WO2016071240A1 - System for irradiating objects with uv rays - Google Patents

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WO2016071240A1
WO2016071240A1 PCT/EP2015/075316 EP2015075316W WO2016071240A1 WO 2016071240 A1 WO2016071240 A1 WO 2016071240A1 EP 2015075316 W EP2015075316 W EP 2015075316W WO 2016071240 A1 WO2016071240 A1 WO 2016071240A1
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ballast
voltage
gas discharge
discharge tube
radiation source
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Application number
PCT/EP2015/075316
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French (fr)
Inventor
Robert Sänger
Peter Schwarz-Kiene
Thomas Kirschner
Original Assignee
Ist Metz Gmbh
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/40—Details of LED load circuits
    • H05B45/44—Details of LED load circuits with an active control inside an LED matrix
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/30—Driver circuits
    • H05B45/37—Converter circuits

Definitions

  • the invention relates to a system for UV irradiation of objects, in particular for curing coatings, with a UV radiation source which can be aligned with an object to be irradiated and with an electronic ballast for supplying energy to the UV radiation source AC voltage with regulated supply current.
  • Such UV irradiation systems are known, above all in the printing industry, as curing systems for curing or drying inks and lacquers crosslinkable by UV radiation.
  • a gas discharge tube is operated as a UV radiation source by a special electronic ballast with suitable AC voltage, the ballast is usually housed in a cabinet and a two-wire power line with a length of up to about 50m with the built-in printing machine lamp unit connected is.
  • the gas discharge tubes have a high energy requirement and require a relatively complex temperature control and closure control.
  • UV LED units are used, which are supplied via a DC power supply with a DC voltage, with driver boards with current control for controlling individual LED arrays are used.
  • the energy transfer here typically takes place via multi-core low-voltage lines, which require correspondingly large conductor cross-sections due to high currents.
  • the invention is based on the idea to provide a standardized power supply for a single or combined operation of LED or gas discharge UV lamps. Accordingly, an adaptable via a connection cable to the ballast or connected fitting device is provided which contains a plurality of primary side connected in series and acted upon by the supply current transformers, each formed at least one secondary side connected to the transformers emitter strand of UV radiation emitting and serially connected semiconductor devices is.
  • This makes it possible to operate a radiator configuration consisting of semiconductors without costly retooling measures with a ballast designed for the operation of gas discharge tubes.
  • a printing operation with a flexible and short-term switchable selection of different radiation sources (gas discharge tube, LED), for example, order-dependent possible.
  • the current strengths in the connecting cable remain sufficiently low, so that no excessive conductor cross sections are required.
  • the supplied from the ballast to the transformer chain of the matching device constant current allows easy distribution and adjustment of the secondary side currents, without an elaborate control would be required at this point.
  • the voltage drop across the components simply adjusts according to their component characteristics, while the secondary current remains constant in accordance with the current transformation through the transformers.
  • the ballast is designed to provide an alternating voltage with a frequency in the range of 20-300 kHz, so that the energy transfer is optimized and also a direct operation of a gas discharge tube is possible.
  • a further improvement in this regard can be achieved in that the AC voltage is in the range of 100 to 3000 volts. The higher the voltage is selected, the lower the current and thus the cross section of the supply line can be kept.
  • the ballast has a controller for a choice of operation between the connection of a gas discharge tube or an adapter.
  • a gas discharge tube is provided as a (further) radiation source for irradiating an object, wherein the gas discharge tube can be connected directly to the ballast via the connection cable and thus operated.
  • the ballast is designed to provide an ignition voltage in a first time interval and then an operating voltage for a gas discharge tube, wherein the ignition voltage is higher than the operating voltage.
  • the ballast has a current regulator for outputting a constant supply current independent of the AC voltage.
  • connection cable has a common connector for selectively electrically connecting the ballast with the fitting device or with a gas discharge tube.
  • the output of the transformers via a rectifier, in particular a bridge rectifier with at least one connected downstream emitter, so that there flows a constant DC current through the serially connected components.
  • ballast has a resonant converter, and that at the input of the matching device serial and / or parallel reactive elements, in particular capacitors for frequency-dependent adjustment of the impedance curve are provided. It is also favorable if a DC inductance for smoothing the transformer output current is connected in series with an emitter line.
  • the DC inductance can be formed by a suitable winding structure of the transformer as a leakage inductance in a conventional manner.
  • each emitter line may have between 5 and 100 semiconductor devices connected in series as UV radiation source.
  • each emitter strand is operated with a constant current defined by the respective upstream transformer.
  • the phase currents may be identical or different in each line.
  • the semiconductor devices are formed as UV radiation emitting UV LEDs, Also conceivable is the use of UV VCSEL or UV laser diodes.
  • the adapter device has a detector for detecting an overvoltage and a switch, controlled by the detector and parallel to the emitter line, for a controlled short-circuit operation.
  • the invention is explained in more detail with reference to the exemplary embodiments shown schematically in the drawing. 1 shows a block diagram of a UV irradiation system for installation in a printing machine;
  • Fig. 2 is a circuit diagram of components of the system of Fig. 1; 3 is a circuit diagram of a further detailed system configuration.
  • the irradiation system 10 shown in the drawing enables the UV irradiation of objects that are transported through the irradiation area, in particular in the form of substrates coated with printing inks, varnishes or adhesives, for example in a printing press for chemical crosslinking or curing of the coating.
  • the irradiation system 10 comprises at least one UV radiation source 12 which can be aligned with the object to be irradiated or oriented thereon and an electronic ballast 14 for supplying energy to the respective UV radiation source 12, wherein UV radiation is emitted for the use of UV radiation Semiconductor arrays 16 a the ballast 14 downstream fitting device 18 is provided.
  • a plurality of ballasts 14 can be controlled via a programmable digital control device 20.
  • a controller board 22 is installed in the respective ballast 14.
  • the control device 20 is connected via a data bus 24 to a central controller 26 of the printing machine.
  • Each ballast 14 contains a supply unit 28, which is formed from electronic components and is connected via a connecting or connecting cable. at 30, the power supply of the UV radiation source 12 allows. Usually, the ballast 14 is disposed in a cabinet remote from the radiation source 12. In this case, an AC voltage in the range of 100 to 3000 volts with a frequency in the range of 20-300 kHz is provided via a two-phase connection.
  • a gas discharge tube 32 for generating the UV radiation in the radiation source 12 may be provided.
  • the gas discharge tube 32 can be connected via the connecting cable 30 directly to the ballast 14 shot and operated.
  • the connection cable 30 has a unitary connector 34 for optional electrical connection of the ballast 14 with an adapter 18 or with a gas discharge tube 32nd
  • the supply unit 28 is formed in the ballast 14 to provide an increased ignition voltage and then a lowered operating voltage in an initial ignition interval.
  • the supply unit 28 contains a current regulator 36, which ensures a constant supply current largely independent of the output AC voltage. When a gas discharge tube 32 is connected, this prevents the charge carrier density from increasing excessively and destroying the lamp.
  • I / O and measurement signals can also be transmitted via a data bus 38 between the ballast 14 and corresponding units 39 of the radiation source 12.
  • the operation can be done by the programmable digital controller 20.
  • 2 shows the switching principle of the matching device 18, which converts the AC voltage supplied via the connection cable 30 into a (pulsating) DC voltage adapted for each semiconductor array 16.
  • a chain of transformers 40 is connected in series with the respective primary-side winding 42.
  • the secondary-side winding 44 of each transformer 40 is connected via a bridge rectifier 46, each having a semiconductor array 16.
  • each semiconductor array 16 comprises at least one emitter strand 48, which is formed from UV radiation emitting and serially connected semiconductor devices 50.
  • An emitter strand 48 may have between 5 and 100 semiconductor devices 50, it being possible for a plurality of emitter strands 48 to be connected in parallel to a semiconductor array 16.
  • the semiconductor devices 50 are formed by UV-emitting UV LEDs. Also conceivable is the use of so-called UV-VCSELs (Vertical Cavity Surface Emitting Lasers) or of UV laser diodes.
  • a modular construction of individual transformers is also conceivable, with two or more individual transformers being connected in series on the primary side and secondary side to provide a composite transformer 40 for supplying at least one emitter line 48.
  • the ballast 14 provides via the connecting cable 30 a defined, regulated supply current Ip, which flows uniformly across the primary winding 42 of the transformers 40 and leads to a respective voltage drop Up1 ... Upn.
  • a constant secondary-side direct current Is1... Isn is then fed into the semiconductor arrays 16 via the rectifier 46.
  • the same or different secondary currents are possible.
  • the voltage Us1... Usn then drops at the respective emitter line 48. As illustrated in FIG.
  • the impedance curve can be adapted by connecting capacitors 52 at the input of the matching device 18 as dummy elements in series or parallel to the primary winding 42 are switched. It is also expedient if a direct current inductance 54 for smoothing the secondary-side current Is is connected in series with the emitter line 48.
  • the direct current inductance 54 can also be designed as a leakage inductance by means of a suitable winding construction of the transformer 40.
  • a detector 56 is provided in the matching device 18. This may have a voltage monitor 58 and an actuatable, parallel to the emitter line 48 switch 60 for a controlled short-circuit operation.

Abstract

The invention relates to a system for irradiating objects with UV rays, said system comprising a UV radiation source (12) that can be directed onto an object to be irradiated, and an electronic ballast (14) for supplying the UV radiation source (12) with an alternating voltage at a controlled supply current. According to the invention, an adjusting device (18) is provided that can be connected to the ballast (14) via a connection cable (30) and includes a plurality of transformers (40) which are connected in series on the primary side and to which the supply current is applied, and at least one UV emitter line (48) per transformer (40) which is formed by series-connected semiconductor components is connected to the secondary side of the respective transformer (40).

Description

System zur UV-Bestrahlung von Objekten Beschreibung Die Erfindung betrifft ein System zur UV-Bestrahlung von Objekten, insbesondere zur Härtung von Beschichtungen, mit einer auf ein zu bestrahlendes Objekt ausrichtbaren UV-Strahlungsquelle und einem elektronischen Vor- schaltgerät zur Energieversorgung der UV-Strahlungsquelle mit Wechselspannung bei geregeltem Versorgungsstrom.  The invention relates to a system for UV irradiation of objects, in particular for curing coatings, with a UV radiation source which can be aligned with an object to be irradiated and with an electronic ballast for supplying energy to the UV radiation source AC voltage with regulated supply current.
Solche UV-Bestrahlungssysteme sind vor allem in der Druckindustrie als Härtungsanlagen zur Härtung bzw. Trocknung von durch UV-Strahlung vernetzbaren Druckfarben und Lacken bekannt. In konventionellen Aggregaten wird eine Gasentladungsröhre als UV-Strahlungsquelle durch ein spezielles elektronisches Vorschaltgerät mit geeigneter Wechselspannung betrieben, wobei das Vorschaltgerät üblicherweise in einem Schaltschrank untergebracht ist und durch eine zweiadrige Hochspannungsleitung mit einer Länge von bis zu ca. 50m mit dem in die Druckmaschine eingebauten Lampenaggregat verbunden ist. Die Gasentladungsröhren haben einen hohen Energie- bedarf und benötigen eine relative komplexe Temperaturregelung und Ver- schluss-Steuerung. Such UV irradiation systems are known, above all in the printing industry, as curing systems for curing or drying inks and lacquers crosslinkable by UV radiation. In conventional units, a gas discharge tube is operated as a UV radiation source by a special electronic ballast with suitable AC voltage, the ballast is usually housed in a cabinet and a two-wire power line with a length of up to about 50m with the built-in printing machine lamp unit connected is. The gas discharge tubes have a high energy requirement and require a relatively complex temperature control and closure control.
Alternativ werden in jüngerer Zeit auch UV-LED-Aggregate eingesetzt, die über ein DC-Netzteil mit einer Gleichspannung versorgt werden, wobei Trei- berplatinen mit Stromregelung zur Ansteuerung einzelner LED-Arrays eingesetzt werden. Die Energieübertragung erfolgt hier typischerweise über vieladrige Niederspannungsleitungen, die aufgrund hoher Ströme entsprechend große Leiterquerschnitte erfordern. Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die im Stand der Technik bekannten Systeme weiter zu entwickeln und eine flexiblere Betriebsweise bei einfachem Aufbau zu ermöglichen. Zur Lösung dieser Aufgabe wird die im Patentanspruch 1 angegebene Merkmalskombination vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen. Alternatively, more recently, UV LED units are used, which are supplied via a DC power supply with a DC voltage, with driver boards with current control for controlling individual LED arrays are used. The energy transfer here typically takes place via multi-core low-voltage lines, which require correspondingly large conductor cross-sections due to high currents. Proceeding from this, the object of the invention is to further develop the systems known in the prior art and to enable a more flexible mode of operation with a simple structure. To solve this problem, the feature combination specified in claim 1 is proposed. Advantageous embodiments and modifications of the invention will become apparent from the dependent claims.
Die Erfindung geht von dem Gedanken aus, eine standardisierte Energieversorgung für einen Einzel- oder kombinierten Betrieb von LED- bzw. Gasentladungs-UV-Strahlern bereitzustellen. Dementsprechend ist ein über ein Anschlusskabel an das Vorschaltgerät anschließbares bzw. angeschlossenes Anpassgerät vorgesehen, das mehrere primärseitig in Serie geschaltete und mit dem Versorgungsstrom beaufschlagte Transformatoren enthält, wobei jeweils mindestens ein sekundärseitig an den Transformatoren angeschlossener Emitterstrang aus UV-Strahlung emittierenden und seriell verbundenen Halbleiterbausteinen gebildet ist. Damit ist es möglich, mit einem für den Be- trieb von Gasentladungsröhren ausgebildeten Vorschaltgerät auch eine aus Halbleitern bestehende Strahlerkonfiguration ohne aufwändige Umrüstmaßnahmen zu betreiben. Im Besonderen ist ein Druckbetrieb mit einer flexiblen und kurzfristig umstellbaren Auswahl von verschiedenen Strahlungsquellen (Gasentladungsröhre, LED) beispielsweise auch auftragsabhängig möglich. Durch die Energieübertragung über eine geeignet hohe Wechselspannung bleiben die Stromstärken im Anschlusskabel hinreichend gering, so dass keine übermäßigen Leiterquerschnitte erforderlich sind. Dabei ermöglicht der vom Vorschaltgerät an die Transformatoren kette des Anpassgeräts gelieferte Konstantstrom eine einfache Verteilung und Anpassung der sekundärseitigen Stromstärken, ohne dass an dieser Stelle eine aufwändige Regelung erforderlich wäre. Im jeweiligen Emitterstrang stellt sich der Spannungsabfall an den Bausteinen einfach nach deren Bauteilcharakteristik ein, während der Sekundärstrom entsprechend der Stromtransformation durch die Transformatoren konstant bleibt. The invention is based on the idea to provide a standardized power supply for a single or combined operation of LED or gas discharge UV lamps. Accordingly, an adaptable via a connection cable to the ballast or connected fitting device is provided which contains a plurality of primary side connected in series and acted upon by the supply current transformers, each formed at least one secondary side connected to the transformers emitter strand of UV radiation emitting and serially connected semiconductor devices is. This makes it possible to operate a radiator configuration consisting of semiconductors without costly retooling measures with a ballast designed for the operation of gas discharge tubes. In particular, a printing operation with a flexible and short-term switchable selection of different radiation sources (gas discharge tube, LED), for example, order-dependent possible. Due to the energy transfer via a suitably high AC voltage, the current strengths in the connecting cable remain sufficiently low, so that no excessive conductor cross sections are required. In this case, the supplied from the ballast to the transformer chain of the matching device constant current allows easy distribution and adjustment of the secondary side currents, without an elaborate control would be required at this point. In the respective emitter line, the voltage drop across the components simply adjusts according to their component characteristics, while the secondary current remains constant in accordance with the current transformation through the transformers.
Vorteilhafterweise ist das Vorschaltgerät dazu ausgebildet, eine Wechselspannung mit einer Frequenz im Bereich von 20-300 kHz bereitzustellen, so dass die Energieübertragung optimiert wird und auch ein direkter Betrieb einer Gasentladungsröhre möglich wird. Advantageously, the ballast is designed to provide an alternating voltage with a frequency in the range of 20-300 kHz, so that the energy transfer is optimized and also a direct operation of a gas discharge tube is possible.
Eine weitere Verbesserung in dieser Hinsicht lässt sich dadurch erreichen, dass die Wechselspannung im Bereich von 100 bis 3000 Volt liegt. Je höher die Spannung gewählt wird, umso geringer kann der Strom und damit der Querschnitt der Zuleitung gehalten werden. A further improvement in this regard can be achieved in that the AC voltage is in the range of 100 to 3000 volts. The higher the voltage is selected, the lower the current and thus the cross section of the supply line can be kept.
Für einen wahlweisen dualen Betrieb ist es vorteilhaft, wenn das Vorschalt- gerät einen Controller für eine Betriebswahl zwischen dem Anschluss einer Gasentladungsröhre oder eines Anpassgeräts aufweist. For an optional dual operation, it is advantageous if the ballast has a controller for a choice of operation between the connection of a gas discharge tube or an adapter.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist eine Gasentladungsröhre als (weitere) Strahlungsquelle zur Bestrahlung eines Objekts vorgesehen, wobei die Gasentladungsröhre über das Anschlusskabel direkt an das Vorschaltge- rät anschließbar und damit betreibbar ist. In diesem Zusammenhang ist es auch von Vorteil, wenn das Vorschaltgerät dazu ausgebildet ist, in einem ersten Zeitintervall eine Zündspannung und danach eine Betriebsspannung für eine Gasentladungsröhre bereitzustellen, wobei die Zündspannung höher als die Betriebsspannung ist. According to a preferred embodiment, a gas discharge tube is provided as a (further) radiation source for irradiating an object, wherein the gas discharge tube can be connected directly to the ballast via the connection cable and thus operated. In this context, it is also advantageous if the ballast is designed to provide an ignition voltage in a first time interval and then an operating voltage for a gas discharge tube, wherein the ignition voltage is higher than the operating voltage.
In jedem Fall ist es für die Stromverteilung günstig, wenn das Vorschaltgerät einen Stromregler zur Ausgabe eines konstanten Versorgungsstroms unabhängig von der Wechselspannung aufweist. In any case, it is favorable for the power distribution when the ballast has a current regulator for outputting a constant supply current independent of the AC voltage.
Eine weitere Vereinfachung auch in der Handhabung bzw. Umrüstung des Systems ergibt sich dadurch, dass das Anschlusskabel einen einheitlichen Steckverbinder zur wahlweisen elektrischen Verbindung des Vorschaltgeräts mit dem Anpassgerät oder mit einer Gasentladungsröhre aufweist. A further simplification also in the handling or conversion of the system results from the fact that the connection cable has a common connector for selectively electrically connecting the ballast with the fitting device or with a gas discharge tube.
Vorteilhafterweise ist der Ausgang der Transformatoren über einen Gleichrichter, insbesondere einen Brückengleichrichter mit mindestens einem nachgeschalteten Emitterstrang verbunden, so dass dort ein konstanter Gleichstrom über die seriell geschalteten Bauteile fließt. Advantageously, the output of the transformers via a rectifier, in particular a bridge rectifier with at least one connected downstream emitter, so that there flows a constant DC current through the serially connected components.
Eine weitere Betriebsverbesserung lässt sich dadurch erreichen, dass das Vorschaltgerat einen Resonanzwandler aufweist, und dass am Eingang des Anpassgeräts serielle und/oder parallele Blindelemente, insbesondere Kondensatoren zur frequenzabhängigen Anpassung des Impedanzverlaufs vorgesehen sind. Günstig ist es auch, wenn eine Gleichstrominduktivität zur Glättung des Transformator-Ausgangsstroms in Serie mit einem Emitterstrang geschaltet ist. Dabei kann in an sich bekannter Weise die Gleichstrominduktivität durch einen geeigneten Wicklungsaufbau des Transformators als Streuinduktivität gebildet sein. A further improvement in operation can be achieved in that the ballast has a resonant converter, and that at the input of the matching device serial and / or parallel reactive elements, in particular capacitors for frequency-dependent adjustment of the impedance curve are provided. It is also favorable if a DC inductance for smoothing the transformer output current is connected in series with an emitter line. In this case, the DC inductance can be formed by a suitable winding structure of the transformer as a leakage inductance in a conventional manner.
Um die Strahlungsintensität geeignet anzupassen, kann jeder Emitterstrang zwischen 5 und 100 in Reihe geschaltete Halbleiterbausteine als UV- Strahlungsquelle aufweisen. Für eine gleichbleibende Bestrahlungscharakteristik ist es vorteilhaft, wenn jeder Emitterstrang mit einem durch den jeweils vorgeschalteten Transformator definierten konstanten Strom betrieben wird. Dabei können die Strangströme identisch oder auch strangweise unterschiedlich sein. In bevorzugter Ausgestaltung sind die Halbleiterbausteine als UV-Strahlung emittierende UV-LEDs ausgebildet, Denkbar ist auch der Einsatz von UV- VCSEL oder UV-Laserdioden. In order to suitably adjust the radiation intensity, each emitter line may have between 5 and 100 semiconductor devices connected in series as UV radiation source. For a constant irradiation characteristic, it is advantageous if each emitter strand is operated with a constant current defined by the respective upstream transformer. In this case, the phase currents may be identical or different in each line. In a preferred embodiment, the semiconductor devices are formed as UV radiation emitting UV LEDs, Also conceivable is the use of UV VCSEL or UV laser diodes.
Um den Systembetrieb weiter abzusichern, ist es vorteilhat, wenn das An- passgerät einen Detektor zur Erfassung einer Überspannung und einen durch den Detektor angesteuerten, zu dem Emitterstrang parallelen Schalter für einen gesteuerten Kurzschlussbetrieb aufweist. lm Folgenden wird die Erfindung anhand der in der Zeichnung in schemati- scher Weise dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein Blockschaltbild eines UV-Bestrahlungssystems zum Einbau in eine Druckmaschine; In order to further safeguard the system operation, it is advantageous if the adapter device has a detector for detecting an overvoltage and a switch, controlled by the detector and parallel to the emitter line, for a controlled short-circuit operation. In the following, the invention is explained in more detail with reference to the exemplary embodiments shown schematically in the drawing. 1 shows a block diagram of a UV irradiation system for installation in a printing machine;
Fig. 2 einen Schaltplan von Komponenten des Systems nach Fig. 1 ; Fig. 3 einen Schaltplan einer weiter detaillierten Systemkonfiguration. Fig. 2 is a circuit diagram of components of the system of Fig. 1; 3 is a circuit diagram of a further detailed system configuration.
Das in der Zeichnung dargestellte Bestrahlungssystem 10 ermöglicht die UV- Bestrahlung von Objekten, die insbesondere in Form von mit Druckfarben, Lacken oder Klebstoffen beschichteten Substraten beispielsweise in einer Druckmaschine zur chemischen Vernetzung bzw. Härtung der Beschichtung durch den Bestrahlungsbereich hindurchtransportiert werden. Zu diesem Zweck umfasst das Bestrahlungssystem 10 mindestens eine auf das zu bestrahlende Objekt ausrichtbare bzw. im Betriebszustand darauf ausgerichtete UV-Strahlungsquelle 12 und ein elektronisches Vorschaltgerät 14 zur Ener- gieversorgung der jeweiligen UV-Strahlungsquelle 12, wobei für den Einsatz von UV-Strahlung emittierenden Halbleiterarrays 16 ein dem Vorschaltgerät 14 nachgeordnetes Anpassgerät 18 vorgesehen ist. The irradiation system 10 shown in the drawing enables the UV irradiation of objects that are transported through the irradiation area, in particular in the form of substrates coated with printing inks, varnishes or adhesives, for example in a printing press for chemical crosslinking or curing of the coating. For this purpose, the irradiation system 10 comprises at least one UV radiation source 12 which can be aligned with the object to be irradiated or oriented thereon and an electronic ballast 14 for supplying energy to the respective UV radiation source 12, wherein UV radiation is emitted for the use of UV radiation Semiconductor arrays 16 a the ballast 14 downstream fitting device 18 is provided.
Wie in Fig. 1 gezeigt, können auch mehrere Vorschaltgeräte 14 über eine programmierbare digitale Steuerungseinrichtung 20 angesteuert werden. Hierfür ist in dem jeweiligen Vorschaltgerät 14 eine Controllerplatine 22 eingebaut. Um einen Maschineneingriff zu ermöglichen, ist die Steuerungseinrichtung 20 über einen Datenbus 24 mit einer Zentralsteuerung 26 der Druckmaschine verbunden. As shown in Fig. 1, a plurality of ballasts 14 can be controlled via a programmable digital control device 20. For this purpose, a controller board 22 is installed in the respective ballast 14. In order to enable a machine intervention, the control device 20 is connected via a data bus 24 to a central controller 26 of the printing machine.
Jedes Vorschaltgerät 14 enthält eine Versorgungseinheit 28, die aus elektronischen Bauteilen gebildet ist und über ein Verbindungs- bzw. Anschlusska- bei 30 die Energieversorgung der UV-Strahlungsquelle 12 ermöglicht. Üblicherweise ist das Vorschaltgerat 14 in einem Schaltschrank entfernt von der Strahlungsquelle 12 angeordnet. Dabei wird über einen zweiphasigen An- schluss eine Wechselspannung im Bereich von 100 bis 3000 Volt mit einer Frequenz im Bereich von 20-300 kHz bereitgestellt. Each ballast 14 contains a supply unit 28, which is formed from electronic components and is connected via a connecting or connecting cable. at 30, the power supply of the UV radiation source 12 allows. Usually, the ballast 14 is disposed in a cabinet remote from the radiation source 12. In this case, an AC voltage in the range of 100 to 3000 volts with a frequency in the range of 20-300 kHz is provided via a two-phase connection.
Anstelle eines Halbleiterarrays kann auch eine Gasentladungsröhre 32 zur Erzeugung der UV-Strahlung in der Strahlungsquelle 12 vorgesehen sein. In diesem Fall kann die Gasentladungsröhre 32 über das Anschlusskabel 30 direkt an das Vorschaltgerat 14 angeschossen und damit betrieben werden. Zur unkomplizierten Handhabung besitzt das Anschlusskabel 30 einen einheitlichen Steckverbinder 34 zur wahlweisen elektrischen Verbindung des Vorschaltgeräts 14 mit einem Anpassgerät 18 oder mit einer Gasentladungsröhre 32. Instead of a semiconductor array, a gas discharge tube 32 for generating the UV radiation in the radiation source 12 may be provided. In this case, the gas discharge tube 32 can be connected via the connecting cable 30 directly to the ballast 14 shot and operated. For uncomplicated handling, the connection cable 30 has a unitary connector 34 for optional electrical connection of the ballast 14 with an adapter 18 or with a gas discharge tube 32nd
Für den Betrieb einer Gasentladungsröhre 32 ist die Versorgungseinheit 28 in dem Vorschaltgerat 14 dazu ausgebildet, in einem anfänglichen Zündintervall eine erhöhte Zündspannung und danach eine abgesenkte Betriebsspannung bereitzustellen. For the operation of a gas discharge tube 32, the supply unit 28 is formed in the ballast 14 to provide an increased ignition voltage and then a lowered operating voltage in an initial ignition interval.
Als weiteren Funktionsbaustein enthält die Versorgungseinheit 28 einen Stromregler 36, der einen konstanten Versorgungsstrom weitgehend unabhängig von der ausgegebenen Wechselspannung sicherstellt. Beim An- schluss einer Gasentladungsröhre 32 wird damit verhindert, dass die La- dungsträgerdichte übermäßig ansteigt und die Lampe zerstört. As a further function module, the supply unit 28 contains a current regulator 36, which ensures a constant supply current largely independent of the output AC voltage. When a gas discharge tube 32 is connected, this prevents the charge carrier density from increasing excessively and destroying the lamp.
Die geeignete Betriebswahl kann über die Controllerplatine 22 in dem Vor- schaltgerät 14 erfolgen. Dabei können auch I/O- und Mess-Signale über einen Datenbus 38 zwischen dem Vorschaltgerät 14 und entsprechenden Ein- heiten 39 der Strahlungsquelle 12 übertragen werden. Alternativ kann die Betriebswahl durch die programmierbare digitale Steuerungseinrichtung 20 erfolgen. Fig. 2 zeigt das Schaltprinzip des Anpassgeräts 18, das die über das Anschlusskabel 30 gelieferte Wechselspannung in eine für jeden Halbleiterarray 16 angepasste (pulsierende) Gleichspannung umsetzt. Zu diesem Zweck ist eine Kette von Transformatoren 40 mit der jeweiligen primärseitigen Wicklung 42 in Serie geschaltet. Die sekundärseitige Wicklung 44 eines jeden Transformators 40 ist über einen Brückengleichrichter 46 mit jeweils einem Halbleiterarray 16 verbunden. Dabei umfasst jeder Halbleiterarray 16 mindestens einen Emitterstrang 48, der aus UV-Strahlung emittierenden und seriell geschalteten Halbleiterbausteinen 50 gebildet ist. Ein Emitterstrang 48 kann zwischen 5 und 100 Halbleiterbausteine 50 aufweisen, wobei ggf. mehrere Emitterstränge 48 zu einem Halbleiterarray 16 parallel geschaltet sein können. Die Halbleiterbausteine 50 sind durch UV-Strahlung emittierende UV-LEDs gebildet. Denkbar ist auch der Einsatz von so genannten UV- VCSELs (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) oder von UV-Laserdioden. The appropriate operation choice can be made via the controller board 22 in the ballast 14. In this case, I / O and measurement signals can also be transmitted via a data bus 38 between the ballast 14 and corresponding units 39 of the radiation source 12. Alternatively, the operation can be done by the programmable digital controller 20. 2 shows the switching principle of the matching device 18, which converts the AC voltage supplied via the connection cable 30 into a (pulsating) DC voltage adapted for each semiconductor array 16. For this purpose, a chain of transformers 40 is connected in series with the respective primary-side winding 42. The secondary-side winding 44 of each transformer 40 is connected via a bridge rectifier 46, each having a semiconductor array 16. In this case, each semiconductor array 16 comprises at least one emitter strand 48, which is formed from UV radiation emitting and serially connected semiconductor devices 50. An emitter strand 48 may have between 5 and 100 semiconductor devices 50, it being possible for a plurality of emitter strands 48 to be connected in parallel to a semiconductor array 16. The semiconductor devices 50 are formed by UV-emitting UV LEDs. Also conceivable is the use of so-called UV-VCSELs (Vertical Cavity Surface Emitting Lasers) or of UV laser diodes.
Zur Reduzierung möglicher Bauvarianten ist auch eine modulare Bauweise aus Einzeltransformatoren denkbar, wobei zwei oder mehr Einzeltransformatoren unter Bildung eines zusammengesetzten Transformators 40 zur Ver- sorgung mindestens eines Emitterstrangs 48 primär- und sekundärseitig in Reihe geschaltet sind. To reduce possible construction variants, a modular construction of individual transformers is also conceivable, with two or more individual transformers being connected in series on the primary side and secondary side to provide a composite transformer 40 for supplying at least one emitter line 48.
Im Betrieb liefert das Vorschaltgerät 14 über das Anschlusskabel 30 einen definierten, geregelten Versorgungsstrom Ip, der einheitlich über die Pri- märwicklung 42 der Transformatoren 40 fließt und zu einem jeweiligen Spannungsabfall Up1 ... Upn führt. Entsprechend dem Übersetzungsverhältnis n1/n2 der Primär- und Sekundärwicklungen 42, 44 wird dann über die Gleichrichter 46 ein konstanter sekundärseitiger Gleichstrom Is1 ... Isn in die Halbleiterarrays 16 eingespeist. Dabei sind gleiche oder voneinander unter- schiedliche Sekundärströme möglich. An dem jeweiligen Emitterstrang 48 fällt dann abhängig von der Anzahl von Halbleiterbausteinen 50 und deren Eigenschaften die Spannung Us1 ... Usn ab. Wie in Fig. 3 am Beispiel eines Transformators 40 mit nachgeordnetem Halb- leiterarray 16 veranschaulicht, kann bei einem mit einem Resonanzwandler ausgestatteten Vorschaltgerat 14 der Impedanzverlauf dadurch angepasst werden, dass Kondensatoren 52 am Eingang des Anpassgeräts 18 als Blindelemente seriell bzw. parallel zu der Primärwicklung 42 geschaltet sind. Zweckmäßig ist es auch, wenn eine Gleichstrominduktivität 54 zur Glättung des sekundärseitigen Stroms Is in Serie mit dem Emitterstrang 48 geschaltet ist. Die Gleichstrominduktivität 54 kann durch einen geeigneten Wicklungs- aufbau des Transformators 40 auch als Streuinduktivität ausgebildet sein. Um beispielsweise bei Unterbrechung eines Emitterstrangs 48 ein übermäßiges Ansteigen der Spannung Us1 zu erfassen, ist ein Detektor 56 in dem Anpassgerät 18 vorgesehen. Dieser kann einen Spannungswächter 58 und einen damit betätigbaren, zu dem Emitterstrang 48 parallelen Schalter 60 für einen gesteuerten Kurzschlussbetrieb aufweisen. In operation, the ballast 14 provides via the connecting cable 30 a defined, regulated supply current Ip, which flows uniformly across the primary winding 42 of the transformers 40 and leads to a respective voltage drop Up1 ... Upn. Corresponding to the transmission ratio n1 / n2 of the primary and secondary windings 42, 44, a constant secondary-side direct current Is1... Isn is then fed into the semiconductor arrays 16 via the rectifier 46. The same or different secondary currents are possible. Depending on the number of semiconductor components 50 and their properties, the voltage Us1... Usn then drops at the respective emitter line 48. As illustrated in FIG. 3 using the example of a transformer 40 with a subordinate semiconductor array 16, in the case of a ballast 14 equipped with a resonant converter, the impedance curve can be adapted by connecting capacitors 52 at the input of the matching device 18 as dummy elements in series or parallel to the primary winding 42 are switched. It is also expedient if a direct current inductance 54 for smoothing the secondary-side current Is is connected in series with the emitter line 48. The direct current inductance 54 can also be designed as a leakage inductance by means of a suitable winding construction of the transformer 40. In order, for example, to detect an excessive rise in the voltage Us1 when an emitter strand 48 is interrupted, a detector 56 is provided in the matching device 18. This may have a voltage monitor 58 and an actuatable, parallel to the emitter line 48 switch 60 for a controlled short-circuit operation.

Claims

Patentansprüche claims
1 . System zur UV-Bestrahlung von Objekten, insbesondere zur Härtung von Beschichtungen, mit einer auf ein zu bestrahlendes Objekt aus- richtbaren UV-Strahlungsquelle (12) und einem elektronischen Vorschaltgerat (14) zur Energieversorgung der UV-Strahlungsquelle (12) mit Wechselspannung bei geregeltem Versorgungsstrom, gekennzeichnet durch ein über ein Anschlusskabel (30) an das Vorschaltgerat (14) anschließbares, mehrere primärseitig in Serie geschaltete und mit dem Versorgungsstrom beaufschlagte Transformatoren (40) enthaltendes Anpassgerät (18), und durch mindestens einen sekundärseitig an den Transformatoren (40) angeschlossenen Emitterstrang (48), der aus UV-Strahlung emittierenden und seriell verbundenen Halbleiterbausteinen gebildet ist. 1 . System for UV irradiation of objects, in particular for curing coatings, with a UV radiation source (12) alignable with an object to be irradiated and an electronic ballast (14) for supplying energy to the UV radiation source (12) with AC voltage at controlled Supply current, characterized by a via a connection cable (30) to the ballast (14) connectable, several primary side connected in series and supplied with the supply current transformers (40) containing fitting device (18), and by at least one secondary side of the transformers (40) connected emitter line (48), which is formed of UV radiation emitting and serially connected semiconductor devices.
2. System nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Vor- schaltgerät (14) dazu ausgebildet ist, eine Wechselspannung mit einer Frequenz im Bereich von 20-300 kHz bereitzustellen. 2. System according to claim 1, characterized in that the ballast (14) is adapted to provide an AC voltage having a frequency in the range of 20-300 kHz.
3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechselspannung im Bereich von 100 bis 3000 Volt liegt. 3. System according to claim 1 or 2, characterized in that the AC voltage is in the range of 100 to 3000 volts.
4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gasentladungsröhre (32) als Strahlungsquelle zur Bestrah- lung eines Objekts vorgesehen ist, und dass die Gasentladungsröhre4. System according to any one of claims 1 to 3, characterized in that a gas discharge tube (32) is provided as a radiation source for irradiation of an object, and that the gas discharge tube
(32) über das Anschlusskabel (30) direkt an das Vorschaltgerät (14) anschließbar und damit betreibbar ist. (32) via the connecting cable (30) directly to the ballast (14) connected and thus operable.
5. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorschaltgerät (14) dazu ausgebildet ist, in einem ersten Zeitintervall eine Zündspannung und danach eine Betriebsspannung für eine Gasentladungsröhre (32) bereitzustellen, wobei die Zündspannung höher als die Betriebsspannung ist. 5. System according to one of claims 1 to 4, characterized in that the ballast (14) is adapted to provide in a first time interval an ignition voltage and then an operating voltage for a gas discharge tube (32), wherein the ignition voltage is higher than the operating voltage ,
6. System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorschaltgerät (14) einen Stromregler zur Ausgabe eines konstanten Versorgungsstroms unabhängig von der Wechselspannung aufweist. 6. System according to one of claims 1 to 5, characterized in that the ballast (14) has a current regulator for outputting a constant supply current, regardless of the AC voltage.
7. System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorschaltgerät einen Controller (22) für eine Betriebswahl zwischen dem Anschluss einer Gasentladungsröhre (32) oder eines Anpassgeräts (18) aufweist. 7. System according to one of claims 1 to 6, characterized in that the ballast comprises a controller (22) for a choice of operation between the connection of a gas discharge tube (32) or an adapter device (18).
8. System nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlusskabel (30) einen einheitlichen Steckverbinder (34) zur wahlweisen elektrischen Verbindung des Vorschaltgeräts (14) mit dem Anpassgerät (18) oder mit einer Gasentladungsröhre (32) aufweist. 8. System according to one of claims 1 to 7, characterized in that the connecting cable (30) has a unitary connector (34) for selectively electrically connecting the ballast (14) with the adapter (18) or with a gas discharge tube (32).
9. System nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang der Transformatoren (40) über einen Gleichrichter (46), insbesondere einen Brückengleichrichter mit mindestens einem nachgeschalteten Emitterstrang (48) verbunden ist. 9. System according to one of claims 1 to 8, characterized in that the output of the transformers (40) via a rectifier (46), in particular a bridge rectifier with at least one downstream emitter line (48) is connected.
10. System nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorschaltgerät (14) einen Resonanzwandler aufweist, und dass am Eingang des Anpassgeräts (18) serielle und/oder parallele10. System according to one of claims 1 to 9, characterized in that the ballast (14) comprises a resonant converter, and that at the input of the adapter device (18) serial and / or parallel
Blindelemente (52), insbesondere Kondensatoren zur frequenzabhängigen Anpassung des Impedanzverlaufs vorgesehen sind. System nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gleichstrominduktivität (54) zur Glättung des Transformator-Ausgangsstroms in Serie mit einem Emitterstrang (48) geschaltet ist. Blind elements (52), in particular capacitors for frequency-dependent adjustment of the impedance curve are provided. System according to one of claims 1 to 10, characterized in that a Gleichstrominduktivität (54) for smoothing the transformer output current in series with an emitter line (48) is connected.
12. System nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichstrominduktivität (54) durch einen geeigneten Wicklungsaufbau des Transformators als Streuinduktivität ausgebildet ist. 12. System according to claim 1 1, characterized in that the Gleichstrominduktivität (54) is formed by a suitable winding structure of the transformer as stray inductance.
13. System nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Emitterstrang (48) zwischen 5 und 100 in Reihe geschaltete Halbleiterbausteine (50) als UV-Strahlungsquelle aufweist. 13. System according to any one of claims 1 to 12, characterized in that each emitter line (48) has between 5 and 100 series-connected semiconductor devices (50) as UV radiation source.
14. System nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Emitterstrang (48) mit einem durch den jeweils vorgeschalteten Transformator (40) definierten konstanten Strom betrieben ist. 14. System according to any one of claims 1 to 13, characterized in that each emitter line (48) is operated with a constant current defined by the respectively upstream transformer (40).
System nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterbausteine (50) als UV-Strahlung emittierende UV-LEDs, UV-VCSEL oder UV-Laserdioden ausgebildet sind. System according to one of claims 1 to 14, characterized in that the semiconductor components (50) are designed as UV-emitting UV LEDs, UV-VCSEL or UV laser diodes.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Anpassgerät (18) einen Detektor (56) zur Erfassung einer Überspannung und einen durch den Detektor (56) angesteuerten, zu dem Emitterstrang (48) parallelen Schalter (60) für einen gesteuerten Kurzschlussbetrieb aufweist. A system according to any one of claims 1 to 15, characterized in that the fitting device (18) comprises a detector (56) for detecting an overvoltage and a switch (60) controlled by the detector (56) and parallel to the emitter line (48) controlled short-circuit operation has.
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