EP4139618A1 - Verfahren zum trocknen eines bestrahlungsguts und infrarot-bestrahlungsvorrichtung zur durchführung des verfahrens - Google Patents

Verfahren zum trocknen eines bestrahlungsguts und infrarot-bestrahlungsvorrichtung zur durchführung des verfahrens

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Publication number
EP4139618A1
EP4139618A1 EP21721440.2A EP21721440A EP4139618A1 EP 4139618 A1 EP4139618 A1 EP 4139618A1 EP 21721440 A EP21721440 A EP 21721440A EP 4139618 A1 EP4139618 A1 EP 4139618A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
reflector
cooling gas
space
exhaust air
inlet openings
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.)
Pending
Application number
EP21721440.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jens Büngener
Doerte EGGERS
Vincent Krafft
Michael Tittmann
Larisa Von Riewel
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.)
Heraeus Noblelight GmbH
Original Assignee
Heraeus Noblelight GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Heraeus Noblelight GmbH filed Critical Heraeus Noblelight GmbH
Publication of EP4139618A1 publication Critical patent/EP4139618A1/de
Pending legal-status Critical Current

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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
    • F26B3/30—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat by radiation, e.g. from the sun from infrared-emitting elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41F—PRINTING MACHINES OR PRESSES
    • B41F23/00—Devices for treating the surfaces of sheets, webs, or other articles in connection with printing
    • B41F23/04—Devices for treating the surfaces of sheets, webs, or other articles in connection with printing by heat drying, by cooling, by applying powders
    • B41F23/0403—Drying webs
    • B41F23/0406—Drying webs by radiation
    • B41F23/0413—Infrared dryers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
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    • B41J11/0021—Curing or drying the ink on the copy materials, e.g. by heating or irradiating using irradiation
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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21F—PAPER-MAKING MACHINES; METHODS OF PRODUCING PAPER THEREON
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F26B13/101—Supporting materials without tension, e.g. on or between foraminous belts
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    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
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    • F26B21/004—Nozzle assemblies; Air knives; Air distributors; Blow boxes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F26B21/06—Controlling, e.g. regulating, parameters of gas supply
    • F26B21/12—Velocity of flow; Quantity of flow, e.g. by varying fan speed, by modifying cross flow area

Definitions

  • the invention relates to a method for at least partial drying of an irradiation material moved in a transport direction and a transport plane through a process space, the transport plane dividing the process space into an irradiation space and a reflector space, comprising the process steps:
  • the invention relates to an infrared irradiation device for drying an irradiation material moved through a process space in a transport direction and a transport plane, the transport plane dividing the process space into an irradiation space and a reflector space, with a radiator unit with at least one infrared radiator for emitting infrared radiation in the Irradiation room, and with a counter reflector with a reflector wall facing the transport plane, the reflector wall having a plurality of inlet openings for the inlet of cooling gas into the reflector chamber.
  • Such infrared irradiation devices are used, for example, for drying inks, paints, lacquers, adhesives or other solvent-containing layers, in particular for drying sheet-like or web-like printing materials made of paper, cardboard, cardboard, foil or textiles.
  • inks for example, for drying inks, paints, lacquers, adhesives or other solvent-containing layers, in particular for drying sheet-like or web-like printing materials made of paper, cardboard, cardboard, foil or textiles.
  • the emitter unit comprises at least one, usually several infrared emitters. These have, for example, an emission wavelength in the range from about 800 to 2750 nm and generally have to be actively cooled, especially in tight installation spaces, as are typical, for example, in printing machines. Particularly when working radiation in the short-wave infrared range is used, the transmissivity of the printing material can be high, as is the case with paper, for example. Therefore, when using irradiation devices operating in the near infrared (between 800 and 1500 nm), a counter reflector is often provided on the side of the printing material facing away from the emitter unit. One of its main functions is to increase the efficiency of the heating or drying process through multiple reflections.
  • modern IR irradiation devices have an air management system for the regulation of supply air and exhaust air of process gas for drying as well as for cooling.
  • EP 2232 181 B1 describes an IR irradiation device in a chamber design for drying a coating on a quasi-endless carrier which is passed through a transport channel for the material to be irradiated. On one side of the transport channel, several infrared radiation emitting infrared radiation are combined to form a radiator block. A counter reflector block is arranged opposite this and on the other side of the transport channel.
  • the IR irradiation device is surrounded by a housing made of metal profiles, in which fans for cooling the radiators, the material to be irradiated and the counter reflector are accommodated.
  • the counter reflector One function of the counter reflector is to reflect the radiation transmitted through the material to be irradiated in order to intensify the infrared radiation on the material to be irradiated itself by means of multiple reflections. Another function of the counter reflector is to act as a water or air cooled thermal insulator to protect other components of the system from heat.
  • the infrared dryer comprises two infrared emitters, which are assigned to the upper side of the web-shaped material.
  • a counter reflector is assigned to the underside of the material. The counter reflector has a large number of air outlet openings so that both the upper side and the lower side of the material are evenly flushed with cooling air.
  • Typical ingredients of paints, printing inks and inks are oils, resins, water and binders.
  • solvent-based and, above all, water-based printing inks and varnishes drying is necessary, which can be based on physical drying processes through the use of temperature and convection.
  • a common drying strategy is two-stage.
  • rapid pre-drying using infrared radiation is aimed for in order to heat the printing material and bring the printing ink to the so-called "gel point" as quickly as possible.
  • the binders form a three-dimensional network in which color pigments are included. With further removal of solvent and other components, further immobilization occurs and the so-called “critical point” is reached.
  • the network structure there is so rigid that the binders and the pigment can no longer move.
  • the final drying takes place, which only causes the removal of residual moisture, whereby convective drying measures are also used.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a drying process which is effective and fast on the one hand, which leads to an improved result in a reproducible manner with regard to the bubble formation mentioned, and which avoids condensation in the reflector space as much as possible.
  • the invention is based on the object of providing an irradiation device for the drying process, which is characterized, in particular for drying solvent-based and especially water-based printing inks, by high speed drying with simultaneous low bubble formation, and which avoids condensation in the reflector space as much as possible.
  • this object is achieved according to the invention, based on a method of the type mentioned at the outset, in that exhaust air is discharged from the reflector space via at least one outlet opening in the reflector wall.
  • the transport level divides the process space into two half spaces, one of which extends between the reflector wall and the material to be irradiated and is referred to here as the “reflector space”.
  • the counter reflector has a gas-permeable reflector wall.
  • the cooling gas flowing out of the inlet openings into the reflector space strikes the material to be irradiated, specifically on the side of the material to be irradiated that faces away from the emitter unit. As a rule, this side is not coated and is also referred to below as the “rear side” of the material to be irradiated.
  • the cooling gas cools the reflector wall and, on the other hand, it interacts with the material to be irradiated by cooling it and, if necessary, also contributing to drying. This can reduce the blustering effect described above.
  • the irradiation power must be adapted to the least absorbing printing ink. Therefore, especially when drying coatings with a color component in the black or cyan range, which absorbs infrared radiation particularly well, high temperature peaks can occur.
  • the cooling of the material to be irradiated by the cooling gas flowing towards the back of the material to be irradiated counteracts excessive and excessive heating of the material to be irradiated, resulting in a comparatively mild drying of the material to be irradiated contributes in this drying phase.
  • the radiation power and thus the transport speed can be increased without damaging the material to be irradiated or the coating on it.
  • the gas-permeable counter-reflector thus not only fulfills the usual functionalities described above, but also, as a result of the introduction of the cooling gas through the inlet openings of the reflector wall, it also interacts with the material being irradiated in the transport plane, which enables a controlled temperature development in the material to be irradiated, which is undesirable Can reduce phenomena such as blistering.
  • Exhaust air is discharged from the reflector space via at least one outlet opening in the gas-permeable reflector wall, preferably via several outlet openings.
  • the moisture contained in lacquers or paints evaporates when heated and can condense in cooler places, such as on the actively cooled wall of the counter-reflector, and form incrustations there and impair the functionality of the system, for example the reflectivity of the counter-reflector. If the reflector wall has inlet openings for the cooling gas and an outlet opening or several outlet openings through which the exhaust air flows out is discharged from the reflector space, moisture can also be removed with the exhaust air from the rear area of the material to be irradiated, thus avoiding condensation.
  • the amount of cooling gas can be varied continuously or in stages. It is achieved, for example, by a location-dependent control of the amount of cooling gas introduced through the inlet openings and / or by the fact that the total opening cross-section of the inlet openings increases or decreases in the transport direction in uniformly large partial areas of the gas-permeable reflector wall.
  • the temperature of the material to be irradiated is measured at several positions distributed along the process chamber in the direction of transport.
  • a temperature profile is obtained over the material to be irradiated as it moves through the process space.
  • the temperature profile can be used to regulate the amount of cooling gas
  • exhaust air is discharged from the reflector space via several outlet openings in the gas-permeable reflector wall.
  • the cooling gas flows into the reflector chamber through the inlet openings from a gas distribution chamber adjoining the gas-permeable reflector wall.
  • the gas-permeable reflector wall closes off the gas distribution chamber on one side.
  • the cooling gas is introduced into the gas distribution chamber at one point or at several points and flows out of the gas distribution chamber through the inlet openings of the reflector wall into the reflector space.
  • a uniform cooling gas pressure can be established within the gas distribution chamber, so that the amount of gas flowing out is determined solely by the distribution and the opening cross-section of the inlet openings. Preferred procedures of the method are explained below, in which the gas-permeable reflector wall is part of a gas distribution chamber.
  • the gas distribution chamber is subdivided into several sub-chambers, the amount of cooling gas flowing into the reflector chamber through inlet openings varying from sub-chamber to sub-chamber as viewed in the transport direction.
  • pressures of the cooling gas that are independent of one another can be set.
  • the amount of cooling gas flowing out of the respective sub-chamber into the reflector space then depends on the respective gas pressure and on the respective total opening cross-section of the inlet openings. With an increase in the amount of cooling gas, a temperature of the material to be irradiated that increases in the direction of transport can be at least partially compensated for.
  • a variant of the method is preferred in which at least a first of the sub-chambers is provided with a first cooling gas connection, via which a first cooling gas flow is supplied to first inlet openings, and in which a second of the sub-chambers is provided with a second cooling gas connection , via which a second cooling gas flow is fed to second inlet openings, the first cooling gas flow being adjustable independently of the second cooling gas flow.
  • the gas distribution chamber is advantageously provided with an exhaust air connection via which at least part of the exhaust air is diverted from the reflector space.
  • an exhaust air connection via which at least part of the exhaust air is diverted from the reflector space.
  • the gas-permeable reflector wall in addition to the inlet openings, also has outlet openings which open into the sub-chamber with the exhaust air connection. Used exhaust air is removed from the reflector space through the outlet openings and sucked into the sub-chamber equipped with the exhaust air connection and discharged from there. Separate controllability of the exhaust air and the cooling gas supply air ensures that moisture-laden exhaust air is largely extracted from the reflector space and condensation can be avoided.
  • the cooling of the counter reflector and the interaction of the cooling gas with the material to be irradiated are preferably carried out independently of a process gas quantity control, by means of which process gas is introduced into the process room via an air supply unit and used exhaust air is discharged from the process room via an exhaust air unit.
  • the process gas is primarily used to remove moisture from the material to be irradiated, whereas the cooling gas is primarily used to control the temperature of the counter reflector and the material to be irradiated. Both functions can be fulfilled by one and the same gas; in the simplest case, the process gas and the cooling gas are air.
  • the above-mentioned object is achieved according to the invention, based on a device of the type mentioned at the beginning, in that the reflector wall has at least one outlet opening for the discharge of exhaust air from the reflector space.
  • the transport level divides the process space into two half spaces, one of which extends between the reflector wall and the material to be irradiated and is referred to here as the “reflector space”.
  • the inlet openings are designed so that cooling gas flows through them into the reflector space and in the process strikes the material to be irradiated, specifically on the rear side of the material to be irradiated, facing away from the emitter unit.
  • the cooling gas cools the reflector wall and, on the other hand, it interacts with the material to be irradiated by cooling it and, if necessary, also contributing to drying.
  • the blustering effect can be reduced, as explained in more detail above with reference to the method according to the invention.
  • the gas-permeable counter-reflector not only fulfills the usual functionalities described above, but also, as a result of the introduction of the cooling gas through the inlet openings in the reflector wall, interacts with the material being irradiated in the transport plane, which enables a controlled temperature development in the material to be irradiated, which causes undesirable phenomena to occur such as blistering.
  • the gas-permeable reflector wall has at least one outlet opening, preferably several outlet openings for the discharge of exhaust air from the reflector space.
  • the reflector wall also has an outlet opening or several outlet openings for discharging exhaust air from the reflector space, moisture is also removed with the exhaust air, thus avoiding condensation.
  • the number and / or the opening cross-section of the inlet openings varies.
  • a variation in the opening cross-section is measured by whether the total opening cross-section of the inlet openings - determined in uniformly large partial areas of the reflector wall - increases or decreases viewed in the direction of transport.
  • the reflector wall is subdivided into several sections, viewed in the direction of transport, and that the number and / or the total opening cross-section of the inlet openings varies from section to section.
  • the sections of the reflector wall differ in terms of their permeability for the cooling gas in the sense that the gas permeability increases or decreases from section to section.
  • the gas permeability which increases in the direction of transport, enables an increasing amount of cooling gas to flow into the reflector space and to at least partially compensate for a temperature of the material to be irradiated that increases in the direction of transport. Even if the gas-permeable reflector wall is subdivided into several differently designed sections, a one-piece design of the reflector wall is preferred.
  • the temperature sensors are distributed along the reflector wall as seen in the direction of transport.
  • the temperature of the material to be irradiated can be detected as it moves through the process space at several positions, for example at 2 to 8 positions, preferably at 2 to 5 positions.
  • the temperature profile determined in the process can be used to regulate the amount of cooling gas.
  • the temperature sensors are preferably designed for contactless temperature measurement, for example as pyrometers.
  • the gas-permeable reflector wall has a plurality of outlet openings for discharging exhaust air from the reflector space.
  • the number and / or the total opening cross-section of the outlet openings can vary in the transport direction, so that the amount of exhaust air discharged from the reflector space can also be varied; in particular, it can increase in the direction of transport.
  • One embodiment of the irradiation device is characterized in that the reflector wall adjoins a gas distribution chamber.
  • the gas-permeable reflector wall closes off the gas distribution chamber on one side.
  • the cooling gas can be introduced into the gas distribution chamber at one point or at several points, and from there it flows through the inlet openings of the reflector wall into the reflector space.
  • a uniform cooling gas pressure can be established within the gas distribution chamber, so that the amount of cooling gas flowing out is determined solely by the distribution and the opening cross section of the outlet openings.
  • the gas distribution chamber is divided into several sub-chambers.
  • Cooling gas pressures which differ from subchamber to subchamber, can be set in subchambers within the gas distribution chamber that are fluidically separated from one another.
  • the amount of cooling gas flowing out from subchamber to subchamber can thus be changed and is determined by the cooling gas pressure and the distribution and the total opening cross section of the outlet openings of the respective subchamber.
  • the amount of cooling gas flowing into the reflector space through the inlet openings of the reflector wall can vary, for example, from subchamber to subchamber (viewed in the direction of transport).
  • the gas distribution chamber is advantageously provided with an exhaust air connection via which at least part of the exhaust air is diverted from the reflector space. In the case of a subdivision of the gas distribution chamber into several sub-chambers, it has also proven to be advantageous if at least one of the sub-chambers is provided with such an exhaust air connection.
  • the gas-permeable reflector wall has, in addition to the inlet openings, an outlet opening or several outlet openings which open into the sub-chamber with the exhaust air connection.
  • the exhaust air can be removed from the reflector space through the outlet openings and introduced into the partial chamber equipped with the exhaust air connection and discharged from there to the outside. Separate controllability of the exhaust air and cooling gas supply air ensures that moisture-laden exhaust air is largely extracted from the reflector space and condensation can be avoided.
  • At least a first of the sub-chambers is provided with a first cooling gas connection via which a first cooling gas flow is supplied to first inlet openings, and a second of the sub-chambers is provided with a second cooling gas connection, via which a second cooling gas flow is supplied to second inlet openings, the first cooling gas flow being adjustable independently of the second cooling gas flow.
  • the irradiation device advantageously has, independently of the gas-permeable counter-reflector, a process gas supply unit for introducing process gas into the process space and an exhaust air unit for discharging exhaust air from the process space.
  • the cooling of the counter reflector and the interaction of the cooling gas with the material to be irradiated can take place independently of a process gas quantity control, by means of which process gas is introduced into the process room via an air supply unit and exhaust air is discharged from the process room via an exhaust air unit.
  • the reflector wall is provided with inlet openings and optionally with outlet openings. It consists of one piece or it is composed of several reflector wall pieces. If necessary, the reflector wall pieces can differ in the area occupied by the inlet openings, and possibly also in the area occupied by their outlet openings.
  • the reflector wall preferably forms a wall of a gas distribution chamber.
  • the gas distribution chamber consists of a single chamber or it is made up of several parts and is formed by several sub-chambers. If necessary, the sub-chambers are closed off by a common reflector wall, or each of the sub-chambers has its own reflector wall.
  • the sub-chambers are fluidically connected to one another, or they are fluidically separated from one another and optionally designed for processing different gas quantities and / or gas pressures.
  • Figure 1 shows a printing machine with a printing unit and an infrared
  • FIG. 2 shows a sketch of an irradiation device as part of the dryer system of the printing machine from FIG. 1 in a longitudinal section
  • FIG. 3 shows a three-dimensional representation of an embodiment of the
  • FIG. 4 shows a gas distribution chamber of the irradiation device with the flow profile of the cooling air drawn in
  • FIG. 5 the gas distribution chamber of the irradiation device with the flow profile of the exhaust air drawn in
  • FIG. 6 shows a three-dimensional representation of an embodiment of the irradiation device in the assembly
  • FIG. 7 shows a diagram with temperature profiles on the surface of the material to be irradiated along the process chamber during processing with and without a gas-permeable counter-reflector.
  • FIG. 1 schematically shows a printing machine in the form of a web-fed inkjet printing machine to which the reference number 1 is assigned as a whole.
  • the material web 3 from a printing material arrives at a printing unit 40.
  • This comprises several inkjet print heads 4 arranged one behind the other along the material web 3, through which solvent-based and in particular water-based printing inks are applied to the printing material.
  • the material web 3 passes from the printing assembly 40 via a deflection roller 6 to an infrared dryer system 70.
  • This is equipped with several dryer modules 7, which are designed for drying the solvent in the material web 3.
  • the drying modules 7 are each equipped with a counter-reflector unit 23 with a gas-permeable counter-reflector and are explained in more detail below with reference to FIGS. 2 to 7.
  • the further transport path of the material web 3 goes via a tension roller 8, which is equipped with its own tension drive motor and via which the web tension is set, to a take-up roller 9.
  • Each of the dryer modules 7 is equipped with several infrared radiators - in the exemplary embodiment there are eighteen.
  • a heating filament made of carbon or tungsten in a spiral or ribbon form is enclosed in an inert gas-filled radiator tube, which is usually made of quartz glass is made.
  • the heating filaments are connected to electrical connections that are inserted through one or both ends of the radiator tube.
  • the dryer modules are arranged in pairs next to and behind one another in the dryer system as seen in the direction of transport.
  • the pair of dryer modules 7 arranged next to one another covers the maximum format width of the printing machine 1.
  • the dryer modules 7 and the individual infrared radiators can be electrically controlled separately from one another in accordance with the dimensions and color coverage of the printing material.
  • the dryer module is equipped with sheet-like infrared heater panels instead of the tubular infrared heater.
  • the infrared radiator panels comprise a substrate made of an infrared radiation-emitting material and are covered with a conductor track or with several conductor tracks made of resistance material for the thermal excitation of the infrared emission. In the case of an occupancy with several conductor tracks, these can be controlled separately from one another in order to generate a non-homogeneous temperature profile over the infrared radiator surface.
  • the transport speed of the material web 3 is set to 5 m / s. This is a comparatively high speed that requires a high drying rate.
  • the drying process required to achieve this requirement and the irradiation device used for this are explained in more detail below with reference to FIGS. 2 to 7. If the same reference numerals are used in these figures as in FIG. 1, these designate identical or equivalent components and components, as explained in more detail above with reference to the description of the printing press.
  • the sketch of Figure 2 shows an irradiation device arranged on the material web 3 in the form of a drying module 7.
  • the drying module 7 is composed of a radiator unit 22 and a counter-reflector unit 23, separated from one another by the material web 3 moving in the transport level 3a.
  • the radiator unit 22 is equipped with several elongated infrared radiators 24, the longitudinal axes of which run perpendicular to the transport direction 5 and which are arranged parallel to one another.
  • the radiator unit 22 has its own Air management system equipped, which comprises a supply air unit 25 for the supply of drying air and an exhaust air unit 26 for the discharge of used air.
  • the supply and exhaust air unit (25; 26) is independent of the counter reflector unit 23 described in more detail below and is used in particular to dissipate excess heat in the rear space of the radiator unit 22 in order to protect the surrounding parts of the printing press 1 from overheating.
  • the counter reflector unit 23 comprises a gas distribution chamber 27 which is equipped with an air inlet 28, an air outlet 29 and reflector plate 30 provided with a plurality of through-bores.
  • the gas-permeable reflector plate 30 is a wall of the gas distribution chamber 27 facing the material web 3. It delimits the gas distribution chamber 27 at the top and the reflector space 33 at the bottom.
  • a plurality of pyrometers 34 are arranged within the gas distribution chamber 27, which pyrometers are distributed in the transport direction 5 along the reflector plate 30 and are designed to measure the temperature of the underside of the material web.
  • the transport plane 3 a divides the process space 31 into an irradiation space 32 facing the emitter unit 22 and a reflector space 33 facing the counter reflector unit 23.
  • FIG. 3 shows a three-part counter-reflector unit 23. This is constructed in a modular manner from three reflector chambers that are fluidically connected to one another and is encompassed by a common, one-part frame 35. From the top view of the material web 3 (which simultaneously defines the transport plane 3a) and the counter-reflector unit 23, the reflector plate 30 can be seen, which in this embodiment consists of three reflector plate fields 30a, 30b, 30c, each with a different distribution of inlet and outlet openings (36; 37) composed.
  • the reflector plate 30 has a large number of through-bores, which are divided into small, closely-meshed, circular inlet openings 36 and oval outlet openings 37. Seen from bottom to top (that is, in the transport direction 5), thirteen rows of circular inlet openings 36 offset from one another are provided, which are followed by two rows of oval outlet openings 37. To come after eleven rows of inlet openings 36, again two rows of outlet openings 37, another ten rows of inlet openings 36, another two rows of outlet openings 37, another ten rows of inlet openings 36, and finally three rows of oval outlet openings 37.
  • the circular inlet openings 36 have an inner diameter of 4 mm and the oval ones Outlet openings 37 have an opening cross-section of 353mm 2 .
  • the number of outlet openings 37 and / or the total opening cross-section of outlet openings 37 thus increase in the transport direction 5, so that in this direction more and more moisture-laden or used cooling gas than exhaust air from the reflector space 33 into the air outlet 29 of the counter-reflector unit 23 is discharged.
  • the inlet openings 36 are fluidically connected to two gas inlet ports 38a; 38b (better to be seen in FIG. 4) is connected to the gas distribution chamber 27 for the supply of dry air into the reflector space 33.
  • the outlet openings 37 are fluidically connected to a gas outlet connector 39 (better to be seen in FIG. 5) of the gas distribution chamber 27 for the discharge of used air from the reflector space 33.
  • the opening dimensions and the number and distribution of the through bores 36; 37 are adapted to the type of product to be irradiated and the emitter power.
  • the temperature of the material to be irradiated increases in the transport direction, so that a number of inlet openings 36 are required for adequate and uniform cooling; on the other hand, the air humidity also increases steadily, so that a certain number of outlet openings 37 is also necessary.
  • the area occupied by the outlet openings 37 increases in the direction of transport, and as a result the area occupied by the inlet openings 36 inevitably decreases.
  • the specific design can be optimized based on the above information and the exemplary embodiment for the application, the heater type and the heater power, for example empirically through practical tests and / or theoretically using simulations.
  • the reflector plate 30 is suitable for reflecting infrared radiation and the reflector plate material should itself be heat-resistant and preferably also be heat-conductive.
  • the reflective plate 30 is made of anodized aluminum.
  • the reflector plate 30 is made of aluminum metallic surface, stainless steel, in particular polished stainless steel or other metals, in particular made of precious metals or from a workpiece that is coated with one of the materials mentioned. As seen in the transport direction 5, the area occupied by the outlet openings 37 increases and that of the inlet openings 36 decreases.
  • the three-dimensional views of the counter reflector unit 23 from FIG. 4 and FIG. 5 show that the gas distribution chamber 27 is divided into several sub-chambers by means of partition walls 41, two of which are sub-chambers each with one of the gas inlet nozzles 38a; 38b, and the third sub-chamber is connected to the gas outlet nozzle 39.
  • the flow lines 42 in FIG. 4 indicate the distribution of the dry cooling air from the two gas inlet nozzles 38a; 38b to the inlet openings 36.
  • the flow lines 43 indicate the distribution of the used exhaust air from the outlet openings 37 to the gas outlet connection 39.
  • the supply of the dry cooling air via the gas inlet nozzle 38a; 38b and the discharge of the used exhaust air via the gas outlet nozzle 39 can be regulated separately from one another.
  • FIG. 6 shows a dryer module 7 assembled from two radiator units 22a, 22b and a two-part counter-reflector unit 23.
  • the counter-reflector unit 23 with a gas-permeable reflector plate 30 is used.
  • the cooling air flowing from the inlet openings 36 of the reflector plate 30 against the uncoated underside of the material web 3 causes a uniform temperature development in the printing material (paper). This is helped by the fact that several reflector plate fields 30a, 30b, 30c with an adapted distribution of inlet openings 36 and outlet openings 37 are used.
  • the amount of exhaust air extracted is comparatively small when the material web 3 enters the process chamber 31 and increases until it exits the process chamber 31.
  • the rear cooling of the material web 3 by the incoming cooling air counteracts excessive and rapid heating of the material to be irradiated between the reaching of the gel point and the critical point, which contributes to a comparatively mild drying of the material to be irradiated in the first drying phase.
  • a comparatively more homogeneous temperature profile is established.
  • the radiation output and thus the transport speed can be increased without damaging the irradiated item or the respondent on it.

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Abstract

Bekannte Infrarot-Bestrahlungsvorrichtungen zum Trocknen eines durch einen Prozessraum (31) bewegten Bestrahlungsguts (3) weisen eine Strahlereinheit (22) mit mindestens einem Infrarotstrahler (24) zur Emission von Infrarotstrahlung und einen Gegenreflektor (23) mit einer Reflektorwandung (30) auf, wobei die Reflektorwandung (30) eine Vielzahl von Einlassöffnungen (36) für den Einlass von Kühlgas in den Reflektor raum (33) aufweist. Um hiervon ausgehend eine Bestrahlungsvorrichtung für das Trocknungsverfahren bereitzustellen, die sich insbesondere für die Trocknung lösungsmittelhaltiger und insbesondere wasserbasierter Druckfarbe durch hohe Schnelligkeit der Trocknung bei gleichzeitig geringer Blasenbildung und geringer Kondensation im Reflektor raum auszeichnet, wird vorgeschlagen, dass Kühlgas für die Ausleitung von Abluft aus dem Reflektor raum (33) die Reflektorwandung (30) mindestens eine Auslassöffnung (37) aufweist.

Description

BESCHREIBUNG
Verfahren zum Trocknen eines Bestrahlungsguts und Infrarot-Bestrahlungsvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
Technischer Hintergrund
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum mindestens teilweisen Trocknen eines in einer Transportrichtung und einer Transportebene durch einen Prozessraum bewegten Bestrahlungsguts, wobei die Transportebene den Prozessraum in einen Bestrahlungsraum und in einen Reflektorraum unterteilt, umfassend die Verfahrensschritte:
(a) Emittieren von Infrarotstrahlung in Richtung auf das Bestrahlungsgut mittels einer Strahlereinheit, die mindestens einen Infrarotstrahler umfasst, und
(b) Rückreflektieren von Infrarotstrahlung auf das Bestrahlungsgut mittels eines Gegenreflektors, der eine der Transportebene zugewandte Reflektorwandung aufweist, wobei über Einlassöffnungen der Reflektorwandung ein Kühlgas in den Reflektorraum eingeleitet wird,.
Außerdem betrifft die Erfindung eine Infrarot-Bestrahlungsvorrichtung zum Trocknen eines in einer Transportrichtung und einer Transportebene durch einen Prozessraum bewegten Bestrahlungsguts, wobei die Transportebene den Prozessraum in einen Bestrahlungsraum und in einen Reflektorraum unterteilt, mit einer Strahlereinheit mit mindestens einem Infrarotstrahler zur Emission von Infrarotstrahlung in den Bestrahlungsraum, und mit einem Gegenreflektor mit einer der Transportebene zugewandten Reflektorwandung, wobei die Reflektorwandung eine Vielzahl von Einlassöffnungen für den Einlass von Kühlgas in den Reflektorraum aufweist.
Derartige Infrarot-Bestrahlungsvorrichtungen werden beispielsweise für die Trocknung von Tinten, Farben, Lacken, Klebern oder anderen lösungsmittelhaltigen Schichten, insbesondere zur Trocknung bogenförmiger oder bahnförmiger Bedruckstoffe aus Papier, Pappe, Karton, Folie oder Textilien eingesetzt. Stand der Technik
Die Strahlereinheit umfasst mindestens einen, in der Regel mehrere Infrarotstrahler. Diese haben beispielsweise eine Emissionswellenlänge im Bereich von etwa 800 bis 2750 nm und müssen in der Regel - insbesondere in engen Bauräumen, wie sie beispielsweise in Druckmaschinen typisch sind - aktiv gekühlt werden. Insbesondere bei Einsatz von Arbeitsstrahlung im kurzwelligen Infrarotbereich kann die Transmissivität des Bedruckstoffs hoch sein, wie beispielsweise bei Papier. Daher sind bei Applikationen von im nahen Infrarot (zwischen 800 und 1500 nm) arbeitenden Bestrahlungsvorrichtungen vielfach ein Gegenreflektor auf der der Strahlereinheit abgewandten Seite des Bedruckstoffs vorgesehen. Eine seiner Hauptfunktionen besteht darin, die Effizienz des Erwärmungs- oder Trocknungsprozesses durch mehrfache Reflexionen zu steigern.
Eine effektive ist und schnelle Trocknung des Bedruckstoffs erfordert hohe Strahlungsflussdichten. Dafür erweist sich eine aktive Kühlung als wesentlich, um die durch die Strahlereinheit eingetragene Wärme aus dem Prozessraum abzuführen.
Daher verfügen moderne IR-Bestrahlungsvorrichtungen über ein Luftmanagement- System für die Regelung von Zuluft und Abluft von Prozessgas für die Trocknung als auch zur Kühlung.
So beschreibt beispielsweise die EP 2232 181 B1 eine IR-Bestrahlungs-vorrichtung in Kammerbauweise zum Trocknen einer Beschichtung auf einem quasi-endlosen Träger, der durch einen Bestrahlungsgut-Transportkanal geleitet wird. Auf der einen Seite des Transportkanals sind mehrere IR-Strahlung emittierende Infrarotstrahierzu einem Strahlerblock zusammengefasst. Diesem gegenüber und auf der anderen Seite des Transportkanals ist ein Gegenreflektorblock angeordnet. Die IR- Bestrahlungsvorrichtung ist von einem Gehäuse aus Metallprofilen umgeben, in dem Lüfter zur Kühlung der Strahler, des Bestrahlungsgutes und des Gegenreflektors aufgenommen sind.
Eine Funktion des Gegenreflektors besteht darin, die durch das Bestrahlungsgut transmittierte Strahlung zu reflektieren, um die Infrarot-Bestrahlung auf dem Bestrahlungsgut selbst durch Mehrfachreflexion zu intensivieren. Eine weitere Funktion des Gegenreflektors besteht darin, als wasser- oder luftgekühlter thermischer Isolator zu fungieren, um andere Komponenten der Anlage vor Hitze zu schützen.
Aus der US 4882852 A sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Trocknen eines bewegten bahnförmigen Materials gemäß der eingangs genannten Gattung bekannt. Der Infrarot-Trockner umfasst zwei Infrarotstrahler, die der Oberseite des bahnförmigen Materials zugeordnet sind. Der Unterseite des Materials ist ein Gegenreflektor zugeordnet. Damit sowohl die Oberseite als auch die Unterseite des Materials gleichmäßig von Kühlluft umspült wird, weist der Gegenreflektor eine Vielzahl von Luftauslassöffnungen auf.
Technische Aufgabenstellung
Typische Inhaltsstoffe von Lacken, Druckfarben und -tinten sind Öle, Harze, Wasser und Bindemittel. Bei lösungsmittelhaltigen und vor Allem wasserhaltigen Druckfarben und Lacken ist ein Trocknen erforderlich, das auf physikalischen Trocknungsprozessen durch Einsatz von Temperatur und Konvektion beruhen kann.
Eine übliche Trocknungsstrategie ist zweistufig. In der ersten Trocknungsphase wird ein schnelles Vortrocknen durch Infrarotstrahlung angestrebt, um den Bedruckstoff zu erwärmen und die Druckfarbe so schnell wie möglich an den sogenannten „Gelpunkt“ zu bringen. Am Gelpunkt bilden die Bindemittel ein dreidimensionales Netzwerk, in dem Farbpigmente eingeschlossen sind. Bei weiterem Abtransport von Lösungsmittel und anderer Komponenten tritt eine weitere Immobilisierung ein und es wird der sogenannte “kritische Punkt“ erreicht. Dort ist die Netzwerkstruktur so starr, dass sich die Bindemittel und das Pigment nicht mehr bewegen können.
In der zweiten Trocknungsphase erfolgt die Endtrocknung, die nur noch den Abtransport restlicher Feuchtigkeit bewirkt, wobei auch konvektive Trocknungsmaßnahmen angewandt werden.
Es hat sich gezeigt, dass im Bedruckstoff häufig ovale Blasen entstehen, die auf beiden Seiten des Bedruckstoffs hervorstehen und die sich beim weiteren Trocknungsprozess nicht mehr zurückbilden, was auch als „Blustering-Effekt“ bezeichnet wird. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Trocknungsverfahren anzugeben, das einerseits effektiv und schnell ist, das hinsichtlich der erwähnten Blasenbildung reproduzierbar zu einem verbesserten Ergebnis führt, und das Kondensation im Reflektorraum möglichst vermeidet.
Außerdem liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Bestrahlungsvorrichtung für das Trocknungsverfahren bereitzustellen, die sich insbesondere für die Trocknung lösungsmittelhaltiger und insbesondere wasserbasierter Druckfarbe durch hohe Schnelligkeit der Trocknung bei gleichzeitig geringer Blasenbildung auszeichnet, und die Kondensation im Reflektorraum möglichst vermeidet.
Allgemeine Beschreibung der Erfindung
Hinsichtlich des Verfahrens wird diese Aufgabe ausgehend von einem Verfahren der eingangs genannten Gattung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass über mindestens eine Auslassöffnung der Reflektorwandung Abluft aus dem Reflektorraum abgeleitet wird.
Die Transportebene teilt den Prozessraum in zwei Halbräume, wovon sich der eine zwischen Reflektorwandung und Bestrahlungsgut erstreckt und hier als „Reflektorraum“ bezeichnet wird.
Der Gegenreflektor verfügt über eine gasdurchlässige Reflektorwandung. Das aus den Einlassöffnungen in den Reflektorraum ausströmende Kühlgas trifft auf dem Bestrahlungsgut auf, und zwar auf der der Strahlereinheit abgewandten Seite des Bestrahlungsguts. Diese Seite ist in der Regel nicht beschichtet und wird im Folgenden auch als „Rückseite“ des Bestrahlungsguts bezeichnet. Das Kühlgas kühlt einerseits die Reflektorwandung und es interagiert andererseits mit dem Bestrahlungsgut, indem es dieses kühlt und gegebenenfalls auch zur Trocknung beiträgt. Dadurch kann der oben beschriebene Blustering-Effekt vermindert werden.
Denn es hat sich gezeigt, dass die Blasenbildung durch den im Bestrahlungsgut eingeschlossenen Wasserdampf verursacht wird. Die plötzliche Temperaturerhöhung infolge der Infrarotstrahlung führt zu einer raschen Volumenausdehnung des Wasserdampfes. Ist das Bestrahlungsgut nicht hinreichend durchlässig, was beispielsweise bei beschichtetem Papier regelmäßig der Fall ist, kann der Wasserdampf vor Erreichen des kritischen Punkts nicht mehr vollständig entweichen und kann die innere Struktur des Bedruckstoffs aufbrechen.
Um eine vollständige Trocknung aller Druckfarben innerhalb der vorgegebenen (kurzen) Zeitspanne zu erreichen, ist die Bestrahlungsleistung an die am wenigsten absorbierende Druckfarbe anzupassen. Daher kann es besonders beim Trocknen von Beschichtungen mit einem Farbanteil im Schwarz- oder Cyanbereich, der Infrarotstrahlung besonders gut absorbiert, zu hohen Temperaturspitzen kommen.
Durch die Kühlung des Bestrahlungsguts durch das an die Bestrahlungsgut-Rückseite anströmende Kühlgas wird in der ersten Trocknungsphase, genauer: zwischen dem Erreichen des Gelpunkts und des kritischen Punkts, einer zu schnellen und übermäßigen Erwärmung des Bestrahlungsguts entgegengewirkt, was zu einer vergleichsweise milden Trocknung des Bestrahlungsguts in dieser Trocknungsphase beiträgt. Dadurch können die Strahlungsleistung und damit die Transportgeschwindigkeit erhöht werden, ohne dass das Bestrahlungsgut oder die Beschichtung darauf beschädigt werden.
Der gasdurchlässige Gegenreflektor erfüllt somit nicht nur die oben beschriebenen, üblichen Funktionalitäten, sondern er bewirkt infolge der Einleitung des Kühlgases durch die Einlassöffnungen der Reflektorwandung außerdem eine Interaktion mit dem in der Transportebene bewegten Bestrahlungsgut, die eine kontrollierte Temperaturentwicklung im Bestrahlungsgut ermöglicht, was das Auftreten unerwünschter Phänomene, wie Blasenbildung, vermindern kann.
Über mindestens eine Auslassöffnung der gasdurchlässigen Reflektorwandung, vorzugsweise über mehrere Auslassöffnungen, wird Abluft aus dem Reflektorraum abgeleitet.
Die in Lacken oder Farben enthaltene Feuchtigkeit dampft beim Erwärmen ab und kann an kühleren Stellen, wie beispielsweise an der aktiv gekühlten Wandung des Gegenreflektors, kondensieren und dort Verkrustungen bilden und die Funktionsfähigkeit der Anlage, beispielsweise die Reflektivität des Gegenreflektors beeinträchtigen. Verfügt die Reflektorwandung über Einlassöffnungen für das Kühlgas und über eine Auslassöffnung oder mehrere Auslassöffnungen, durch die Abluft aus dem Reflektorraum abgeführt wird, so kann mit der Abluft auch Feuchtigkeit aus dem rückseitigen Bereich des Bestrahlungsguts entfernt und so Kondensation vermieden werden.
Bei einer bevorzugten Verfahrensvariante ist vorgesehen, dass - in Transportrichtung gesehen - die in den Reflektorraum eingeleitete Kühlgasmenge variiert.
Die Variation der Kühlgasmenge kann stetig oder stufenweise erfolgen. Sie wird beispielsweise durch eine ortsabhängige Steuerung der durch die Einlassöffnungen eingeleiteten Kühlgasmenge erreicht und/oder dadurch, dass der Gesamt- Öffnungsquerschnitts der Einlassöffnungen in einheitlich großen Teilflächen der gasdurchlässigen Reflektorwandung in Transportrichtung gesehen zunimmt oder abnimmt.
Bei einer bevorzugten Verfahrensweise wird die Temperatur des Bestrahlungsguts an mehreren in Transportrichtung entlang der Prozesskammer verteilten Positionen gemessen.
Mittels der Temperaturmessung an mehreren Positionen, beispielsweise an 2 bis 8 Positionen, vorzugsweise an 2 bis 5 Positionen, wird ein Temperaturprofil über das Bestrahlungsgut bei seiner Bewegung durch den Prozessraum erhalten. Das Temperaturprofil kann zur Regelung der Kühlgasmenge herangezogen werden
Bei einer bevorzugten Verfahrensvariante ist vorgesehen, dass über mehrere Auslassöffnungen der gasdurchlässigen Reflektorwandung, Abluft aus dem Reflektorraum abgeleitet wird. Bei einerweiteren Verfahrensvariante ist vorgesehen, dass das Kühlgas aus einer an die gasdurchlässige Reflektorwandung angrenzenden Gasverteilerkammer durch die Einlassöffnungen in den Reflektorraum einströmt.
Die gasdurchlässige Reflektorwandung schließt hierbei die Gasverteilerkammer einseitig ab. Das Kühlgas wird in die Gasverteilerkammer an einer Stelle oder an mehreren Stellen eingeleitet und strömt aus der Gasverteilerkammer durch die Einlassöffnungen der Reflektorwandung in den Reflektorraum ab. Innerhalb der Gasverteilerkammer kann sich ein gleichmäßiger Kühlgasdruck einstellen, so dass die Menge des ausströmenden Gases allein von der Verteilung und dem Öffnungsquerschnitt der Einlassöffnungen bestimmt wird. Im Folgenden werden bevorzugte Verfahrensweisen des Verfahrens erläutert, bei denen die gasdurchlässige Reflektorwandung Teil einer Gasverteilerkammer ist.
In dem Zusammenhang hat es sich auch als vorteilhaft erweisen, wenn die Gasverteilerkammer in mehrere Teilkammern unterteilt ist, wobei die durch Einlassöffnungen in den Reflektorraum einströmende Kühlgasmenge in Transportrichtung gesehen von Teilkammer zu Teilkammer variiert.
In den fluidisch voneinander abgetrennten Teilkammern innerhalb der Gasverteilerkammer können voneinander unabhängige Drücke des Kühlgases eingestellt werden. Die aus der jeweiligen Teilkammer in den Reflektorraum ausströmende Kühlgasmenge hängt dann vom jeweiligen Gasdruck und vom jeweiligen Gesamt-Öffnungsquerschnitt der Einlassöffnungen ab. Bei einer Zunahme der Kühlgasmenge kann eine in Transportrichtung zunehmende Temperatur des Bestrahlungsguts mindestens teilweise kompensiert werden.
In dem Zusammenhang wird eine Verfahrensvariante bevorzugt, bei der mindestens eine erste der Teilkammern mit einem ersten Kühlgas-Anschluss versehen ist, über den ein erster Kühlgasstrom zu ersten Einlassöffnungen zugeführt wird, und bei der eine zweite der Teilkammern mit einem zweiten Kühlgas-Anschluss versehen ist, über den ein zweiter Kühlgasstrom zu zweiten Einlassöffnungen zugeführt wird, wobei der erste Kühlgasstrom unabhängig vom zweiten Kühlgasstrom einstellbar ist.
Die Gasverteilerkammer ist vorteilhafterweise mit einem Abluftanschluss versehen, über den mindestens ein Teil der Abluft aus dem Reflektorraum abgeleitet wird. Bei einer Unterteilung der Gasverteilerkammer in mehrere Teilkammern hat es sich auch als günstig erweisen, wenn mindestens eine der Teilkammern mit einem derartigen Abluftanschluss versehen ist.
Die gasdurchlässige Reflektorwandung verfügt in dem Fall zusätzlich zu den Einlassöffnungen auch über Auslassöffnungen, die in die Teilkammer mit dem Abluftanschluss münden. Durch die Auslassöffnungen wird verbrauchte Abluft aus dem Reflektorraum entfernt und in die mit dem Abluftanschluss ausgestattete Teilkammer gesaugt und von dort weiter abgeführt. Durch eine getrennte Steuerbarkeit der Abluft und der Kühlgaszuluft kann eine weitgehende Absaugung feuchtebeladener Abluft aus dem Reflektorraum gewährleistet und Kondensationen vermieden werden. Die Kühlung des Gegenreflektors und die Interkation des Kühlgases mit dem Bestrahlungsgut erfolgt vorzugsweise unabhängig von einer Prozessgasmengensteuerung, mittels der Prozessgas über eine Zulufteinheit in den Prozessraum eingeleitet und über eine Ablufteinheit verbrauchte Abluft aus dem Prozessraum abgeführt wird.
Das Prozessgas dient in erster Linie dazu, Feuchtigkeit aus dem Bestrahlungsgut abzuführen, wohingegen das Kühlgas in erster Linie zur Temperierung des Gegenreflektors und des Bestrahlungsgutes dient. Beide Funktionen können von ein und demselben Gas erfüllt werden; im einfachsten Fall sind das Prozessgas und das Kühlgas Luft.
Hinsichtlich der Bestrahlungsvorrichtung wird die oben angegebene Aufgabe ausgehend von einer Vorrichtung der eingangs genannten Gattung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass für die Ausleitung von Abluft aus dem Reflektorraum die Reflektorwandung mindestens eine Auslassöffnung aufweist.
Die Transportebene teilt den Prozessraum in zwei Halbräume, wovon sich der eine zwischen Reflektorwandung und Bestrahlungsgut erstreckt und hier als „Reflektorraum“ bezeichnet wird. Die Einlassöffnungen sind dazu ausgelegt, dass Kühlgas durch sie hindurch in den Reflektorraum einströmt und dabei auf dem Bestrahlungsgut auftrifft, und zwar auf der der Strahlereinheit abgewandten Rückseite des Bestrahlungsguts.
Das Kühlgas kühlt einerseits die Reflektorwandung und es interagiert andererseits mit dem Bestrahlungsgut, indem es dieses kühlt und gegebenenfalls auch zur Trocknung beiträgt. Dadurch kann der Blustering-Effekt vermindert werden, wie dies oben anhand des erfindungsgemäßen Verfahrens näher erläutert ist.
Der gasdurchlässige Gegenreflektor erfüllt nicht nur die oben beschriebenen, üblichen Funktionalitäten, sondern er bewirkt infolge der Einleitung des Kühlgases durch die Einlassöffnungen der Reflektorwandung außerdem eine Interaktion mit dem in der Transportebene bewegten Bestrahlungsgut, die eine kontrollierte Temperaturentwicklung im Bestrahlungsgut ermöglicht, was das Auftreten unerwünschter Phänomene, wie Blasenbildung, vermindern kann. Die gasdurchlässige Reflektorwandung weist mindestens eine Auslassöffnung, vorzugsweise mehrere Auslassöffnungen für die Ausleitung von Abluft aus dem Reflektorraum auf.
Verfügt die Reflektorwandung neben den Einlassöffnungen für das Kühlgas auch über eine Auslassöffnung oder über mehrere Auslassöffnungen für die Ableitung von Abluft aus dem Reflektorraum, so wird mit der Abluft auch Feuchtigkeit entfernt und so Kondensation vermieden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Bestrahlungsvorrichtung variiert in Transportrichtung gesehen die Anzahl und/oder der Öffnungsquerschnitt der Einlassöffnungen.
Dadurch ist es möglich, die über die Einlassöffnungen in den Reflektorraum einströmende Kühlgasmenge stetig oder stufenweise zu verändern. Eine Variation des Öffnungsquerschnitts bemisst sich daran, ob der Gesamt-Öffnungsquerschnitts der Einlassöffnungen - ermittelt in einheitlich großen Teilflächen der Reflektorwandung - in Transportrichtung gesehen zunimmt oder abnimmt.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Reflektorwandung in Transportrichtung gesehen in mehrere Abschnitte unterteilt ist, und dass die Anzahl und/oder der Gesamt- Öffnungsquerschnitt der Einlassöffnungen von Abschnitt zu Abschnitt variiert.
Dadurch unterscheiden sich die Abschnitte der Reflektorwandung in ihrer Durchlässigkeit für das Kühlgas in dem Sinn, dass die Gasdurchlässigkeit von Abschnitt zu Abschnitt zunimmt oder abnimmt. Die in Transportrichtung zunehmende Gasdurchlässigkeit ermöglicht es, dass eine zunehmende Kühlgasmenge in den Reflektorraum einströmen und eine in Transportrichtung steigende Temperatur des Bestrahlungsguts mindestens teilweise kompensieren kann. Auch bei einer Unterteilung der gasdurchlässigen Reflektorwandung in mehrere unterschiedlich gestaltete Abschnitte ist eine einteilige Ausführung der Reflektorwandung bevorzugt.
Bei einer besonders bewährten Ausführungsform der Bestrahlungsvorrichtung sind in Transportrichtung gesehen mehrere Temperatursensoren entlang der Reflektorwandung verteilt. Mittels der Temperatursensoren kann die Temperatur des Bestrahlungsguts bei seiner Bewegung durch den Prozessraum an mehreren Positionen, beispielsweise an 2 bis 8 Positionen, vorzugsweise an 2 bis 5 Positionen, erfasst werden. Das dabei ermittelte Temperaturprofil kann zur Regelung der Kühlgasmenge herangezogen werden. Die Temperatursensoren sind vorzugsweise zur berührungslosen Temperaturmessung ausgelegt, beispielsweise als Pyrometer.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Bestrahlungsvorrichtung weist die gasdurchlässige Reflektorwandung mehrere Auslassöffnungen für die Ausleitung von Abluft aus dem Reflektorraum auf. Dabei kann die Anzahl und/oder der Gesamt- Öffnungsquerschnitt der Auslassöffnungen in Transportrichtung variieren, so dass die aus dem Reflektorraum abgeführte Abluftmenge ebenfalls variiert werden kann; insbesondere kann sie in Transportrichtung zunehmen. Eine Ausführungsform der Bestrahlungsvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Reflektorwandung an eine Gasverteilerkammer angrenzt.
Die gasdurchlässige Reflektorwandung schließt hierbei die Gasverteilerkammer an einer Seite ab. Das Kühlgas kann in die Gasverteilerkammer an einer Stelle oder an mehreren Stellen eingeleitet werden, und es strömt von dort durch die Einlassöffnungen der Reflektorwandung in den Reflektorraum. Innerhalb der Gasverteilerkammer kann sich ein gleichmäßiger Kühlgasdruck einstellen, so dass die Menge des ausströmenden Kühlgases allein von Verteilung und Öffnungsquerschnitt der Auslassöffnungen bestimmt wird.
In dem Zusammenhang hat es sich auch als vorteilhaft erweisen, wenn die Gasverteilerkammer in mehrere Teilkammern unterteilt ist.
In fluidisch voneinander abgetrennten Teilkammern innerhalb der Gasverteilerkammer sind Kühlgasdrücke einstellbar, die sich von Teilkammer zu Teilkammer unterscheiden. Die Menge des ausströmenden Kühlgases von Teilkammer zu Teilkammer ist dadurch veränderbar und wird vom Kühlgasdruck und von der Verteilung und dem Gesamt- Öffnungsquerschnitt der Auslassöffnungen der jeweiligen Teilkammer bestimmt. Durch die Unterteilung kann die durch die Einlassöffnungen der Reflektorwandung in den Reflektorraum einströmende Kühlgasmenge beispielsweise von Teilkammer zu Teilkammer variieren (in Transportrichtung gesehen). Die Gasverteilerkammer ist vorteilhafterweise mit einem Abluftanschluss verse-hen, über den mindestens ein Teil der Abluft aus dem Reflektorraum abgeleitet wird. Bei einer Unterteilung der Gasverteilerkammer in mehrere Teilkammern hat es sich auch als günstig erweisen, wenn mindestens eine der Teilkammern mit einem derartigen Abluftanschluss versehen.
Die gasdurchlässige Reflektorwandung verfügt in dem Fall zusätzlich zu den Einlassöffnungen über eine Auslassöffnung oder über mehrere Auslassöffnungen, die in die Teilkammer mit dem Abluftanschluss münden. Durch die Auslassöffnungen kann die Abluft aus dem Reflektorraum entfernt und in die mit dem Abluftanschluss ausgestattete Teilkammer eingeleitet und von dort nach außen abgeführt werden. Durch eine getrennte Steuerbarkeit der Abluft und Kühlgaszuluft kann eine weitgehende Absaugung feuchtebeladener Abluft aus dem Reflektorraum gewährleistet und Kondensationen vermieden werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform einer Bestrahlungsvorrichtung, die mit einer in mehrere Teilkammern unterteilten Gasverteilerkammer ausgestattet ist, ist mindestens eine erste der Teilkammern mit einem ersten Kühlgas-Anschluss versehen, über den ein erster Kühlgasstrom zu ersten Einlassöffnungen zugeführt wird, und eine zweite der Teilkammern ist mit einem zweiten Kühlgas-Anschluss versehen, über den ein zweiter Kühlgasstrom zu zweiten Einlassöffnungen zugeführt wird, wobei der erste Kühlgasstrom unabhängig vom zweiten Kühlgasstrom einstellbar ist.
Vorteilhafterweise verfügt die Bestrahlungsvorrichtung unabhängig vom gasdurchlässigen Gegenreflektor über eine Prozessgas-Zuführungseinheit für die Einleitung von Prozessgas in den Prozessraum und eine Ablufteinheit für die Ableitung von Abluft aus dem Prozessraum.
Die Kühlung des Gegenreflektors und die Interkation des Kühlgases mit dem Bestrahlungsgut kann dabei unabhängig von einer Prozessgasmengensteuerung erfolgen, mittels der Prozessgas über eine Zulufteinheit in den Prozessraum eingeleitet und über eine Ablufteinheit Abluft aus dem Prozessraum abgeleitet wird. Definitionen
Reflektorwanduno
Die Reflektorwandung ist mit Einlassöffnungen und gegebenenfalls mit Auslassöffnungen versehen. Sie besteht aus einem Stück oder sie ist aus mehreren Reflektorwandungsstücken zusammengesetzt. Gegebenenfalls können sich die Reflektorwandungsstücke in der Flächenbelegung der Einlassöffnungen unterscheiden, und gegebenenfalls auch in der Flächenbelegung ihrer Auslassöffnungen.
Vorzugsweise bildet die Reflektorwandung eine Wand einer Gasverteilerkammer.
Gasverteilerkammer
Die Gasverteilerkammer besteht aus einer einzelnen Kammer, oder sie ist mehrteilig und wird von mehreren Teilkammern gebildet. Gegebenenfalls sind die Teilkammern von einer gemeinsamen Reflektorwandung abgeschlossen, oder jede der Teilkammern verfügt über eine eigene Reflektorwandung. Die Teilkammern sind fluidisch miteinander verbunden, oder sie sind fluidisch voneinander getrennt und gegebenenfalls für die Prozessierung unterschiedlicher Gasmengen und/oder Gasdrücke ausgelegt.
Ausführungsbeispiel
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und einer Patentzeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt in schematischer Darstellung im Einzelnen:
Figur 1 eine Druckmaschine mit einem Druckaggregat und einem Infrarot-
Trocknersystem und einem entlang eines Transportwegs und in einer Transportrichtung transportierten Bedruckstoffs,
Figur 2 eine Skizze einer Bestrahlungsvorrichtung als Teil des Trocknersystems der Druckmaschine von Figur 1 in einem Längsschnitt,
Figur 3 eine dreidimensionale Darstellung einer Ausführungsform der
Gasverteilerkammer mit darüber bewegtem Bestrahlungsgut in einer Draufsicht auf das Bestrahlungsgut, Figur 4 eine Gasverteilerkammer der Bestrahlungsvorrichtung mit eingezeichnetem Strömungsprofil der Kühlluft,
Figur 5 die Gasverteilerkammer der Bestrahlungsvorrichtung mit eingezeichnetem Strömungsprofil der Abluft,
Figur 6 eine dreidimensionale Darstellung einer Ausführungsform der Bestrahlungsvorrichtung im Zusammenbau, und
Figur 7 ein Diagramm mit Temperaturverläufen auf der Bestrahlungsgut-Oberfläche entlang der Prozesskammer bei Prozessierung mit und ohne gasdurchlässigem Gegenreflektor.
Figur 1 zeigt schematisch eine Druckmaschine in Form einer Rollen- Tintenstrahldruckmaschine, der insgesamt die Bezugsziffer 1 zugeordnet ist.
Ausgehend von einem Abwickler 2 gelangt die Materialbahn 3 aus einem Bedruckstoff, wie beispielsweise aus Papier, zu einem Druckaggregat 40. Dieses umfasst mehrere, entlang der Materialbahn 3 hintereinander angeordnete Tintenstrahldruckköpfe 4, durch die auf den Bedruckstoff lösungsmittelhaltige und insbesondere wasserhaltige Druckfarben aufgetragen werden.
In Transportrichtung 5 gesehen, gelangt die Materialbahn 3 vom Druckaggregat 40 über eine Umlenkwalze 6 anschließend zu einem Infrarot-Trocknersystem 70. Dieses ist mit mehreren Trocknermodulen 7 bestückt, die für das Trocknen des Lösungsmittels in die Materialbahn 3 ausgelegt sind. Die Trockenmodule 7 sind jeweils mit einer Gegenreflektor-Einheit 23 mit gasdurchlässigen Gegenreflektor ausgestattet und werden weiter unten anhand der Figuren 2 bis 7 noch näher erläutert.
Der weitere Transportweg der Materialbahn 3 geht über eine Zugwalze 8, die mit eigenem Zugantriebsmotor ausgestattet ist und über die die Einstellung der Bahnspannung erfolgt, zu einer Aufwickelrolle 9.
In dem Trocknersystem 70 sind mehrere Trocknermodule 7 zusammengefasst. Jedes der Trocknermodule 7 ist mit mehreren Infrarotstrahlern - im Ausführungsbeispiel sind es achtzehn - ausgestattet.
Bei den Infrarotstrahlern ist ein Heizfilament aus Carbon oder Wolfram in Wendel- oder Bandform in ein inertgasgefülltes Strahlerrohr eingeschlossen, das meist aus Quarzglas gefertigt ist. Die Heizfilamente sind mit elektrischen Anschlüssen verbunden, die über ein Ende oder beiden Enden des Strahlerrohres eingeführt werden.
Die Trocknermodule sind im Trocknersystem in Transportrichtung gesehen paarweise neben- und hintereinander angeordnet. Das jeweils nebeneinander angeordnete Paar der Trocknermodule 7 deckt die maximale Formatbreite der Druckmaschine 1 ab. Entsprechend der Abmessungen und Farbbelegung des Bedruckstoffs sind die Trocknermodule 7 und die einzelnen Infrarotstrahler getrennt voneinander elektrisch ansteuerbar.
Bei einer alternativen Ausführungsform ist das Trocknermodul anstelle der rohrförmigen Infrarotstrahler mit flächenförmigen Infrarotstrahler-Paneelen ausgestattet. Die Infrarotstrahler-Paneele umfassen ein Substrat aus einem Infrarotstrahlung emittierenden Werkstoff und sind zur thermischen Anregung der Infrarot-Emission mit einer Leiterbahn oder mit mehreren Leiterbahnen aus Widerstandsmaterial belegt. Im Fall einer Belegung mit mehreren Leiterbahnen können diese getrennt voneinander ansteuerbar sein, um über der Infrarotstrahler-Oberfläche ein nicht-homogenes Temperaturprofil zu erzeugen.
Die Transportgeschwindigkeit der Materialbahn 3 wird auf 5 m/s eingestellt. Dabei handelt es sich um eine vergleichsweise hohe Geschwindigkeit, die eine hohe Trocknungsrate erfordert. Das zum Erreichen dieser Anforderung erforderliche Trocknungsverfahren und das die dafür eingesetzte Bestrahlungsvorrichtung wird im Folgenden anhand der Figuren 2 bis 7 näher erläutert. Sofern in diesen Figuren dieselben Bezugsziffern wie in Figur 1 verwendet sind, so sind damit baugleiche oder äquivalente Bauteile und Bestandteile bezeichnet, wie sie oben anhand der Beschreibung der Druckmaschine näher erläutert sind.
Die Skizze von Figur 2 zeigt eine an der Materialbahn 3 angeordnete Bestrahlungsvorrichtung in Form eines Trockenmoduls 7. Das Trocknermodul 7 setzt sich aus einer Strahlereinheit 22 und einer Gegenreflektor-Einheit 23 zusammen, voneinander getrennt durch die in der Transporteben 3a bewegte Materialbahn 3.
Die Strahlereinheit 22 ist mit mehreren langgestreckten Infrarotstrahlern 24 bestückt, deren Längsachsen senkrecht zur Transportrichtung 5 verlaufen und die parallel zueinander angeordnet sind. Die Strahlereinheit 22 ist mit einem eigenen Luftmanagementsystem ausgestattet, das einen Zulufteinheit 25 für die Zufuhr von Trocknungsluft und eine Ablufteinheit 26 für die Ableitung verbrauchter Luft umfasst.
Die Zuluft- und Ablufteinheit (25; 26) ist unabhängig von der nachfolgend näher beschriebenen Gegenreflektor-Einheit 23 und dient insbesondere der Abführung überschüssiger Wärme im Rückraum der Strahlereinheit 22, um die umliegenden Teile der Druckmaschine 1 vor Überhitzung zu schützen.
Die Gegenreflektor-Einheit 23 umfasst eine Gasverteilerkammer 27, die mit einem Lufteinlass 28, einem Luftauslass 29 und mit einer Vielzahl von Durchgangsbohrungen versehenen Reflektorplatte 30 ausgestattet ist. Die gasdurchlässige Reflektorplatte 30 ist eine der Materialbahn 3 zugewandte Wandung der Gasverteilerkammer 27. Sie begrenzt die Gasverteilerkammer 27 nach oben und den Reflektorraum 33 nach unten. Innerhalb der Gasverteilerkammer 27 sind mehrere Pyrometer 34 angeordnet, die in Transportrichtung 5 entlang der Reflektorplatte 30 verteilt und zur Messung der Temperatur der Materialbahn-Unterseite ausgelegt sind.
Die Materialbahn 3 wird in Transportrichtung 5 in der Transportebene 3a durch einen Behandlungsraum (=Prozessraum 31) des Trockenmoduls 7 bewegt. Die Transportebene 3a teilt den Prozessraum 31 in einen der Strahlereinheit 22 zugewandten Bestrahlungsraum 32 und einen der Gegenreflektor-Einheit 23 zugewandten Reflektorraum 33.
Figur 3 zeigt eine dreiteilige Gegenreflektor-Einheit 23. Diese ist aus drei, fluidisch miteinander verbundenen Reflektorkammern modulartig aufgebaut und wird von einem gemeinsamen, einteiligen Rahmen 35 umfasst. Aus der Draufsicht auf die Materialbahn 3 (die gleichzeitig die Transportebene 3a definiert) und auf die Gegenreflektor-Einheit 23 ist die Reflektorplatte 30 erkennbar, die sich in dieser Ausführungsform aus drei Reflektorplattenfeldern 30a, 30b, 30c mit jeweils unterschiedlicher Verteilung von Ein- und Auslassöffnungen (36; 37) zusammensetzt.
Die Reflektorplatte 30 weist eine Vielzahl von Durchgangsbohrungen auf, die unterteilt sind in kleine, engmaschig verteilte kreisrunde Einlassöffnungen 36 und in ovale Auslassöffnungen 37. Von unten nach oben gesehen (das heißt: in Transportrichtung 5) sind dreizehn gegeneinander versetzte Reihen kreisrunder Einlassöffnungen 36 vorgesehen, denen zwei Reihen ovaler Auslassöffnungen 37 folgen. Danach kommen elf Reihen Einlassöffnungen 36, wieder zwei Reihen Auslassöffnungen 37, weitere zehn Reihen Einlassöffnungen 36, weitere zwei Reihen Auslassöffnungen 37, weitere zehn Reihen Einlassöffnungen 36, und schließlich drei Reihen ovaler Auslassöffnungen 37. Die kreisrunden Einlassöffnungen 36 haben einen Innendurchmesser von 4 mm und die ovalen Auslassöffnungen 37 haben einen Öffnungsquerschnitt von 353mm2.
Die Anzahl der Auslassöffnungen 37 und/oder der Gesamt-Öffnungsquerschnitt der Auslassöffnungen 37 nehmen somit in Transportrichtung 5 zu, so dass in dieser Richtung zunehmend mehr mit Feuchtigkeit beladenes oder verbrauchtes Kühlgas als Abluft aus dem Reflektorraum 33 in den Luftauslass 29 der Gegenreflektor-Einheit 23 abgeführt wird.
Die Einlassöffnungen 36 sind fluidisch mit zwei Gaseinlassstutzen 38a; 38b (besser zu erkennen in Figur 4) der Gasverteilerkammer 27 für die Zufuhr von trockener Luft in den Reflektorraum 33 verbunden. Die Auslassöffnungen 37 sind fluidisch mit einem Gasauslassstutzen 39 (besser zu erkennen in Figur 5) der Gasverteilerkammer 27 für die Ableitung verbrauchter Luft aus dem Reflektorraum 33 verbunden.
Die Öffnungsmaße und die Anzahl und Verteilung der Durchgangsbohrungen 36; 37 sind an die Art des zu bestrahlenden Produkts und an die Strahlerleistung angepasst.
Es gilt, eine Balance zu finden: einerseits nimmt die Temperatur des Bestrahlungsguts in Transportrichtung zu, so dass für eine ausreichende und gleichmäßige Kühlung eine Anzahl an Einlassöffnungen 36 benötigt wird; andererseits nimmt auch die Luftfeuchte stetig zu, so dass auch eine gewisse Anzahl an Auslassöffnungen 37 vonnöten ist. In der Regel nimmt die Flächenbelegung der Auslassöffnungen 37 in Transportrichtung zu, und dadurch zwangsweise die Flächenbelegung der Einlassöffnungen 36 ab. Um ein optimales Trocknungsergebnis zu erhalten, kann das konkrete Design anhand der obigen Informationen und des Ausführungsbeispiels für die Anwendung, den Strahlertyp und die Strahlerleistung optimiert werden, beispielsweise empirisch durch praktische Versuche und/oder theoretisch unter Nutzung von Simulationen.
Die Reflektorplatte 30 ist geeignet zur Reflexion von Infrarotstrahlung und der Reflektorplatten-Werkstoff soll dabei selbst wärmebeständig und bevorzugt auch wärmeleitend sein. Im Ausführungsbeispiel ist die Reflektoplatte 30 aus eloxiertem Aluminium gefertigt. Alternativ dazu besteht die Reflektorplatte 30 aus Aluminium mit metallischer Oberfläche, Edelstahl, insbesondere poliertem Edelstahl oder anderen Metallen, insbesondere aus Edelmetallen oder aus einem Werkstück, das mit einem der genannten Werkstoffe beschichtet ist. In Transportrichtung 5 gesehen, nimmt die Flächenbelegung der Auslassöffnungen 37 zu, und die der Einlassöffnungen 36 nimmt ab.
Die dreidimensionalen Ansichten auf die Gegenreflektor-Einheit 23 von Figur 4 und Figur 5 zeigen, dass die Gasverteilerkammer 27 mittels Trennwänden 41 in mehrere Teilkammern unterteilt ist, von denen zwei Teilkammern jeweils mit einem der Gaseinlassstutzen 38a; 38b, und die dritte Teilkammer mit dem Gasauslassstutzen 39 verbunden ist. Die Strömungslinien 42 in Figur 4 deuten die Verteilung der trockenen Kühlluft von den beiden Gaseinlassstutzen 38a; 38b zu den Einlassöffnungen 36 an. In Figur 5 deuten die Strömungslinien 43 die Verteilung der verbrauchten Abluft von den Auslassöffnungen 37 zum Gasauslassstutzen 39 an. Die Zuleitung der trockenen Kühlluft über die Gaseinlassstutzen 38a; 38b und die Ableitung der verbrauchten Abluft über den Gasauslassstutzen 39 sind getrennt voneinander regelbar.
Figur 6 zeigt ein Trocknermodul 7 im Zusammenbau von zwei Strahlereinheiten 22a, 22b und einer zweigeteilten Gegenreflektor-Einheit 23.
Im Folgenden wird eine Verfahrensweise zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens näher erläutert.
Um den Blustering-Effekt zu verringern und die Effizienz der
Strahlungswärmeübertragung zwischen den Infrarot-Strahlern 24 der Strahlereinheit 22 und der zu trocknenden Druckfarbe auf der Materialbahn 3 zu verbessern, wird die Gegenreflektor-Einheit 23 mit gasdurchlässiger Reflektorplatte 30 eingesetzt. Die aus den Einlassöffnungen 36 der Reflektorplatte 30 gegen die unbeschichtete Unterseite der Materialbahn 3 anströmende Kühlluft bewirkt eine gleichmäßige Temperaturentwicklung im Bedruckstoff (Papier). Dazu trägt bei, dass mehrere Reflektorplattenfelder 30a, 30b, 30c mit angepasster Verteilung von Einlassöffnungen 36 und Auslassöffnungen 37 verwendet werden. Die abgesaugte Abluftmenge ist beim Eintritt der Materialbahn 3 in die Prozesskammer 31 vergleichsweise gering und steigt bis zum Austritt aus der Prozesskammer 31 an. Figur 7 zeigt den Unterschied der Temperaturverteilung bei einer Materialbahn, bei einer Bestrahlung unter Einsatz eines gasdurchlässigen Gegenreflektors mit und ohne Kühlluft. In dem Diagramm ist die mittels der Pyrometer 34 gemessene Temperatur an der Unterseite der Materialbahn (in °C) aufgetragen gegen die Positionsnummer des Pyrometers in Transportrichtung 5 gesehen zwischen dem Eintritt der Materialbahn 3 in den Prozessraum und ihrem Austritt aus dem Prozessraum. Kurve A zeigt das Temperaturprofil bei Einsatz des Gegenreflektors mit Kühlluft, und Kurve B zeigt das Temperaturprofil bei Einsatz des Gegenreflektors ohne Kühlluft. Beide Temperaturprofile zeigen Maximaltemperaturen kurz nach dem Eintritt Tmaxi der Materialbahn in den Prozessraum und kurz vor ihrem Austritt Tmax2. Es ist erkennbar, dass sich bei Einsatz von gegen die unbedruckte Seite des Papierbogens gerichteter Kühlluft, ein insgesamt homogenerer Temperaturverlauf mit einer geringeren Drift der Maximaltemperaturen Tmaxi und TmaX2 ergibt (Kurve A) als ohne diese Maßnahme. Außerdem liegt die maximale Temperatur bei Kurve A deutlich unterhalb des Maximalwerts von Kurve B. In diesem Beispiel beträgt der Unterschied der Maximaltemperaturen der Kurven A und B ca. 10°C. Kurve A bleibt dabei unter 150°C, was in diesem Beispiel als Schwellwert für die Blasenbildung angesehen werden kann. Durch die rückseitige Kühlung des Bedruckstoffs wird verhindert, dass nicht nur die gut absorbierenden Farbflächen vergleichsweise heiß werden und möglicherweise überhitzt werden. Die rückseitige Kühlung der Materialbahn 3 durch die anströmende Kühlluft wirkt zwischen dem Erreichen des Gelpunkts und des kritischen Punkts einer zu schnellen und übermäßigen Erwärmung des Bestrahlungsguts entgegen, was zu einer vergleichsweise milden Trocknung des Bestrahlungsguts in der ersten Trocknungsphase beiträgt. Es stellt sich ein vergleichsweise homogeneres Temperaturprofil ein. Dadurch können die Strahlungsleistung und damit die Transportgeschwindigkeit erhöht werden, ohne dass das Bestrahlungsgut oder die Beschwerdegegnerin darauf beschädigt werden. Bezuqszeichenliste
Tintenstrahldruckmaschine 1
Abwickler 2
Materialbahn 3
Transportebene 3a
Druckaggregat 40
Tintenstrahldruckköpfe 4
Transportrichtung 5
Um lenkwalze 6
Infrarot-T rocknersystem 70
Trocknermodulen 7
Zugwalze 8
Aufwickelrolle 9
Strahlereinheit 22
Strahlereinheiten 22a, 22b
Gegenreflektor-Einheit 23
Infrarotstrahlern 24
Zulufteinheit 25
Ablufteinheit 26
Gasverteilerkammer 27
Lufteinlass 28
Luftauslass 29
Reflektorplatte 30
Reflektorplattenfelder 30a, 30b, 30c
Prozessraum 31
Bestrahlungsraum 32
Reflektorraum 33.
Pyrometer 34
Rahmen 35
Reflektorplatte 30
Einlassöffnungen 36
Auslassöffnungen 37
Gaseinlassstutzen 38a; 38b
Gasauslassstutzen 39
Trennwände 41

Claims

ANSPRÜCHE
1. Infrarot-Bestrahlungsvorrichtung zum Trocknen eines in einer Transportrichtung (5) und einer Transportebene (3a) durch einen Prozessraum (31) bewegten Bestrahlungsguts (3), wobei die Transportebene (3a) den Prozessraum (31) in einen Bestrahlungsraum (32) und in einen Reflektorraum (33) unterteilt, mit einer Strahlereinheit (22) mit mindestens einem Infrarotstrahler (24) zur Emission von Infrarotstrahlung in den Bestrahlungsraum (32), und mit einem Gegenreflektor (23) mit einer der Transportebene (3a) zugewandten Reflektorwandung (30), wobei die Reflektorwandung (30) eine Vielzahl von Einlassöffnungen (36) für den Einlass von Kühlgas in den Reflektorraum (33) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass für die Ausleitung von Abluft aus dem Reflektorraum (33) die Reflektorwandung (30) mindestens eine Auslassöffnung (37) aufweist.
2. Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in Transportrichtung (5) gesehen die Anzahl und/oder der Öffnungsquerschnitt der Einlassöffnungen (36) variiert.
3. Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflektorwandung (30) in Transportrichtung (5) gesehen in mehrere Abschnitte (30a, 30b, 30c) unterteilt ist, und dass die Anzahl und/oder der Gesamt- Öffnungsquerschnitt der Einlassöffnungen (36) von Abschnitt zu Abschnitt (30a, 30b, 30c) variiert .
4. Bestrahlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Ausleitung von Abluft aus dem Reflektorraum (33) die Reflektorwandung (30) mehrere Auslassöffnungen (37) aufweist, wobei die Anzahl und/oder der Gesamt-Öffnungsquerschnitt der Auslassöffnungen (37) in Transportrichtung (5) vorzugsweise variiert.
5. Bestrahlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Transportrichtung (5) gesehen mehrere Temperatursensoren (34) entlang der Reflektorwandung (30) verteilt sind.
6. Bestrahlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflektorwandung (30) an eine Gasverteilerkammer (27) angrenzt.
7. Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasverteilerkammer (27) in mehrere Teilkammern unterteilt ist.
8. Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasverteilerkammer (27) mit einem Abluftanschluss (39) versehen ist, der mit mindestens einem Teil der Auslassöffnungen (37) fluidisch verbunden ist.
9. Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine erste der Teilkammern mit einem ersten Kühlgas-Anschluss (38a) versehen ist, über den ein erster Kühlgasstrom (42) zu ersten Einlassöffnungen (36) zugeführt wird, und dass eine zweite der Teilkammern mit einem zweiten Kühlgas- Anschluss (38b) versehen ist, über den ein zweiter Kühlgasstrom (42) zu zweiten Einlassöffnungen (36) zugeführt wird, wobei der erste Kühlgasstrom (42) unabhängig vom zweiten Kühlgasstrom (42) einstellbar ist.
10. Bestrahlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Prozessgas-Zuführungseinheit (25) für die Einleitung von Prozessgas in den Prozessraum (31) und eine Ablufteinheit (26) für die Ableitung von Abluft aus dem Prozessraum (31) vorgesehen sind.
11.Verfahren zum mindestens teilweisen Trocknen eines in einer Transportrichtung (5) und einer Transportebene (3a) durch einen Prozessraum (31) bewegten Bestrahlungsguts (3), wobei die Transportebene (3a) den Prozessraum (31) in einen Bestrahlungsraum (32) und in einen Reflektorraum (33) unterteilt, umfassend die Verfahrensschritte:
(c) Emittieren von Infrarotstrahlung in Richtung auf das Bestrahlungsgut (3) mittels einer Strahlereinheit (22), die mindestens einen Infrarotstrahler (24) umfasst,
(d) Rückreflektieren von Infrarotstrahlung auf das Bestrahlungsgut (3) mittels eines Gegenreflektors (23), der eine der Transportebene (3a) zugewandte Reflektorwandung (30) aufweist, wobei über Einlassöffnungen (36) der Reflektorwandung (30) ein Kühlgas in den Reflektorraum (33) eingeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass über mindestens eine Auslassöffnung (37) der Reflektorwandung (30) Abluft aus dem Reflektorraum (33) abgeleitet wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass in Transportrichtung (5) gesehen die in den Reflektorraum (33) eingeleitete Kühlgasmenge variiert.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dass über mehrere Auslassöffnungen (37) der Reflektorwandung (30) Abluft aus dem Reflektorraum (33) abgeleitet wird, wobei die Anzahl und/oder der Gesamt-Öffnungsquerschnitt der Auslassöffnungen (37) in Transportrichtung (5) vorzugsweise variiert.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Bestrahlungsguts (3) an mehreren in Transportrichtung (5) entlang der Prozesskammer (31) verteilten Positionen gemessen wird, beispielsweise an 2 bis 8 Positionen, vorzugsweise an 2 bis 5 Positionen, und dass die Messwerte zur Regelung der Kühlgasmenge herangezogen werden.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlgas aus einer an die Reflektorwandung (30) angrenzenden Gasverteilerkammer (27) durch die Einlassöffnungen (36) in den Reflektorraum (33) einströmt.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasverteilerkammer (27) in mehrere Teilkammern unterteilt ist, wobei die durch Einlassöffnungen (36) in den Reflektorraum (33) einströmende Kühlgasmenge in Transportrichtung (5) gesehen von Teilkammer zu Teilkammer variiert.
17. Verfahren nach Anspruch15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasverteilerkammer (27) mit einem Abluftanschluss (39) versehen ist, über den mindestens ein Teil der Abluft aus dem Reflektorraum (33) abgeleitet wird.
18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine erste der Teilkammern mit einem ersten Kühlgas-Anschluss (38a) versehen ist, über den ein erster Kühlgasstrom zu ersten Einlassöffnungen (36) zugeführt wird, und dass eine zweite der Teilkammern mit einem zweiten Kühlgas-Anschluss (38b) versehen ist, über den ein zweiter Kühlgasstrom zu zweiten Einlassöffnungen (36) zugeführt wird, wobei der erste Kühlgasstrom unabhängig vom zweiten Kühlgasstrom einstellbar ist.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Prozessgasmengensteuerung über eine Zulufteinheit (25) Prozessgas in den Prozessraum (31) eingeleitet und über eine Ablufteinheit (26) Abluft aus dem Prozessraum (31) abgeleitet wird.
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