EP1283542A2 - Ummantelung von Leuchtstoffröhren im Extrusionsverfahren - Google Patents

Ummantelung von Leuchtstoffröhren im Extrusionsverfahren Download PDF

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EP1283542A2
EP1283542A2 EP02015466A EP02015466A EP1283542A2 EP 1283542 A2 EP1283542 A2 EP 1283542A2 EP 02015466 A EP02015466 A EP 02015466A EP 02015466 A EP02015466 A EP 02015466A EP 1283542 A2 EP1283542 A2 EP 1283542A2
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EP
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fluorescent tubes
fluorescent tube
fluorescent
crosshead
coating
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Michael Dr. Schöbel
Ulli Sammet
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Rehau Automotive SE and Co KG
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Rehau AG and Co
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    • H01J9/20—Manufacture of screens on or from which an image or pattern is formed, picked up, converted or stored; Applying coatings to the vessel
    • H—ELECTRICITY
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    • B05D7/53—Base coat plus clear coat type

Definitions

  • the invention relates to a method for direct coating of fluorescent tubes with polymers.
  • a lamp in particular a fluorescent tube, is provided with a tubular, at least partially translucent coating.
  • This cover is made of plastic and is a shrink tube.
  • This shrink tube can contain a color and partially or essentially completely surround the fluorescent tube.
  • PS 28 35 432 proposes a polymer layer containing phosphor substances to apply that the polymers dissolved in water by means of dipping, spraying, Screen printing or sedimentation process applied to the substrate surface to be coated and then drying the solvent, if necessary by adding crosslinking agents be fixed.
  • a disadvantage of DE 200 13 429 is that the expanded shrink tube in the Practice will partially rest when applied to the fluorescent tube. This creates an uneven Heat distribution in the shrink tube, which increases during the shrinking process Differences in wall thickness ultimately lead to considerable, different, radial Voltages that lead to the destruction of the fluorescent tube under unfavorable circumstances can.
  • the minimum wall thickness of an extruded shrink tube after State of the art at least 5 - 7% of its diameter. It follows that at such a sheathing a wall thickness of 0.3 mm and below cannot be achieved. This can be too much for certain applications, especially when it comes to the polymers Wrapping high demands are placed on transparency.
  • Wall thickness In the case of a shrink tube, only one can remain constant in the axial direction Wall thickness can be selected. A larger, desirable from an application technology point of view Wall thickness, for example at the ends where the highest temperature load is not possible with this procedure.
  • the process described in DE 28 35 432 namely the application of polymers in aqueous solution to fluorescent tubes, is preferably suitable for the production of a fluorescent layer on strongly jagged surfaces.
  • Worth mentioning are, for example, cavity walls with a small radius of curvature or also substrate surfaces with angles including edges.
  • the process is far too cumbersome and time-consuming because of the large number of process steps required, namely dissolving the polymers in water, applying them to the substrate, drying the water solvent and finally crosslinking the polymer, if necessary at elevated temperature and therefore too expensive.
  • the required water solubility only a very limited range of polymers is available.
  • the task now is to provide a method that allows tubular Fluorescent tubes with a large number of polymers at affordable costs in large quantities to encase.
  • a wall thickness of 0.3 mm and below should also be possible be, as well as the execution of the casing in specifically set, different Wall thicknesses, both in the axial and in the radial direction.
  • the design of the crosshead is of particular importance in the method according to the invention: it can be designed so that its inner, annular passage - towards the conveyed fluorescent tube - is thermally separated or even cooled, in order to avoid excessive heat during the coating with high-melting materials , In the case of sheathing with low-melting polymers, the crosshead can also be designed so that it deliberately heats up the fluorescent tube as it passes through, so that a better connection between glass and polymer is achieved.
  • a multi-layer coating can also be applied in order to achieve a particularly intimate connection with the glass with an inner layer of high adhesive strength - or the multi-layer coating is designed in such a way that the inner layer has a low adhesive force, which in the case of the Recycling is particularly easy to remove from the glass.
  • the advantage of the method according to the invention is in particular that very thin, Material-saving layers can be reached that allow high transparency.
  • typical Coating layer thicknesses are between 0.1-0.3 mm.
  • the pull-off speed which is usually 2 - 10 m per minute
  • the pull-off speed can be changed in a targeted manner while a fluorescent tube is being passed through.
  • Any axial thickness profiles can be applied in this way.
  • a special recipe setting with regard to the absorption behavior for special wavelengths is also possible.
  • Cases such as absorption up to 610 nm, which gives a red color suitable for photo laboratories, or transparent plastic coatings which are transparent to UV radiation, are also possible.
  • splinter protection and absorption of a certain wavelength can be combined in one casing.
  • the method according to the invention thus allows a large number of designs for the casing of fluorescent tubes. Besides the selection of the most suitable for the application Polymers especially the tool design of the crosshead, the speed of the respective strip take-off and the melt temperature at the crosshead decisive for the achievable layer thickness of the casing.
  • the fluorescent tube is fed by hand to a tape take-off, which has two adjustable tapes and is driven by a regulated DC motor of a special design, a so-called four-quadrant drive.
  • This drive allows a rapid variation of the speed according to a given control program, ie it can accelerate as well as brake.
  • the tape take-off conveys the fluorescent tube through the crosshead at a base speed of 7.8 m per minute. This is thermally separated, has a passage of 30 mm and is flanged to a single-screw extruder that is transverse to the direction of movement of the fluorescent tube.
  • the polymeric sheathing, here PET is extruded with cylinder temperatures of 300 ° C and a mold temperature of 260 ° C.
  • the melt escaping through the die gap is pressed all around onto the first fluorescent tube when the sheathing line is approached and pulls up as a tight layer of 0.15 mm thickness due to the movement of the tube.
  • the thermal dissipation of the fluorescent tube and the heat radiation from the applied polymer layer is sufficient to solidify it into a tight, but stress-free coating.
  • the speed of the four-quadrant drive is reduced to 4.7 m per minute via the control voltage. This reduction in speed increases the wall thickness of the PET jacket from 0.15 to 0.25 mm.
  • the take-off speed is increased again to 7.8 m per minute, as a result of which the coating in the radiation area of the fluorescent tube is reduced to the material-saving and highly transparent wall thickness of 0.15 mm.
  • the fluorescent tube is now captured by a second fume cupboard of the same design and speed and transported on.
  • another tube is transported from the first take-off through the tool at a distance of a few mm to the first tube.
  • the tubes are separated from one another by cutting through the plastic layer.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Direktummantelung von Leuchtstoffröhren aus Glas mittels Thermoplasten. Das Verfahren erlaubt es, in radialer und axialer Richtung Materialien mit unterschiedlichen Eigenschaften und Wandstärken aufzubringen, beispielsweise um bestimmte Wellenlängensegmente gezielt auszufiltern.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Direktummantelung von Leuchtstoffröhren mit Polymeren.
Die Ummantelung von Leuchtstoffröhren mit Polymeren ist bekannt.
Beispielsweise wird gemäß der Lehre von DE 200 13 429 eine Lampe, insbesondere eine Leuchtstoffröhre, mit einem schlauchförmigen, wenigstens teilweise lichtdurchlässigen Überzug versehen. Dieser Überzug besteht aus Kunststoff und ist ein Schrumpfschlauch. Dieser Schrumpfschlauch kann einen Farbton enthalten und die Leuchtstoffröhre teilweise oder im Wesentlichen vollständig umgeben.
PS 28 35 432 schlägt vor, eine Leuchtstoffsubstanzen enthaltende Polymerschicht dadurch zu applizieren, dass die in Wasser gelösten Polymeren mittels Tauchen, Sprühverfahren, Siebdruck oder Sedimentationsverfahren auf der zu beschichtenden Substratoberfläche aufgebracht und anschließend das Lösemittel abgetrocknet, ggf durch Zugabe von Vernetzern fixiert werden.
Nachteilig ist im Falle von DE 200 13 429, dass der aufgeweitete Schrumpfschlauch in der Praxis beim Aufbringen auf die Leuchtstoffröhre partiell aufliegen wird. So entsteht eine ungleichmäßige Wärmeverteilung im Schrumpfschlauch, was beim Schrumpfvorgang zu Wanddickenunterschieden führt und letztlich zu erheblichen, unterschiedlichen, radialen Spannungen, die unter ungünstigen Umständen zur Zerstörung der Leuchtstoffröhre führen können.
Weiterhin beträgt die Mindestwanddicke eines extrudierten Schrumpfschlauches nach dem Stand der Technik mindestens 5 - 7 % seines Durchmessers. Daraus ergibt sich, dass bei einer solchen Ummantelung eine Wanddicke von 0,3 mm und darunter nicht zu erreichen ist. Dies kann für bestimmte Anwendungsfälle zu viel sein, besonders, wenn an die polymere Umhüllung hohe Ansprüche an die Transparenz gestellt werden.
Auch kann bei einem Schrumpfschlauch immer nur eine, in axialer Richtung gleichbleibende Wanddicke gewählt werden. Eine aus anwendungstechnischer Sicht wünschenswerte, größere Wanddicke, beispielsweise an den Enden, an denen die höchste Temperaturbelastung vorliegt, ist bei diesem Verfahren nicht möglich.
Für das Ummanteln einer Leuchtstoffröhre nach dem Umschrumpfungsverfahren kommen naturgemäß nur Polymere in Betracht, die entweder teilkristallin oder vernetzbar sind, oder durch eine geeignete makromolekulare Struktur im aufgeweiteten Zustand einen Memoryeffekt besitzen, so dass beim Wiedererwärmen der Schrumpfvorgang ermöglicht wird.
Ein Vernetzen von teilkristallinen Polymeren ist sehr aufwändig, da es in der Regel durch Elektronenbestrahlung erfolgt. Auch lassen sich nicht alle Polymere vernetzen oder die Vernetzung schädigt andere Eigenschaften, wie z B die Oxidationsbeständigkeit. Zwar sind Verfahren bekannt, mit denen durch zusätzlichen Einsatz von Stabilisatoren und/oder Vernetzungshilfsmitteln der mangelnden Vernetzbarkeit oder reduzierten Oxidationsstabilität entgegen gewirkt werden kann, leider beeinflussen sich diese Zusätze jedoch meistens gegenseitig in ihrer Wirksamkeit.
Auch ist kostenmäßig nachteilig die Notwendigkeit von drei Arbeitsgängen, nämlich der Extrusion des Schlauches, seine Aufweitung und seine anschließende Rückschrumpfung, weiterhin der Umstand, dass das Verfahren nicht kontinuierlich abläuft.
Das in DE 28 35 432 beschriebene Verfahren, nämlich das Aufbringen von Polymeren in wässriger Lösung auf Leuchtstoffröhren, ist bevorzugt geeignet für die Herstellung einer Leuchtstoffschicht auf stark zerklüfteten Oberflächen. Zu nennen sind hier beispielsweise Hohlraumwandungen mit kleinem Krümmungsradius oder auch Substratoberflächen mit Winkeln einschließlich Berandungen.
Für rohrförmige Substrate ist das Verfahren wegen der Vielzahl der nötigen Verfahrensschritte, nämlich dem Lösen der Polymeren in Wasser, das Aufbringen auf das Substrat, das Trocknen des Lösemittels Wasser und schließlich das Vernetzen des Polymeren, ggf. bei erhöhter Temperatur, viel zu umständlich, zeitaufwändig und damit zu teuer. Weiterhin steht - wegen der erforderlichen Wasserlöslichkeit - nur eine sehr begrenzte Palette an Polymeren zur Verfügung.
Damit ergibt sich nun die Aufgabe, ein Verfahren bereitzustellen, das es erlaubt, rohrförmige Leuchtstoffröhren mit einer Vielzahl von Polymeren zu günstigsten Kosten in hoher Stückzahl zu ummanteln. Außerdem sollte eine Wandstärke von 0,3 mm und darunter möglich sein, sowie die Ausführung der Ummantelung in gezielt eingestellten, unterschiedlichen Wandstärken, dies sowohl in axialer als auch in radialer Richtung.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die direkte Ummantelung mittels Polymerschmelze im Extrusionsverfahren. Dazu werden erfindungsgemäß die zu ummantelnden, rohrförmigen Leuchtstoffröhren über einen Bandabzug kontinuierlich einer Extrusionslinie zugeführt, durch einen Querspritzkopf transportiert, mit der Polymerschmelze ummantelt, nach Verlassen der Ummantelungszone abgekühlt, einem zweiten Abzug zugeführt und schließlich die einzelnen Leuchtstoffröhren voneinander getrennt.
Der Ausführung des Querspritzkopfes kommt beim erfindungsgemäßen Verfahren eine besondere Bedeutung zu: Er lässt sich so auslegen, dass sein innerer, ringförmiger Durchlass - zur durchgeförderten Leuchtstoffröhre hin - thermisch getrennt oder sogar gekühlt ist, um eine übermäßige Wärmeeinwirkung bei der Ummantelung mit hochschmelzenden Materialien zu vermeiden. Im Falle der Ummantelung mit niedrigschmelzenden Polymeren kann der Querspritzkopf auch so ausgelegt werden, dass er die Leuchtstoffröhre beim Durchgang bewusst aufheizt, damit eine bessere Verbindung zwischen Glas und Polymer erreicht wird.
Falls erforderlich, kann auch eine mehrlagige Ummantelung aufgebracht werden, um mit einer inneren Schicht hohen Haftvermögens eine besonders innige Verbindung mit dem Glas zu erreichen - oder die mehrlagige Ummantelung ist so ausgeführt, dass die innere Schicht ein geringes Haftvermögen hat, wodurch für den Fall des Recyclings eine besonders leichte Ablösbarkeit vom Glas erreicht wird.
Der Vorzug des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht insbesondere darin, dass sehr dünne, Material sparende Schichten erreichbar sind, die eine hohe Transparenz zulassen. Typische Ummantelungsschichtdicken liegen zwischen 0,1- 0,3 mm.
Mit dem beschriebenen Verfahren können auf Leuchtstoffröhren nahezu beliebige, extrudierbare Materialien aufgebracht werden. Der Zwang zu einer teueren Vernetzung, oder die Einschränkung auf wärmeschrumpfbare Materialien entfällt.
Bei der Rezeptierung von Zusatzstoffen braucht nicht darauf Rücksicht genommen werden, ob diese Zusatzstoffe für eine Strahlenvernetzung geeignet sind.
Wahlweise kann während des Durchlaufes einer Leuchtstoffröhre die Abzugsgeschwindigkeit, die üblicherweise 2 - 10 m pro Minute beträgt, gezielt verändert werden. Damit lassen sich beliebige axiale Dickenprofile aufbringen.
Auch ist es möglich, wie beim Extrusionsverfahren bekannt, radial unterschiedliche Wandstärken oder Materialien aufzubringen: Gedacht ist hierbei beispielsweise an die Ausbildung von Längsstreifen verschiedener Farbe. Pigmentierung oder Eigenschaften.
Leuchtstoffröhren, die beispielsweise mit einer Wanddicke von 0,15 mm eines Polymers, wie PET oder FEP ummantelt sind, verfügen über einen inhärenten Splitterschutz. Daneben ist auch eine spezielle Rezeptureinstellung hinsichtlich des Absorptionsverhaltens für spezielle Wellenlängen möglich. Als Beispiel kann die Ausblendung bis 380 nm ("UV-Stopp") genannt werden oder eine Absorption bis 400 nm mit dem Einsatzgebiet "Aquaristik", wie auch ein Ausblenden bis zum Beispiel 510 nm für den Einsatz in der Chipfertigung.
Möglich sind weiter auch Fälle wie eine Absorption bis 610 nm, die eine für Photolabors geeignete rote Färbung ergibt oder transparente Kunststoffüberzüge, die gegen UV-Strahlung durchlässig sind.
Selbstverständlich können Splitterschutz und Absorption bestimmter Wellenlänge in einer Ummantelung vereint werden.
Es ist auch recht leicht möglich, in axialer Richtung durchgängig Metallfolien auf die Leuchtstoffröhre aufzubringen und zu ummanteln, um beispielsweise eine einseitige Reflexion zu erzielen. Diese Folien können zur Erzielung besonderer Effekte auch gelocht sein.
Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt also eine Vielzahl von Ausführungen für die Ummantelung von Leuchtstoffröhren. Dabei ist neben der Auswahl des für die Anwendung geeignetsten Polymers vor allem die werkzeugtechnische Auslegung des Querspritzkopfes, die Geschwindigkeit des jeweiligen Bandabzuges und die Schmelzetemperatur am Querspritzkopf für die erzielbare Schichtdicke der Ummantelung entscheidend.
Nachfolgend wird anhand eines Ausführungsbeispiels die Erfindung näher erläutert.
Ausgehend von einer handelsüblichen Leuchtstoffröhre mit ca 26 mm Außendurchmesser, einer Leistung von 18 kW und der Lichtfarbe LF wird folgender verfahrenstechnischer Aufbau gewählt:
Die Leuchtstoffröhre wird von Hand einem Bandabzug zugeführt, der über zwei abstandsverstellbare Bänder verfügt und von einem geregelten Gleichstrommotor spezieller Bauart, einem sog. Vierquadrantenantrieb, angetrieben wird. Dieser Antrieb gestattet eine schnelle Variation der Geschwindigkeit nach einem vorgegebenen Steuerprogramm, d. h. er kann sowohl beschleunigen als auch bremsen. Der Bandabzug fördert die Leuchtstoffröhre mit einer Basisgeschwindigkeit von 7,8 m pro Min durch den Querspritzkopf. Dieser ist thermisch getrennt, hat einen Durchlass von 30 mm und ist an einem, zur Bewegungsrichtung der Leuchtstoffröhre querstehenden Einschneckenextruder angeflanscht.
Die Extrusion der polymeren Ummantelung, hier des PET, erfolgt mit Zylindertemperaturen von 300°C und einer Werkzeugtemperatur von 260°C. Die durch den Werkzeugspalt austretende Schmelze wird beim Anfahren der Ummantelungslinie rundum auf die erste Leuchtstoffröhre gedrückt und zieht sich durch die Bewegung der Röhre als festsitzende Schicht von 0,15 mm Stärke auf. Bei diesem Beispiel genügt die thermische Ableitung der Leuchtstoffröhre und die Wärmeabstrahlung der aufgezogenen Polymerschicht, dass diese zu einem festsitzenden, aber spannungsfreien Überzug erstarrt.
Um im Bereich des Sockels der Leuchtstoffröhre eine erhöhte Wanddicke zu erhalten, wird über die Steuerspannung die Drehzahl des Vierquadrantenantriebs auf 4,7 m pro Min reduziert. Durch diese Geschwindigkeitsverringerung steigt die Wanddicke der PET-Ummantelung von 0,15 auf 0,25 mm an. Nach Passieren des Sockelbereiches wird die Abzugsgeschwindigkeit wieder auf 7,8 m pro Min erhöht, wodurch die Ummantelung im Strahlungsbereich der Leuchtstoffröhre auf die Material sparende und hochtransparente Wanddicke von 0,15 mm reduziert wird.
Die Leuchtstoffröhre wird nun von einem zweiten Abzug gleicher Bauart und Geschwindigkeit erfasst und weitertransportiert. In der Zwischenzeit wird vom ersten Abzug eine weitere Röhre mit wenigen mm Abstand zur ersten Röhre durch das Werkzeug transportiert. Nach dem zweiten Abzug werden die Röhren durch Durchschneiden der Kunststoffschicht voneinander getrennt.

Claims (13)

  1. Verfahren zur Ummantelung von rohrförmigen Leuchtstoffröhren aus Glas mittels Thermoplasten,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchtstoffröhren kontinuierlich in einer Extrusionslinie einem Abzug zugeführt, durch einen Querspritzkopf transportiert, mit einer Thermoplastschmelze ummantelt, nach Verlassen der Ummantelungszone abgekühlt und einem zweiten Abzug zugeführt und dass schließlich die einzelnen ummantelten Leuchtstoffröhren voneinander getrennt werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die konstante Ummantelungsgeschwindigkeit 2 - 10 m pro Minute beträgt.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ummantelungsgeschwindigkeit variabel gestaltet wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in radialer Richtung Materialien mit unterschiedlichen Eigenschaften und/oder Wandstärken aufgebracht werden.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Längsrichtung Metallfolien auf die Leuchtstoffröhre aufgebracht und gemeinsam mit der Leuchtstoffröhre ummantelt werden.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine mehrschichtige Ummantelung aufgebracht wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mehrschichtige Ummantelung so ausgeführt ist, dass die dem Glas zugewandte Schicht ein geringeres Haftvermögen auf Glas hat, so dass eine besonders leichte Ablösung der Ummantelung von der Leuchtstoffröhre gegeben ist.
  8. Vorrichtung zum Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchlass für die Leuchtstoffröhren im Querspritzkopf thermisch getrennt oder gekühlt ist.
  9. Vorrichtung zum Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Querspritzkopf abstrahlende Wärme die Leuchtstoffröhren beim Durchtreten des Querspritzkopfes bewusst aufheizt.
  10. Werkstoffe für die Ummantelung rohrförmiger Leuchtstoffröhren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Thermoplastschmelze aus Polymeren besteht, deren Schmelzpunkt im Bereich von 80° - 340° liegt.
  11. Werkstoffe für die Ummantelung rohrförmiger Leuchtstoffröhren nach den Ansprüchen 1 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Thermoplaste vorzugsweise ausgewählt sind aus den Gruppe PE, PP, PET oder FEP.
  12. Leuchtstoffröhre mit polymerer Ummantelung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ummantelungsschichtdicken 0,1 - 1 mm, vorzugsweise 0,1- 0,3 mm betragen.
  13. Verwendung einer Leuchtstoffröhre gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Anwendung in den Bereichen Splitterschutz erfolgt und/oder dort, wo gezielt bestimmte Wellenlängensegmente ausgefiltert werden müssen.
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