EP1062467B1 - Kaltlicht-uv-bestrahlungsvorrichtung - Google Patents

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EP1062467B1
EP1062467B1 EP99913192A EP99913192A EP1062467B1 EP 1062467 B1 EP1062467 B1 EP 1062467B1 EP 99913192 A EP99913192 A EP 99913192A EP 99913192 A EP99913192 A EP 99913192A EP 1062467 B1 EP1062467 B1 EP 1062467B1
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EP
European Patent Office
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light source
barrier
substrate
radiation
heat
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EP99913192A
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Michael Bisges
Knut Kisters
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DR HOENLE AG
Original Assignee
Arccure Technologies GmbH
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Filing date
Publication date
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    • F21V9/04—Elements for modifying spectral properties, polarisation or intensity of the light emitted, e.g. filters for filtering out infrared radiation
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    • F26B3/28—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat by radiation, e.g. from the sun
    • F26B3/283—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat by radiation, e.g. from the sun in combination with convection

Definitions

  • the invention relates to a device according to the preamble of claim 1.
  • Such cold light UV radiation devices are used when coating substrates from heat-sensitive Materials, especially plastics, with UV varnishes and printing inks.
  • the substrates can, for example as shaped bodies (bottles, discs, etc.) or as foils and lanes are available.
  • Disc-shaped bodies are, for example optical information carriers such as compact discs (CD's) or Digital Versatile Disks (DVD's).
  • More temperature sensitive Irradiation goods are ceramic-like Materials such as those found in electronic components be used. Also in electronic components Contained metal and plastic parts are often sensitive to temperature.
  • UV varnishes and printing inks in the short cycle times hardening of highly productive production lines a high UV light intensity is necessary.
  • UV light usually is used for curing UV light in the wavelength range from 200 to 400 nm used.
  • the long-wave heat radiation leads to a Deformation and embrittlement of the substrate and is therefore undesirable.
  • DE 38 01 283 C1 describes a hardening device known a UV protective lacquer layer on flat objects, at which is a flat between the device and the object Outlet nozzle is located, the inert gas, e.g. Nitrogen is supplied, causing the exposure process displaces the atmospheric oxygen and better quality the hardened protective lacquer layer can be achieved.
  • the inert gas e.g. Nitrogen
  • an irradiation device especially known for infrared radiation
  • at the at least one tube heater with primary reflectors in a flat housing with a housing outlet opening for the Radiation is arranged.
  • the tube heater and the primary reflectors in such a way Flat housing arranged that the radiated from these Radiation only on the inner walls of the housing meet that are lined with reflective material.
  • the invention is based on this prior art based on the task of a device for curing a UV coating to create an effective separation of UV from the IR radiation enables the thermal load of the Reduce substrates while at the same time by short Radiation paths a high UV intensity is achieved.
  • the UV radiation be focusable on the substrate.
  • the device according to the invention has an effective effect Separation of UV and IR radiation in which more than 90% of IR radiation are absorbed. Because of the minimized Path length of the radiation is the UV intensity with that of conventional devices, such as according to DE 39 02 643 C2 comparable, where the light source is directly above the material to be irradiated is arranged.
  • the separation of UV and IR radiation also enables the use of light sources with up to 8 times the performance compared to the previously used light sources without the heat load to increase the substrate. This allows extremely short cycle times, or high throughput speeds in the production lines can be achieved.
  • the reflection of UV radiation realized by the light source Due to the special geometry of the barrier with a shape for the UV reflection layer and its arrangement directly below the light source is the reflection of UV radiation realized by the light source.
  • the one in the formation arranged in cross-section partially circular UV reflection layer surrounds the light source on its underside partially. At least 50% of that on the UV reflective layer incident UV radiation is due to the invention Design and arrangement through the light source on the reflectors arranged behind the light source reflected.
  • UV radiation is applied to the outside of the light source reflected almost completely through the light source.
  • the losses in the passage of UV radiation through the vitreous body of the light source and the gas are relatively small.
  • the path of UV radiation is minimal. Since it's for this Solution of no special shape for the reflective layer at the barrier needed to pass through the UV radiation reflecting the light source through can be the barrier as a geometrically simple, heat-absorbing body, for example as a plate.
  • the heat absorbing body of the barrier avoids contact with the UV reflection layer the direct heat radiation path on the substrate.
  • UV reflective layer is part of the barrier of a cold light mirror.
  • the preferably also reflectors designed as cold light mirrors behind the Light sources only direct the UV radiation required for curing at least partially past the barrier on that Substrate.
  • the barrier Provided holes through the cooling media and / or Gases can be directed. Cooling prevents the barrier emits or reflects heat radiation. The absorbed heat radiation can be given off to the cooling medium but also to a flow of cooling air if the barrier is designed according to claim 5. By cooling the heat absorbing body of the barrier can be more constant Temperature is maintained at which the amount of heat dissipated is regulated.
  • gases e.g. Nitrogen
  • the gas through further holes in Apply the shape of nozzles in the barrier directly above the substrate.
  • gases can be applied, but alternatively also vacuum to prevent, for example, that that emerge from coatings of inferior quality low molecular weight substances are reflected on the reflectors.
  • the reflectors arranged behind the light source are at least partially cylindrical with a partially circular cross section.
  • the part-circular cross section of the reflectors focuses the radiation at a focal point on the substrate. If, on the other hand, you want to achieve extensive illumination, it is advisable to make the reflectors arranged behind the light source at least partially plate-shaped.
  • the asymmetrical arrangement of the barrier and reflectors according to claim 10 has the effect that the substrate is first pre-hardened as it passes under the device and then irradiated with high UV intensity. Such pre-hardening results in matting of the UV lacquer layer.
  • the intensity of UV radiation can be adjusted vary, the intensity decreasing with greater distance.
  • a small amount of heat radiation is necessary in order to to achieve optimal hardening.
  • a Panel system adjustable barrier geometry according to claim 12 can be the proportion of radiation still on the barrier passes, be adjusted.
  • Heat shields according to claim 13 also allow adjustment of the on the substrate incident radiation. You can also use the radiation completely prevent (shutter) and thus when the Production lines the substrate before too long UV radiation protect.
  • Adjustment of the panels of the panel system according to Claims 14 and 15 allow that on the substrate effective heat radiation while production is changing Production conditions (ambient temperature, humidity, Process speed, etc.).
  • FIG. 1 an inventive device in section AA according to Figure 7 is shown schematically.
  • Fig. 7 shows the side view of this device.
  • a barrier consists of a heat absorbing body (1), a UV reflection layer (2) and bores (3,4) through which cooling media or gases can be passed.
  • the bore (3) is provided with nozzles (3b), which make it possible to apply or extract gases directly above a substrate (12) with a UV lacquer layer (13).
  • a rod-shaped light source (5) is arranged above the barrier.
  • Reflectors (6) and (7) arranged behind the light source (5) are cylindrical with a partially circular cross section, which makes it possible to focus the UV radiation in the two points (20a) on the substrate (12).
  • the reflectors (6, 7) are preferably designed as cold light mirrors in order to ensure effective separation of UV and IR radiation.
  • heat absorbers (8, 9) which are provided with cooling channels (10), are arranged behind the reflectors.
  • Fig. 2 shows a variant of the device with heat shields (14, 14b) and 3 focus points (20 b) of UV radiation. They all have a barrier, a light source and heat absorbers.
  • the reflectors (17, 18) are each composed of two cylindrical parts with a part-circular cross-section. As a result, the UV radiation is focused in the three points (20b).
  • the heat shields (14, 14b) it is possible to block out part of the heat radiation (19).
  • the heat shields (14, 14b) are closed with the adjusting device (15, 16, 15b, 16b) to such an extent that the heat radiation (19) no longer, or only partially, onto the UV lacquer layer (13) of the substrate (12) meets.
  • Fig. 3 shows a device similar to Fig. 2.
  • the heat absorbers (8b, 9b) are designed plate-shaped.
  • Fig. 4 illustrates the operation of the holes in the barrier.
  • nitrogen (21) or a comparable gas can be passed onto the coated substrate (12, 13) according to the illustration above.
  • the exclusion of atmospheric oxygen enables faster and better curing of the UV lacquer layer (13) on the substrate (12).
  • the bore can be used for particularly heat-sensitive substrates (3) according to the figure below for the ducting of cooling air (23) can be used in a light airflow coated substrate (12, 13) cools. At the same time prevented the cooling air flow (23) that the low molecular weight substances can rise by removing these substances from the Pushes out irradiation device.
  • the barrier consists of one UV reflective layer (2) and a heat absorbing body (1), unless the UV reflection layer (2) is on the light source (5) applied.
  • the UV reflection layer (2) mainly reflects short-wave ones UV radiation while in infrared radiation is essentially permeable.
  • the UV reflective layer is applied to glass.
  • the cold light mirror (2c) is on the heat absorbing body (25) arranged.
  • the UV reflection layer (2e) can, for example also applied directly to the light source (5) are, then the vitreous as a carrier material for the UV reflection layer (2e) is used.
  • the UV reflection layer (2,2d, 2f) also directly on the heat absorbing Body (24, 26, 28) of the barrier applied be, for example, from an aluminum profile with an infrared absorption layer in the formation which can cause a backflow of IR radiation from the Prevents aluminum profile.
  • the heat absorbing bodies (24,25,27,28) of the barriers are provided with liquid cooling, during the heat-absorbing body (26) has air cooling.
  • the geometry of the barrier depends on its distance from the Light source (5) and the arrangement of the UV reflection layer (2) off. Is the UV reflection layer (2e) directly on applied to the light source (5), the barrier forming heat-absorbing body (27) made plate-shaped become.
  • Reflective layers (2.2d, 2f) When applied directly to the barrier Reflective layers (2.2d, 2f) must be the heat absorbing Body (24,25,26,29) of the barrier according to the desired Reflective properties are formed. Even with the Use of part-circular cold light mirrors (2c) it is advisable to arrange them in a corresponding circular part Formation of the heat absorbing body (25) the barrier. Cold light mirrors (2c) are easier to replace, than directly on the heat absorbing body of the Barrier or the light source (5) applied UV reflection layers (2, 2d, 2e, 2f).
  • the heat-absorbing body (28) has height-adjustable Apertures (29) through which the proportion of direct heat radiation (19), which passes the barrier and onto the substrate (12) hits, can be regulated.
  • fully extended Aperture (29) does not directly affect heat radiation the substrate, with the heat shields completely retracted (29) a portion of the heat radiation hits the substrate.
  • the Heat shields (29) can be adjusted individually.
  • Fig. 6 support bodies (30, 31) are shown, which protect the light source (5) against deflection.
  • their vitreous bodies are unable to maintain their shape at high temperatures.
  • the light source lies selectively on the support bodies (30), while the support body (31) supports the light source over the entire length.
  • the support bodies (30, 31) can be arranged on the heat-absorbing body (1) or on the UV reflection layer (2).
  • the UV radiation is not focused in two points (20a) on the substrate as shown in FIG. 1 , but rather is radially irradiated in the area (20c).
  • This areal radiation causes a slight pre-hardening of the UV lacquer layer (13), which is subsequently hardened in point (20a).
  • This hardening results in a slight roughening of the UV lacquer layer (13), which looks optically like a matting of the surface. This effect is used, for example, to produce glare-free surfaces in instrument panels.

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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Derartige Kaltlicht-UV-Bestrahlungsvorrichtungen finden Verwendung bei der Beschichtung von Substraten aus wärmeempfindlichen Materialien, insbesondere Kunststoffen, mit UV-Lacken und -Druckfarben. Die Substrate können beispielsweise als Formkörper (Flaschen, Scheiben, etc.) oder als Folien und Bahnen vorliegen. Scheibenförmige Formkörper sind beispielsweise optische Informationsträger wie Compact Disks (CD's ) oder Digital Versatile Disks (DVD's). Weitere temperaturempfindliche Bestrahlungsgüter sind keramikähnliche Materialien, wie sie beispielsweise in elektronischen Bauteilen eingesetzt werden. Auch in elektronischen Bauteilen enthaltene Metall- und Kunststoffteile sind häufig temperaturempfindlich.
Um die UV-Lacke und -Druckfarben in den kurzen Zykluszeiten von hochproduktiven Fertigungslinien aushärten zu können, ist eine hohe UV-Lichtintensität notwendig. Üblicherweise wird zur Härtung UV-Licht im Wellenlängenbereich von 200 bis 400 nm eingesetzt. Neben dem zur Härtung erforderlichen UV-Licht, strahlen alle gängigen Lampen aber auch die langwellige Wärmestrahlung (Infrarot-Strahlung/ IR-Strahlung) ab. Die langwellige Wärmestrahlung führt jedoch zu einer Verformung und Versprödung des Substrats und ist daher unerwünscht.
Aus der DE 39 02 643 C2 ist es bekannt, die Lichtquelle direkt über dem Bestrahlungsgut anzuordnen und hinter der Lichtquelle zwei Kaltlichtspiegel zur Reduktion der Wärmestrahlung anzuordnen. Nachteilig ist, dass durch den direkten Strahlengang von der Lampe ein hoher Wärmeanteil auf das Substrat gelangt.
In G 901 46 52.2 und in DE 440 942 6 werden Anordnungen gezeigt, die die Wärmebelastung des Objektes durch einen Wärmefilter im direktem Strahlengang senken. Diese Wärmefilter bestehen aus einer beschichteten Quarzglasscheibe und reduzieren die Infrarot-Strahlung auf das Substrat nur geringfügig. Außerdem wird von den Quarzglasscheiben auch ein Teil der UV-Strahlung absorbiert.
Aus der US 4,048,490 ist eine Anordnung bekannt, die den direkten Strahlengang auf das Substrat ausblendet. Dabei wird der direkte Strahlengang über eine reflektierende Barriere, an der Lampe vorbei auf Reflektoren unterhalb der Lampe und von dort auf das Substrat geführt. Nachteilig bei dieser Anordnung sind die extrem langen Strahlungswege. Die UV-Intensität nimmt jedoch mit steigender Weglänge ab. Nachteilig ist weiterhin, dass die Barriere auch die Wärmestrahlung vollständig reflektiert, wodurch die Trennung von UV- und IR-Strahlung nicht ausreichend ist. Des weiteren kann diese Anordnung das Substrat nur flächig ausleuchten, da Lampe und Barriere zwei Strahlungsquellen darstellen. Die aufwendige geometrische Anordnung der Reflektoren und der notwendige Abstand zwischen Barriere und Lampe erfordern einen sehr großen Bauraum für derartige Anordnungen. Sie sind daher in kleinen Fertigungslinien nicht einsetzbar.
Aus der DE 38 01 283 C1 ist eine Vorrichtung zum Härten einer UV-Schutzlackschicht auf flachen Objekten bekannt, bei der sich zwischen der Vorrichtung und dem Objekt eine flache Austrittsdüse befindet, der über eine Leitung Inertgas, z.B. Stickstoff zugeführt wird, wodurch beim Belichtungsvorgang der Luftsauerstoff verdrängt und eine bessere Qualität der gehärteten Schutzlackschicht erreicht werden kann.
Aus der DE 26 22 993 A1 ist eine UV-Lampenanordnung zur Aushärtung von photopolymerisierbaren Stoffen bekannt. Um die für die Aushärtung nicht nutzbare Wärmestrahlung abzuführen, umgibt die Lampe ein Wasserkühlmantel aus klarsichtigem geschmolzenen Quarz. In einer Ausführungsform ist ein halbkreisförmiger reflektierender Überzug direkt auf der Quarzumhüllung der Lampe. Er fokussiert die Strahlung der Lampe allgemein in Richtung auf eine Brennebene in der Nachbarschaft des Substrats.
Schließlich ist aus der DE-A-3124335 eine Bestrahlungsvorrichtung, insbesondere zur Infrarotbestrahlung bekannt, bei der mindestens ein Rohrstrahler mit Primärreflektoren in einem Flachgehäuse mit einer Gehäuseaustrittsöffnung für die Strahlung angeordnet ist. Um eine Direktstrahlung von dem Rohrstrahler und den Primärreflektoren zu vermeiden, sind der Rohrstrahler und die Primärreflektoren derart in dem Flachgehäuse angeordnet, dass die von diesen abgestrahlte Strahlung ausschließlich auf die Innenwandungen des Gehäuses treffen, die mit reflektierendem Material ausgekleidet sind.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung zum Härten einer UV-Beschichtung zu schaffen, die eine wirksame Trennung der UVvon der IR-Strahlung ermöglicht, um die Wärmebelastung des Substrates zu reduzieren, bei der gleichzeitig durch kurze Strahlungswege eine hohe UV-Intensität erzielt wird.
In einer Ausgestaltung der Erfindung soll die UV-Strahlung auf dem Substrat fokussierbar sein.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruch 1 oder des Anspruchs 2 gelöst.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung bewirkt eine effektive Trennung der UV- von der IR-Strahlung, in dem mehr als 90 % der IR-Strahlung absorbiert werden. Aufgrund der minimierten Weglänge der Strahlung ist die UV-Intensität mit der von konventionellen Vorrichtungen, wie nach der DE 39 02 643 C2 vergleichbar, bei denen die Lichtquelle direkt über dem Bestrahlungsgut angeordnet ist. Die Trennung von UV- und IR-Strahlung ermöglicht darüber hinaus den Einsatz von Lichtquellen mit bis zu 8-facher Leistung im Vergleich zu den bisher eingesetzten Lichtquellen, ohne die Wärmebelastung des Substrats zu erhöhen. Dadurch können extrem kurze Zykluszeiten, bzw. hohe Durchlaufgeschwindigkeiten in den Fertigungslinien erreicht werden.
Durch die spezielle Geometrie der Barriere mit einer Ausformung für die UV-Reflexionsschicht und deren Anordnung direkt unterhalb der Lichtquelle wird die Reflexion der UV-Strahlung durch die Lichtquelle verwirklicht. Die in der Ausformung angeordnete im Querschnitt teilkreisförmige UV-Reflexionsschicht umgibt die Lichtquelle an deren Unterseite teilweise. Mindestens 50 % der auf die UV-Reflexionsschicht auftreffenden UV-Strahlung wird aufgrund deren erfindungsgemäßer Gestaltung und Anordnung durch die Lichtquelle hindurch auf die hinter der Lichtquelle angeordneten Reflektoren reflektiert.
Ist die UV-Reflexionsschicht gemäß Anspruch 2 direkt an der Außenseite der Lichtquelle aufgebracht, wird die UV-Strahlung fast vollständig durch die Lichtquelle hindurch reflektiert. Die Verluste beim Durchgang der UV- Strahlung durch den Glaskörper der Lichtquelle und das Gas sind relativ gering. Der Weg der UV-Strahlung ist minimal. Da es für diese Lösung keiner besonderen Ausformung für die Reflexionsschicht an der Barriere bedarf, um die UV-Strahlung durch die Lichtquelle hindurch zu reflektieren, kann die Barriere als geometrisch einfacher, wärmeabsorbierender Körper, beispielsweise als Platte, ausgeführt sein.
Der wärmeabsorbierende Körper der Barriere vermeidet in Verbindung mit der UV-Reflexionsschicht den direkten Wärmestrahlengang auf das Substrat.
Werden UV-Lacke verwendet, bei denen niedermolekulare Bestandteile verdampfen, wird durch die geringe Wärmeentwicklung auf dem Substrat das Austreten dieser Bestandteile verringert.
Eine effektive Trennung der UV- von der IR-Strahlung ist möglich, wenn die UV-Reflexionsschicht an der Barriere Bestandteil eines Kaltlichtspiegels ist. Die vorzugsweise ebenfalls als Kaltlichtspiegel ausgebildeten Reflektoren hinter der Lichtquelle lenken nur die zur Härtung erforderliche UV-Strahlung zumindest teilweise an der Barriere vorbei auf das Substrat.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind in der Barriere Bohrungen vorgesehen, durch die Kühlmedien und/oder Gase geleitet werden können. Eine Kühlung verhindert, dass die Barriere Wärmestrahlung emittiert oder reflektiert. Die absorbierte Wärmestrahlung kann an das Kühlmedium abgegeben werden, jedoch auch an einen Kühlluftstrom, wenn die Barriere gemäß Anspruch 5 ausgestaltet ist. Durch die Kühlung kann der wärmeabsorbierende Körper der Barriere auf konstanter Temperatur gehalten werden, in dem die abgeführte Wärmemenge reguliert wird. Über die Bohrungen in der Barriere lassen sich auch Gase, z.B. Stickstoff, leiten, um das Substrat damit zu beaufschlagen. Hierdurch lassen sich kurze Härtungszeiten bei optimaler Härtung erzielen. Dabei ist es besonders vorteilhaft, das Gas durch weitere Bohrungen in Form von Düsen in der Barriere direkt über dem Substrat aufzubringen. Über diese weiteren Bohrungen in der Barriere lassen sich jedoch nicht nur Gase aufbringen, sondern alternativ auch absaugen, um beispielsweise zu verhindern, dass die aus Beschichtungen mit minderer Qualität austretenden niedermolekularen Stoffe sich auf den Reflektoren niederschlagen.
Um die UV-Strahlung in einem Punkt zu fokussieren, sind die hinter der Lichtquelle angeordneten Reflektoren zumindest teilweise zylindrisch mit teilkreisförmigem Querschnitt ausgeführt. Der teilkreisförmige Querschnitt der Reflektoren fokussiert die Strahlung in einem Brennpunkt auf dem Substrat. Will man dagegen eine flächige Ausleuchtung erreichen, ist es zweckmäßig die hinter der Lichtquelle angeordneten Reflektoren zumindest teilweise plattenförmig auszuführen.
Die asymmetrische Anordnung der Barriere und Reflektoren nach Anspruch 10 bewirkt, dass das Substrat beim Durchlaufen unter der Vorrichtung zuerst vorgehärtet und anschließend mit hoher UV-Intensität bestrahlt wird. Durch eine derartige Vorhärtung erreicht man eine Mattierung der UV-Lackschicht.
Wenn der Abstand zwischen der Barriere und der Lichtquelle verstellbar ist, 1ässt sich die Intensität der UV-Strahlung variieren, wobei mit größerem Abstand die Intensität abnimmt.
Ein geringer Anteil an Wärmestrahlung ist notwendig, um eine optimale Härtung zu erreichen. Durch eine mittels eines Blendensystems verstellbare Barrierengeometrie nach Anspruch 12 kann der Anteil der Strahlung der noch an der Barriere vorbei geht, verstellt werden. Wärmeblenden nach Anspruch 13 ermöglichen ebenfalls eine Verstellung der auf dem Substrat einfallenden Strahlung. Sie können die Strahlung auch vollständig verhindern (Shutter) und somit bei Stillständen der Produktionslinien das Substrat vor einer zu langen UV-Bestrahlung schützen.
Verstellmöglichkeiten der Blenden des Blendensystems gemäß den Ansprüchen 14 und 15 erlauben es, die auf dem Substrat wirksame Wärmestrahlung bei laufender Produktion an sich ändernde Produktionsbedingungen (Umgebungstemperatur, Luftfeuchtigkeit, Prozessgeschwindigkeit usw.) anzupassen.
In dem zumindest teilweise Kontakt zwischen Lichtquelle und Barriere, insbesondere durch Stützkörper besteht, wird eine Durchbiegung des Lampenkörpers verhindert. Dies erlaubt den Einsatz von Lampenkörpern mit einer Länge bis zu 4 m, wie sie beispielsweise für die Lackhärtung auf sehr breiten Verpackungsfolien oder Bodenbelägen erforderlich sind.
Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im folgenden beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten, in keiner Weise als Einschränkung der Erfindung zu verstehenden Ausführungsbeispielen. Es zeigen:
Fig. 1
eine Vorderansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in schematischer Darstellung;
Fig. 2
eine Vorderansicht eines zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in schematischer Darstellung;
Fig. 3
eine Vorderansicht eines dritten bevorzugten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in schematischer Darstellung;.
Fig. 4
schematische Darstellung der Funktionsweise von Absaug- und Begasungsbohrungen in Barrieren;
Fig. 5
verschiedenen Ausführungsbeispiele für Barrieren;.
Fig. 6
Vorder- und Seitenansicht eines Details einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in schematischer Darstellung.
Fig. 7
eine Seitenansicht der Vorrichtung nach Figur 1 in schematischer Darstellung.
Fig. 8
eine Vorderansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in schematischer Darstellung.
In Fig. 1 wird eine erfindungsgemäße Vorrichtung im Schnitt A-A nach Figur 7 schematisch dargestellt. Fig. 7 zeigt die Seitenansicht dieser Vorrichtung. Eine Barriere besteht aus einem wärmeabsorbierenden Körper (1), einer UV-Reflexionsschicht (2) und Bohrungen (3,4) durch die Kühlmedien oder Gase geleitet werden können. Die Bohrung (3) ist mit Düsen (3b) versehen, die es ermöglichen, Gase direkt über einem Substrat (12) mit einer UV-Lackschicht (13) auszubringen bzw. davon abzusaugen. Oberhalb der Barriere ist eine stabförmige Lichtquelle (5) angeordnet. Hinter der Lichtquelle (5) angeordnete Reflektoren (6) und (7) sind zylindrisch mit teilkreisförmigem Querschnitt, wodurch es möglich ist, die UV-Strahlung in den zwei Punkten (20a) auf dem Substrat (12) zu fokussieren. Die Reflektoren (6,7) werden bevorzugt als Kaltlichtspiegel ausgelegt, um eine effektive Trennung von UV- und IR-Strahlung zu gewährleisten. Um die durch die Reflektoren (6,7) transmittierende IR-Strahlung zu absorbieren, werden hinter den Reflektoren Wärmeabsorber (8,9) angeordnet, die mit Kühlkanälen (10) versehen sind. Es ist aber auch möglich, die Wärmeabsorber (8,9) durch einen Luftstrom zu kühlen.
Fig. 2 zeigt eine Variante der Vorrichtung mit Wärmeblenden (14, 14b) und 3 Fokuspunkten (20 b) der UV-Strahlung. Übereinstimmend weist sie eine Barriere, eine Lichtquelle und Wärmeabsorber auf. Im Gegensatz zu Fig. 1 sind die Reflektoren (17,18) aus je zwei zylindrischen Teilen mit teilkreisförmigem Querschnitt zusammengesetzt. Dadurch wird die UV-Strahlung in den drei Punkten (20b) fokussiert. Mit den Wärmeblenden (14,14b) ist es möglich, einen Teil der Wärmestrahlung (19) auszublenden. Dazu werden die Wärmeblenden (14,14b) mit der Verstelleinrichtung (15,16,15b,16b) soweit geschlossen, dass die Wärmestrahlung (19) nicht mehr, oder nur zum Teil auf die UV-Lackschicht (13) des Substrates (12) trifft. Bei Stillständen der Fertigungslinien ist es möglich, das beschichtete Substrat (12,13) vor der Strahlung abzuschirmen, indem die Wärmeblenden (14, 14b) bis zur Barriere vorgeschoben werden, wodurch der Strahlengang auf das Substrat vollständig verschlossen wird (vgl. gestrichelt dargestellte Position der Wärmeblende (14b) (Shutterfunktion)).
Fig. 3 zeigt eine ähnliche Vorrichtung wie Fig. 2. Allerdings sind hierbei die Wärmeabsorber (8b, 9b) plattenförmig ausgeführt.
Fig. 4 verdeutlicht die Funktionsweise der Bohrungen in der Barriere. Durch die Bohrung (3) und die Düsen (3b) kann entsprechend der oberen Abbildung Stickstoff (21) oder ein vergleichbares Gas auf das beschichtete Substrat (12,13) geleitet werden. Der Ausschluss von Luftsauerstoff ermöglicht eine schnellere und bessere Aushärtung der UV-Lackschicht (13) auf dem Substrat (12).
Verzichtet man auf eine Begasung so besteht nach der mittleren Abbildung die Möglichkeit, die Bohrung (3) als Absaugvorrichtung einzusetzen. Die von der UV-Lackschicht (13) austretenden niedermolekularen Bestandteile bewirken im normalen Betrieb eine schnelle Verschmutzung der Reflektoren (6, 7,17,18)). Um dieses zu vermeiden, kann eine nicht dargestellte Absaugvorrichtung an den Kanal (3) angeschlossen werden. Durch die Düsen (3b) wird das aufsteigende Gas(22) abgesaugt.
Bei besonders wärmeempfindlichen Substraten kann die Bohrung (3) nach der unteren Abbildung für die Leitung von Kühlluft (23) eingesetzt werden, die in einem leichten Luftstrom das beschichtete Substrat (12,13) kühlt. Gleichzeitig verhindert der Kühlluftstrom (23), dass die niedermolekularen Substanzen aufsteigen können, in dem er diese Substanzen aus der Bestrahlungsvorrichtung herausdrückt.
In Fig. 5 werden verschiedene Ausführungsformen der Barriere dargestellt. Grundsätzlich besteht die Barriere aus einer UV-Reflexionsschicht (2) und einem wärmeabsorbierendem Körper (1), es sei denn die UV-Reflexionsschicht (2) ist auf der Lichtquelle (5) aufgebracht.
Die UV-Reflexionsschicht (2), reflektiert vorwiegend kurzwellige UV-Strahlung, während sie für Infrarotstrahlung im wesentlichen durchlässig ist. Bei Kaltlichtspiegeln (2c) ist die UV-Reflexionsschicht auf Glas aufgebracht. Der Kaltlichtspiegel(2c) ist auf dem wärmeabsorbierenden Körper (25) angeordnet. Die UV-Reflexionsschicht (2e) kann beispielsweise auch direkt auf der Lichtquelle (5) aufgebracht werden, wobei dann deren Glaskörper als Trägermaterial für die UV-Reflexionsschicht (2e) dient. Weiterhin kann die UV-Reflexionsschicht (2,2d,2f) auch unmittelbar auf dem wärmeabsorbierenden Körper (24, 26, 28) der Barriere aufgebracht werden, der dann beispielsweise aus einem Aluminium-Profil mit einer Infrarot-Absorptionsschicht in der Ausformung bestehen kann, die eine Rückfluss der IR-Strahlung aus dem Aluminium-Profil verhindert.
Die wärmeabsorbierenden Körper (24,25,27,28) der Barrieren sind mit einer Flüssigkeitskühlung versehen, während der wärmeabsorbierende Körper (26) eine Luftkühlung aufweist. Die Geometrie der Barriere hängt von deren Abstand zur Lichtquelle (5) und von der Anordnung der UV-Reflexionsschicht (2) ab. Ist die UV-Reflexionsschicht (2e) direkt auf der Lichtquelle (5) aufgebracht, so kann der die Barriere bildende wärmeabsorbierenden Körper (27) plattenförmig ausgeführt werden. Bei direkt auf der Barriere aufgebrachten Reflexionsschichten(2,2d,2f) muss der wärmeabsorbierende Körper (24,25,26,29) der Barriere entsprechend den gewünschten Reflexionseigenschaften ausgeformt sein. Auch bei der Verwendung von teilkreisförmigen Kaltlichtspiegeln (2c) empfiehlt sich deren Anordnung in einer entsprechenden teilkreisförmigen Ausformung des wärmeabsorbierenden Körpers (25) der Barriere. Kaltlichtspiegel (2c) sind leichter austauschbar, als direkt auf dem wärmeabsorbierenden Körper der Barriere bzw. der Lichtquelle (5) aufgebrachte UV-Reflexionsschichten (2, 2d,2e,2f).
Der wärmeabsorbierende Körper (28) weist höhenverstellbare Blenden (29) auf, durch die der Anteil der direkten Wärmestrahlung (19), der die Barriere passiert und auf das Substrat (12) trifft, geregelt werden kann. Bei voll ausgefahrenen Blenden (29) trifft keine Wärmestrahlung direkt auf das Substrat, bei ganz eingefahrenen Wärmeblenden (29) trifft ein Anteil der Wärmestrahlung auf das Substrat. Die Wärmeblenden (29) lassen sich einzeln verstellen.
In Fig. 6 werden Stützkörper (30, 31) dargestellt, die die Lichtquelle (5) vor einer Durchbiegung schützen. Bei besonders langen Lichtquellen ist deren Glaskörper bei hohen Temperaturen nicht in der Lage, seine Form zu halten. Die Barriere zusammen mit den Stützkörpern (30,31), die einen Kontakt zwischen Lichtquelle und Barriere herstellen, verhindern die Durchbiegung. Auf den Stützkörpern (30) liegt die Lichtquelle punktuell auf, während der Stützkörper (31) die Lichtquelle auf der gesamten Länge stützt. Die Stützkörper (30,31) können auf dem wärmeabsorbierenden Körper (1) oder auf der UV-Reflexionsschicht (2) angeordnet sein.
Fig. 8 zeigt eine asymmetrisch zu einer vertikalen Ebene aufgebaute Vorrichtung, wobei die vertikale Ebene die Längsachse der Lichtquelle (5) enthält und senkrecht auf der Oberfläche des Substrates (12) steht. Bei einer solchen Vorrichtung wird die UV-Strahlung nicht wie in Fig. 1 gezeigt, in zwei Punkten (20a) auf dem Substrat fokussiert, sondern im Bereich (20c) flächig aufgestrahlt. Diese flächige Bestrahlung bewirkt eine leichte Vorhärtung der UV-Lackschicht (13), die nachfolgend im Punkt (20a) ausgehärtet wird. Durch diese Härtung erzielt man eine leichte Aufrauhung der UV-Lackschicht (13), die optisch wie eine Mattierung der Oberfläche aussieht. Dieser Effekt wird zum Beispiel zur Herstellung blendfreien Oberflächen in Instrumententafeln ausgenutzt.

Claims (19)

  1. Vorrichtung zum Härten einer UV-Beschichtung (13), insbesondere einer UV-Lackschicht oder von UV-Druckfarben, auf einem Substrat (12), insbesondere auf wärmeempfindlichen Materialien, mit mindestens einer über dem Substrat (12) angeordneten Lichtquelle (5), deren Licht der UV-Beschichtung (13) über ein Reflektorsystem (2,6,7,17,18) zum Zwecke der Aushärtung zuführbar ist, wobei mindestens eine Barriere den direkten Strahlengang der Lichtquelle auf das Substrat (12) zumindest teilweise ausblendet und von der Lichtquelle (5) emittierte UV-Strahlung von einer UV-Reflexionsschicht (2,2d,2f) der Barriere durch die Lichtquelle (5) hindurch auf die hinter der Lichtquelle angeordneten Reflektoren (6,7,17,18) reflektiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass
    die Barriere zumindest einen wärmeabsorbierenden Körper (1,24,25,26,28) aufweist, der von der Lichtquelle (5) emittierte Wärmestrahlung zumindest teilweise absorbiert.
    und die Barriere direkt unterhalb der Lichtquelle (5) angeordnet ist und eine Ausformung für die UV-Reflexionsschicht (2) aufweist.
  2. Vorrichtung zum Härten einer UV-Beschichtung (13), insbesondere einer UV-Lackschicht oder von UV-Druckfarben auf einem Substrat (12), insbesondere auf wärmeempfindlichen Materialien, mit mindestens einer über dem Substrat angeordneten Lichtquelle (5), deren Licht der UV-Beschichtung (13) über ein Reflektorsystem (2,6,7,17,18) zum Zwecke der Aushärtung zuführbar ist, wobei mindestens eine Barriere den direkten Strahlengang der Lichtquelle (5) auf das Substrat (12) zumindest teilweise ausblendet, dadurch gekennzeichnet, dass
    von der Lichtquelle (5) emittierte UV-Strahlung von einer direkt auf der Lichtquelle aufgebrachten UV-Reflexionsschicht (2e) durch die Lichtquelle (5) hindurch auf die hinter der Lichtquelle angeordneten Reflektoren (6, 7, 17, 18) reflektiert wird und
    die Barriere zumindest einen wärmeabsorbierenden Körper (27) aufweist, der von der Lichtquelle (5) emittierte Wärmestrahlung zumindest teilweise absorbiert.
  3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Barriere Bohrungen (3,3b,4) vorgesehen sind, durch die Kühlmedien und/oder Gase geleitet werden können.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die UV-Reflexionsschicht (2) Bestandteil eines Kaltlichtspiegels (2c) ist.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der wärmeabsorbierende Körper (26) der Barriere mit Kühlrippen ausgestattet ist, die die Wärme an einen Kühlluftstrom abgeben.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflektoren (6, 7, 17, 18) hinter der Lichtquelle (5) die UV-Strahlung zumindest teilweise an der Barriere vorbei auf die Beschichtung (13) des Substrats (12) umlenken.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die hinter der Lichtquelle (5) angeordneten Reflektoren (6, 7, 17, 18) zumindest teilweise plattenförmig ausgeführt sind.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die hinter der Lichtquelle (5) angeordneten Reflektoren (6, 7, 17, 18) zumindest teilweise zylindrisch mit teilkreisförmigem Querschnitt ausgeführt sind.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Barriere und die Reflektoren (6,7,17,18) hinter der Lichtquelle (5) symmetrisch zu einer vertikalen Ebene aufgebaut sind, die die Längsachse der Lichtquelle (5) enthält und senkrecht auf der Oberfläche des Substrates (12) steht.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Barriere und die Reflektoren (6,7b) hinter der Lichtquelle (5) asymmetrisch zu einer vertikalen Ebene aufgebaut sind, die die Längsachse der Lichtquelle (5) enthält und senkrecht auf der Oberfläche des Substrates (12) steht.
  11. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen der Barriere und der Lichtquelle (5) verstellbar ist.
  12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Barriere ein Blendensystem mit höhenverstellbaren Blenden (29) aufweist, das eine Einstellung der Strahlung ermöglicht, die unreflektiert von der Lichtquelle (5) auf die UV-Beschichtung (13) des Substrats (12) trifft .
  13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass sie bis an die Barriere verschiebliche, oberhalb des Substrates (12) angeordnete Wärmeblenden (14, 14b) aufweist, die das Substrat (12) vor der Strahlung der Lichtquelle (5) vollständig abschirmen können.
  14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Blenden (29) des Blendensystems und/oder die Wärmeblenden (14, 14b) asymmetrisch zu einer vertikalen Ebene verstellbar sind, die die Längsachse der Lichtquelle (5) enthält und senkrecht auf der Oberfläche des Substrates (12) steht.
  15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Blenden (29) des Blendensystems und/oder die Wärmeblenden (14, 14b) von außen während des Betriebs der Vorrichtung verstellbar sind.
  16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Blenden (29) des Blendensystems und/oder die Wärmeblenden (14, 14b) über einen elektrischen oder pneumatischen Antrieb verstellbar sind.
  17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 3 bis 16 in Verbindung mit 1, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Lichtquelle (5) emittierte und die von der UV-Reflexionsschicht (2) der Barriere durch die Lichtquelle (5) hindurch reflektierte Strahlung zumindest teilweise von den Reflektoren (6, 7, 17, 18) auf der Beschichtung (13) des Substrat (12) fokussiert wird.
  18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest teilweise Kontakt zwischen Barriere und Lichtquelle (5) besteht.
  19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Spalt zwischen Barriere und Lichtquelle (5) mindestens ein Stützkörper (30, 31) vorgesehen ist, der ein Durchbiegen des heißen Lampenkörpers der Lichtquelle (5) verhindert.
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