EP0449018A2 - Bestrahlungseinrichtung - Google Patents

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EP0449018A2
EP0449018A2 EP91103659A EP91103659A EP0449018A2 EP 0449018 A2 EP0449018 A2 EP 0449018A2 EP 91103659 A EP91103659 A EP 91103659A EP 91103659 A EP91103659 A EP 91103659A EP 0449018 A2 EP0449018 A2 EP 0449018A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
discharge space
electrodes
radiation
irradiation device
discharge
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP91103659A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP0449018A3 (de
Inventor
Bernd Dr. Gellert
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ABB Asea Brown Boveri Ltd
ABB AB
Original Assignee
ABB Asea Brown Boveri Ltd
Asea Brown Boveri AB
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Filing date
Publication date
Application filed by ABB Asea Brown Boveri Ltd, Asea Brown Boveri AB filed Critical ABB Asea Brown Boveri Ltd
Publication of EP0449018A2 publication Critical patent/EP0449018A2/de
Publication of EP0449018A3 publication Critical patent/EP0449018A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J65/00—Lamps without any electrode inside the vessel; Lamps with at least one main electrode outside the vessel
    • H01J65/04—Lamps in which a gas filling is excited to luminesce by an external electromagnetic field or by external corpuscular radiation, e.g. for indicating plasma display panels
    • H01J65/042—Lamps in which a gas filling is excited to luminesce by an external electromagnetic field or by external corpuscular radiation, e.g. for indicating plasma display panels by an external electromagnetic field
    • H01J65/046—Lamps in which a gas filling is excited to luminesce by an external electromagnetic field or by external corpuscular radiation, e.g. for indicating plasma display panels by an external electromagnetic field the field being produced by using capacitive means around the vessel

Definitions

  • the invention relates to an irradiation device for drying and / or curing paints, varnishes and similar coatings. It relates in particular to such a device with at least one UV high-power radiator, preferably an excimer radiator, with a discharge space filled with filling gas, the filling gas emitting radiation, preferably excimer radiation, under the influence of silent electrical discharges, the discharge space being delimited by walls , of which at least one wall consists of dielectric material and for which radiation generated in the discharge space is transparent, with a pair of electrodes, a treatment room directly adjacent to one of the walls of the discharge space, and with an AC power source connected to the two electrodes for supplying the discharge.
  • at least one UV high-power radiator preferably an excimer radiator
  • the filling gas emitting radiation, preferably excimer radiation, under the influence of silent electrical discharges
  • the discharge space being delimited by walls , of which at least one wall consists of dielectric material and for which radiation generated in the discharge space is transparent
  • the invention relates to European patent application 87109674.9 dated July 6, 1987 with publication number 0 254 111 or to Swiss patent application 152 / 88-7 dated January 15, 1988 by the applicant.
  • UV and VUV high-performance lamps of the type mentioned at the outset were presented for the first time in a lecture by U.Kogelschatz "New UV and VUV excimer lamps" at the 10th lecture conference of the Society of German Chemists, Photochemistry Group, Würzburg, 18th-20th Presented to the public in November 1987.
  • a more detailed description of this new radiator type can be found in the article by B.Eliasson and U.Kogelschatz "UV Excimer Radiation from Dielectric-Barrier Discharges" in the journal Appl.Phys.B 46, 299-303 (1988).
  • This high-performance radiator can be operated with high electrical power densities and high efficiency. Its geometry is widely adaptable to the process in which it is used. In addition to large, flat spotlights, cylindrical ones that radiate inwards or outwards are also possible.
  • the discharges can be operated at high pressure (0.1 - 10 bar). With this design, electrical power densities of 1 - 50 KW / m2 can be realized. Since the electron energy in the discharge can be largely optimized, the efficiency of such radiators is very high, even if one excites resonance lines of suitable atoms.
  • the wavelength of the radiation can be set by the type of fill gas, e.g.
  • Mercury (185 nm, 254 nm), nitrogen (337 nm-415 nm), selenium (196 nm, 204 nm, 206 nm), arsenic (189 nm, 193 nm), iodine (183 nm), xenon (119 nm, 130 nm, 147 nm), Krypton (124 nm).
  • nitrogen (337 nm-415 nm
  • selenium 196 nm, 204 nm, 206 nm
  • arsenic 189 nm, 193 nm
  • iodine 183 nm
  • xenon 119 nm, 130 nm, 147 nm
  • Krypton 124 nm
  • emitters with gases or gas mixtures in which excimer radiation is generated are of particular interest.
  • the noble gases and noble gas / halogen mixtures may be mentioned as examples.
  • UV high-performance emitters An important field of application for these UV high-performance emitters is the drying and / or curing of lacquers, paints and similar coatings, which contain photoinitors, on tape or foil-like supports made of paper or plastic or on other, more complicated shaped workpieces such as furniture etc.
  • lacquers, paints and similar coatings which contain photoinitors, on tape or foil-like supports made of paper or plastic or on other, more complicated shaped workpieces such as furniture etc.
  • the supports or workpieces are guided past large-area UV lamps in a kind of treatment chamber at a defined distance. Because the duration of exposure to UV radiation now has a decisive influence on the productivity of such systems, there is a great need for high-performance lamps with short exposure times.
  • the invention has for its object to provide an irradiation device with a UV or VUV emitter, which allows very short exposure times and also enables a simple and economical structure.
  • the one electrode is spaced apart from the dielectric immediately adjacent to it, in such a way that the coupling of the electrical energy from this one electrode into the discharge space takes place essentially capacitively, so that in addition to the discharges in the actual discharge space, which are responsible for the generation of UV or VUV radiation, also form electrical discharges in the outside space, which in addition to the radiation arising in the discharge space also have a catalytic effect on the coatings mentioned.
  • the advantage of the invention can be seen in particular in the fact that the radiation generated in the discharge space can be used almost completely and that compact radiation devices can be built from which no UV radiation emerges.
  • Electrodes 4 are arranged in two treatment rooms 6, 7, which are delimited on the outside by walls 8 and 9.
  • the electrodes consist in the example of a comparatively wide-mesh wire mesh with a mesh size of 10 x 10 mm2.
  • the average distance of the wires 4, 5 from the plates 1, 2 should be greater than half the wire diameter D, typically less than 1 mm or slightly more.
  • a wire mesh placed on the dielectric 1 or 2 and clamped on the plate edges fulfills these conditions, for example: the wire mesh only lies locally on the dielectric due to the edge clamping. The resulting inhomogeneities of the "external discharges" are negligible for the process.
  • the electrodes 3 and 4 are each connected in parallel with each other - this condition is given automatically in the case of a wire network - and each is connected to the poles of an AC power source 10 with adjustable frequency and amplitude of the output voltage.
  • This AC power source 10 basically corresponds to those used for feeding Ozone generators can be used. It typically delivers an adjustable AC voltage in the order of magnitude of several kVolt, preferably ⁇ 10 kVolt, at frequencies up to the MHz range, depending on the electrode geometry, pressure in the discharge space and composition of the filling gas.
  • the material to be treated is arranged between the electrodes 4 and 5 and the housing walls 8 and 9, in the example a web-shaped carrier 11 or 12 with a lacquer or color layer 13 or 14, which layers contain UV-curing substances with photoinitiators.
  • the discharge space 3 between the plates 1 and 2 is filled with a filling gas which emits radiation under discharge conditions, e.g. Mercury, noble gas, noble gas-metal vapor mixture, noble gas-halogen mixture, optionally using an additional further noble gas, preferably Ar, He, Ne, Xe as buffer gas.
  • a filling gas which emits radiation under discharge conditions, e.g. Mercury, noble gas, noble gas-metal vapor mixture, noble gas-halogen mixture, optionally using an additional further noble gas, preferably Ar, He, Ne, Xe as buffer gas.
  • the electron energy distribution can be optimally adjusted by the thickness of the dielectric plates 1, 2 and their properties, distance of the plates 1 and 2, pressure and / or temperature.
  • the discharges emit the UV light, which then penetrates through the transparent plates 1 and 2 into the immediately adjacent treatment rooms 6 and 7 and interacts with the layers 13 and 14.
  • silent electrical discharges also form in the treatment rooms 6 and 7 in the distances between the electrodes 4 and plate 1 or electrodes 5 and plate 2.
  • These “external discharges” produce reaction products or ions in accordance with the ambient atmosphere - primarily ozone and nitrogen oxides in air, which together with the UV radiation from the discharge space 3 significantly accelerate the hardening of the layers 13 and 14, act as a catalyst.
  • FIG. 1 An emitter emitting on both sides, as shown in FIG. 1, it is possible to implement an irradiation device with an UV emitter emitting only on one side and accordingly only a single treatment room.
  • This embodiment is shown schematically in Figure 2, for example.
  • the discharge space is delimited on the one hand by the dielectric plate 1 and a plate-shaped electrode 5 '.
  • the operation of this device corresponds in all essential points to that according to Fig.1.
  • the invention is of course not limited to flat radiators. Without leaving the scope of the invention, cylindrical irradiation devices are also possible, as illustrated for example in FIGS. 3 and 4.
  • a metal tube 15 which forms the one electrode of the UV radiator, is made of a dielectric tube 16 Surround material concentrically.
  • the tube 16 is in turn surrounded by an electrode 17, which consists, for example, of tubular wire mesh, leaving a distance D.
  • the outer end is formed by an outer tube 18 spaced apart from the electrode 17.
  • Such an irradiation device is suitable, for example, for the treatment of UV-curing layers on the inside of hollow cylindrical objects which are pushed into the treatment space 6.
  • the embodiment of the invention according to FIG. 4 is an irradiation device with an internal radiator.
  • a quartz tube 16 is arranged in the interior of a metal tube 19, which forms the one electrode of the UV lamp.
  • the space between the tubes 16 and 19 forms the discharge space 3.
  • the other electrode 17 ' is arranged, which can consist of a tubular wire mesh as shown in FIG.
  • the material to be treated is a copper wire 21 provided with a UV-curing lacquer view 20, as is used as a conductor material for the windings of electrical machines and apparatus.
  • the discharge space 3 is formed by two coaxial quartz tubes 1r and 2r. Electrodes 4r and 5r are located outside or inside the tubes 1r and 2r and are spaced apart from them as in FIG. 1. A tube 8r forms the outer end. The annular space between the tubes 1r and 8r form one (outer) treatment space 6, the interior of the tube 2r forms the other (inner) treatment space 7r.
  • the radiation devices described above are suitable for a wide range of applications: drying and / or curing UV-curing lacquers and paints for protective and decorative purposes, adhesive layers on paper or plastic carriers, coatings of foils or plates for the furniture and packaging industry, polyester foils, e.g. protective foils for keyboards, UV casting compounds, UV clear lacquers and pigmented lacquers for data carriers, eg compact discs, UV lacquers for Paper coatings.

Landscapes

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  • Treatments Of Macromolecular Shaped Articles (AREA)
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Abstract

Die Bestrahlungseinrichtung zum Trocken und/oder Härten von Farben, Lacken und ähnlichen Beschichtungen (13,14) weist mindestens einen UV-Hochleistungsstrahler mit einem mit Füllgas gefülltem Entladungsraum (3) auf. Das darin enthaltene Füllgas sendet unter Einfluss von stillen elektrischen Entladungen Strahlung aus. Der Entladungsraum (3) ist von Wänden (1,2) begrenzt, wobei mindestens eine Wand aus dielektrischem Material besteht und für die im Entladungsraum (3) erzeugt Strahlung durchlässig ist. Ein Elektrodenpaar (4,5) mit einer an die beiden Elektroden angeschlossenen Wechselstromquelle (10) dient zur Speisung der Entladung. Der Behandlungsraum (6) grenzt unmittelbar an das Dielektrikum (1,2) an. Die Elektroden (4,5) sind vom dem unmittelbar benachbarten Dielektrikum beabstandet. Die Ankopplung der elektrischen Energie von den Elektroden in den Entladungsraum erfolgt im wesentlichen kapazitiv. Auf diese Weise bilden sich neben den Entladungen im eigentlichen Entladungsraum (3), die für die Erzeugung von UV- bzw. VUV-Strahlung verantwortlich sind, auch in den Behandlungsräumen (6,7) elektrische Entladungen aus, die neben der im Entladungsraum (3) entstehenden Strahlung zusätzlich auf die besagten Beschichtungen katalytisch einwirken und die Trocknung/Härtung der Beschichtung (13,14) wesentlich beschleunigen.

Description

    TECHNISCHES GEBIET
  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Bestrahlungseinrichtung zur Trocknung und/oder Härtung von Farben, Lacken und ähnlichen Beschichtungen. Sie betrifft insbesondere einen derartige Einrichtung mit mindestens einem UV-Hochleistungsstrahler, vorzugsweise einem Excimer-Strahler, mit einem mit Füllgas gefülltem Entladungsraum, wobei das Füllgas unter Einfluss von stillen elektrischen Entladungen Strahlung, vorzugsweise Excimer-Strahlung, aussendet, der Entladungsraum von Wänden begrenzt ist, von denen mindestens eine Wand aus dielektrischem Material besteht und für die im Entladungsraum erzeugt Strahlung durchlässig ist, mit einem Elektrodenpaar, einem unmittelbar an eine der Wände des Entladungsraums angrenzenden Behandlungsraum, und mit einer an die beiden Elektroden angeschlossenen Wechselstromquelle zur Speisung der Entladung.
  • Die Erfindung nimmt dabei Bezug auf die Europäische Patentanmeldung 87109674.9 vom 06. Juli 1987 mit der Veröffentlichungsnummer 0 254 111 oder auf das schweizerische Patentgesuch 152/88-7 vom 15. Januar 1988 der Anmelderin.
    • TECHNOLOGISCHER HINTERGRUND UND STAND DER TECHNIK
  • UV- und VUV-Hochleistungsstrahler des eingangs genannten Typs wurden erstmals im Vortrag von U.Kogelschatz "Neue UV- und VUV-Excimerstrahler" an der 10. Vortragstagung der Gesellschaft Deutscher Chemiker Fachgruppe Photochemie, Würzburg 18.-20. November 1987 der Öffentlichkeit vorgestellt. Eine mehr ins Detail gehende Beschreibung dieses neuen Strahlertyps findet sich in dem Aufsatz von B.Eliasson und U.Kogelschatz "UV Excimer Radiation from Dielectric-Barrier Discharges" in der Zeitschrift Appl.Phys.B 46, 299 - 303 (1988).
  • Dieser Hochleistungsstrahler kann mit grossen elektrischen Leistungsdichten und hohem Wirkungsgrad betrieben werden. Seine Geometrie ist in weiten Grenzen dem Prozess anpassbar, in welchem er eingesetzt wird. So sind neben grossflächigen ebenen Strahlern auch zylindrische, die nach innen oder nach aussen strahlen, möglich. Die Entladungen können bei hohem Druck (0.1 - 10 bar) betrieben werden. Mit dieser Bauweise lassen sich elektrische Leistungsdichten von 1 - 50 KW/m² realisieren. Da die Elektronenenergie in der Entladung weitgehend optimiert werden kann, liegt der Wirkungsgrad solcher Strahler sehr hoch, auch dann, wenn man Resonanzlinien geeigneter Atome anregt. Die Wellenlänge der Strahlung lässt sich durch die Art des Füllgases einstellen z.B. Quecksilber (185 nm, 254nm), Stickstoff (337nm-415 nm), Selen (196nm, 204nm, 206 nm), Arsen (189nm, 193 nm), Jod (183 nm), Xenon (119nm, 130nm, 147 nm), Krypton (124 nm). Wie bei anderen Gasentladungen empfiehlt sich auch die Mischung verschiedener Gasarten.
  • Neben diesen Linienstrahlern, die die Spektrallinien abstrahlen, sind insbesondere auch Strahler mit Gasen bzw. Gasgemischen von Interesse, in denen Excimer-Strahlung entsteht. Als Beispiele seien die Edelgase und Edelgas-Halogenmischungen genannt.
  • Der Vorteil dieser Strahler liegt in der flächenhaften Abstrahlung grosser Strahlungsleistungen mit hohem Wirkungsgrad. Fast die gesamte Strahlung ist auf einen oder wenige Wellenlängenbereiche konzentriert.
  • Ein bedeutendes Anwendungsfeld für diese UV-Hochleistungsstrahler ist die Trocknung und/oder Aushärtung von Lacken, Farben und ähnlichen Beschichtungen, welche Photoinitoren enthalten, auf band- oder folienartigen Trägern aus Papier oder Kunststoff oder auf anderen, eher kompliziert geformten Werkstücken wie Möbelstücken etc.
    Bei solchen Trocknungs- bzw. Aushärtungsanlagen werden die Träger bzw. Werkstücke in einer Art Behandlungskammer in definiertem Abstand an grossflächigen UV-Strahlern vorbeigeführt.
    Weil nun die Einwirkungsdauer der UV-Strahlung einen massgebenden Einfluss auf die Produktivität derartiger Anlagen hat, besteht ein grosses Bedürfnis nach leistungsfähigen strahlern mit kurzen Einwirkungszeiten.
    • QURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Bestrahlungseinrichtung mit einem UV- oder VUV-Strahler zu schaffen, der sehr kurze Einwirkungszeiten ermöglicht und darüber hinaus einen einfachen und wirtschaftlichen Aufbau ermöglicht.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die eine Elektrode vom dem ihr unmittelbar benachbarten Dielektrikum beabstandet ist, derart, dass die Ankopplung der elektrischen Energie von dieser einen Elektrode in den Entladungsraum im wesentlichen kapazitiv erfolgt, so dass sich neben den Entladungen im eigentlichen Entladungsraum, die für die Erzeugung von UV- bzw. VUV-Strahlung verantwortlich sind, auch im Aussenraum elektrische Entladungen ausbilden, die neben der im Entladungsraum entstehenden Strahlung zusätzlich auf die besagten Beschichtungen katalytisch einwirken.
  • Insbesondere bei der Trocknung und Härtung von Farben und Lakken hat sich gezeigt, dass bei einem mit normaler Umgebungsluft erfülltem Behandlungsraum die Reaktionsprodukte der in sich in diesem Raum ausbildenden "Aussenentladungen"- hauptsächlich Ozon und Stickoxide - einen nicht vorhersehbaren beschleunigenden Einfluss auf den Trocken- bzw. Aushärtungsprozess der Beschichtung ausüben. Voraussetzung ist dabei im wesentlichen lediglich, dass diese Reaktionsprodukte der "Aussenentladungen" die UV-Strahlung nur unwesentlich oder gar nicht absorbieren.
    Eine weitere, gleichfalls eher überraschende Erkenntnis besteht darin, dass der Strahler mit vergleichweise niedrigeren Frequenzen der Speisespannung betrieben werden konnte (≦ 20 - 30 kHz) und um weniger als eine Grössenordnung weniger (UV- Strahlungs-)Leistung aufgewendet werden musst. Die erforderlichen Wechselspannungen hingegen mussten bei typischen Strahlergeometrien eher höher (≧ 3 kVolt) sein, um "Aussenentladungen" sicher zu erzeugen und genügend Reaktionsprodukte zu erzeugen.
  • Der Vorteil der Erfindung ist insbesondere darin zu sehen, dass die im Entladungsraum erzeugte Strahlung nahezu vollständig ausgenutzt werden kann und dass kompakte Bestrahlungseinrichtungen gebaut werden können, aus denen keine UV-Strahlung nach aussen tritt.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sowie die damit erzielbaren Vorteile werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert.
    • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
  • In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt, und zwar zeigt:
    • Fig.1
    ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung in Gestalt einer Bestrahlungseinrichtung mit einem nach beiden Seiten abstrahlenden Flachstrahler im Querschnitt;
    Fig.2
    einen Querschnitt durch eine Bestrahlungseinrichtung mit einem einseitig abstrahlenden Flachstrahler;
    Fig.3
    ein Ausführungsbeispiel einer zylindrischen Bestrahlungseinrichtung mit einem äusserem Behandlungsraum im Schnitt;
    Fig.4
    ein Ausführungsbeispiel einer zylindrischen Bestrahlungseinrichtung mit einem inneren Behandlungsraum im Schnitt, die insbesondere zur Behandlung von drahtartigem Gut geeignet ist;
    Fig. 5
    eine Kombination der Bestrahlungseinrichtungen nach Fig.3 und 4 mit einem nach innen und aussen strahlenden UV-Strahler und innerem und äusserem Behandlungsraum.
    WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
  • Die Bestrahlungseinrichtung nach Fig. 1 besteht im wesentlichen aus zwei voneinander beabstandeten Platten 1,2 aus dielektrischen Material, z.B. Quarzglas, welche den Entladungsraum 3 begrenzen. Von den Platten 1 und 2 beabstandet sind Elektroden 4,5 in zwei Behandlungsräumen 6, 7 angeordnet, die nach aussen hin von Wänden 8 und 9 begrenzt sind. Die Elektroden bestehen im Beispielsfall aus einem vergleichsweise weitmaschigen Drahtnetz, mit einer Maschenweite um 10 x 10 mm². Der mittlere Abstand der Drähte 4,5 von den Platten 1,2 soll grösser sein als der halbe Drahtdurchmesser D, typischerweise unter 1 mm oder wenig darüber liegen. Ein auf das Dielektrikum 1 bzw. 2 aufgelegtes und an den Plattenrändern eingespanntes Drahtnetz erfüllt beispielsweise diese Bedingungen: das Drahtnetz liegt nämlich aufgrund der randseitigen Einspannung nur lokal auf dem Dielektrikum auf. Die sich dadurch einstellenden Inhomogenitäten der "Aussenentladungen" sind dabei für den Prozess vernächlässigbar.
  • Die Elektroden 3 und 4 sind jeweils unter sich parallelgeschaltet - bei einem Drahtnetz ist diese Bedingung von selbst gegeben - und je mit den Polen einer Wechselstromquelle 10 mit einstellbarer Frequenz und Amplitude der Ausgangsspannung verbunden.Diese Wechselstromquelle 10 entspricht grundsätzlich jenen, wie sie zur Anspeisung von Ozonerzeugern verwendet werden. Typisch liefert sie eine einstellbare Wechselspannung in der Grössenordnung von mehreren kVolt, vorzugsweise ≧10 kVolt, bei Frequenzen bis in den MHz-Bereich, abhängig von der Elektrodengeometrie, Druck im Enfiadungsraum und Zusammensetzung des Füllgases.
  • Zwischen den Elektroden 4 und 5 und den Gehäusewänden 8 bzw 9 ist das zu behandelnde Gut, im Beispielsfall ein bahnförmiger Träger 11 bzw. 12 mit einer Lack- oder Farbschicht 13 bzw. 14 angeordnet, welche Schichten UV-härtende Substanzen mit Photoinitiatoren enthalten.
  • Der Entladungsraum 3 zwischen den Platten 1 und 2 ist mit einem unter Entladungsbedingungen Strahlung aussendenden Füllgas gefüllt, z.B. Quecksilber, Edelgas, Edelgas-Metalldampf-Gemisch, Edelgas-Halogen-Gemisch, gegebenenfalls unter Verwendung eines zusätzlichen weiteren Edelgases, vorzugsweise Ar, He, Ne, Xe als Puffergas.
  • Je nach gewünschter spektraler Zusammensetzung der Strahlung kann dabei eine Substanz/Substanzgemisch gemäss nachfolgender Tabelle Verwendung finden:
    Figure imgb0001
  • Daneben kommen eine ganze Reihe weiterer Füllgase in Frage:
    • Ein Edelgas (Ar, He, Kr, Ne, Xe) oder Hg mit einem Gas bzw. Dampf aus F₂, J₂, Br₂, Cl₂ oder eine Verbindung, die in der Entladung ein oder mehrere Atome F, J, Br oder Cl abspaltet;
    • ein Edelgas (Ar, He, Kr, Nr, Xe) oder Hg mit O₂ oder einer Verbindung, die in der Entladung ein oder mehrere O-Atome abspaltet;
    • ein Edelgas (Ar, He, Kr, Ne, Xe) mit Hg.
  • Bei Anliegen einer Spannung zwischen den Elektroden 4 und 5 bildet sich eine Vielzahl von Entladungen im Entladungsraum 3 aus. In diesen Entladungen kann die Elektronenenergieverteilung durch Dicke der dielektrischen Platten 1,2 und deren Eigenschaften, Abstand der Platten 1 und 2, Druck und/oder Temperatur optimal eingestellt werden. Die Entladungen strahlen das UV-Licht ab, das dann durch die transparenten Platten 1 und 2 in die unmittelbar angrenzenden Behandlungsräume 6 und 7 dringt und mit den Schichten 13 und 14 in Wechselwirkung tritt.
  • Neben diesen Erscheinungen bilden sich aber auch in den Behandlungsräumen 6 und 7 stille elektrische Entladungen in den Distanzen zwischen den Elektroden 4 und Platte 1 bzw. Elektroden 5 und Platte 2 aus. Diese "Aussenentladungen" produzieren entsprechend der Umgebungsatmosphäre Reaktionsprodukte oder Ionen - in Luft vornehmlich Ozon und Stickoxide, welche zusammen mit der UV-Strahlung aus dem Entladungsraum 3 die Härtung der Schichten 13 und 14 massgeblich beschleunigen, quasi als Katalysator wirken.
  • Durch Änderung von Entladungsspannung und/oder -frequenz und/oder Abstand und/oder Verteilung der Elektroden können entweder viele Nebenprodukte (starke Aussenentladungen bei hoher Spannung) oder nur vernachlässigbar wenig bis gar keine Nebenprodukte erzeugt werden.
  • Anstelle eines beidseitig abstrahlenden Strahlers, wie er in Fig.1 dargestellt ist, ist es möglich eine Bestrahlungseinrichtung mit einem nur einseitig abstrahlenden UV-Strahler und demgemäss nur einem einzigen Behandlungsraum zu realisieren. Diese Ausführungsform ist in Fig.2 beispielsweise schematisch dargestellt. Hier ist der Entladungsraum einerseits von der dielektrischen Platte 1 und einer plattenförmigen Elektrode 5' begrenzt. Die Wirkungsweise dieser Einrichtung entspricht in allen wesentlichen Punkten derjenigen nach Fig.1.
  • Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf Flachstrahler beschränkt. Ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen sind auch zylindrische Bestrahlungseinrichtungen möglich, wie sie in den Figuren 3 und 4 beispielsweise veranschaulicht sind.
  • Bei der Bestrahlungseinrichtung mit Aussenstrahler ist ein Metallrohr 15, das die eine Elektrode des UV-Strahlers bildet, von einem Rohr 16 aus dielektrischem Material konzentrisch umgeben. Das Rohr 16 wiederum ist von einer Eletrode 17, die beispielsweise aus rohrförmig gebogenem Drahtgeflecht besteht, unter Freilassung eines Abstandes D umgeben. Den äusseren Abschluss bildet ein von der Elektrode 17 beabstandetes Aussenrohr 18. Eine derartige Bestrahlungseinrichtung eignet sich beispielsweise zur Behandlung von UV-härtenden Schichten auf der Innenseite von hohlzylindrischen Gegenständen, welche in den Behandlungsraum 6 eingeschoben sind.
  • Bei der Ausführungsform der Erfindung nach Fig.4 handelt es sich um eine Bestrahlungseinrichtung mit einem Innenstrahler. Im Inneren eines Metallrohres 19, das die eine Elektrode des UV-Strahlers bildet, ist ein Quarzrohr 16 angeordnet. Der Rraum zwischen den Rohren 16 und 19 bildet den Entladungsraum 3. Im Innern des Quarzrohres 16 ist - von diesem distanziert - die andere Elektrode 17' angeordnet, die analog Fig.3 aus einem rohrförmigen Drahtgeflecht bestehen kann. Das zu behandelnde Gut ist im Beispielsfall ein mit einer UV-härtenden Lacksicht 20 versehener Kupferdraht 21, wie er als Leitermaterial für die Wicklungen von elektrischen Maschinen und Apparaten verwendet wird.
  • Die Wirkungsweise der Einrichtungen nach den Figuren 3 und 4 entspricht in allen wesentlichen Einzelheiten derjenigen nach Fig.1 bzw. Fig.2.
  • Der Vollständigkeit wegen sei darauf hingewiesen, dass auch zylindrische Bestrahlungseinrichtungen mit einem nach innen und aussen strahlenden UV-Strahler möglich sind. Diese entsprechen weitgehend dem in Fig.1 dargestellten Typ, wenn man sich dort die ebenen Platten bzw. Elektroden zu Rohren geformt denkt. Nach Fig.5 ist der Entladungsraum 3 durch zwei koaxiale Quarzrohre 1r und 2r gebildet. Elektroden 4r und 5r liegen ausserhalb bzw. innerhalb der Rohre 1r bzw. 2r und sind von diesen analog Fig.1 beabstandet. Den äusseren Abschluss bildet ein Rohr 8r. Der Ringraum zwischen den Rohren 1r und 8r bilden den einen (äusseren) Behandlungsraum 6, der Innenraum des Rohres 2r bildet den anderen (inneren) Behandlungsraum 7r.
  • Die im vorstehenden beschriebenen Bestrahlungseinrichtungen eignen sich für eine Fülle von Anwendungen: Trocknung und/oder Härtung von UV-härtenden Lacken und Farben für Schutz- und Dekorationszwecke, Klebeschichten auf Papier- oder Kunstoffträgern, Beschichtungen von Folien oder Platten für die Möbel- und Verpackungsindustrie, Polyester-Folien, z.B. Schutzfolien für für Tastaturen, UV-Vergussmassen, UV-Klarlacke und pigmentierte Lacke für Datenträger, z.B. Compact-Discs, UV-Lacke für Papierbeschichtungen.

Claims (9)

  1. Bestrahlungseinrichtung zur Trocknung und/oder Härtung von Farben, Lacken und ähnlichen Beschichtungen (13,14;20) mit mindestens einem UV-Hochleistungsstrahler, vorzugsweise einem Excimer-Strahler, mit einem mit Füllgas gefülltem Entladungsraum (3), wobei das Füllgas unter Einfluss von stillen elektrischen Entladungen Strahlung, vorzugsweise Excimer-Strahlung, aussendet, der Entladungsraum von Wänden begrenzt (1,2) ist, von denen mindestens eine Wand aus dielektrischem Material besteht und für die im Entladungsraum erzeugt Strahlung durchlässig ist, mit einem Elektrodenpaar (4,5) ausserhalb des Entladungsraums (3), einem unmittelbar an eine der Wände des Entladungsraums angrenzenden Behandlungsraum (6,7), und mit einer an die beiden Elektroden (4,5) angeschlossenen Wechselstromquelle (10) zur Speisung der Entladung, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens die eine Elektrode (4,5) vom dem ihr unmittelbar benachbarten Dielektrikum (1,2;16) beabstandet ist, derart, dass die Ankopplung der elektrischen Energie von dieser einen Elektrode in den Entladungsraum (3) im wesentlichen kapazitiv erfolgt, so dass sich neben den Entladungen im eigentlichen Entladungsraum (3), die für die Erzeugung von UV- bzw. VUV-Strahlung verantwortlich sind, auch im Aussenraum (6,7) elektrische Entladungen ausbilden, die neben der im Entladungsraum (3) entstehenden Strahlung zusätzlich auf die besagten Beschichtungen (13,14;20) katalytisch einwirken.
  2. Bestrahlungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Entladungsraum durch Platten (1,2) oder Rohre (1r,2r;15,16;16,19) begrenzt ist, von denen wenigsten eine bzw. eines aus dielektrischem Material besteht, und das Füllgas Quecksilber, Stickstoff, Selen, Deuterium oder ein Gemisch dieser Substanzen allein oder mit einem Edelgas ist.
  3. Bestrahlungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas Beimengungen von Schwefel, Zink, Arsen, Selen, Cadmium, Jod oder Quecksilber enthält.
  4. Bestrahlungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Entladungsraum durch Platten (1,2) oder Rohre (1r,2r;15,16;16,19) begrenzt ist, von denen wenigstens eine bzw. eines aus dielektrischem Material besteht, und das Füllgas unter Entladungsbedingungen Excimer-Strahlung emittiert und vorzugsweise ein Edelgas, eine Edelgasmischung oder eine Edelgas-Halogenmischung ist.
  5. Bestrahlungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Behandlungsräume (6,7) vorgesehen sind, die sich unmittelbar an den dazwischenliegenden Entladungsraum (3) anschliessen, wobei jeweils die Elektroden (4,5;4r,5r) distanziert von den Wänden des Entladungsraums (3) in den Behandlungsräumen (6,7;6r,7r) liegen (Fig.1 und 5).
  6. Bestrahlungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Entladungsraum (3) und Behandlungsraum (6) vorgesehen ist, wobei der Entladungsraum durch eine erste Elektrode (5';19)) und eine Platte (1) oder ein Rohr (16) aus dielektrischem Material begrenzt ist, dass die andere Elektrode (4;17) im Behandlungsraum (6) und distanziert von der Platte bzw. dem Rohr aus dielektrischem Material angeordnet ist.(Fig.2,3,4).
  7. Bestrahlungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gut (11;21) mit den zu behandelnden Schichten (13,14;20) vom Entladungsraum (3;3r) aus gesehen hinter den für die UV-Strahlungs transparenten Elektroden (4,5;4r,5r;17) und mit der Schichtseite den Elektroden zugewandt im Behandlungsraum (6,7;6r,7r) angeordnet ist.
  8. Bestrahlungseinrichtung nach einem der Ansprüch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (4,5;4r,5r;17) aus Draht oder Drahtgeflecht bzw. Drahtgewebe bestehen.
  9. Bestrahlungseinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Abstand (d) der Drähte vom Dielektrikum (1,2) grösser ist als der halbe Drahtdurchmesser (D).
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