WO2010066406A2 - Uv-bestrahlungsvorrichtung - Google Patents

Uv-bestrahlungsvorrichtung Download PDF

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WO2010066406A2
WO2010066406A2 PCT/EP2009/008769 EP2009008769W WO2010066406A2 WO 2010066406 A2 WO2010066406 A2 WO 2010066406A2 EP 2009008769 W EP2009008769 W EP 2009008769W WO 2010066406 A2 WO2010066406 A2 WO 2010066406A2
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deflector
radiation
reflector
end point
radiation source
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PCT/EP2009/008769
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WO2010066406A3 (de
Inventor
Reiner Pocher
Original Assignee
Venjakob Maschinenbau Gmbh & Co. Kg
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B3/00—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat
    • F26B3/28—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat by radiation, e.g. from the sun
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a UV irradiation device.
  • UV irradiation devices with a wide variety of reflector arrangements are already known from the prior art.
  • Utility Model DE 201 14 380 U1 describes an irradiation device with a longitudinal UV lamp, a first elongate reflector which extends along the UV lamp and partially surrounds it and has a first longitudinal side and a second longitudinal side, the first elongate reflector closes and defines a passage opening for the UV radiation.
  • the UV irradiation device has a second elongate reflector, which adjoins the first longitudinal side of the first elongated reflector, and reflects the UV radiation to an outlet opening, which adjoins the second longitudinal side, wherein the second elongate reflector at least partially an axis parallel to the UV lamp is curved.
  • a cold light UV irradiation device with at least one light source arranged above the substrate, the light of the UV coating can be supplied via a reflector system, a barrier the direct beam path of the light source to the substrate at least partially fades out.
  • DE 2004 033 260 A1 discloses a method and a device for curing radiation-induced curable coatings.
  • the coating coated on the substrate both of the curing-inducing Radiation exposed, as well as subjected to heating.
  • the heating takes place by means of a heating radiation.
  • the object of the invention is to avoid the disadvantages of the prior art, i.
  • a UV irradiation device 10 is provided with a radiation-emitting radiation source (20), a transport plane (40), a first deflector (31) with a left end point (L31) and a right end point (FIG. R31), a second deflector (32) having a left end point (L32) and a right end point (R32), a first reflector (33) with a left end point (L33) and a right end point (R33), a second reflector (34) provided with a left end point (L34) and a right end point (R34),
  • first deflector (31) and the second deflector (32) and the radiation source (20) are arranged between the transport plane (40) and the first reflector (33) and the second reflector (34),
  • the right end point (R31) of the first deflector (31) and the left end point (L32) of the second deflector (32) meet at a point (M), the distance (dM) from the point (M) to the center of the radiation source (20) ner than the distance from the left end point (L31) of the first deflector (31) to the center of the radiation source (20) and smaller than the distance from the right end point (R32) of the second deflector (32) to the center of the radiation source (20)
  • the distance (d33) from the left end point (L33) of the first reflector (33) to the transport plane (40) is less than 95% of the distance (d31) from the left end point (L31) of the first deflector (31) to the transport plane (40 ) having,
  • the first reflector (33), the second reflector (34) are arranged so that the radiation of the radiation source (20) is reflected at least once before impinging on the transport plane (40).
  • the UV irradiation device is preferably used for curing polymers, or adhesives or optical products, more preferably for curing light-curing materials, most preferably for curing UV-curable coatings.
  • the radiation of the radiation source is preferably divided into a first radiation region (first radiation spectrum) and into a second radiation region (second radiation spectrum), or the two ray spectra are separated from one another.
  • the radiation that the radiation source emits consists of the first and the second radiation area.
  • the first radiation area is the one who hits the transport plane or the substrate.
  • the first radiation area is preferably radiation from the UV range.
  • the first radiation region preferably comprises light of the wavelengths 100 to 450 nanometers, particularly preferably light of the wavelengths 230 nm to 380 nm, most preferably light of the wavelengths 280 nm to 380 nm, furthermore preferably light of the wavelengths 320 nm to 380 nm.
  • the second radiation area denotes the wavelengths which lie above the first radiation area.
  • the wavelengths of the second radiation region are largely filtered out in the UV irradiation device, so that predominantly the radiation from the first radiation region can strike the substrates to be treated.
  • the radiation source is preferably a mercury vapor lamp with or without doping, which emits the genus-typical radiation, particularly preferably a medium-pressure mercury vapor lamp with or without doping, which emits the genus-typical radiation.
  • the radiation source emits rays in the wavelength range between 100 nm and 10 ⁇ m, that is also partially IR radiation.
  • the energy production of the radiation source is preferably composed as follows: 30% UV radiation, 15% visible radiation, 55% IR radiation.
  • the radiation source is preferably a rotational body, particularly preferably a cylinder.
  • the axis of rotation of the radiation source is simultaneously defined as the Z axis of the coordinate system, with whose help the irradiation device is to be described below.
  • the X-axis and Y-axis of this rectangular coordinate system are perpendicular to the Z-axis and span the cross-sectional plane Q. which represents a central section through the irradiation device. If one thus looks at the cross-sectional plane Q or at the XY plane, one looks at the irradiation device from the front view, or one looks in the longitudinal direction of the radiation source.
  • the radiation source is preferably in operation when the conveyor belt of the transport plane is running, particularly preferably the radiation source is active when a substrate lies on the transport plane or the conveyor belt.
  • the circuits of the two consumers are coupled via a control unit.
  • the radiation source is preferably automatically controlled from standby to rated power when one or more substrates are on the conveyor belt. This can be achieved, for example, by attaching a pressure sensor, preferably a plurality of pressure sensors, below the conveyor belt (transport plane). If such a sensor detects the weight of a substrate to be irradiated, the radiation source is activated via a control unit.
  • the radiation source is only active when a substrate is located within the beam path of the first radiation area of the UV irradiation device.
  • optical sensors could also determine the position of the substrate on the conveyor belt or the transport plane.
  • the UV irradiation device may comprise all position-determining sensors in order to activate the radiation source only when it is needed, i. a substrate is in the irradiation area of the device.
  • the radiation emitted by the radiation source is preferably subdivided into two partial radiations.
  • the first part Radiation is referred to as the radiation which is emitted at an emission angle alpha in the direction of the transport plane.
  • the limiting limbs (first straight line and second straight line) of the angle alpha respectively strike the outer end points of the deflectors. That is, the right leg (second straight line) of the radiation area at the angle alpha touches the right end point of the second deflector and the left leg (first straight line) of the angle alpha touches the left end point of the first deflector.
  • preferably 100% of the first partial radiation is reflected jointly by the first deflector and the second deflector.
  • first partial radiation impinges on the first deflector, or half of the first partial radiation impinges on the second deflector.
  • the radiation distribution of the first partial radiation is thus 50% to 50% on one of the respective deflectors.
  • the radiation distribution would be symmetrical.
  • asymmetrical radiation distributions of the first partial radiation to the first deflector and the second deflector such as 10% to 90%, 20% to 80%, 30% to 70%, 40% to 60%, are preferred.
  • the radiation of the first partial radiation which strikes the first deflector is called left first partial radiation.
  • the radiation of the first partial radiation which impinges on the second deflector is called right first partial radiation.
  • the left and right first partial radiation are preferably projected by the respective deflector in opposite directions, or mirrored.
  • the right and left first partial radiation each have a center line.
  • the center line is the beam which forms the bisector of the left first partial radiation or the right first partial radiation.
  • the center line of the right or left first partial radiation is reflected twice before it hits the transport plane.
  • the first time will be the Mirrored center lines at the first and second deflector and then at the first, and second reflector.
  • the center lines of the ray bundles strike the transport plane in a preferred angular range of 45 to 90 degrees, particularly preferably in an angular range of 60 to 70 degrees.
  • the radiation which is emitted by the radiation source and does not belong to the first partial radiation, ie is not emitted at the angle alpha, is referred to as residual partial radiation. This is emitted at the angle beta, which results from 360 degrees minus alpha.
  • the remaining partial radiation can also be separated into a right-hand residual partial radiation and a left-hand residual partial radiation.
  • the angle range of the left remaining partial radiation is defined between the left leg of the angle alpha and the distance beam center point O.
  • the angular range of the right-hand remaining partial radiation is established between the right leg of the angle alpha and the distance radia- tion point - point O. Both angular ranges form center lines, which meet after mirroring the reflectors on the transport plane.
  • the center lines of the right-hand remaining partial radiation and of the left-hand remaining partial radiation strike the transport plane in a preferred angular range of 45 to 90 degrees, particularly preferably in an angular range of 60 to 75 degrees.
  • This angle of incidence on the transport plane side surfaces of substrates can be irradiated, which are preferably perpendicular, particularly preferably at an angle to the transport plane.
  • the UV irradiation apparatus comprises the above-mentioned first deflector and second deflector.
  • the first deflector, or the second deflector are located when looking at the cross-sectional plane Q between the radiation source and the transport plane.
  • the mirror surfaces of the deflectors point in the direction of the radiation source.
  • the first deflector or the second deflector are at right angles to the cross-sectional plane Q.
  • the two deflectors are shown as sections.
  • the left-hand end point of the deflectors is the end point of the respective section which, when viewed from above, closes the deflectors on the left hand side.
  • the right-hand end point of the deflectors is referred to as the end point of the sections which, when viewed on the cross-sectional area Q, terminates the respective deflector on the right-hand side.
  • the first deflector and the second deflector preferably have the same size, but it is also possible for the first deflector to be larger than the second deflector or the second deflector to be larger than the first deflector.
  • Size in this context means the size of the mirror surface, or from a cross-sectional view, the length of the track section of the deflector. If one deflector is larger than the other, this leads to an asymmetrical beam path. Then either the quantity of the left first or right first partial radiation predominates. An overweight of left or right first partial radiation also influences at what angle the respective center beam (center beam of the left first partial radiation or Central ray of the right first partial radiation) hits the transport plane.
  • the angle of incidence of the center beam of the left first partial radiation is different from the angle of incidence of the central beam of the right first partial radiation.
  • substrates without standard form (oblique side surfaces) can be variably irradiated.
  • the first deflector and the second deflector are preferably mutually adjustable, that is, the position of the two deflectors to each other is variable.
  • the right end point of the first deflector and the left end point of the second deflector preferably coincide in one point.
  • the first deflector and the second deflector preferably touch each other at this point M, more preferably the two deflectors are connected to each other at this point M, most preferably with a hinge to each other adjustable. At this point, an angle adjustment of the two deflectors to each other. If the two deflectors are straight lines, the angle between the two straight lines is meant.
  • the angle between the respective secants of the deflectors is meant at point M.
  • the angle is preferably 135-180 degrees, more preferably 150-160 degrees.
  • the radius of curvature of the deflectors is preferably> 50mm, more preferably 60-100mm.
  • the end points (the left end point of the first deflector, the right end point of the first deflector, the left end point of the second deflector, the right end point of the second deflector) define the first deflector and the second deflector in the cross-sectional plane Q.
  • the first deflector and the second deflector are concave shaped starting from the radiation source between their respective end points.
  • the first deflector and the second deflector are a straight line or a circular arc segment or an elliptical arc segment or convex. If the deflectors are concave, the incident radiation is "focused" onto the reflectors, Preferably, the focus lies in the propagation direction of the first partial radiation in front of the reflectors or behind the reflectors, thereby avoiding local overloading (overheating) of the two reflectors the reflectors are arranged so that they lie inside or outside the focal length of the deflectors.
  • the first deflector, or the second deflector are preferably dichroic mirrors, that is, that they impinging unwanted radiation components such.
  • the underside of each deflector is designed as a cooling unit. This cooling unit protects the deflectors from overheating.
  • the underside of the deflectors is the side on which no mirror surfaces are applied.
  • the right end point of the first deflector and the left end point of the second deflector are preferably arranged such that the distance from the point M to the center of the radiation source is smaller than the distance from the left end point of the first deflector to the center of the radiation source and smaller than the distance from right end point of the second deflector to the center of the radiation source.
  • the distances d31, d32, d33, d34 are always distances from one end point to the transport plane. These distances are which are perpendicular to the transport plane.
  • the distance d33 preferably has less than 95%, or less than 90% or less than 85% or less than 80%, particularly preferably less than 70% or 60%, most preferably less than 50% or 40% of Length of the distance d31 up.
  • the distance d34 preferably has less than 95%, less than 90% or less than 85% or less than 80%, more preferably less than 70% or 60%, most preferably less than 50% or 40%. the length of the distance d32.
  • the left end point of the first reflector and the right end point of the second reflector are much closer to the transport plane than the end points of the deflectors.
  • the end points (left end point of the first reflector, right end point of the second reflector) of the reflectors are lower than a straight line which runs parallel to the transport plane and which touches at least one of the deflectors from below.
  • all points on the first deflector (31) and the second deflector (32) are farther from the center of the radiation source (20) than the point (M) is remote from the center of the radiation source (20).
  • the first deflector (31) and the second deflector (32) are designed so that direct radiation (21) emitted by the radiation source (20) is prevented.
  • the transport plane is a limited area on which the substrates to be irradiated are located.
  • the transport plane is preferably viewed from the Y-direction (ie in plan view) greater than the area which is defined by the is covered.
  • the transport plane is preferably a moving surface such as a conveyor belt, a carriage, an inclined plane, etc.
  • the transport plane is preferably oriented horizontally, but may also have an incline.
  • the transport plane is arranged below the two deflectors (first deflector, second deflector). Further preferably, the transport plane or the above-enumerated movable surfaces are transparent. If at the same time another reflector (with mirror surface in the direction of the radiation source) is arranged below the transparent transport plane, the substrate can be simultaneously irradiated from below.
  • Transparent means above all permeable to UV radiation. Also conceivable is a device in which two UV irradiation devices are mounted mirrored on a transparent transport plane.
  • Direct radiation refers to the emitted radiation of the radiation source, which is not mirrored by a reflector or deflector, but strikes directly at the transport plane or impinges on it.
  • the arrangement of the first deflector, or the second deflector thus protects the transport plane from direct irradiation of the radiation source.
  • the arrangement of reflectors and deflectors does not permit direct radiation. Consequently, the entire emitted radiation is mirrored at least once from the cross section by a reflector or deflector. With a predefined transport plane surface, the deflector surfaces consequently have to become larger the farther the distance to the radiation source becomes. The closer the deflectors are to the radiation source, the smaller they can be to still throw a "shadow" of direct radiation onto the transport plane.
  • the first reflector (33) is bounded by a left end point (L33) and a right end point (R33)
  • the second reflector (34) is bounded by a left end point (L34) and a right end point (R34), wherein the right end point (R33) of the first reflector (33) and the left end point (L34) of the second reflector (34) meet at a point (0).
  • the reflectors meeting in the point O preferably surround the radiation source and the first deflector or second deflector in the form of a half shell.
  • the two reflectors or the first reflector and the second reflector form a sheath in the cross-sectional plane Q when opened, which is open in the direction of the transport plane the left reflector in the cross-sectional plane Q thus the point (0) forms the outermost point of a tip, which preferably points into the interior of the half-shell, that is in the direction of the radiation source, thereby making it possible to separate the left-hand remaining radiation from the right-hand remaining radiation
  • the first reflector is connected to the reflector at point (O) by a hinge, whereby the reflectors, that is, the right and left reflectors, would be mutually adjustable Looking at the first reflector and the second reflector in the cross-sectional plane (Q ) as a function, the derivation of this function at point (0) would be unsteady
  • first reflector and the second reflector are formed in a half-shell, preferably form a closed half-shell, the entire remaining partial radiation can be mirrored to the mirror surfaces of the reflectors.
  • the first reflector and the second reflector have a suitably curved shape, including parabolic shapes.
  • the residual partial radiation is "concentrated" onto the transport plane, ie the radiation path of the reflected residual partial radiation leads to regions with increased radiation intensity from different directions (that is, the radiation profile of the reflected residual partial radiation tapers in the direction This results in an increased penetration depth into the substrate located on the transport plane, and a much better result is achieved by the increased intensity of the focused radiation than in the case of parallel incident radiation.
  • the first reflector and the second reflector are preferably designed as dichroic reflectors.
  • the first reflector and the second reflector have on their backs (the
  • Cooling units By causing the reflectors to remove the unwanted components, e.g. Filter out IR radiation from the radiation source, they heat up and are then cooled by the cooling systems.
  • the mirrored sides of the reflectors point towards the radiation source.
  • the point (M), the point (O) and the radiation source (20) on a straight line (g), which is perpendicular to the transport plane (40).
  • the arrangement of the points M, 0 and center of the radiation source on a straight line g ensures that the radiated radiation of the radiation source (first partial radiation) Radiation + remaining partial radiation) is passed in equal parts over the first reflector and first deflector or over the second reflector and second deflector.
  • the points 0 and the center of the radiation source are located on the straight line g, which is perpendicular to the transport plane, the point M can be right or left of the line g.
  • an altered radiation pattern is generated, that is to say the radiation reflected by the reflectors or deflectors is no longer axisymmetric with respect to the straight line g.
  • the point M lies to the left of the line g, a larger part of the radiation is mirrored on the right side than on the left side.
  • Asymmetric mirroring makes it easier to irradiate other substrates, for example, with inclined surfaces.
  • the first and second deflectors may preferably be displaced in their position, that is to say in the Y and X directions, via at least one actuator.
  • the radiation pattern can be changed so that it fits the respective position on the transport plane during the pass.
  • the radiation yield can be improved by a radiation pattern which is changed over the passage time of the substrate.
  • the position detection of the substrate can be carried out either via pressure sensors in the transport plane or by optical sensors at the edge of the transport plane.
  • the radiation source (20) emits a first partial radiation (22) at an angle ( ⁇ ) bounded by a first straight line (51) and a second straight line (52), the first straight line (51) and the second straight line (52) have points of intersection with the first reflector (33) and the second reflector (34).
  • the angle ⁇ preferably has a size of 30 ° to 120 °, more preferably a size of 50 ° to 100 °, most preferably a size of 60 ° to 90 °.
  • the angle ⁇ can preferably be adjusted to one another via the adjustment of the mirror surfaces of the deflectors, particularly preferably by the distance of the point M to the center of the radiation source.
  • the point of intersection of the first straight line with the first reflector is preferably the left end point of the first reflector and the second intersection point of the second straight line with the second reflector is preferably the right end point of the second reflector. If this is the case, then the mirror surface of the first reflector or the mirror surface of the second reflector is fully utilized, that is, irradiated by the radiation of the radiation source.
  • the intersection of the first straight line and the second straight line with the first reflector or the second reflector is preferably above the left end point of the first reflector or above the right end point of the second reflector.
  • first deflector (31) and the second deflector (32) and the first reflector (33) and the second reflector (34) are dichroic coated mirrors.
  • the transport plane (40) is a conveying means (41) with a conveying direction (42).
  • a conveyor is a movable means for transporting substrates.
  • the conveying direction is preferably perpendicular to the longitudinal axis of the radiation source.
  • the conveying direction relative to the radiation source is adjustable. This is particularly advantageous when substrates with asymmetric surfaces are to be irradiated. With such different types of substrates, it is bar that the transport plane is adjustable in its inclination.
  • the substrate is preferably a photosensitive, heat-sensitive material, more preferably a UV curable lacquer or an adhesive or a curable optical product (eg, ophthalmic lenses).
  • a photosensitive, heat-sensitive material more preferably a UV curable lacquer or an adhesive or a curable optical product (eg, ophthalmic lenses).
  • the position of the deflectors and reflectors to each other changes, depending on the position or the shape of the substrate.
  • the UV irradiation device has a 3D detection (3D scanner).
  • the shape of the product is recorded with the 3D scanner.
  • a computer uses the scanned form, a computer calculates the orientation of the deflectors or reflectors to each other to obtain an optimal "UV illumination" of all side surfaces .
  • the arrangement of the reflectors or deflectors is adaptable to the shape of the substrate, its throughput speed , Size, surface texture.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a UV irradiation device according to the invention
  • Fig. 2a - 2c radiation spectra of a preferred radiation source of the UV irradiation device.
  • FIG. 1 shows a cross section through the invention
  • the horizontal transport plane 40 comprises a conveying means 41.
  • the substrate 11 to be irradiated is located on the conveying means 41.
  • the substrate 11 is generally plate-shaped or strip-shaped, with the Elongation in height is usually smaller than that in length and / or width.
  • the radiation source 20th At a distance of about 15-25 cm above the transport plane 40 is, perpendicular or at an angle to the conveying direction and parallel to the transport plane 40, the radiation source 20th
  • the radiation source 20 is a cylindrical elongated body having a diameter of 10-40mm and a length of 10-400cm.
  • the radiation source radiates in a wavelength range from 100 nm to 10 ⁇ m.
  • the radiation source 20 emits a first partial radiation 22 at an angle ⁇ , which is approximately 75 °.
  • the legs of the radiation angle ⁇ 51 and 52 touch the first deflector 31 in its end point L31, the second deflector 32 in its end point R32 and the first reflector 33 in its end point L33 and the second reflector 34 in its end point (R34).
  • the deflectors 31 and 32 touch each other with their end points R31 and L32 at a point M and together form a roof shape.
  • the first deflector 31 and the second deflector 32 are concave (starting from the radiation source 20).
  • the concave shaped surfaces of the deflectors 31 and 32 are mirrored.
  • the deflectors 31 and 32 are dichroic mirrors, which preferably reflect UV radiation with the wavelength range 100 nm to 450 nm.
  • the reflector 33 and the reflector 34 likewise have dichroic mirrors, which are likewise aligned with the radiation source 20.
  • the reflector 33 and the reflector 34 do not form a dome-shaped arrangement from a cross-sectional view, wherein the end point R33 of the reflector 33 and the end point L34 of the reflector 34 touch each other at a point O.
  • the point O is the outermost point of the tip formed by the reflector 33 and the reflector 34. This peak points directly to the radiation source 20.
  • the point O is approximately 3 cm from the center of the radiation source 20.
  • the point O is the point on the reflector 33 or on the reflector 34 which is closest to the radiation source 20 (or closest to the center of the radiation source 20).
  • the substrate 11 is irradiated three-dimensionally.
  • Deflector assemblies impinge the UV rays on the substrate in such a way that the side surfaces as well as the surface are irradiated with approximately uniform intensity.
  • the first partial radiation 22 radiated at the angle ⁇ is completely reflected by the concave deflectors 31 and 32, or focused before striking the reflectors 33 and 34. In this case, each of the deflectors 33 and 34, the first partial radiation 22 is reflected at the angle l / 2 ⁇ .
  • irradiation properties for the transport plane 40 and thus for the substrate 11 are created, which irradiate the substrate 11 with regular and even intensity for all side surfaces.
  • the purpose of this is to achieve even hardening of the substrate.

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Abstract

UV-Bestrahlungsvorrichtung (10) mit einer Strahlung emittierenden Strahlungsquelle (20), einer Transportebene (40), einem ersten Deflektor (31) mit einem linken Endpunkt (L31) und einem rechten Endpunkt (R31), einem zweiten Deflektor (32) mit einem linken Endpunkt (L32) und einem rechten Endpunkt (R32), einem ersten Reflektor (33) mit einem linken Endpunkt (L33) und einem rechten Endpunkt (R33), einem zweiten Reflektor (34) mit einem linken Endpunkt (L34)und einem rechten Endpunkt (R34) bereitgestellt, wobei der erste Deflektor (31) und der zweite Deflektor (32) und die Strahlungsquelle (20) zwischen der Transportebene (40) und dem ersten Reflektor (33) und dem zweiten Reflektor (34) angeordnet sind, wobei weiter der rechte Endpunkt (R31) des ersten Deflektors (31) und der linke Endpunkt (L32) des zweiten Deflektors (32) an einem Punkt (M) zusammentreffen, wobei die Distanz (dM) vom Punkt (M) zum Mittelpunkt der Strahlungsquelle (20) kleiner ist als die Distanz vom linken Endpunkt (L31) des ersten Deflektors (31) zum Mittelpunkt der Strahlungsquelle (20) und kleiner ist als die Distanz vom rechten Endpunkt (R32) des zweiten Deflektors (32) zum Mittelpunkt der Strahlungsquelle (20) und die Distanz (d33) vom linken Endpunkt (L33) des ersten Reflektors (33) zur Transportebene (40) weniger als 95% der Länge der Distanz (d31) vom linken Endpunkt (L31) des ersten Deflektors (31) zur Transportebene (40) aufweist, wobei des Weiteren die Distanz (d34) vom rechten Endpunkt (R34) des zweiten Reflektors (34) zur Transportebene (40) weniger als 95% der Länge der Distanz (d32) vom rechten Endpunkt (R32) des zweiten Deflektors (32) zur Transportebene (40) aufweist und wobei der erste Deflektor (31), der zweite Deflektor (32), der erste Reflektor (33), der zweite Reflektor (34) so angeordnet sind, dass die Strahlung der Strahlungsquelle (20) vor dem Auf treffen auf die Transportebene (40) mindestens einmal reflektiert wird.

Description

UV-Bestrahlungsvorrichtung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine UV-Bestrahlungsvorrichtung .
Aus dem Stand der Technik sind bereits UV-Bestrahlungsvorrichtungen mit verschiedensten Reflektorenanordnungen bekannt. Beispielsweise beschreibt die Gebrauchsmusterschrift DE 201 14 380 Ul eine Bestrahlungsvorrichtung mit einer läng- liehen UV-Lampe, einem ersten länglichen Reflektor der sich längs der UV-Lampe erstreckt und diese teilweise umschließt und eine erste Längsseite und eine zweite Längsseite aufweist, den ersten länglichen Reflektor abschließt und eine Durchtrittsöffnung für die UV-Strahlung definiert. Dabei weist die UV-Bestrahlungsvorrichtung einen zweiten länglichen Reflektor auf, der sich an die erste Längsseite des ersten länglichen Reflektors anschließt, und die UV-Strahlung zu einer Austrittsöffnung reflektiert, die sich an die zweite Längsseite anschließt, wobei der zweite längliche Reflektor zumindest teilweise um eine zur UV-Lampe parallelen Achse gekrümmt ist.
Des Weiteren ist aus der DE 198 10 455 C2 eine Kaltlicht-UV- Bestrahlungsvorrichtung bekannt, wobei mit mindestens einer über dem Substrat angeordneten Lichtquelle, deren Licht der UV-Beschichtung über ein Reflektorsystem zuführbar ist, eine Barriere den direkten Strahlengang der Lichtquelle auf das Substrat zumindest teilweise ausblendet.
Des Weiteren ist aus der DE 2004 033 260 Al ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aushärten von strahlungsinduziert härtbaren Lacken bekannt. Dabei wird der auf das Substrat beschichtete Lack sowohl der die Aushärtung induzierenden Strahlung ausgesetzt, als auch einer Erwärmung unterzogen. Die Erwärmung erfolgt mittels einer Heizstrahlung.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden, d.h. eine Bestrahlungsvorrichtung bereitzustellen, welche die Strahlungsausbeute der Strahlungsquelle erhöht und eine gleichmäßigere Bestrahlung der Substratseitenflächen ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß dem unabhängigen Anspruch gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Gemäß eines ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung wird eine UV-Bestrahlungsvorrichtung (10) mit einer Strahlung e- mittierenden Strahlungsquelle (20), einer Transportebene (40), einem ersten Deflektor (31) mit einem linken Endpunkt (L31) und einem rechten Endpunkt (R31), einem zweiten Deflek- tor (32) mit einem linken Endpunkt (L32) und einem rechten Endpunkt (R32), einem ersten Reflektor (33) mit einem linken Endpunkt (L33) und einem rechten Endpunkt (R33), einem zweiten Reflektor (34) mit einem linken Endpunkt (L34)und einem rechten Endpunkt (R34) bereitgestellt,
wobei der erste Deflektor (31) und der zweite Deflektor (32) und die Strahlungsquelle (20) zwischen der Transportebene (40) und dem ersten Reflektor (33) und dem zweiten Reflektor (34) angeordnet sind,
wobei weiter der rechte Endpunkt (R31) des ersten Deflektors (31) und der linke Endpunkt (L32) des zweiten Deflektors (32) an einem Punkt (M) zusammentreffen, wobei die Distanz (dM) vom Punkt (M) zum Mittelpunkt der Strahlungsquelle (20) klei- ner ist als die Distanz vom linken Endpunkt (L31) des ersten Deflektors (31) zum Mittelpunkt der Strahlungsquelle (20) und kleiner ist als die Distanz vom rechten Endpunkt (R32) des zweiten Deflektors (32) zum Mittelpunkt der Strahlungsquelle (20)
und die Distanz (d33) vom linken Endpunkt (L33) des ersten Reflektors (33) zur Transportebene (40) weniger als 95% der Länge der Distanz (d31) vom linken Endpunkt (L31) des ersten Deflektors (31) zur Transportebene (40) aufweist,
wobei des Weiteren die Distanz (d34) vom rechten Endpunkt
(R34) des zweiten Reflektors (34) zur Transportebene (40) weniger als 95% der Länge der Distanz (d32) vom rechten Endpunkt (R32) des zweiten Deflektors (32) zur Transportebene (40) aufweist
und wobei der erste Deflektor (31), der zweite Deflektor
(32), der erste Reflektor (33), der zweite Reflektor (34) so angeordnet sind, dass die Strahlung der Strahlungsquelle (20) vor dem Auftreffen auf die Transportebene (40) mindestens einmal reflektiert wird.
Die UV-Bestrahlungsvorrichtung dient bevorzugt zur Aushärtung von Polymeren, oder Klebstoffen oder optischen Erzeugnissen, besonders bevorzugt zur Härtung von lichthärtenden Materialien, am meisten bevorzugt zur Aushärtung UV-härtbarer Lacke.
In der UV-Bestrahlungsvorrichtung wird die Strahlung der Strahlungsquelle bevorzugt in einen ersten Strahlungsbereich (erstes Strahlenspektrum) und in einen zweiten Strahlungsbereich (zweites Strahlungsspektrum) aufgeteilt, bzw. die bei- den Strahlenspektren voneinander getrennt. Die Strahlung, die die Strahlungsquelle emittiert, besteht aus dem ersten und dem zweiten Strahlungsbereich. Der erste Strahlungsbereich ist derjenige, der auf die Transportebene, bzw. auf das Substrat trifft. Der erste Strahlungsbereich ist bevorzugt Strahlung aus dem UV-Bereich. Der erste Strahlungsbereich um- fasst bevorzugt Licht der Wellenlängen 100 bis 450 Nanometer, besonders bevorzugt Licht der Wellenlängen 230nm bis 380nm, am meisten bevorzugt Licht der Wellenlängen 280nm bis 380nm, des Weiteren bevorzugt Licht der Wellenlängen 320nm bis 380nm.
Als zweiter Strahlungsbereich werden die Wellenlängen bezeichnet, welche oberhalb des ersten Strahlungsbereichs liegen. Die Wellenlängen des zweiten Strahlungsbereichs werden in der UV-Bestrahlungsvorrichtung weitgehend herausgefiltert, sodass vorwiegend die Strahlung aus dem ersten Strahlungsbe- reich auf die zu behandelnden Substrate treffen kann.
Die Strahlungsquelle ist bevorzugt eine Quecksilber- Dampflampe mit oder ohne Dotierung, die die gattungstypische Strahlung emittiert, besonders bevorzugt eine Quecksilber- Mitteldruck-Dampflampe mit oder ohne Dotierung, die die gattungstypische Strahlung emittiert. Bevorzugt emittiert die Strahlungsquelle Strahlen im Wellenlängenbereich zwischen 100 nm und lOμm, also auch teilweise IR-Strahlung. Die Energiebildung der Strahlungsquelle wird bevorzugt wie folgt zusam- mengesetzt: 30% UV-Strahlung, 15% sichtbare Strahlung, 55% IR-Strahlung.
Die Strahlungsquelle ist bevorzugt ein Rotationskörper, besonders bevorzugt ein Zylinder. Die Rotationsachse der Strah- lungsquelle wird gleichzeitig als Z-Achse des Koordinatensystems festgelegt, mit wessen Hilfe die Bestrahlungsvorrichtung im Weiteren beschrieben werden soll. Die X-Achse und die Y- Achse dieses rechtwinkligen Koordinatensystems stehen senkrecht auf der Z-Achse und spannen die Querschnittsebene Q auf welche einen mittigen Schnitt durch die Bestrahlungsvorrichtung darstellt. Blickt man folglich auf die Querschnittebene Q bzw. auf die XY-Ebene, betrachtet man die Bestrahlungsvorrichtung aus der Frontansicht, bzw. blickt man in Längsrich- tung der Strahlungsquelle.
Die Strahlungsquelle ist bevorzugt in Betrieb, wenn das Förderband der Transportebene läuft, besonders bevorzugt ist die Strahlungsquelle aktiv, wenn ein Substrat auf der Transport- ebene oder dem Förderband liegt. Um zu realisieren, dass die Strahlungsquelle leuchtet, wenn das Transportband aktiv ist sind die Stromkreise der beiden Abnehmer (Transportebene, Strahlungsquelle) über ein Steuergerät gekoppelt. Alternativ, um Strom bzw. Energiekosten weiter zu sparen, wird die Strah- lungsquelle bevorzugt automatisch von standby auf Nennleistung gesteuert, wenn sich ein Substrat oder mehrere Substrate auf dem Förderband befinden. Dies kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass ein Drucksensor, bevorzugt mehrere Drucksensoren unterhalb des Förderbandes (Transportebene) an- gebracht werden. Detektiert ein solcher Sensor das Gewicht eines zu bestrahlenden Substrates wird über ein Steuergerät die Strahlungsquelle aktiviert. Dadurch wird die Strahlungsquelle nur aktiv, wenn sich ein Substrat innerhalb des Strahlengangs des ersten Strahlungsbereichs der UV- Bestrahlungsvorrichtung befindet. Weiter könnten auch optische Sensoren die Position des Substrates auf dem Förderband, bzw. der Transportebene bestimmen. Die UV- Bestrahlungsvorrichtung kann sämtliche positionsbestimmende Sensoren umfassen, um die Strahlungsquelle nur dann zu akti- vieren, wenn diese benötigt wird, d.h. sich ein Substrat im Bestrahlungsbereich der Vorrichtung befindet.
Die von der Strahlungsquelle emittierte Strahlung wird bevorzugt in zwei Teilstrahlungen untergliedert. Die erste Teil- Strahlung wird als die Strahlung bezeichnet, welche unter einem Abstrahlwinkel Alpha in Richtung Transportebene emittiert wird. Dabei treffen die begrenzenden Schenkel (erste Gerade und zweite Gerade) des Winkels Alpha jeweils auf die äußeren Endpunkte der Deflektoren. D.h. der rechte Schenkel (zweite Gerade) des Strahlungsbereiches unter dem Winkel Alpha berührt den rechten Endpunkt des zweiten Deflektors und der linke Schenkel (erste Gerade) des Winkels Alpha berührt den linken Endpunkt des ersten Deflektors. Dadurch wird bevorzugt 100% der ersten Teilstrahlung von dem ersten Deflektor und dem zweiten Deflektor gemeinsam reflektiert. Bevorzugt trifft die Hälfte der emittierten ersten Teilstrahlung auf den ersten Deflektor, bzw. die Hälfte der ersten Teilstrahlung auf den zweiten Deflektor. Die Strahlungsverteilung der ersten Teilstrahlung ist somit 50% zu 50% auf einen der jeweiligen Deflektoren. Damit wäre die Strahlungsverteilung symmetrisch. Bevorzugt sind des Weiteren asymmetrische Strahlungsverteilungen der ersten Teilstrahlung auf den ersten Deflektor und den zweiten Deflektor, wie beispielsweise 10% zu 90%, 20% zu 80%, 30% zu 70%, 40% zu 60%. Die Strahlung der ersten Teilstrahlung, welche auf den ersten Deflektor trifft wird linke erste Teilstrahlung genannt. Die Strahlung der ersten Teilstrahlung, welche auf den zweiten Deflektor trifft wird rechte erste Teilstrahlung genannt.
Die linke und die rechte erste Teilstrahlung werden bevorzugt von dem jeweiligen Deflektor in entgegengesetzte Richtungen projiziert, bzw. gespiegelt. Die rechte und die linke erste Teilstrahlung besitzen jeweils eine Mittellinie. Als Mittel- linie wird der Strahl bezeichnet, welcher die Winkelhalbierende der linken ersten Teilstrahlung bzw. der rechten ersten Teilstrahlung bildet. Die Mittellinie der rechten, bzw. der linken ersten Teilstrahlung wird zweimal reflektiert, bevor sie auf die Transportebene trifft. Das erste Mal werden die Mittellinien am ersten, bzw. zweiten Deflektor gespiegelt und dann am ersten, bzw. zweiten Reflektor. Die Mittellinien der Strahlenbündel (linke erste Teilstrahlung, rechte erste Teilstrahlung) treffen in einem bevorzugten Winkelbereich von 45 bis 90 Grad, besonders bevorzugt in einem Winkelbereich von 60 bis 70 Grad auf die Transportebene.
Durch diesen Auftreffwinkel auf die Transportebene, können Seitenflächen von Substraten bestrahlt werden, welche bevor- zugt senkrecht, besonders bevorzugt winklig zur Transportebene stehen.
Die Strahlung, welche von der Strahlungsquelle emittiert wird und nicht zur ersten Teilstrahlung gehört, d.h. nicht unter dem Winkel Alpha emittiert wird, wird als restliche Teilstrahlung bezeichnet. Diese wird unter dem Winkel Beta emittiert, welcher sich aus 360 Grad minus Alpha ergibt. Auch die restliche Teilstrahlung lässt sich in eine rechte restliche Teilstrahlung und eine linke restliche Teilstrahlung trennen. Der Winkelbereich der linken restlichen Teilstrahlung, wird zwischen dem linken Schenkel des Winkels Alpha und der Strecke Strahlungsmittelpunkt — Punkt O aufgespannt. Der Winkelbereich der rechten restlichen Teilstrahlung wird zwischen dem rechten Schenkel des Winkels Alpha und der Strecke Strah- lungsmittelpunkt — Punkt O aufgespannt. Beide Winkelbereiche bilden Mittellinien aus, welche nach einer Spiegelung an den Reflektoren auf die Transportebene treffen. Die Mittellinien der rechten restlichen Teilstrahlung und der linken restlichen Teilstrahlung treffen in einem bevorzugten Winkelbereich von 45 bis 90 Grad, besonders bevorzugt in einem Winkelbereich von 60 bis 75 Grad auf die Transportebene. Durch diesen Auftreffwinkel auf die Transportebene, können Seitenflächen von Substraten bestrahlt werden, welche bevorzugt senkrecht, besonders bevorzugt winklig zur Transportebene stehen.
Die UV-Bestrahlungsvorrichtung umfasst den oben genannten ersten Deflektor und zweiten Deflektor. Der erste Deflektor, bzw. der zweite Deflektor befinden sich beim Blick auf die Querschnittsebene Q zwischen der Strahlungsquelle und der Transportebene. Dabei zeigen die Spiegelflächen der Deflekto- ren in Richtung Strahlungsquelle. Der erste Deflektor bzw. der zweite Deflektor stehen im rechten Winkel auf der Querschnittsebene Q. Dadurch werden die beiden Deflektoren als Streckenabschnitte dargestellt. Als linken Endpunkt der De- flektoren bezeichnet man den Endpunkt des jeweiligen Streckenabschnitts der bei Draufsicht auf die Querschnittsebene Q die Deflektoren linker Hand abschließt. Gleichzeitig bezeichnet man den rechten Endpunkt der Deflektoren als den Endpunkt der Streckenabschnitte, welcher bei Sicht auf die Quer- schnittsfläche Q den jeweiligen Deflektor rechter Hand abschließt.
Bevorzugt haben der erste Deflektor und der zweite Deflektor dieselbe Größe, möglich ist aber auch der erste Deflektor größer als der zweite Deflektor oder der zweite Deflektor größer als der erste Deflektor. Größe bedeutet in diesem Zusammenhang die Größe der Spiegelfläche, bzw. aus Querschnittsicht die Länge des Streckenabschnitts des Deflektors. Ist ein Deflektor größer als der andere führt dies zu einem asym- metrischen Strahlengang. Dann überwiegt entweder die Quantität der linken ersten oder der rechten ersten Teilstrahlung. Ein Übergewicht von linker oder rechter erster Teilstrahlung beeinflusst außerdem unter welchem Winkel der jeweilige Mittelstrahl (Mittelstrahl der linken ersten Teilstrahlung oder Mittelstrahl der rechten ersten Teilstrahlung) auf die Transportebene trifft. Ist der Strahlengang asymmetrisch, ist der Auftreffwinkel des Mittelstrahls der linken ersten Teilstrahlung verschieden von dem Auftreffwinkel des Mittelstrahls der rechten ersten Teilstrahlung. Dadurch können beispielsweise Substrate ohne Standardform (schräge Seitenflächen) variabel bestrahlt werden.
Aber nicht nur die Größe, sondern auch die Lage der Deflekto- ren zueinander beeinflusst den Strahlengang der ersten Teilstrahlung. Der erste Deflektor und der zweite Deflektor sind bevorzugt zueinander einstellbar, das heißt die Lage der beiden Deflektoren zueinander ist variabel. Bevorzugt treffen der rechte Endpunkt des ersten Deflektors und der linke End- punkt des zweiten Deflektors in einem Punkt zusammen. Der erste Deflektor und der zweite Deflektor berühren sich bevorzugt in diesem Punkt M, besonders bevorzugt sind die beiden Deflektoren in diesem Punkt M miteinander verbunden, am meisten bevorzugt mit einem Scharnier zueinander einstellbar. In diesem Punkt kann eine Winkeleinstellung der beiden Deflektoren zueinander erfolgen. Sind die beiden Deflektoren Geraden ist der Winkel zwischen den beiden Geraden gemeint. Sind die beiden Deflektoren jedoch gekrümmt, so ist der Winkel zwischen den jeweiligen Sekanten der Deflektoren im Punkt M ge- meint. Der Winkel beträgt vorzugsweise 135-180 Grad, besonders bevorzugt 150-160 Grad. Der Krümmungsradius der Deflektoren ist vorzugsweise >50mm, besonders bevorzugt 60-100mm. Die Endpunkte (der linke Endpunkt des ersten Deflektors, der rechte Endpunkt des ersten Deflektors, der linke Endpunkt des zweiten Deflektors, der rechte Endpunkt des zweiten Deflektors) begrenzen den ersten Deflektor bzw. den zweiten Deflektor in der Querschnittsebene Q. Bevorzugt sind der erste Deflektor bzw. der zweite Deflektor ausgehend von der Strahlungsquelle zwischen ihren jeweiligen Endpunkten konkav geformt. Besonders bevorzugt sind der erste Deflektor und der zweite Deflektor eine Gerade oder ein Kreisbogensegment oder ein Ellipsenbogensegment oder konvex. Sind die Deflektoren konkav, wird die auftreffende Strahlung auf die Reflektoren „fokussiert" . Bevorzugt liegt der Fokus in Ausbreitungsrichtung der ersten Teilstrahlung vor den Reflektoren bzw. hinter den Reflektoren. Dadurch wird eine lo- kale Überlastung (Überhitzung) der beiden Reflektoren vermieden. Bevorzugt sind die Reflektoren so angeordnet, dass Sie innerhalb oder außerhalb der Brennweite der Deflektoren liegen.
Der erste Deflektor, bzw. der zweite Deflektor sind bevorzugt dichroitische Spiegel, das heißt dass sie auftreffende unerwünschte Strahlungsanteile wie z. B. IR-Strahlung herausfiltern und gewünschte Strahlungsanteile wie z.B. UV-Strahlung reflektieren. Bevorzugt ist die Unterseite jedes Deflektors als eine Kühlungseinheit ausgebildet. Diese Kühlungseinheit schützt die Deflektoren vor Überhitzung. Die Unterseite der Deflektoren ist die Seite, auf welcher keine Spiegelflächen aufgebracht sind.
Der rechte Endpunkt des ersten Deflektors und der linke Endpunkt des zweiten Deflektors sind bevorzugt so angeordnet, dass die Distanz vom Punkt M zum Mittelpunkt der Strahlungsquelle kleiner ist als die Distanz vom linken Endpunkt des ersten Deflektors zum Mittelpunkt der Strahlungsquelle und kleiner ist als die Distanz vom rechten Endpunkt des zweiten Deflektors zum Mittelpunkt der Strahlungsquelle.
Die Distanzen d31, d32, d33, d34 sind immer Distanzen von einem Endpunkt zur Transportebene. Diese Distanzen sind Stre- cken, die senkrecht auf der Transportebene stehen. Dabei weist die Distanz d33 bevorzugt weniger als 95%, oder weniger als 90% oder weniger als 85% oder weniger als 80%, besonders bevorzugt weniger als 70% oder 60%, am meisten bevorzugt we- niger als 50% oder 40% der Länge der Distanz d31 auf. Des Weiteren weist die Distanz d34 bevorzugt weniger als 95%, o- der weniger als 90% oder weniger als 85% oder weniger als 80%, besonders bevorzugt weniger als 70% oder 60%, am meisten bevorzugt weniger als 50% oder 40% der Länge der Distanz d32 auf. Als Konsequenz bedeutet dies, dass sich der linke Endpunkt des ersten Reflektors und der rechte Endpunkt des zweiten Reflektors viel näher an der Transportebene befinden, als die Endpunkte der Deflektoren. Aus Querschnittsicht in die Ebene Q sind die Endpunkte (linker Endpunkt des ersten Re- flektors, rechter Endpunkt des zweiten Reflektors) der Reflektoren tiefer als eine Gerade die parallel zur Transportebene verläuft und die mindestens einen der Deflektoren von unten berührt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind alle Punkte auf dem ersten Deflektor (31) und dem zweiten Deflektor (32) weiter vom Mittelpunkt der Strahlungsquelle (20) entfernt als der Punkt (M) vom Mittelpunkt der Strahlungsquelle (20) entfernt ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind der erste Deflektor (31) und der zweite Deflektor (32) so ausgebildet, dass eine direkte Strahlung (21) emittiert von der Strahlungsquelle (20) verhindert wird.
Die Transportebene ist eine begrenzte Fläche, auf welcher sich die zu bestrahlenden Substrate befinden. Die Transportebene ist bevorzugt aus Y-Richtung betrachtet (d.h. in der Draufsicht) größer sein als die Fläche, welche durch die Re- flektoren abgedeckt ist. Die Transportebene ist bevorzugt eine bewegliche Fläche wie beispielsweise ein Transportband, ein Schlitten, eine schiefe Ebene, usw. Die Transportebene ist bevorzugt horizontal ausgerichtet, kann aber auch einen Anstieg aufweisen. Die Transportebene ist unterhalb der beiden Deflektoren (erster Deflektor, zweite Deflektor) angeordnet. Des Weiteren bevorzugt sind die Transportebene oder die oben aufgezählten beweglichen Flächen durchsichtig. Ist zugleich ein weiterer Reflektor (mit Spiegelfläche Richtung Strahlungsquelle) unterhalb der durchsichtigen Transportebene angebracht, kann das Substrat gleichzeitig von unten bestrahlt werden. Durchsichtig bedeutet vor allem durchlässig für UV-Strahlung. Denkbar ist auch eine Vorrichtung, bei welcher zwei UV-Bestrahlungsvorrichtungen gespiegelt an einer durchsichtigen Transportebene angebracht sind.
Unter direkter Strahlung versteht man die emittierte Strahlung der Strahlungsquelle, die nicht von einem Reflektor oder Deflektor gespiegelt wird, sondern direkt auf die Transport- ebene trifft oder daneben auftrifft. Die Anordnung des ersten Deflektors, bzw. des zweiten Deflektors schützt die Transportebene folglich vor direkter Einstrahlung der Strahlungsquelle. Des Weiteren lässt die Anordnung von Reflektoren und Deflektoren keine direkte Strahlung zu. Die gesamte emittier- te Strahlung wird folglich aus Querschnittsicht durch einen Reflektor oder Deflektor mindestens einmal gespiegelt. Bei einer vordefinierten Transportebenenfläche müssen die Deflek- torenflächen folglich größer werden je weiter der Abstand zur Strahlungsquelle wird. Je näher die Deflektoren an der Strah- lungsquelle sind, desto kleiner können diese sein um immer noch einen „Schatten" direkter Strahlung auf die Transportebene zu werfen. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der erste Reflektor (33) durch einen linken Endpunkt (L33) und einen rechten Endpunkt (R33) begrenzt und der zweite Reflektor (34) durch einen linken Endpunkt (L34) und einen rechten Endpunkt (R34) begrenzt, wobei der rechte Endpunkt (R33) des ersten Reflektors (33) und der linke Endpunkt (L34) des zweiten Reflektors (34) an einem Punkt (0) zusammentreffen.
Die in dem Punkt O zusammentreffenden Reflektoren umschließen die Strahlungsquelle und den ersten Deflektor bzw. zweiten Deflektor bevorzugt halbschalenförmig. Das Wort umschließen ist dabei nicht als „abschließend" zu verstehen. Die beiden Reflektoren bzw. der erste Reflektor und der zweite Reflektor bilden in der Querschnittsebene Q bei Berührung eine HaIb- schale, welche in Richtung Transportebene geöffnet ist. Betrachtet man den rechten Reflektor und den linken Reflektor in der Querschnittsebene Q so bildet der Punkt (0) den äußersten Punkt einer Spitze, welche bevorzugt ins Innere der Halbschale zeigt, das heißt in Richtung der Strahlungsquelle. Dadurch wird es ermöglicht die linke restliche Teilstrahlung von der rechten restlichen Teilstrahlung zu trennen. Bevorzugt ist der erste Reflektor mit dem Reflektor in dem Punkt (O) durch ein Gelenk verbunden. Dadurch wären die Reflektoren, das heißt der rechte und der linke Reflektor zueinander einstellbar. Betrachtet man den ersten Reflektor und den zweiten Reflektor in der Querschnittsebene (Q) als Funktion, so wäre die Ableitung dieser Funktion im Punkt (0) unstetig. Im Querschnitt bilden die beiden Reflektoren, das heißt der linke Reflektor und der rechte Reflektor eine M-Form oder Mö- wenform aus. Dadurch dass der erste Reflektor und der zweite Reflektor halbschalenförmig ausgebildet sind, bevorzugt eine geschlossene Halbschale bilden, kann die gesamte restliche Teilstrahlung an den Spiegelflächen der Reflektoren gespiegelt werden. Der erste Reflektor und der zweite Reflektor weisen eine in geeigneter Weise gekrümmte Form auf, dies schließt parabolische Formen ein.
Durch die in geeigneter Weise gekrümmte Form der Reflektoren wird die restliche Teilstrahlung auf die Transportebene „konzentriert", d.h. der Strahlungsverlauf der reflektierten restlichen Teilstrahlung führt zu Bereichen mit erhöhter Strahlungsintensität aus verschiedenen Richtungen (das heißt, der Strahlungsverlauf der reflektierten restlichen Teilstrahlung verjüngt sich in Richtung Transportebene). Dadurch ergibt sich eine gesteigerte Eindringtiefe in das auf der Transportebene befindliche Substrat. Es wird ein weitaus besseres Ergebnis durch die gesteigerte Intensität der fokus- sierten Strahlung erzielt als bei parallel auftreffender Strahlung.
Der erste Reflektor und der zweite Reflektor sind bevorzugt als dichroitische Reflektoren ausgeführt. Der erste Reflektor und der zweite Reflektor haben auf Ihrer Hinterseite (die
Seiten, die nicht Spiegelflächen sind) Kühlaggregate. Dadurch dass die Reflektoren die unerwünschten Anteile, z.B. IR- Strahlung der Strahlungsquelle herausfiltern, erwärmen sich diese und werden dann durch die Kühlsysteme gekühlt. Die ver- spiegelten Seiten der Reflektoren zeigen zur Strahlungsquelle hin.
In einer bevorzugten Ausführungsform liegen der Punkt (M) , der Punkt (O) und die Strahlungsquelle (20) auf einer Geraden (g), die senkrecht auf der Transportebene (40) steht.
Durch die Anordnung der Punkte M, 0 und Mittelpunkt der Strahlungsquelle auf einer Geraden g wird gewährleistet, dass die abgestrahlte Strahlung der Strahlungsquelle (erste Teil- Strahlung + restliche Teilstrahlung) zu gleichen Teilen über den ersten Reflektor und ersten Deflektor bzw. über den zweiten Reflektor und zweiten Deflektor geleitet wird.
Bevorzugt befinden sich die Punkte 0 und der Mittelpunkt der Strahlungsquelle auf der Geraden g, welche senkrecht auf der Transportebene steht, wobei der Punkt M rechts oder links von der Geraden g liegen kann. Dadurch wird ein verändertes Strahlungsmuster erzeugt, das heißt die von den Reflektoren bzw. Deflektoren reflektierte Strahlung ist nicht mehr achsensymmetrisch zur Geraden g. Liegt der Punkt M links der Geraden g so wird ein größerer Teil der Strahlung über die rechte Seite gespiegelt als über die linke Seite. Durch ein asymmetrisches Spiegeln können anders geartete Substrate bei- spielsweise mit schrägen Oberflächen besser bestrahlt werden. Bevorzugt können der erste und zweite Deflektor in ihrer Position, das heißt in Y- und X-Richtung über mindestens einen Aktor verschoben werden. Dabei kann während eines Substratdurchlaufs das Strahlungsmuster so geändert werden, dass es auf die jeweilige Position auf der Transportebene beim Durchlauf passt. Bevorzugt kann durch eine über die Durchlaufzeit des Substrats verändertes Strahlungsmuster die Strahlungsausbeute verbessert werden. Die Positionserkennung des Substrats kann entweder über Drucksensoren in der Transportebene oder durch optische Sensoren am Rande der Transportebene durchgeführt werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform emittiert die Strahlungsquelle (20) eine erst Teilstrahlung (22) unter ei- nem Winkel (α) begrenzt durch eine erste Gerade (51) und eine zweite Gerade (52), wobei die erste Gerade (51) und die zweite Gerade (52) Schnittpunkte mit dem ersten Reflektor (33) und dem zweiten Reflektor (34) aufweisen. Der Winkel α hat bevorzugt eine Größe von 30° bis 120°, besonders bevorzugt eine Größe von 50° bis 100°, am meisten bevorzugt eine Größe von 60° bis 90°. Der Winkel α lässt sich bevorzugt über die Verstellung der Spiegelflächen der Deflek- toren zueinander einstellen, besonders bevorzugt durch die Distanz des Punktes M zum Mittelpunkt der Strahlungsquelle. Bevorzugt ist der Schnittpunkt der ersten Geraden mit dem ersten Reflektor der linke Endpunkt des ersten Reflektors und der zweite Schnittpunkt der zweiten Geraden mit dem zweiten Reflektor bevorzugt der rechte Endpunkt des zweiten Reflektors. Ist dies der Fall, so ist die Spiegelfläche des ersten Reflektors bzw. die Spiegelfläche des zweiten Reflektors vollständig genutzt, das heißt von der Strahlung der Strahlungsquelle bestrahlt worden. Bevorzugt liegt der Schnitt- punkt der ersten Geraden bzw. der zweiten Geraden mit dem ersten Reflektor bzw. dem zweiten Reflektor oberhalb des linken Endpunktes des ersten Reflektors bzw. oberhalb des rechten Endpunktes des zweiten Reflektors.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind der erste Deflektor (31) und der zweite Deflektor (32) und der erste Reflektor (33) und der zweite Reflektor (34) dichroitisch beschichte Spiegel.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Transportebene (40) ein Fördermittel (41) mit einer Förderrichtung (42). Ein Fördermittel ist ein bewegliches Mittel zum Transport von Substraten. Dabei ist die Förderrichtung bevorzugt senkrecht zur Längsachse der Strahlungsquelle. Besonders be- vorzugt ist die Förderrichtung gegenüber der Strahlungsquelle einstellbar. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn Substrate mit asymmetrischen Oberflächen bestrahlt werden sollen. Bei solchen anders gearteten Substraten ist es zu dem denk- bar, dass die Transportebene in ihrer Neigung einstellbar ist.
Das Substrat ist bevorzugt aus lichtempfindlichem, wärmeemp- findlichem Material, ist besonders bevorzugt ein UV-härtbarer Lack oder ein Klebstoff oder ein aushärtbares optisches Erzeugnis (z. B. Brillengläser).
In einer bevorzugten Ausführungsform ändert sich die Position der Deflektoren und Reflektoren zueinander, abhängig von der Position oder der Form des Substrates. Denkbar ist, dass die UV Bestrahlungsvorrichtung eine 3D Erfassung (3D-Scanner) besitzt. Mit dem 3D Scanner wird die Form des Produktes er- fasst. Über die eingescannte Form berechnet nun ein Computer die Ausrichtung der Deflektoren, bzw. Reflektoren zueinander um eine optimale „UV-Ausleuchtung" aller Seitenflächen zu bekommen. Die Anordnung der Reflektoren, bzw. Deflektoren ist anpassbar an die Form des Substrats, dessen Durchlaufge- schwindigkeit , Größe, Oberflächenbeschaffenheit.
In der Figurenbeschreibung werden weitere bevorzugte Ausführungsformen dargestellt. Die Figuren zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemä- ßen UV-Bestrahlungsvorrichtung,
Fig. 2a — 2c Strahlenspektren einer bevorzugten Strahlungsquelle der UV-Bestrahlungsvorrichtung.
Figur 1 zeigt einen Querschnitt durch die erfindungsgemäße
UV-Bestrahlungsvorrichtung 10. Die horizontale Transportebene 40 umfasst ein Fördermittel 41. Auf dem Fördermittel 41 befindet sich das zu bestrahlende Substrat 11. Das Substrat 11 ist in der Regel platten- oder leistenförmig, wobei die Aus- dehnung in der Höhe in aller Regel kleiner ist als die in Länge und /oder Breite. In einem Abstand von ca. 15-25cm oberhalb der Transportebene 40 befindet sich, senkrecht oder im Winkel zur Förderrichtung und parallel zur Transportebene 40 die Strahlungsquelle 20.
Die Strahlungsquelle 20 ist ein zylinderförmiger länglicher Körper, welcher einen Durchmesser von 10-40mm und eine Länge von 10-400cm aufweist. Die Strahlungsquelle strahlt in einem Wellenlängenbereich von lOOnm bis lOμm. Dabei emittiert die Bestrahlungsquelle 20 eine erste Teilstrahlung 22 unter einem Winkel α, welcher ca. 75° beträgt. Die Schenkel des Abstrahlwinkels α 51 und 52 berühren den ersten Deflektor 31 in seinem Endpunkt L31 den zweiten Deflektor 32 in seinem Endpunkt R32 bzw. den ersten Reflektor 33 in seinem Endpunkt L33 und den zweiten Reflektor 34 in seinem Endpunkt (R34).
Die Deflektoren 31 und 32 berühren sich mit ihren Endpunkten R31 und L32 in einem Punkt M und bilden zusammen eine Dach- form aus. Dabei sind der erste Deflektor 31 und der zweite Deflektor 32 konkav ausgebildet (ausgehend von der Strahlungsquelle 20). Die konkav geformten Flächen der Deflektoren 31 und 32 sind verspiegelt. Die Deflektoren 31 und 32 sind dichroitische Spiegel, welche bevorzugt UV-Strahlung mit den Wellenlängenbereich lOOnm bis 450nm reflektieren. Die IR-
Strahlung im Bereich von 800nm bis lOμm wird weitgehend herausgefiltert.
Ebenfalls weisen der Reflektor 33 und der Reflektor 34 dich- roitische Spiegel auf, welche ebenfalls zur Strahlungsquelle 20 hin ausgerichtet sind. Der Reflektor 33 und der Reflektor 34 bilden aus Querschnittsicht eine kuppeiförmige Anordnung wobei der Endpunkt R33 des Reflektors 33 und der Endpunkt L34 des Reflektors 34 sich in einem Punkt O berühren. Der Punkt O ist der äußerste Punkt der Spitze, welche durch den Reflektor 33 und den Reflektor 34 ausgebildet wird. Diese Spitze zeigt direkt zu der Strahlungsquelle 20. Der Punkt O ist ca. 3 cm von dem Zentrum der Strahlungsquelle 20 entfernt. Der Punkt O ist der Punkt auf dem Reflektor 33 bzw. auf dem Reflektor 34, welcher der Strahlungsquelle 20 am näh- esten ist (bzw. dem Mittelpunkt der Strahlungsquelle 20 am nähesten ist) .
Fährt nun das Substrat 11 auf dem Förderband 41 der Transportebene 40 durch die reflektierten UV-Strahlen, so wird das Substrat 11 dreidimensional bestrahlt. Durch die Reflektorenbzw. Deflektorenanordnung treffen die UV-Strahlen in der Art und Weise auf das Substrat, dass die Seitenflächen sowie die Oberfläche mit annähernd gleichmäßiger Intensität bestrahlt werden.
Dies geschieht dadurch, dass die Strahlungsquelle 20 Licht im Wellenlängenbereich lOOnm bis 450nm emittiert. Die erste Teilstrahlung 22 abgestrahlt unter dem Winkel α wird vollständig von den konkaven Deflektoren 31 und 32 reflektiert, bzw. vor dem Auftreffen auf die Reflektoren 33 und 34 fokus- siert. Dabei wird von jedem der Deflektoren 33 und 34 die erste Teilstrahlung 22 unter dem Winkel l/2α reflektiert.
Das heißt 50% der Teilstrahlung 22 treffen auf den Deflektor 31 bzw. 50% der Teilstrahlung 22 treffen auf den Deflektor 32. Da der Fokus der reflektierten Teilstrahlung 22 sich vor den jeweiligen Reflektoren 33 bzw. 34 befindet, wird die Teilstrahlung 22 in einem sich de-fokussierenden Zustand von dem Reflektor 33 bzw. Reflektor 34 reflektiert und auf die Transportebene 40 gestrahlt. Die sich aus der Teilstrahlung 22 ergebenden Strahlenbündel, welche auf die Transportebene 40 treffen bilden jeweils eine Mittellinie aus, welche unter einem Winkel von ca. 60° auf die Transportebene 40 trifft. Die restliche Strahlung 23 (360° Strahlungswinkel der Strahlungsquelle 20 — Winkel α) wird zu 100% von den Reflektoren 33 und 34 gespiegelt. Teile der restlichen Strahlung 23 treffen nach dem Spiegeln an dem Reflektor 33 bzw. an dem Reflektor 34 direkt auf die Transportebene 40. Diese einfach gespiegelte restliche Strahlung 23 wird ebenfalls auf der rechten Seite bzw. auf der linken Seite von der Strahlungsquelle 20 Mittellinien aus, die auf die Transportebene treffen. Die Mittellinien der einfach reflektierenden restlichen Strahlung 23 treffen mit einem Winkel von jeweils ca. 60° auf die Transportebene.
Durch die Reflektoren- bzw. Deflektorenanordnung der UV- Bestrahlungsvorrichtung 10 werden Bestrahlungseigenschaften für die Transportebene 40 und damit für das Substrat 11 geschaffen, welche das Substrat 11 mit regelmäßiger und glei- eher Intensität für alle Seitenflächen bestrahlen. Sinn und Zweck davon ist es eine gleichmäßige Aushärtung des Substrats zu erreichen.

Claims

Ansprüche
1. UV-Bestrahlungsvorrichtung (10) mit einer Strahlung e- mittierenden Strahlungsquelle (20), einer Transportebe- ne (40), einem ersten Deflektor (31) mit einem linken Endpunkt (L31) und einem rechten Endpunkt (R31), einem zweiten Deflektor (32) mit einem linken Endpunkt (L32) und einem rechten Endpunkt (R32), einem ersten Reflektor (33) mit einem linken Endpunkt (L33) und einem rechten Endpunkt (R33), einem zweiten Reflektor (34) mit einem linken Endpunkt (L34)und einem rechten Endpunkt (R34)
dadurch gekennzeichnet, dass
der erste Deflektor (31) und der zweite Deflektor (32) und die Strahlungsquelle (20) zwischen der Transportebene (40) und dem ersten Reflektor (33) und dem zweiten Reflektor (34) angeordnet sind,
der rechte Endpunkt (R31) des ersten Deflektors (31) und der linke Endpunkt (L32) des zweiten Deflektors (32) an einem Punkt (M) zusammentreffen, wobei die Distanz (dM) vom Punkt (M) zum Mittelpunkt der Strahlungsquelle (20) kleiner ist als die Distanz vom linken Endpunkt (L31) des ersten Deflektors (31) zum Mittelpunkt der Strahlungsquelle (20) und kleiner ist als die Dis- tanz vom rechten Endpunkt (R32) des zweiten Deflektors (32) zum Mittelpunkt der Strahlungsquelle (20),
die Distanz (d33) vom linken Endpunkt (L33) des ersten Reflektors (33) zur Transportebene (40) weniger als 95% der Länge der Distanz (d31) vom linken Endpunkt (L31) des ersten Deflektors (31) zur Transportebene (40) aufweist,
die Distanz (d34) vom rechten Endpunkt (R34) des zweiten Reflektors (34) zur Transportebene (40) weniger als 95% der Länge der Distanz (d32) vom rechten Endpunkt (R32) des zweiten Deflektors (32) zur Transportebene (40) aufweist,
der erste Deflektor (31), der zweite Deflektor (32), der erste Reflektor (33), der zweite Reflektor (34) so angeordnet sind, dass die Strahlung der Strahlungsquelle (20) vor dem Auftreffen auf die Transportebene (40) mindestens einmal am ersten Deflektor (31) und/oder am zweiten Deflektor (32) und/oder am ersten Reflektor (33) und/oder am zweiten Reflektor (34) reflektiert wird.
2. UV-Bestrahlungsvorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei alle Punkte auf dem ersten Deflektor (31) und dem zweiten Deflektor (32) weiter vom Mittelpunkt der Strahlungsquelle (20) entfernt sind als der Punkt (M) vom Mittelpunkt der Strahlungsquelle (20) entfernt ist.
3. UV-Bestrahlungsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Strahlungsquelle (20) direkte Strahlung (21) emittiert und der erste Deflektor (31) und der zweite Deflektor (32) so ausgebildet sind, dass direkte Strahlung (21) auf die Transportebene verhindert wird.
4. UV-Bestrahlungsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der rechte Endpunkt (R33) des ersten Reflektors (33) und der linke Endpunkt (L34) des zwei- ten Reflektors (34) an einem Punkt (O) zusammentreffen.
5. UV-Bestrahlungsvorrichtung (10) nach Anspruch 4, wobei der Punkt (M), der Punkt (O) und die Strahlungsquelle (20) auf einer Geraden (g) liegen, die senkrecht auf der Transportebene (40) steht.
6. UV-Bestrahlungsvorrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei Die Strahlungsquelle (20) eine Teilstrahlung (22) unter dem Winkel (α) begrenzt durch eine erste Gerade (51) und eine zweite Gerade (52) e- mittiert und die erste Gerade (51) und die zweite Gera- de (52) Schnittpunkte mit dem ersten Reflektor (33) und dem zweiten Reflektor (34) aufweisen.
7. UV-Bestrahlungsvorrichtung (10) nach Anspruch 6, wobei der linke Endpunkt (L31) des ersten Deflektors (31) auf der ersten Gerade (51) liegt und der rechte Endpunkt (R32) des zweiten Deflektors (32) auf der zweiten Gerade (52) liegt.
8. UV-Bestrahlungsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der erste Reflektor und der zweite Reflektor eine Funktion (F) bilden, wobei deren Ablei- tung im Punkt (O) unstetig ist.
9. UV-Bestrahlungsvorrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der erste Deflektor (31) und der zweite Deflektor (32) und der erste Reflektor (33) und der zweite Reflektor (34) dichroitische Spiegel sind.
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