EP0222060A2 - Vorrichtung zur Behandlung von Materie durch UV-Strahlen - Google Patents

Vorrichtung zur Behandlung von Materie durch UV-Strahlen Download PDF

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EP0222060A2
EP0222060A2 EP86109661A EP86109661A EP0222060A2 EP 0222060 A2 EP0222060 A2 EP 0222060A2 EP 86109661 A EP86109661 A EP 86109661A EP 86109661 A EP86109661 A EP 86109661A EP 0222060 A2 EP0222060 A2 EP 0222060A2
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EP
European Patent Office
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radiation
layer
shells
parabolic
reflector
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP86109661A
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English (en)
French (fr)
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EP0222060A3 (de
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Reinhard Born
Hans-Georg Dr. Lotz
Heinz Keller
Martin Lehner
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FERD RUEESCH AG
Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Original Assignee
Ferd Rueesch Ag
Leybold AG
Leybold Heraeus GmbH
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Publication date
Application filed by Ferd Rueesch Ag, Leybold AG, Leybold Heraeus GmbH filed Critical Ferd Rueesch Ag
Publication of EP0222060A2 publication Critical patent/EP0222060A2/de
Publication of EP0222060A3 publication Critical patent/EP0222060A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • E04G21/00—Preparing, conveying, or working-up building materials or building elements in situ; Other devices or measures for constructional work
    • E04G21/32—Safety or protective measures for persons during the construction of buildings
    • E04G21/3204—Safety or protective measures for persons during the construction of buildings against falling down
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41F—PRINTING MACHINES OR PRESSES
    • B41F23/00—Devices for treating the surfaces of sheets, webs, or other articles in connection with printing
    • B41F23/04—Devices for treating the surfaces of sheets, webs, or other articles in connection with printing by heat drying, by cooling, by applying powders
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    • E04G3/243—Scaffolds essentially supported by building constructions, e.g. adjustable in height specially adapted for particular parts of buildings or for buildings of particular shape, e.g. chimney stacks or pylons following the outside contour of a building
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    • E04G3/28—Mobile scaffolds; Scaffolds with mobile platforms
    • E04G3/30—Mobile scaffolds; Scaffolds with mobile platforms suspended by flexible supporting elements, e.g. cables

Definitions

  • the invention has a device for treating matter by UV rays, preferably for drying surfaces coated with UV rays or UV inks, for example for drying UV printing inks immediately after printing in a rotary printing press and for irradiating gases and liquids to the subject, which consists of a housing in which a UV radiation source and at least one reflector surface are arranged.
  • the known drying devices are unsuitable for drying the so-called UV inks, which are increasingly being used, since they are not drying by evaporation of volatile constituents of the paint, such as water or solvent, but one
  • Polymerization process is under the influence of ultraviolet radiation.
  • light sources are therefore predominantly proposed which emit the highest possible proportion of ultraviolet radiation.
  • Commercial quartz lamps are used for this purpose, around which one or more reflectors are arranged, in order to direct as much of the 360 ° radiation from the quartz lamp onto the printed web of paper, plastic film or metal. Reflectors made of aluminum, anodized aluminum or stainless steel sheet are used.
  • the known UV lamps have the disadvantage, on the one hand, that not only the desired ultraviolet radiation, but also the entire radiation emitted by the radiation source, which extends over a large spectral range (approx. 200 to 1000 nm), onto the irradiated surface of the printed area Web is emitted directly or indirectly via the reflectors. Due to the high wall temperature of 650 to 800 ° C, caused by the high proportion of visible and infrared radiation from 400 nm, this leads to a very strong heating of the printed web and, depending on the type of material, to stretching and moisture-related distortions, softening Plastic film or scorching of the paper, so that measures must be taken to cool the printed web (maximum permissible web temperature 40 ° C).
  • the disadvantage is the very rapid aging of the reflectors.
  • the reflective surfaces corrode extremely quickly due to the influence of radiation, heat and, under the simultaneous influence of vapors and gases rising from the printed web, of condensation water and due to the ozone formed when the quartz lamps are ignited, so that the reflection drops sharply after a relatively short period of operation.
  • Investigations and measurements have shown that as a result of the escape of chlorinated hydrocarbons from the UV inks, which split up under the action of UV rays and heat and release chlorine into the atmosphere, hydrochloric acid, which forms the reflector material, forms together with the condensation water attacks. Vapors from the roller cleaner containing trichlorethylene can also produce similar effects.
  • a device consisting of a UV radiation source and at least one reflector, the at least one reflector surface having one or more coatings for reflecting the UV radiation from the UV radiation source and an underlying coating for absorbing the longer-wave Part of the spectrum of the UV radiation source is provided.
  • the reflector preferably consists of two parabolic or elliptical half-shells, since the necessary coatings are difficult to apply to strongly curved surfaces.
  • the half-shells are preferably arranged so as to be pivotable relative to one another in order to be able to focus the reflected radiation.
  • Aluminum or its alloys, copper, brass or steel has proven to be advantageous as the material for the parabolic half-shells.
  • the reflection layer applied to the absorption layer consists of a multitude of alternating layers of high and low burning material, which together form a so-called interference filter.
  • parabolic or elliptical half-shells preferably consist of an aluminum alloy, which is offered under the trademark "Extrudal 50".
  • the absorption layer preferably consists of several, respectively polished coatings of copper and nickel, which are applied to the previously polished aluminum surface.
  • the polished nickel layer is black chrome-plated.
  • the diffusion barrier layer made of a dielectric with a physical thickness of at least 0.5 ⁇ m is preferably arranged between the absorption layer and the reflection layer.
  • the diffusion layer advantageously consists of Si0 2 , which on the one hand behaves optically advantageous, on the other hand in the fact that no additional coating source is required because of the other coating.
  • the parabolic half-shells are preferably provided with a cooling system for dissipating the absorbed heat.
  • parabolic half-shells consisting of "Extrudal 50" preferably consist of a continuous casting hollow profile, the cavities of which are connected to a cooling system.
  • the UV emitter consisting of two parabolic half-shells and a quartz lamp arranged between them is preferably provided at its lower opening with a cover that is permeable to UV radiation.
  • the cover is preferably made of quartz glass. Furthermore, it is advantageous to arrange an impermeable cover on the lower opening of the UV lamp, which cover can quickly close the opening in order to be able to cover the radiation in the event of a sudden train stop.
  • FIGS. 7 and 8 are diagrams in which the radiation intensity of the UV and IR radiation is compared with one another when the half-shells are pivoted differently.
  • the minimum value of the UV radiation required per m 2 of an area to be dried is based on a specific 3 web width and a web speed of 80 m / min. specified with 9 to 9.5 W.
  • the two lower curves, which show the radiation of known UV lamps, show the required minimum value is already fallen below after 400 operating hours because of the increasing reduction in the UV reflection of the reflectors due to the corrosion that has occurred.
  • the upper curve represents the amount of radiation from a device according to the invention. This is still after 2,500 hours of operation well above the minimum value.
  • the drop in the amount of radiation here is not due to corrosion of the reflectors, but to a decrease in the performance of the quartz lamp.
  • the known UV lamps A and B are compared with the device C according to the invention with regard to their efficiency, the total UV radiation of the device C being set at 100 percent.
  • the UV lamp A only achieves 37% of the radiation from C, the UV lamp B only 71%.
  • the indirect radiation at A is only 10% due to the poor reflection of the reflector, while 27% is due to the direct radiation of the quartz lamp. Due to the poor efficiency, two UV lamps of type A must be used one behind the other in order to achieve the required performance.
  • the output of UV lamp B is better at 71%, with 37.5% being indirect radiation and 33.5% being direct radiation.
  • the UV lamp 3 gives hence on the operating time calculated the worst result, because of the high proportion of indirect radiation and the managerial set forth above stun g sabfall due to corrosion of the reflectors of the drop in the overall performance is particularly high.
  • the power ratio between direct and indirect radiation is almost the same, but does not lead to a significant drop in the power of the indirect radiation, since the reflectors are practically not subject to wear or corrosion.
  • a major advantage of the device according to the invention is that, because of the considerably reduced visible and IR radiation, the radiation source can be arranged closer to the material web, which increases the incidence of UV radiation.
  • FIG. 3 the comparison shown in FIG. 2 is based on the IR radiation, 100% of the IR radiation in the device C according to the invention likewise being assumed.
  • the efficiency of the absorption layer according to the subject of the invention is clear.
  • the proportion of indirect IR radiation at C is only 24%, while the proportion of indirect radiation at A is 68% and a total IR radiation of 122% compared to C.
  • the ratio is even more unfavorable. Compared to C, the total IR radiation is approximately 171%.
  • the indirect IR radiation here is over 100%.
  • the indirect IR reflection is greater than the indirect UV reflection.
  • the diagrams in FIGS. 7 and 8 show the effect of UV and IR radiation with different inclinations of the reflector shells relative to one another (7.5 ° and 20 ° C.). It is known that the curing of UV printing inks is less dependent on the irradiation time than on the penetration of the ink layer with the UV radiation. The comparison shows that by focusing the UV radiation with an inclination of the half-shells by 20 °, the radiation intensity can be increased significantly.
  • the device 1 shown in Figure 4 consists of a housing 2 and a table 4, over which the printed web 5 at a web speed of 80 m / min. is pulled, is pivotally mounted.
  • a quartz lamp 6 is arranged so that it can be replaced easily.
  • the hollow extruded profiles made of aluminum "extrudal 50" are provided with channels 8 for the flow of a coolant such as water or the like.
  • the lower opening of the housing 2 is closed by a quartz glass plate 9.
  • a blind 10 is arranged below the quartz glass plate 9, which can be quickly pulled in front of the quartz glass plate 9 by means not shown when the web is at a standstill and by means of a corresponding control.
  • the surfaces of the parabolic half-shell reflectors 7, 7 'facing the interior of the housing are provided with an absorption layer 11, each made of a polished copper and nickel coating, which is black chrome-plated.
  • the absorption layer 11 must not only ensure good IR absorption, but also provide a good substrate for the quartz layers of the reflection layer 12 to be vapor-deposited.
  • the reflection layer 12 consists of a total of 65 individual layers, of which the odd-numbered layers consist of hafnium dioxide and the even-numbered layers consist of silicon oxide. Each of these layers has a very specific thickness, which can be expressed as a multiple of ⁇ / 4, where ⁇ is the so-called "reference wavelength", which in the present case is 350 nm.
  • the multiples of ⁇ / 4 are only, for example, integers (e.g. 1.00); they are below 1.00 in numerous layers and only above 1.00 in the last (66th) layer, namely 1.36.
  • the resulting reflection curve (FIG. 6) clearly shows that the layer system has a reflection maximum limited by steep flanks in the range between 250 and 400 nm.
  • reflector half-shells made of black-chromed extruded aluminum alloy profiles "Extrudal 50" were placed on substrate holders in a vapor deposition system of the type 1100 Q (manufacturer: Leybold-Heraeus GmbH in Hanau, FRG) and the system was pressed within six minutes evacuated from 10 Pa.
  • the substrates were then cleaned in a known manner by a glow discharge.
  • the system was then evacuated to a pressure of 5 ⁇ 10 -3 Pa within a further 30 minutes and the substrates were heated to 260 ° C., whereupon oxygen was admitted as a scattering gas up to a pressure of 2 ⁇ 10 -2 Pa.
  • hafnium dioxide which was housed in an evaporation crucible, was degassed with an electron beam gun for two minutes until the pressure remained stable. Subsequently, the Hf0 2 was evaporated as the first layer and at the same time as an adhesion promoter with an evaporation rate of 1.3 nm / s.
  • a first Si0 2 layer was evaporated by means of a further electron beam gun with a vapor deposition rate of 1.0 nm / s, while the Hf0 2 was kept at a sufficiently high temperature level by a lower energy supply. After the controlled closing of the diaphragm for the SiO 2 evaporator, this was also kept at an elevated temperature level by means of low energy input and the electron beam gun for the Hf0 2 evaporation was again adjusted to the evaporation power.

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Abstract

Die Vorrichtung besteht aus einer UV-Strahlenquelle und einem Reflektor. Der Reflektor besteht vorzugsweise aus zwei parabolischen oder elliptischen Halbschalen. Auf der Reflektorfläche sind eine oder mehrere Beschichtungen zur Reflexion der UV-Strahiung und eine darunter liegende Beschichtung zur Absorption des längerwelligen Teils des Spektrums der UV-Strahlenquelle angeordnet. Zwischen diesen Beschichtungen ist eine Diffusionssperrschicht angeordnet. Die Reflexionsschicht besteht aus abwechselnd niedrigbrechenden dielektrischen Schichten aus Si02 und hochbrechenden Schichten aus HfO2, die Diffusionssperrschicht aus einer dielektrischen Schicht mit einer physikalischen Dicke von mindestens 0,5 µ aus Si02 und die Absorptionsschicht aus einer schwarzen Eloxierung, Schwarzverchromung oder - vernickelung, Anodisierung oder Brünierung einer polierten Kupfer- oder Nickelbeschichtung des aus Aluminiumlegierung bestehenden Reflektorkörpers.

Description

  • Die Erfindung hat eine Vorrichtung zum Behandeln von Materie durch UV-Strahlen, vorzugsweise zum Trocknen von mit UV-Strahlen oder UV-Farben beschichteten Oberflächen, beispielsweise zum Trocknen von UV-Druckfarben unmittelbar nach dem Drucken in einer Rotationsdruckmaschine und zum Bestrahlen von Gasen und Flüssigkeiten zum Gegenstand, die aus einem Gehäuse, in dem eine UV-Stahlenquelle und mindestens eine Reflektorfläche angeordnet sind, besteht.
  • Bei Mehrfarben-Rotationsdruckmaschinen ist es notwendig, die von einem Druckwerk gedruckte Farbe zu trocknen, bevor von einem weiteren Druckwerk eine weitere Farbe gedruckt wird. Es ist deshalb vorgeschlagen worden, unmittelbar hinter einem jeden Druckwerk eine Trocknungsvorrichtung anzuordnen, die zumeist aus einer intensiven Wärmequelle besteht.
  • Zum Trocknen der zunehmend verwendeten, sogenannten UV-Farben sind die bekannten Trockenvorrichtungen ungeeignet, da es sich nicht um eine Trocknung durch Verdunstung von flüchtigen Bestandteilen der Farbe wie Wasser oder Lösungsmittel, sondern um einen
  • Polymerisationsvorgang unter dem Einfluß ultravioletter Strahlung handelt. zum Trocknen von UV-Farben werden deshalb vorwiegend Lichtquellen vorgeschlagen, die einen möglichst hohen Anteil ultravioletter Strahlung abgeben. Dazu werden handeslübliche Quarzlampen verwendet, um die ein oder mehrere Reflektoren angeordnet sind, um möglichst viel der 360° Strahlung der Quarzlampe auf die bedruckte Bahn aus Papier, Kunststoffolie oder Metall zu lenken. Als Reflektoren werden solche aus Aluminium-, eloxiertem Aluminium oder Edelstahlblech verwendet.
  • Die bekannten UV-Strahler haben einerseits den Nachteil, daß nicht nur die erwünschte ultraviolette Strahlung, sondern die gesamte, von der Strahlenquelle abgestrahlte Strahlung, die sich über einen großen Spektralbereich (ca. 200 bis 1000 nm) erstreckt, auf die bestrahlte Fläche der bedruckten Bahn direkt oder indirekt über die Reflektoren abgestrahlt wird. Dies führt durch die hohe Wandtempratur von 650 bis 800° C, hervorgerufen durch den hohen Anteil an sichtbarer und Infrarot-Strahlung ab 400 nm, zu einer sehr starken Erhitzung der bedruckten Bahn und je nach Art des Materials zu Dehnungen und feuchtigkeitsbedingten Verwerfungen, Erweichungen der Kunststoffolie oder Versengen des Papiers, sodaß Maßnahmen zur Kühlung der bedruckten Bahn ergriffen werden müssen ( maximal zulässige Bahntemperatur 40° C).
  • Ein weiterer Nachteil ergibt sich daraus, daß je nach Anordung und 3escnaffenheit der Reflektoren der theoretische Anteil indirekter Strahlung, der weit über 50 % liegen kann, wegen der beschränkten Reflexionsfähigkeit des Reflektor-Materials nicht auf die bedruckte Bahn gebracht werden kann. Das Reflexionsvermögen im Bereich von 250 Nanometern (nm) beträgt bei eloxiertem Aluminium 70 %, bei nicht eloxiertem Aluminium 50 % und bei Edelstahl lediglich 40 %.
  • Andererseits besteht der Nachteil in der sehr schnellen Alterung der Reflektoren. Die Reflexionsflächen korrodieren durch den Einfluß der Strahlung, der Hitze und unter dem gleichzeitigen Einfluß von der bedruckten Bahn aufsteigenden Dämpfen und Gasen, von Kondenzwasser und durch das bei der Zündung der Quarzlampen entstehende Ozon außerordentlich schnell, sodaß die Reflexion nach verhältnismäßig kurzer Betriebsdauer stark absinkt. Untersuchungen und Messungen haben ergeben, daß sich infolge Austretens von chlorierten Kohlenwasserstoffen aus den UV-Farben, welche sich unter der Einwirkung von UV-Strahlen und Wärme aufspalten und Chlor an die Atmosphäre abgeben, zusammen mit dem Kondenzwasser Salzsäure bildet, die das Reflektor-Material angreift. Ebenso können Dämpfe des Walzenreinigungsmittels, die Trichloräthylen enthalten, ähnliche Wirkungen hervorrufen.
  • Messungen haben ergeben, daß die für eine einwandfreie Trockung bzw. Polymerisation eines UV-Farbendruckes einer mit 80 m/min. geförderten Bahn notwendige Energie ultravioletter Strahlung von 9 bis 10 Watt-Minuten/m2 schon nach 300 Betriebsstunden unter den Minimalwert sinkt. Dies erfordert, da3 ohne Austausch der Reflektcren die Vorrichtung nur mit zunehmender Verlangsamung der Bahngeschwindigkeit weiter verwendet werden kann, was wirtschaftlich außerordentlich nachteilig ist.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, die bekannten UV-Strahler so zu verbessern, daß die UV-Strahlung bei gleichzeiti- ger Verminderung der Strahlung des gesamten längerwelligen Teils des Spektrums der Strahlenquelle erhöht und damit die wirksamkeit und Lebensdauer der Strahler bzw. ihrer Reflektoren erhöht wird.
  • Die Lösung der Aufgabe wird in einer vorrichtung gesehen, die aus einer UV-Strahlenquelle und mindestens einem Reflektor besteht, wobei die mindestens eine Reflektorfläche mit einer oder mehreren Beschichtungen zur Reflexion der UV-Strahlung der UV-Strahlenquelle und einer darunterliegenden Beschichtung zur Absorption des längerwelligen Teils des Spektrums der UV-Strahlenquelle versehen ist.
  • Vorzugsweise besteht der Reflektor aus zwei parabolischen oder elliptischen Halbschalen, da sich die notwendigen Beschichtungen auf stark gekrümmten Oberflächen schlecht aufbringen lassen.
  • Vorzugsweise sind die Halbschalen zueinander schwenkbar angeordnet, um eine Fokussierung der reflektierten Strahlung vornehmen zu können.
  • Als Material für die parabolischen Halbschalen hat sich Aluminium oder dessen Legierungen, Kupfer, Messing oder Stahl als vorteilhaft erwiesen.
  • Die auf Absorptionsschicht aufgebrachte Reflexionsschicht besteht aus einer Vielzahl von einander abwechselnden Schichten aus hoch- und niedrigbrennendem Material, die zusammen ein sogenanntes Interferenzfilter biiden.
  • Als Absorptionsschicht haben sich Eloxierungen, Schwarzverchromungen, Anodisierungen, Schwarzvernickelungen und Brünierungen als vorteilhaft erwiesen. Vorzugsweise bestehen die parabolischen oder elliptischen Halbschalen aus einer Aluminiumlegierung, die unter dem Warenzeichen "Extrudal 50" angeboten wird.
  • Die Absorptionsschicht besteht vorzugsweise aus mehreren, jeweils polierten Beschichtungen aus Kupfer und Nickel, die auf die zuvor polierte Aluminiumfläche aufgebracht sind. Die polierte Nickelschicht ist schwarzverchromt.
  • Zwischen der Absorptionsschicht und der Reflexionsschicht ist vorzugsweise die Diffusionssperrschicht aus einem Dielektrikum mit einer physikalischen Dicke von mindestens 0,5 µ angeordnet. Vorteilhaft besteht die Diffusionsschicht aus Si02, das sich einerseits optisch vorteilhaft verhält, andererseits in dem Umstand, daß wegen der sonstigen Beschichtung keine zusätzliche Beschichtungsquelle erforderlich ist.
  • Die parabolischen Halbschalen sind vorzugsweise mit einem Kühlsystem zur Abführung der absorbierten Wärme versehen.
  • Die aus "Extrudal 50" bestehenden parabolischen Halbschalen bestehen vorzugsweise aus einem Strangguß-Hohlprofil, dessen Hohlräume mit einem Kühlsystem verbunden sind.
  • Der aus zwei parabolischen Halbschalen und einer zwischen ihnen angeordneten Quarzlampe bestehende UV-Strahler ist vorzugsweise an seiner unteren öffnung mit einer für UV-Strahlung durchlässigen Abdeckung versehen.
  • Die Abdeckung besteht vorzugsweise aus Quarzglas. Ferner ist es vorteilhaft, an der unteren öffnung des UV-Strahlers eine undurchlässige Abdeckung anzuordnen, die schnell die Öffnung verschließen kann, um bei einem plötzlichen Bahnstillstand die Strahlung abdecken zu können.
  • Es hat sich ferner als vorteilhaft erwiesen, den Innenraum der durch eine Quarzglasscheibe unten abgeschlossenen Vorrichtung durch Einleitung von trockner und gefilterter Luft oder einem Schutzgas in einem geschlossenen oder offenen Kreislauf mit leichtem Überdruck zu ventilieren, um mit Sicherheit die Ablagerung von Staub und den Niederschlag von Dampf oder Gasen auf den Reflektoren zu verhindern.
  • Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf ein in den beigefügten Zeichnungen und Diagrammen dargestelltes Ausführungsbeispiel der Erfindung verwiesen.
  • Es zeigen
    • Figur 1 eine grafische Darstellung eines Vergleiches der Wirksamkeit bekannter UV-Strahler mit dem Gegenstand der Erfindung;
    • Figur 2 eine schematische Darstellung bekannter UV-Strahler und des Gegenstandes der Erfindung mit einem Vergleich des UV-Strahlenwirkungsgrades;
    • Figur 3 eine Figur 2 entsprechende Darstellung, bezogen auf den IR-Strahlenwirkungsgrad;
    • Figur 4 eine Seitenansicht der Vorrichtung gemäß der Erfindung;
    • Figur 5 einen Schnitt durch die Beschichtung der Oberfläche der parabolischen Halbschalenreflektoren;
    • Figur 6 ein Diagramm, in dem das Reflexionsverhalten (in %) über der Wellenlänge λ aufgetragen ist;
  • Figur 7 und 8 Diagramme, in denen die Strahlungsintensität der UV- und IR-Strahlung bei unterschiedlicher Schwenkung der Halbschalen miteinander verglichen wird. In der grafischen Darstellung von Fig. 1 ist der Minimalwert der benötigten UV-Strahlung pro m2 einer zu trocknenden Fläche bezogen auf eine spezifische 3ahnbreite und einer Bahngeschwindigkeit von 80 m/min. mit 9 bis 9,5 W angegeben. Wie die beiden unteren Kurven, die die Strahlung bekannter UV-Strahler darstellen, zeigen, wird bereits nach 400 Betriebsstunden wegen der zunehmenden Verminderung der UV-Reflexion der Reflektoren aufgrund der eingetretenen Korrosion der benötigte Minimalwert unterschritten. Die obere Kurve stellt die Strahlungsmenge einer Vorrichtung gemäß der Erfindung dar. Diese ist auch nach 2.500 Betriebsstunden noch deutlich oberhalb des Minimalwertes. Der Abfall der Strahlungsmenge beruht hier auch nicht auf einer Korrosion der Reflektoren, sondern auf einem Nachlassen der Leistung der Quarzlampe. In der schematischen Darstellung in Fig. 2 werden die bekannten UV-Strahler A und B mit der Vorrichtung C gemäß der Erfindung hinsichtlich ihres Wirkungsgrades verglichen, wobei die gesamte UV-Abstrahlung der Vorrichtung C mit 100 Prozent angesetzt ist.
  • Der UV-Strahler A erreicht lediglich 37 % der Abstrahlung von C, der UV-Strahler B nur 71 %. Die indirekte Strahlung bei A beträgt aufgrund der schlechten Reflexion des Reflektors lediglich 10 %, während 27 % auf die direkte Abstrahlung der Quarzlampe entfallen. Aufgrund des schlechten Wirkungsgrades müssen jeweils zwei UV-Strahler des Typs A hintereinander angeordnet verwendet werden, um die geforderte Leistung zu erbringen. Die Leistung des UV-Strahlers B ist mit 71% besser, wobei 37,5 % auf die indirekte Strahlung und 33,5 % auf die direkte Strahlung entfallen. Der UV-Strahler 3 ergibt mithin auf die Betriebsdauer berechnet des schlechteste Ergebnis, weil durch den hohen Anteil der indirekten Strahlung und den zuvor dargelegten Lei- stungsabfall wegen Korrosion der Reflektoren der Abfall der Gesamtleistung besonders hoch ist.
  • Bei der erfindungsmäßigen Vorrichtung C ist das Leistungsverhältnis zwischen direkter und indirekter Strahlung nahezu gleich, führt jedoch zu keinem wesentlichen Leistungsabfall der indirekten Strahlung, da die Reflektoren praktisch keiner Abnutzung oder Korrosion unterliegen. Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt darin, daß wegen der erheblich reduzierten sichtbaren und IR-Strahlung die Strahlenquelle näher an der Materialbahn angeordnet werden kann, was die Wirdung der UV-Strahlung erhöht.
  • In Figur 3 ist der in Figur 2 dargestellte Vergleich auf die IR-Strahlung bezogen, wobei ebenfalls von 100 % der IR-Strahlung bei der Vorrichtung C gemäß der Erfindung ausgegangen wird. Hier wird der Wirkungsgrad der Absorptionsschicht gemäß dem Gegenstand der Erfindung deutlich. Der Anteil der indirekten IR-Strahlung beträgt bei C lediglich 24 %, während der Anteil der indirekten Strahlung bei A mit 68 % und einer Gesamt-IR-Abstrahlung von 122 % gegenüber C beträgt.
  • In Anbetracht dessen, daß für eine effiziente Trocknungsleistung bei A zwei Strahler benötigt werden, ergibt sich auch der doppelte IR-Anteil von 245 % und ein indirekter Anteil von ca. 135 %.
  • Hier wird ferner deutlich gegenüber dem Vergleich der UV-Strahlung, daß die bekannten Reflektoren verhältnismäßig mehr IR- als UV-Abstrahlung zulassen, also ein gro3er Anteil der erwünschten UV-Strahlung (ca. 30 bis 40 %) nicht reflektiert wird.
  • Bei dem UV-Strahler 3 ist das Verhältnis noch ungünstiger. Gegenüber C beträgt die Gesamt-IR-Abstrahlung ca. 171 %. Die indirekte IR-Abstrahlung beträgt hier über 100 %. Auch hier wird deutlich, da3 die indirekte IR-Reflexion großer als die indirekte UV-Reflexion ist. In den Diagrammen Figur 7 und 8 ist die Wirkung der UV-und IR-Strahlung bei unterschiedlicher Neigung der Reflektorschalen zueinander (7,5° und 20° C) dargestellt. Es ist bekannt, daß die Aushärtung von UV-Druckfarben weniger von der Bestrahlungszeit als der Durchdringung der Farbschicht mit der UV-Strahlung abhängig ist. Der Vergleich zeigt, daß durch eine Fokussierung der UV-Strahlung bei einer Neigung der Halbschalen um 20° die Strahlungsintensität wesentlich erhöht werden kann. Durch die erheblich verbesserte Absorption der IR-Strahlung liegt diese auch fokussiert noch unter dem in Figur 2 zu dem UV-Trockner B dargestellten Wert bei einem gegenüber bei bekannten Trocknern verringerten Abstand der Strahlungsquelle von der Druckbahn um 20 %. Eine Fokussierung bei bekannten UV-Strahlern würde zu derartig hohen Temperaturen auf der Druckbahn führen, daß diese entflammen könnte.
  • Die in Figur 4 dargestellte Vorrichtung 1 gemäß der Erfindung besteht aus einem Gehäuse 2 und einem Tisch 4, über den die bedruckte Bahn 5 mit einer Bahngeschwindigkeit von 80 m/min. gezogen wird, schwenkbar gelagert ist. Im Oberteil des Gehäuses 2 ist eine Quarzlampe 6 leicht auswechselbar angeordnet. Ferner sind im Gehäuse 2 zwei parabolische Halbschalenreflektoren 7,7' angeordnet. Die aus Aluminium "Extrudal 50" bestehenden hohlen Stranggu3profile sind mit Kanälen 8 für den Durchflu3 eines Kühlmittels wie Wasser oder dergleichen versehen. Die untere öffnung des Gehäuses 2 ist durch eine Quarzglasplatte 9 abgeschlossen. Unterhalb der Quarzglasplatte 9 ist eine Jalousie 10 angeordnet, die durch nicht dargestellte Mittel bei Stillstand der Bahn über eine entsprechende Steuerung schnell vor die Quarzglasplatte 9 gezogen werden kann. Die dem Innenraum des Gehäuses zugewandten Oberflächen der parabolischen Halbschalenreflektoren 7,7' sind mit einer Absorptionsschicht 11 aus je einer polierten Kupfer- und Nickelbeschichtung, die schwarzverchromt ist, versehen.
  • Versuche haben ergeben, daß die Schwarzverchromung der gezogenen Stranggußprofile der Aluminiumlegierung "Extrudal 50" hinsichlich aller Parameter die besten Ergebnisse erzielen lä3t, obwohl damit nicht unbedingt die beste UV-Reflexion erreicht wird. Die Absorptionsschicht 11 mu3 nicht nur eine gute IR-Absorption gewährleisten, sondern auch einen guten Haftungsuntergrund für die aufzudampfenden Quarzschichten der Reflexionsschicht 12 bieten.
  • Letzteres ist bei der Schwarzverchromung gezogener Aluminiumflächen der Fall. Die Oberflächen sind nach der Schwarzverchromung matt und strukturlos und bieten damit einen sehr guten Haftungsuntergrund, während beispielsweise eine reine Vernickelung einen au3erordent- lich schlechten Haftungsgrund bietet.
  • Die Reflexionsschicht 12 besteht aus insgesamt 65 Einzelschichten, von denen die ungeradzahligen Schichten aus Hafniumdioxid und die geradzahligen Schichten aus Siliziumoxid bestehen. Jede dieser Schichten hat eine ganz bestimmte Dicke, die sich als Vielfaches von λ /4 ausdrücken lä3t, wobei λ die sogenannte "Bezugswellenlänge" ist, die im vorliegenden Fall 350 nm beträgt. Die Vielfachen von λ /4 sind nur beispielsweise ganzzahlig (z.3. 1,00); sie liegen bei zahlreichen Schichten unterhalb 1,00 und nur bei der letzten (66igsten) Schicht oberhalb von 1,00, nämlich bei 1,36.
  • Die sich dadurch ergebende Reflexionskurve ( Figur 6) zeigt ganz deutlich, da3 das Schichtsystem im Bereich zwischen 250 und 400 nm ein von Steilflanken begrenztes Reflexionsmaximum aufweist.
  • Zur Herstellung der Reflexionsschicht wurden in einer Aufdampfanlage des Typs 1100 Q (Hersteller: Firma Leybold-Heraeus GmbH in Hanau, BRD) Reflektor-Halbschalen aus schwarzverchromten Stranggußprofilen der Aluminiumlegierung "Extrudal 50" auf Substrathaltern angeordnet ud die Anlage innerhalb von sechs Minuten auf einen Druck von 10 Pa evakuiert. Anschließend wurden die Substrate in bekannter Weise durch eine Glimmentladung gereinigt. Danach wurde die Anlage innerhalb von weiteren 30 Minuten auf einen Druck von 5 x 10-3 Pa evakuiert und die Substrate auf 260° C erhitzt, worauf als Streugas Sauerstoff bis zu einem Druck von 2 x 10-2 Pa eingelassen wurde.
  • Nachfolgend wurde Hafniumdioxid (Hf02), das in einem Verdampftiegel untergebracht war, mit einer Elektronenstrahlkanone für die Dauer von zwei Minuten entgast, bis der Druck stabil blieb. Im Anschlu3 daran wurde das Hf02 als erste Schicht und gleichzeitig als Haftvermittler mit einer Aufdampfrate von 1,3 nm/s aufgedampft. Die Regelung der Verdampfungsrate und die Steuerung der über die Verdampfer einschwenkbaren Blenden, durch die der Verdampfungsrozess für die jeweilige Schicht unterbrochen wurde, geschah mittels der bekannten Schwingquarzmethode. Im Anschluß an die Hf02-Schicht wurde eine erste Si02-Schicht mittels einer weiteren Elektronenstrahlkanone mit einer Aufdampfrate von 1,0 nm/s aufgedampft, während die Hf02 durch eine geringere Energiezufuhr auf einem ausreichend hohen Temperaturmveau gehalten wurde. Nach dem gesteuerten Schließen der Blende für den SiO2-Verdamafer wurde dieser ebenfalls druch geringe Energiezufuhr auf einem erhöhten Temperaturniveau gehalten und die Elektronenstrahlkanone für die Hf02-Verdampfung wurde erneut auf die Verdampfungsleistung hochgeregelt. Durch abwechselnde Wiederholung dieser Beschichtungsverfahren wurden insgesamt 66 Einzelschichten niedergeschlagen, von denen jede ein Schichtdicke aufwies, die ein entsprechend Vielfaches von λ /4 betrug, wobei λ die sogenannte Bezuswellenlänge ist, die für den vorliegenden Zweck zu 350 nm gewählt wurde. Das erwähnte Vielfache vonλ/4 wurde für die zweite bis fünfundsechzigste Schicht zwischen 0,66 und 1,00 variiert und betrug für die erste Schicht 0,46 und für die sechsundsechzigste, aus Si02 bestehende Schicht 1,36. Während des gesamten Prozesses wurde der Druck in der Vakuumkammer konstant gehalten. Nach dem Abdampfen der letzten Schicht wurden die Verdampfer ausgeschaltet und nach deren Abkühlen nach fünf Minuten wurde die Anlage geflutet. Messungen des Reflexionsverhaltens führten zu der Kurve nach Figur 6, die ein von Steilflanken begrenztes, ausgezeichnetes Reflexionsverhalten in dem hier interessierenden Wellenlängenbereich zwischen 250 und 400 nm aufweist. Das Schichtsystem haftet sehr gut, ist rissefrei und weist über den gesmaten Bereich Werte auf, die zwischen 87 und 97 % (Reflexion) liegen. Die Infrarotreflexion betrug nur ca. 5 %.

Claims (21)

1. Vorrichtung zur Behandlung von Materie durch UV-Strahlen, bestehend aus einem Gehäuse, in dem eine UV-Strahlen-Quelle und mindestens ein Reflektor mit einer Reflektorfläche angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, da3 die mindestens eine Reflektorfläche mit einer oder mehreren Beschichtungen (12) zur Reflexion der UV-Strahlung der UV-Strahlenquelle und einer darunterliegenden Beschichtung (11) zur Absorption des längerwelligen Teils des Spektrums der UV-Strahlenquelle (6) versehen ist.
2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, da3 der Reflektor aus zwei parabolischen oder elliptischen Halbschalen (7,7') besteht.
3. Vorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die parabolischen oder elliptischen Halbschalen (7,7') zueinander schwenkbar angeordnet sind.
4. Vorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die parabolischen oder elliptischen Halbschalen (7,7') aus Aluminium oder dessen Legierungen, Kupfer, Messing oder Stahl bestehen.
5. Vorrichtung gemäß Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die parabolischen oder elliptischen Halbschalen (7,7') aus einer Aluminiumlegierung "Extrudal 50" bestehen.
6. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da3 die Reflexionsschicht (12) aus mehreren Einzelschichten besteht, die abwechselnd aus hoch- und niedrigbrechenden Dielektrika bestehen und, bezogen auf eine Bezugswellenlänge λ von 350 nm Schichtdicken im Bereich einer Viertel Wellenlänge aufweisen, derart, daß im Wenenlängenbereich zwischen 250 und 400 nm die Reflexionswerte im wesentlichen größer sind als 80 %.
7. Vorrichtung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung zur Reflexion der UV-Strahlung aus abwechselnd niedrigbrechenden dielektrischen Schichten aus Si02 und hochbrechenden dielektrischen Schichten aus Hf02 durch ein Vakuumbeschichtungsverfahren aufgebracht ist.
3. Vorrichtung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeich- net, daß der Schichtaufbau mit der hochbrechenden dielektrischen Schicht beginnt und mit der niedrigbrechenden dielektrischen Schicht endet.
9. Vorrichtung gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten bei Reflektortemperaturen zwischen 100 und 300° C, vorzugsweise zwischen 120 und 200° C, aufgebracht sind.
10. Vorrichtung gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Absorptionsschicht (11) aus einer schwarzen Eloxierung, Schwarzverchromung, Schwarzvernickelung, Anodisierung oder Brünierung besteht.
11. Vorrichtung gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Absorptionsschicht der parabolischen oder elliptischen Halbschalen (7,7'), die auf die polierte Oberfläche der Halbschalen aufgebracht ist, aus einer polierten Kupferbeschichtung, einer Nickeibeschichtung und einer schwarz verchromten Schicht besteht.
12. Vorrichtung nach Ansprüchen 6 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Absorptionsschicht (11) und der Reflexionsschicht (12) eine Diffusionssperrschicht aus einem Dielektrium mit einer physikalischen Dicke von mindestens 0,5 µm angeordnet ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, da3 die Diffusionsssperrschicht aus Si02 besteht.
14. Vorrichtung gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, da3 die parabolischen Halbschalen (7,7') mit einem Kühlsystem zur Abführung der absorbierten Wärme versehen sind.
15. Vorrichtung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, da3 die parabolischen Halbschalen (7,7') aus einem Strangguß-Hohlprofil bestehen, dessen Hohlräume mit einem Kühlsystem verbunden sind.
16. Vorrichtung gemäß vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, da3 die untere, der Materialbahn (5) zugewandte öffnung mit einer für UV-Strahlung durchlässigen Abdeckung (9) versehen ist.
17. Vorrichtung gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung (9) aus Quarzglas besteht.
18. Vorrichtung gemäß vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die der Materialbahn zugewandte öffnung mit einem für Strahlung undurchlässigen Schnellverschluß (10) versehen ist.
19. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeich- net, da3 der Innenraum der mit einer Quarzglasscheiben-Abdeckung (10) abgeschlossenen Vorrichtung mit einem geschlossenen Ventilationssystem verbunden ist, durch das getrocknete und gefilterte Luft oder ein getrocknetes und gefiltertes Schutzgas zirkuliert.
20. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenraum der mit einer Quarzglasscheiben-Abdeckung abgeschlossenen Vorrichtung mit einem offenen Ventilationssystem verbunden ist, durch das unter leichtem überdruck getrocknete und gefilterte Luft dem Innenraum zugeführt wird.
21. Verwendung der Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorausgegangenen Ansprüche zum Trocknen und Aushärten von UV-Druckfarben auf einer Materialbahn aus Papier, Kunststoff oder Metall.
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