerstoffkonzentration ermöglicht.
Die erfindungsgemäße Einrichtung gründet auf der Verwendung von zwei Vorrichtungen am Eingang und am Ausgang des Gehäuses (siehe 2 unten):

– die Eingangsvorrichtung besteht mindestens aus den drei folgenden Bauteilen, mit denen das vorbeilaufende zu verarbeitende Produkt nacheinander zusammentrifft: einem Labyrinthsystem, einem Schlitz zum Einpressen von Gas und einem Kanal.
– die Gehäuseausgangsvorrichtung besteht vorzugsweise aus mindestens den drei folgenden Bestandteilen, mit denen das vorbeilaufende zu verarbeitende Produkt nacheinander zusammentrifft: einem Kanal, einem Schlitz zum Einpressen von Gas und einem Labyrinthsystem.

Zur Veranschaulichung wurden insbesondere die folgenden Geometriewerte für zufrieden stellend befunden:

– Höhe der Durchflüsse der Labyrinthe gleich 4,5 mm.
– Breite der Zähne der Labyrinthe gleich 2 mm.
– Breite der Durchflüsse der Labyrinthe gleich 5 mm.
– Höhe der Kanäle gleich 3 mm.
– Länge der Kanäle gleich 38 mm.

Die Länge des Kanals folgt vorzugsweise der folgenden Regel: Länge ≈ 6 × die Höhe des Kanals.
Die Höhe des Kanals ist vorzugsweise zwischen 3 und 5 mm enthalten.
In dieser Ausgestaltung (Anordnung und Geometrie der Bauteile) weist die Vorrichtung am Eingang des Gehäuses, wie man sich denken kann, eine Doppelfunktion auf: aufgrund des Druckverlusts, der durch das Eingangslabyrinth erzeugt wird, tendiert der eingepresste Stickstoff dazu, sich auf das Innere der Vernetzungskammer (Gehäuse) zu zu bewegen und ermöglicht eine sehr starke Minimierung des Lufteintritts in ebendieses Gehäuse. Das gleiche gilt für die Vorrichtung am Ausgang des Gehäuses, die das Bewegen des Stickstoffs ins Innere des Gehäuses und die Begrenzung der Gasfreisetzungen nach außen ermöglicht.
Im Hinblick auf das, was soeben beschrieben wurde, sei betont, dass die Eingangsvorrichtung eine maßgebende Rolle spielt und, dass, was das Vorhandensein der Ausgangseinrichtung betrifft, obgleich sie in bestimmten weniger anspruchsvollen Anwendungen (wie unten beschrieben) weggelassen oder zumindest in ihrer Struktur vereinfacht werden könnte, ihr Vorhandensein zur Ermöglichung der Arbeit in optimalen atmosphärischen Bedingungen sehr empfohlen wird.
Die vorliegende Erfindung betrifft also eine Einrichtung zur Vernetzung eines Überzugs, wie einer Farbe oder eines Lacks, durch UV-Strahlung oder durch Elektronenstrahl im Vorhandensein eines Gasgemisches mit kontrolliertem Restgehalt an Sauerstoff, wobei die Einrichtung ein Gehäuse aufweist, das eine oder mehrere UV-Lampen oder eine Quelle beschleunigter Elektronen aufweist, die zur Durchführung des Arbeitsvorgangs der Vernetzung notwendig sind, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine an das Gehäuse angrenzende Eingangsvorrichtung aufweist, die mindestens die drei folgenden Bauteile aufweist, mit denen das vorbeilaufende zu verarbeitende Produkt nacheinander zusammentrifft: einem Labyrinthsystem, Mitteln zum Einpressen eines Inertgases unter Bildung eines Gasabschneiders und einem Kanal.
Die erfindungsgemäße Einrichtung kann ferner eines oder mehrere der folgenden Merkmale annehmen:

– die Einrichtung weist eine Ausgangvorrichtung auf, die an das Gehäuse angrenzt und aus mindestens den drei folgenden Bauteilen besteht, mit denen das vorbeilaufende zu verarbeitende Produkt nacheinander zusammentrifft: einem Kanal („Ausgangskanal"), Mitteln zum Einpressen eines Inertgases unter Bildung eines Gasabschneiders und einem Mittel zum Erzeugen eines Druckverlusts, wie ein glattes Profil, und wobei die Distanz zwischen dem glatten Profil und der Fläche des Überzugs kleiner als die Höhe des Kanals ist.
– die Einrichtung weist eine Ausgangsvorrichtung auf, die an das Gehäuse angrenzt und aus mindestens den drei folgenden Bauteilen besteht, mit denen das vorbeilaufende zu verarbeitende Produkt nacheinander zusammentrifft: einem Kanal, Mitteln zum Einpressen eines Inertgases unter Bildung eines Gasabschneiders, und einem Labyrinthsystem.
– die Eingangsvorrichtung weist mindestens die fünf folgenden Bauteile auf, mit denen das vorbeilaufende zu verarbeitende Produkt nacheinander zusammentrifft: einem Kanal, einem ersten Schlitz zum Einpressen von Gas, einem Labyrinth, einen zweiten Schlitz zum Einpressen von Gas, gefolgt von einem zweiten Kanal.
– die Mittel zum Einpressen des Inertgases unter Bildung eines Gasabschneiders weisen einen Schlitz zum Einpressen von Gas mit ebenen Wänden auf, der in das Innere der betreffenden Eingangs- oder Ausgangsvorrichtung einmündet.
– das Verhältnis zwischen der Länge und der Höhe mindestens eines der Kanäle ist mindestens gleich 3, vorzugsweise mindestens gleich 6.

Die Begriffe „Labyrinth" und „Kanal" gemäß der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf die Begriffe „Labyrinth" und „Kanal", die bereits im vorhergehend erörterten Dokument WO 02/40738 des Standes der Technik, das ebenfalls auf den Namen der Anmelderin lautet, verwendet werden.
Und wie in den Figuren unten bildlich gut dargestellt, betrifft der Begriff des „Labyrinths" ein System von Durchflüssen, die gegenüber dem Innenraum der betreffenden Eingangs- oder Ausgangsvorrichtung offen sind und ein Labyrinth bilden.
3 unten zeigt das Ergebnis von Versuchen des Einsatzes einer erfindungsgemäßen Einrichtung, die die im Rahmen von 2 beschriebenen Eingangs-/Ausgangssysteme aufweist, wobei die Versuche darin bestanden, den Gehalt an Sauerstoff in der Mitte des Gehäuses in ungefähr 5 mm Entfernung von der verarbeiteten Rolle für zwischen 50 und 250 m/min enthaltene Geschwindigkeiten und Einpressungen von Stickstoff in jede der Eingangs-/Ausgangseinrichtungen von ungefähr 1,4 bis 3,25 Normalliter/m² zu messen. (die Abkürzung „Nl/m²", die in den Figuren verwendet wird, ist tatsächlich als Normalliter/m² von verarbeitetem Substrat bezeichnend zu verstehen).
In 3 sei daher das Vorhandensein von drei Kurven erwähnt:

– die Kurve „♦" für eine Gesamtdurchflussmenge (Eingang + Ausgang) nahe 2,8 Normalliter/m²;
– die Kurve
für eine Gesamtdurchflussmenge (Eingang + Ausgang) nahe 4,64 Normalliter/m²;
– die Kurve
für eine Gesamtdurchflussmenge (Eingang + Ausgang) nahe 6,5 Normalliter/m².

Die Ergebnisse der Messungen zeigen, dass der Gehalt an Sauerstoff gemäß den angewandten Geschwindigkeits- und Stickstoffdurchfluss-Bedingungen zwischen ungefähr 34 bis 380 ppm variiert.
Diese Versuche zeigen, dass im Gehäuse der Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung eine Stickstoffinertatmosphäre, die mindestens 50 ppm Restsauerstoff enthält, bei einem vollkommen annehmbaren, da zwischen 4,6 und 6,5 Normallitern/m² enthaltenen, Gasverbrauch erhalten wurde.
Diese Verbesserung ist im Verhältnis zu vorhergehend aufgezählten bestehenden Lösungen in hohem Maße bedeutsam.
So ermöglicht 4 die Darstellung der bereits vorhergehend genannten Ergebnisse, die mit einer Einrichtung des Standes der Technik erhalten wurden, die mit Eingangs- und Ausgangsvorrichtungen versehen ist, die mit 1 übereinstimmen.
So sei in 4 das Vorhandensein von drei Kurven erwähnt:

– die Kurve „♦" für eine Gesamtdurchflussmenge (Eingang + Ausgang) nahe 2,8 Normalliter/m²;
– die Kurve
für eine Gesamtdurchflussmenge (Eingang + Ausgang) nahe 4,6 Normalliter/m²;
– die Kurve
für eine Gesamtdurchflussmenge (Eingang + Ausgang) nahe 6,5 Normalliter/m².

Wie bereits vorhergehend angegeben, zeigen diese Messergebnisse, dass die Sauerstoffkonzentration gemäß der für die Gesamtdurchflussmenge von 2,8 Normallitern/ m² verwendeten Geschwindigkeit zwischen 6000 und 8000 ppm liegt. Die Verwendung höherer Stickstoffdurchflussmengen (3,25 Normalliter/m² in jeder Eingangs-/Ausgangsvorrichtung, Gesamtdurchflussmenge von 6,5 Normallitern/m²) ermöglicht die Verringerung dieser Konzentration auf ungefähr 3000 ppm.
5 wiederum ermöglicht die Darstellung eines Vergleichs der im Rahmen von 3 erhaltenen Ergebnisse mit denjenigen, die im Rahmen von 4 erhalten wurden. Die Ordinatenachse stellt die dank der erfindungsgemäßen Einrichtung ausgeführte Verringerung des Sauerstoffgehalts (in %) dar.
Die Verringerung des Sauerstoffgehalts „dO₂/O₂", ausgedrückt in %, ist durch die folgende Gleichung bestimmt: dO2/O2 = ((O2 Figur 4 – O2 Figur 3)/O2 Figur 4) × 100
Man stellt also fest, dass die Verringerung des Restsauerstoffgehalts im Gehäuse mit den gleichen Geschwindigkeits- und Stickstoffdurchflussparametern mindestens 94% beträgt, im Fall der höchsten Durchflussmengen erreicht sie sogar 98 bis 99%.
6 und 7 veranschaulichen eine andere erfindungsgemäße Einrichtungsausgestaltung.
In dieser Ausgestaltung wurde die Einrichtung am Eingang des Gehäuses (in 6 dargestellt) verändert, sie besteht hier aus fünf Bauteilen. Nacheinander: einem Kanal, einem (ersten) Schlitz zum Einpressen von Gas, einem Labyrinth, einem (zweiten) Schlitz zum Einpressen von Gas, gefolgt von einem anderen Kanal.
Was die Gehäuseausgangseinrichtung (7) betrifft, so ist diese identisch mit derjenigen von 2, wie aus den folgenden drei aufeinander folgenden Bauteilen gebildet: einem Kanal, einem Schlitz zum Einpressen von Stickstoff, gefolgt von einem Labyrinth.
Die Ausrichtung der Schlitze zum Einpressen von Stickstoff im Verhältnis zur Rolle entspricht für die dargestellte Ausführungsform ungefähr 90° für den ersten Schlitz der Eingangsvorrichtung und 45° für den zweiten Schnitz der Eingangsvorrichtung. Die Breite der Schlitze beträgt nahezu 0,2 mm für den ersten Schlitz und 0,4 mm für den zweiten Schlitz. Die Distanz zwischen der Eingangsvorrichtung und der Rolle beträgt nahezu 0,8 mm.
Die Ausrichtung des Schlitzes zum Einpressen von Stickstoff der Ausgangsvorrichtung beträgt ungefähr 90° im Verhältnis zur Rolle und seine Breite ungefähr 0,3 mm. Die Distanz zwischen der Ausgangsvorrichtung und der Stützrolle beträgt nahezu 0,8 mm.
Die durch diese Ausführungsform veranschaulichte Ausgestaltung ermöglicht eine weiter verbesserte Wirksamkeit im Ablösen der Luftgrenzschicht, die sich auf der Fläche der dünnen Schicht befindet (im Verhältnis zur vorhergehend in Verbindung mit 2 beschriebenen Ausgestaltung) und daher eine bessere Gewährleistung, dass die Luft, die auf der Fläche der dünnen Schicht transportiert wird, nicht in das Verarbeitungsgehäuse eindringen wird.
Die Eingangsvorrichtung von 6 kann als eine Kombination der Eingangsvorrichtungen von 1 und 2 verstanden werden:

– der erste Einpressungsschlitz neigt durch seine dem Labyrinth vorgelagerte Position dazu, das Gas stromaufwärts zu bewegen und daher die Lufteintritte zurückzudrängen;
– der zweite Einpressungsschlitz neigt durch seine dem Labyrinth nachgelagerte Position dazu, das Gas stromabwärts zu bewegen und daher das Gehäuse mit Gas zu füllen.

Zum Messen der Wirksamkeit dieser letzten Ausführungsform wurden Versuche zur Kontrolle der Atmosphäre in einem Gehäuse durchgeführt, das mit Eingangs-/Ausgangsvorrichtungen, wie diejenigen versehen ist, die in Verbindung mit den 6 und 7 veranschaulicht werden. Die Ergebnisse sind unten in der Tabelle 1 zusammengefasst.

Geschwindigkeit der dünnen Schicht (m/min)	100	150	200	250
Stickstoff-Durchflussmenge Schlitz Nr. 1 (Normal-m³/h)	10	10	10	10
Stickstoff-Durchflussmenge Schlitz Nr. 2 (Normal-m³/h)	10	10	10	10
Stickstoff-Durchflussmenge Schlitz Nr. 3 (Normal-m³/h)	25	35	50	62
Gesamt-durchflussmenge (Normal-m³/h)	45	55	70	82
Gesamt-durchflussmenge (Normalliter/m²)	5,8	4,7	4,5	4,2
O₂-Gehalt (ppm)	39	34	32	26

Die Schlitze Nr. 1 und 2 entsprechen denjenigen der Eingangsvorrichtung, während der Schlitz Nr. 3 demjenigen der Ausgangsvorrichtung entspricht.
Es sei erwähnt, dass in der Tabelle die Durchflussmengen sowohl (wie herkömmlich) in Normal-m³/h als auch in Normalliter/m² von verarbeiteter dünner Schicht angegeben wurden, um die Fortsetzung des Vergleichs mit den vorhergehend dargestellten Ergebnissen zu ermöglichen.
Die Ergebnisse zeigen, dass die Verarbeitungen unter UV-Strahlung dank der Einrichtung von 6 und 7 in einer Stickstoffinertatmosphäre durchgeführt werden können, die unabhängig von der Geschwindigkeit mit einer Gesamtdurchflussmenge von Stickstoff, die zwischen 4,2 und 5,8 Normallitern/m² enthalten ist (das heißt im Allgemeinen weniger als die im Rahmen der Ausführungsform von 2 erforderlichen Durchflussmengen), weniger als 40 ppm Sauerstoff enthält.
Vorhergehend wurde die Erfindung insbesondere anhand von Beispielen veranschaulicht, die Stickstoff einsetzen, aber es sei erwähnt, dass andere Gase oder Gasgemische, insbesondere Argon, CO₂, Helium oder auch Gemische davon, verwendet werden können, ohne den Umfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Es sei sogar angegeben, dass vorzugsweise CO₂ oder Gemische, die CO₂ enthalten, verwendet werden können, da festgestellt wurde, dass bei der Verwendung von CO₂ (im Vergleich zu Stickstoff):

– die einzusetzende Gasdurchflussmenge für eine gleiche Leistung an Sauerstoffrestgehalt im Gehäuse verringert werden kann;
– der im Gehäuse erhaltene Sauerstoffrestgehalt für eine gleiche Gasdurchflussmenge verringert werden kann.

Solche Ergebnisse sind wahrscheinlich auf die Dichte des CO₂ zurückzuführen, die höher ist als diejenige von Stickstoff.
Legende der Zeichnungen
1

Effet de piston de N₂ = Kolbenwirkung von N₂
Canal = Kanal
Zone de dépression = Unterdruckbereich
Injection N₂ = N₂-Einpresssen
Labyrinthe = Labyrinth
Couche d'air limite = Luftgrenzschicht
Déplacement du film = Bewegung der dünnen Schicht

2

Labyrinthe d'entrée = Eingangslabyrinth
Injection d'azote (entrée d'enceinte) = Einpressen von Stickstoff (Gehäuseeingang)
Injection d'azote (sortie d'enceinte) = Einpressen von Stickstoff (Gehäuseausgang)
Labyrinthe de sortie = Ausgangslabyrinth
Canal = Kanal
Sens de défilement du film = Vorbeilaufrichtung der dünnen Schicht
Canal = Kanal

3

Concentration O2 (ppm) = O2-Konzentration (ppm)
Vitesse (m/min) = Geschwindigkeit (m/min)

4

5

dO2/O2 (réduction O2 %) = dO2/O2 (Verringerung O2 %)
Vitesse (m/min) = Geschwindigkeit (m/min)

6

Canal = Kanal
Fente 1 d'injection = Einpressungsschlitz Nr. 1
Labyrinthe d'entrée = Eingangslabyrinth
Fente 2 d'injection = Einpressungsschlitz Nr. 2
Canal = Kanal

7

Canal = Kanal
Fente d'injection = Einpressungsschlitz
Labyrinthe de sortie = Ausgangslabyrinth

Claims

Einrichtung, in der ein Arbeitsvorgang zur Vernetzung eines Überzugs, wie einer Farbe oder eines Lacks, durch UV-Strahlung oder durch Elektronenstrahl im Vorhandensein eines Gasgemisches mit kontrolliertem Restgehalt an Sauerstoff durchgeführt wird, wobei die Einrichtung ein Gehäuse aufweist, das eine oder mehrere UV-Lampen oder eine Quelle beschleunigter Elektronen aufweist, die zur Durchführung des Arbeitsvorgangs der Vernetzung notwendig sind, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine an das Gehäuse angrenzende Eingangsvorrichtung aufweist, die mindestens die drei folgenden Bauteile aufweist, mit denen das vorbeilaufende zu verarbeitende Produkt nacheinander zusammentrifft: ein Labyrinthsystem, Mittel zum Einpressen eines Inertgases unter Bildung eines Gasabschneiders und einen Kanal.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Ausgangsvorrichtung aufweist, die an das Gehäuse angrenzt und aus mindestens den drei folgenden Bauteilen besteht, mit denen das vorbeilaufende zu verarbeitende Produkt nacheinander zusammentrifft: einem Kanal („Ausgangskanal"), Mitteln zum Einpressen eines Inertgases unter Bildung einem Gasabschneider und einem Mittel zum Erzeugen eines Druckverlusts, wie ein glattes Profil, und wobei die Distanz zwischen dem glatten Profil und der Fläche des Überzugs kleiner als die Höhe des Kanals ist.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Ausgangsvorrichtung aufweist, die an das Gehäuse angrenzt und aus mindestens den drei folgenden Bauteilen besteht, mit denen das vorbeilaufende zu verarbeitende Produkt nacheinan der zusammentrifft: einem Kanal, Mitteln zum Einpressen eines Inertgases unter Bildung eines Gasabschneiders, und einem Labyrinthsystem.
Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangsvorrichtung mindestens die fünf folgenden Bauteile aufweist, mit denen das vorbeilaufende zu verarbeitende Produkt nacheinander zusammentrifft: einen Kanal, einen ersten Schlitz zum Einpressen von Gas, ein Labyrinth, einen zweiten Schlitz zum Einpressen von Gas, gefolgt von einem zweiten Kanal.
Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Einpressen des Inertgases unter Bildung eines Gasabschneiders einen Schlitz zum Einpressen von Gas mit ebenen Wänden bilden, der in das Innere der jeweiligen Eingangs- oder Ausgangsvorrichtung einmündet.
Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis zwischen der Länge und der Höhe mindestens eines der Kanäle mindestens gleich 3, vorzugsweise mindestens gleich 6 ist.