BesÜ:rahlungssggr©gat
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Bestrahlungsaggregat zur UV-Bestrahlung von ins¬ besondere bahnförmigen Substraten mit einem Gehäuse, einer darin ange¬ ordneten stabförmigen UV-Lampe und einer längs der UV-Lampe sich erstreckenden Reflektoranordnung.
Die UV-Trocknung und Vernetzung von Lacken, Farben sowie Klebstoffen unter Ausnutzung des Energieinhalts von Lichtquanten im UV-Lichtbereich mit Hilfe von lang gestreckten Mitteldruck-Gasentladungslampen findet seit über 30 Jahren breiten industriellen Einsatz in der Druck-, Verpackungs- und Oberflächenindustrie. Lösemittelfreiheit beim Prozess und die Erreichbarkeit hoher Vernetzungsdichten bei Bearbeitungszeiten im Durchlauf von Bruch¬ teilen einer Sekunde sind die hauptsächlichen Merkmale dieser Technik. Mitteldruck-Gasentladungslampen emittieren Licht vom kurzwelligen UV über den sichtbaren Bereich bis hin zum langwelligen IR. Die Wirkung des Reflek¬ tors bei solchen UV-Aggregaten ist nicht zu unterschätzen. Je nach Form und Geometrie beträgt sein Anteil an der auf dem Substrat wirksamen Ge¬ samtemission 50 bis 90%. Im Falle von selektiver Reflektion kann auch das Verhältnis von UV-Licht zu IR-Wärmeanteil gesteuert werden. In diesem Zu¬ sammenhang wurde bereits vorgeschlagen, flexible Metallstreifen als Reflek¬ tor gehäusefest einzuspannen. Als nachteilig hierbei wird empfunden, dass es damit nicht möglich ist, eine spezifische Reflektorgeometrie in einfacher Weise anzupassen. Außerdem erscheint es fraglich, ob sich solche Kon¬ struktionen im industriellen Dauerbetrieb unter hoher Temperaturbeanspru¬ chung bewähren können.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Aggregat der eingangs angegebenen Art dahingehend zu verbessern, dass die im
Stand der Technik aufgetretenen Nachteile vermieden werden und ein vari¬ abler Einsatz möglich ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird die im Patentanspruch 1 angegebene Merkmalskombination vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprü¬ chen.
Dementsprechend wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die Reflek- toranordnung ein in dem Gehäuse gehaltenes Trägerprofil und ein damit lösbar verbindbares, als formstabiles Formteil ausgebildetes und somit aus¬ tauschbares Reflektorprofil aufweist. Dadurch wird auf einfache Weise ein modularer Aufbau geschaffen, der es erlaubt, das Bestrahlungsprofil optimal an die jeweiligen Prozessverhältnisse anzupassen. Durch die Verwendung von Profilkörpern wird über die Länge der Lampe eine definierte Geometrie vorgegeben, die durch die Auswechselbarkeit auch kurzfristig hinsichtlich, verschiedener Parameter wie der chemischen Formulierung des zu härten¬ den Beschichtungsmittels, des noch akzeptablen Wärmeeintrags auf das Substrat und der Bestrahlungsdauer bzw. -dosis abgestimmt werden kann. Dabei ergeben sich die richtigen Auslegungen häufig erst nach umfangrei¬ chen Versuchen. Dies kann durchaus kurz vor oder erst während der Inbe¬ triebnahme beispielsweise in der Druckanlage vor Ort erfolgen. Durch die Variabilität in der Reflektorgeometrie werden kostspielige Risiken vermieden. Änderungen im Produkt oder der Beschichtungschemie kann durch Wahl des geeigneten Reflektorprofils selektiv Rechnung getragen werden. Dabei wird durch den Einsatz von massiven Profilen eine hohe thermische Stand¬ festigkeit gewährleistet. Außerdem sind die Reflektorprofile für eine Wartung bzw. Reinigung leicht zugänglich.
Vorteilhafterweise sind mehrere Reflektorprofile mit unterschiedlichen Re¬ flektorgeometrien und/oder Oberflächenbeschichtungen als Baukastensys¬ tem wahlweise mit dem Trägerprofil verbindbar, wobei durch einheitliche
Verbindungsflächen unabhängig von der Reflektorgeometrie eine einfache Montage gewährleistet ist.
Eine weitere Verbesserung sieht vor, dass das Reflektorprofil und das Trä- gerprofil über formschlüssige Verbindungsflächen miteinander in flächigen Wärmeleitkontakt bringbar sind. Dabei ist es von Vorteil, wenn das Reflek¬ torprofil und das Trägerprofil über Verbindungsmittel, insbesondere Schraubverbindungen in gegenseitiger Flächenanlage gehalten sind.
Eine ivlontagevereinfachung ergibt sich dadurch, dass die Verbindungsmittel von der dem Reflektorprofil abgewandten Rückseite des Trägerprofils her betätigbar sind. Günstig ist es auch, wenn die Verbindungsmittel durch bei¬ spielsweise verschließbare Gehäuseklappen von der Außenseite des Ge¬ häuses her zugänglich sind.
Eine weitere vorteilhafte Ausführung sieht vor, dass die Verbindungsmittel in Profilrichtung gesehen vorzugsweise über eine Langlochlagerung ein thermi¬ sches Ausgleichsspiel zwischen Reflektorprofil und Trägerprofil erlauben.
In baulich vorteilhafter Realisierung sind die Verbindungsmittel durch schaft- seitig vorzugsweise auf Anschlag in das Reflektorprofil einschraubbare und kopfseitig vorzugsweise über Feder- und/oder Gleitscheiben an dem Träger¬ profil abgestützte Schraubbolzen gebildet.
Vorteilhafterweise ist das Trägerprofil durch eine Kühlung, insbesondere ei¬ ne Wasserkühlung mit Kühlmittel beaufschlagbar. Dies lässt sich dadurch verwirklichen, dass das Trägerprofil mit Profilkanälen zur Durchleitung von Kühlmittel versehen ist. Dadurch ist es auch möglich, die Reflektorprofile oh¬ ne Unterbrechung des Kühlsystems in kurzer Zeit auszutauschen.
Durch entsprechende Wandstärken ist es möglich, dass das Reflektorprofil eine von seiner Verbindungsfläche mit dem Trägerprofil abgewandte und
von deren Konturverlauf abweichende gekrümmte Reflektorfläche aufweist. Die Verbindungsfläche kann daher für eine standardisierte Aufnahme ein¬ heitlich ausgebildet werden, während die Reflektorfläche selektiv an die Be¬ strahlungsbedingungen angepasst ist.
Um auch eine spektrale Beeinflussung zu ermöglichen, ist es vorteilhaft, wenn das Reflektorprofil an seiner der UV-Lampe zugewandten Profilseite mit einer Reflexionsbeschichtung versehen ist.
Für eine hohe Belastungs- bzw. Standfestigkeit ist es von Vorteil, wenn das Reflektorprofil als massiver Körper aus einem Vollmaterial gebildet ist. Her¬ stellungstechnisch ist es hierbei vorteilhaft, wenn das Reflektorprofil und das Trägerprofil als Strangpressprofilteile vorzugsweise aus Aluminium beste¬ hen.
Eine weitere Vereinfachung auch hinsichtlich der erforderlichen Apparaturen für die Reflektorbeschichtung ergibt sich dadurch, dass mehrere Reflektor¬ profile als Profilstrang stirnseitig zusammengesetzt sind. Dabei sollte ge¬ währleistet sein, dass die Stoßstellen, welche einen geringeren Reflexions- wert aufweisen können, bei paarweiser Reflektoranordnung versetzt sind und sich nicht gegenüberliegen.
Zur Verbesserung des Wärmeübergangs kann es von Vorteil sein, wenn zwischen den Verbindungsflächen von Reflektorprofil und Trägerprofil ein Wärmeleitmittel, insbesondere Wärmeleitpaste eingebracht ist.
Vorteilhafterweise sind jeweils ein Trägerprofil und ein zugeordnetes Reflek¬ torprofil paarweise beidseitig einer Längsmittelebene der UV-Lampe ange¬ ordnet. Für eine Verschlussfunktion der durchstrahlten Gehäuseöffnung ist es möglich, dass zwei Reflektorprofile zusammen mit zugeordneten Träger¬ profilen um jeweils eine in Profilrichtung verlaufende Achse gegeneinander schwenkbeweglich in dem Gehäuse angeordnet sind.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung schema¬ tisch dargestellten Äusführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 ein UV-Bestrahlungsaggregat zur Trocknung von Druckbahnen im Querschnitt; und
Fig. 2 eine ausschnittsweise Vergrößerung einer Schraubverbindung im Bereich einer Reflektoranordnung des Aggregats nach Fig.1.
Das in der Zeichnung dargestellte UV-Bestrahlungs-aggregat besteht im Wesentlichen aus einem kastenförmigen Gehäuse 10, einer darin angeord¬ neten stabförmigen UV-Lampe 12, einer Reflektoranordnung 14 zur Reflexi¬ on des in das Gehäuse 10 abgestrahlten UV-Lichts auf eine bodenseitige Gehäuseöffnung 16 und einem Absorber 18 zur Ableitung von Verlustwärme über eine nicht gezeigte Kühleinrichtung.
Die UV-Lampe 12 ist als zweiendige Mitteldruck-Gasentladungslampe in der Mittellängsebene 20 des Gehäuses 10 angeordnet und gibt ihre Strahlung über die Gehäuseöffnung 16 auf die darunter vorbeigeführte Substratbahn bzw. das zu bestrahlende Objekt ab. Um die Bestrahlung des Objekts zu erhöhen, ist die UV-Lampe 12 in ihrem in das Gehäuseinnere weisenden Sektor über ihre Länge von der Reflektoranordnung 14 umgeben, wobei das reflektierte Licht je nach Reflektorgeometrie divergent, parallel oder gebün- delt durch die Gehäuseöffnung 16 hindurch abgestrahlt wird. Denkbar ist auch, dass in Reflektorteilbereichen unterschiedliche Reflexionsgeometrien realisiert sind.
Zur wahlweisen Einstellung der Reflektoreigenschaften besteht die Reflek- toranordnung 14 aus Trägerprofilen 22 und lösbar damit verbundenen Re¬ flektorprofilen 24. Die Träger- und Reflektorprofile sind paarweise beidseitig der Längsmittelebene 20 des Gehäuses 10 bzw. der UV-Lampe 12 ange-
ordnet, wobei die Profilrichtung parallel zur Lampenachse verläuft. Sie be¬ stehen als massive Strangpressprofilteile aus Aluminium, so dass speziell die Reflektorprofile 24 als komplex konturierte Formteile formstabil ausgebil¬ det sind. Dabei ist es möglich, unterschiedliche Reflektorprofile 24 nach Art eines Baukastensystems einzusetzen. In Fig.1 ist dies der besseren Veran¬ schaulichung halber für zwei Reflektorgeometrien links und rechts der Mittel- ebene 20 gezeigt, wobei im praktischen Einsatz in der Regel profilgleiche Teile spiegelsymmetrisch angeordnet sind, grundsätzlich jedoch auch a- symmetrische Anordnungen möglich sind.
Die Reflektorprofile 24 und Trägerprofile 22 sind über formkomplementäre Verbindungsflächen 26, 28 formschlüssig in großflächigen Wärmeleitkontakt bringbar. Zur effektiven Wärmeabfuhr sind die Trägerprofile 22 über Profil¬ kanäle 30 für die Durchleitung von Kühlwasser an die Kühleinrichtung an- schließbar. Auf diese Weise ist es möglich, mit hohen Lampenleistungen im Bereich von einigen 10 kW zu arbeiten.
Das Trägerprofil 22 und das Reflektorprofil 24 sind im Bereich der Verbin¬ dungsflächen 26, 28 über Schraubverbindungen 32 in gegenseitiger Anlage gehalten. Um die Montage bzw. den Reflektoraustausch am Einsatzort bei¬ spielsweise in einer Druckmaschine zu vereinfachen, ist es zweckmäßig, wenn die Schraubverbindungen 32 durch Gehäuseklappen 34 von der Ge¬ häuseaußenseite her zugänglich sind.
Wie in Fig.2 gezeigt, sind die Schraubverbindungen 32 durch Stehbolzen 36 gebildet, welche von der Rückseite 38 des Trägerprofils 22 her rückseitig in das Reflektorprofil 24 einschraubbar sind. Im Verbindungszustand sind die Stehbolzen 36 mit ihrem abgestuften Gewindeschaft 40 auf Anschlag in das Reflektorprofil 24 eingedreht. Der Schraubkopf 42 ist dabei über Tellerfedern 44 und Gleitscheiben 46 mit definiertem Kraftschluß an dem Trägerprofil 22 abgestützt. Um ein thermisches Ausgleichsspiel zu ermöglichen, ist der Stu- fendurchbruch 48 in Profilrichtung gesehen als Langloch ausgebildet.
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Aufgrund der frei formbaren Profilgeometrie kann die der UV-Lampe 12 zu¬ gewandte Reflektorfläche 50 der Reflektorprofile 24 unabhängig von der Pro¬ filkontur der Verbindungsfläche 26 gestaltet werden. Zum Einsatz kommen elliptische, parabolische und kreisförmige Reflektorgeometrien wie auch Kombinationen davon. Denkbar sind auch Reflektorflächen 50 mit Freilinien¬ formen.
Durch eine zusätzliche Oberflächenbeschichtung 52 der Reflektorprofile 24 kann der spektrale Bereich des reflektierten Lichts beeinflusst werden. Reinstaluminium-Oberflächen reflektieren das gesamte Spektrum, während so genannte Kaltlichtspiegel-Beschichtungen je nach Ausführung nur aus¬ gewählte spektrale Bandbreiten im UV-Bereich reflektieren. Die in der Re¬ flektoranordnung 14 absorbierte Wärme kann dabei zusätzlich zu der Was- serkühlung auch durch eine Luftkühlung mit Absaugung durch den Abluftka¬ nal 54 hindurch abgeführt werden.
Die UV- und IR-Emission der Gasentladungslampe 12 kann aus physikali¬ schen Gründen nicht spontan ein- und ausgeschaltet werden. Daher ist es vorgesehen, die Reflektoranordnung 14 beim Anfahren oder bei Betriebsun¬ terbrechungen in eine Standby-Stellung zu bringen, in der die Gehäuseöff¬ nung 16 gegen Strahlungsdurchtritt mechanisch verschlossen ist. Zu diesem Zweck sind die Trägerprofile um eine parallel zur Profilrichtung verlaufende Schwenk- bzw. Drehachse gegeneinander bewegbar, wobei die IR-Leistung von dem gekühlten Absorber 18 aufgenommen wird. Aus dieser Stellung kann ohne nennenswerten Zeitverlust durch Betätigung des Klapp- bzw. Drehmechanismus in den Produktionsmodus gewechselt werden. Anstelle eines beweglichen Reflektors ist auch der Einsatz eines gesonderten Ver- schluss-Systems möglich.