DE10136501C1

DE10136501C1 - Substrate heating device using electromagnetic radiation has cooling medium feed with integrated flow channel directing cooling medium onto substrate outside heated area

Info

Publication number: DE10136501C1
Application number: DE2001136501
Authority: DE
Inventors: Gunther Ackermann; Barbara Gerstendoerfer-Hart
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-07-27
Filing date: 2001-07-27
Publication date: 2002-11-07
Anticipated expiration: 2021-07-28

Abstract

The heating device has one or more electromagnetic radiation sources (1) and one or more reflectors (2) and incorporates a cooling medium feed (3), for circulating a gas or liquid cooling medium (4) around each electromagnetic radiation source and/or cooling ribs (8) of the reflectors. The cooling medium feed has one or more integrated flow channels (5) for increasing the flow velocity of the cooling medium flow and directing it onto the substrate (6) on the outside of the heated area.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erwärmung von Substraten mit einem oder mehreren Emittern zur Emission von elektromagnetischer Strahlung sowie mit einem oder mehreren, vorzugsweise düsenartigen, Strömungs kanälen für das erwärmte Kühlmittel, mit den im Oberbe griff des Patentanspruchs (1) angegebenen Merkmalen.The present invention relates to a device for Heating of substrates with one or more emitters for the emission of electromagnetic radiation as well as with one or more, preferably nozzle-like, flow channels for the heated coolant, with those in the upper handle of claim (1) features specified.

Zum Stand der Technik gehören Vorrichtungen zur Erwärmung von Substraten, welche mittels eines Heißluftstromes die Erwärmung eines Substrates herbeiführen.The prior art includes devices for heating of substrates, which the by means of a hot air stream Induce heating of a substrate.

Ein wesentlicher Nachteil derartiger bekannter Vorrichtun gen zur Erwärmung von Substraten mittels eines Heißluft stromes liegt darin, daß dort große Wärmemengen dem zu er wärmenden Substrat nicht zugeführt werden können.A major disadvantage of such known devices conditions for heating substrates using hot air Stromes lies in the fact that there are large amounts of heat warm substrate can not be supplied.

Die Zufuhr von besonders großen Wärmemengen auf das zu er wärmende Substrat ist beispielsweise bei der Trocknung bei hohen Bandgeschwindigkeiten des zu erwärmenden Substrates erforderlich, insbesondere in drucktechnischen Prozessen oder bei Lackiervorgängen.The supply of particularly large amounts of heat to it warming substrate is during drying, for example high belt speeds of the substrate to be heated required, especially in printing processes or during painting processes.

Ein weiterer Nachteil der bekannten, auf einem Heißluft strom basierenden Vorrichtungen zur Erwärmung von Substra ten, ist darin zu sehen, daß sich dort das unterhalb des zu erwärmenden Substrates befindliche Trägermaterial auf grund des Wärmeleiteffektes in der Regel stark erwärmt, wodurch es zu stets unerwünschten Formveränderungen des Trägermaterials in Gestalt von Schrumpf und/oder Verzug kommt.Another disadvantage of the known, on a hot air current-based devices for heating substra can be seen in the fact that there is below the substrate to be heated substrate usually warmed up due to the thermal conductivity effect, which always leads to undesirable changes in shape of the Backing material in the form of shrinkage and / or warpage comes.

Besonders nachteilig ist dort ferner, daß die Energie für die Erwärmung des Heißluftstromes nur mit einem niedrigen Wirkungsgrad ausgenutzt werden kann. It is also particularly disadvantageous that the energy for the heating of the hot air flow only with a low Efficiency can be exploited.

Der Energieverbrauch zur Erzeugung eines Heißluftstromes ist daher sehr hoch.The energy consumption for generating a hot air stream is therefore very high.

Aus der US 4 143 278 ist ferner eine Vorrichtung zur Aus härtung von Produkten mittels Strahlung bekannt, welche eine mit einem Kühlmittel durchströmte Kühlschlange inner halb des Gehäuses umfaßt, um die Temperatur der Luft in dem Gehäuse zu verringern.From US 4 143 278 is a device for off hardening of products by means of radiation, which a cooling coil through which a coolant flows half of the housing covers the temperature of the air in to reduce the housing.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist nun die Bereitstel lung einer Vorrichtung zur Erwärmung von Substraten, wel che zielgerichtet und besonders effektiv - das heißt ener giesparend - die Zufuhr besonders großer Wärmemengen zu ei nem zu erwärmenden Substrat ermöglicht, auf den Einsatz energieverschwendender Heißluftdüsen verzichtet und das Problem von Formveränderungen insbesondere des unterhalb des zu erwärmenden Substrates befindlichen Trägermaterials nicht kennt.The object of the present invention is now to provide development of a device for heating substrates, wel targeted and particularly effective - that means ener Giesparend - the supply of particularly large amounts of heat to egg enables the substrate to be heated to use dispenses with energy-wasting hot air nozzles and that Problem of shape changes especially the one below of the substrate to be heated does not know.

Erfindungsgemäß wir diese Aufgabe bei einer gattungsgemä ßen Vorrichtung durch die im kennzeichnenden Teil des Pa tentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.According to the invention we perform this task in a generic ß device by the in the characterizing part of Pa Features specified 1 solved.

Besonders bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.Particularly preferred embodiments are the subject of Dependent claims.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:Embodiments of the invention are based on the Drawings described in more detail. Show it:

Fig. 1 einen schematischen Querschnitt durch eine erfin dungsgemäße Vorrichtung zur Erwärmung von Substraten mit einem Kühlmittel-Zufuhrkanal und einem Abluftkanal; Figure 1 is a schematic cross section through an inventive device for heating substrates with a coolant supply channel and an exhaust air duct.

Fig. 2 einen Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Vor richtung zur Erwärmung eines Substrates entlang der Linie A-A in Fig. 1; Fig. 2 is a longitudinal section of an inventive pre direction for heating a substrate along the line AA in Fig. 1;

Fig. 3 einen schematischen Querschnitt einer erfindungs gemäßen Vorrichtung zur Erwärmung eines Substrates entlang der Linie B-B in Fig. 1; Figure 3 is a schematic cross section of an inventive device for heating a substrate along the line BB in Fig. 1.

Fig. 4 eine schematische, ausschnittsweise Vergrößerung eines erfindungsgemäß verwendeten polygonalen Reflektors mit Kühlrippen und Kanälen für ein flüssiges Kühlmittel. Fig. 4 is a schematic, partial enlargement of a polygonal reflector used according to the invention with cooling fins and channels for a liquid coolant.

Wie bereits aus Fig. 1 hervorgeht, umfaßt die erfindungs gemäße Vorrichtung zur Erwärmung von Substraten einen oder mehrere Emitter (1) zur Emission von elektromagnetischer Strahlung im Wellenlängenbereich von 200 nm bis 10000 nm, vorzugsweise von 700 nm bis 2500 nm, insbesondere von 800 nm bis 1500 nm.As can be seen already from Fig. 1, the fiction, modern apparatus comprises for the heating of substrates one or more emitters (1) for emitting electromagnetic radiation in the wavelength range of 200 nm to 10,000 nm, preferably from 700 nm to 2500 nm, especially 800 nm up to 1500 nm.

In der Regel verfügt die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erwärmung von Substraten darüber hinaus über einen oder mehrere starre oder zumindest in ihrer Geometrie oder hin sichtlich ihrer Ausrichtung oder ihres Anbringungsortes verstellbare Reflektoren (2) zur Ausrichtung der von dem oder den Emittern (1) emittierten Strahlung in Richtung eines zu bestrahlenden Substrates (6).As a rule, the device according to the invention for heating substrates also has one or more rigid reflectors ( 2 ) which can be adjusted at least in terms of their geometry or in terms of their orientation or their location for orienting the radiation emitted by the emitter (s) ( 1 ) Direction of a substrate ( 6 ) to be irradiated.

Gegebenenfalls verfügen die Reflektoren (2) über Kanäle (11) für ein flüssiges und/oder gasförmiges Kühlmittel (4).The reflectors ( 2 ) may have channels ( 11 ) for a liquid and / or gaseous coolant ( 4 ).

Bei dem zu bestrahlenden Substrat (6) handelt es sich bei spielsweise um lackierte Flächen oder um bedruckte Flächen im Rahmen eines drucktechnischen Prozesses.The substrate ( 6 ) to be irradiated is, for example, painted surfaces or printed surfaces as part of a printing process.

Ein wesentliches Merkmal der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erwärmung von Substraten besteht darin, daß sie eine oder mehrere ein- oder mehrteilige Kühlmittelführungen (3) zur Führung eines verdichteten oder nicht verdichteten gasförmigen und/oder eines flüssigen Kühlmittels (4) ent lang dem oder den Emittern (1) und/oder entlang dem oder den Reflektoren (2) und/oder entlang den Kühlrippen (8) der Reflektoren (2) umfaßt.An essential feature of the device for heating substrates according to the invention is that it has one or more one-part or multi-part coolant guides ( 3 ) for guiding a compressed or non-compressed gaseous and / or a liquid coolant ( 4 ) along the emitter (s) ( 1 ) and / or along or the reflectors ( 2 ) and / or along the cooling fins ( 8 ) of the reflectors ( 2 ).

In der Regel weist diese mindestens eine Kühlmittelführung (3) stromabwärts einen oder mehrere integrierte Strömungs kanäle (5) zur Ausrichtung sowie zur Erhöhung der Strö mungs-Geschwindigkeit des durchströmenden erwärmten Kühl mittels (4) auf.As a rule, this has at least one coolant guide ( 3 ) downstream one or more integrated flow channels ( 5 ) for alignment and for increasing the flow velocity of the heated cooling medium flowing through ( 4 ).

Alternativ hierzu können stromabwärts von der Kühlmittel führung (3) sowie in mittelbarer oder unmittelbarer Ver bindung hierzu, ein oder mehrere von der mindestens einen Kühlmittelführung (3) separate Strömungskanäle (5) zur Ausrichtung sowie zur Erhöhung der Strömungsgeschwindig keit des durchströmenden Kühlmittels (4) vorgesehen sein.Alternatively, downstream of the coolant guide ( 3 ) and in direct or indirect connection to this, one or more flow channels ( 5 ) separate from the at least one coolant guide ( 3 ) for alignment and for increasing the flow rate of the coolant flowing through ( 4 ) be provided.

Vorzugsweise sind diese Strömungskanäle (5) stumpfwinklig und/oder spitzwinklig und/oder rechtwinklig und/oder par allel von oben und/oder von unten auf das zu bestrahlende Substrat (6) ausrichtbar, wobei die aus den Strömungskanä len (5) austretende Kühlmittel-Strömung beispielsweise la minar, turbulent oder verwirbelt ist.These flow channels ( 5 ) can preferably be aligned at an obtuse angle and / or acute angle and / or at right angles and / or in parallel from above and / or from below to the substrate ( 6 ) to be irradiated, the coolant emerging from the flow channels ( 5 ) Flow is, for example, la minar, turbulent or turbulent.

Zur Ausrichtung sowie zur Erhöhung der Strömungsgeschwin digkeit des durchströmenden Kühlmittels (4) können die Austrittsöffnungen des oder der Strömungskanäle (5) bei spielsweise im wesentlichen düsenartig mit unveränderbaren oder veränderbaren Querschnitten ausgestaltet sein. Dabei kann der Querschnitt des Strömungskanales beispielsweise stetig und/oder unstetig veränderlich sein. To align and to increase the speed of the flow of the coolant flowing through ( 4 ), the outlet openings of the flow channel (s) ( 5 ) can be configured, for example, essentially nozzle-like with unchangeable or changeable cross sections. The cross section of the flow channel can be continuously and / or discontinuously variable, for example.

In der Regel liegt die Strömungsgeschwindigkeit des Kühl mittels (4) beim Austritt aus dem oder den Strömungskanä len (5) im Bereich von 5 m pro Sekunde bis 200 m pro Se kunde, vorzugsweise von 10 m pro Sekunde bis 150 m pro Se kunde, insbesondere im Bereich von 20 m pro Sekunde bis 100 m pro Sekunde. As a rule, the flow rate of the cooling means ( 4 ) when it emerges from the flow channel or channels ( 5 ) is in the range from 5 m per second to 200 m per second, preferably from 10 m per second to 150 m per second, in particular in the range from 20 m per second to 100 m per second.

Der Vorteil einer Ausrichtung des gegebenenfalls durch die Reflektoren (2) und/oder die Emitter (1) erhitzten Kühl mittels (4) in einem gegebenenfalls scharfen, gebündelten Strahl auf die Oberfläche des zu erwärmenden Substrates (6) führt insbesondere zu dem Vorteil, daß die Oberfläche des zu erwärmenden Substrates (6) zumindest etwas "aufge rissen" wird.The advantage of aligning the cooling means ( 4 ) possibly heated by the reflectors ( 2 ) and / or the emitters ( 1 ) in an optionally sharp, focused beam onto the surface of the substrate ( 6 ) to be heated leads in particular to the advantage that the surface of the substrate ( 6 ) to be heated is at least somewhat "torn".

Insbesondere in dem zu erwärmenden Substrat enthaltene, unerwünschte Lösungsmittelreste können dann besonders schnell und effektiv aus dem zu erwärmenden Substrat (6) entfernt werden. Unterstützt wird dieser Aufreiß- und Aus spüleffekt durch die vorzugsweise dem "Aufreißvorgang" nachgeschaltete Bestrahlung mittels der Emitter (1).Unwanted solvent residues contained in the substrate to be heated can then be removed particularly quickly and effectively from the substrate ( 6 ) to be heated. This tear-open and rinse effect is supported by the radiation, preferably following the "tear-open process", by means of the emitters ( 1 ).

Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erwärmung von Substraten mit solchen beispielsweise düsenartigen Strömungskanälen (5) liegt darin, daß die Trocknungszeit des zu erwärmenden Substrates erheblich verkürzt wird und die Durchlaufgeschwindigkeit im Ver gleich zu herkömmlichen Vorrichtungen zur Erwärmung von Substraten um mindestens 50% erhöht werden kann. Die dra stische Erhöhung der Bandlaufgeschwindigkeit führt zu ei nem äußerst wünschenswerten, erheblich gesteigerten Durch satz beispielsweise der gesamten drucktechnischen Anlage oder Lackierstraße.A major advantage of the device according to the invention for heating substrates with such, for example, nozzle-like flow channels ( 5 ) is that the drying time of the substrate to be heated is considerably shortened and the throughput speed is increased by at least 50% compared to conventional devices for heating substrates can. The drastic increase in the belt running speed leads to an extremely desirable, significantly increased throughput, for example of the entire printing system or coating line.

Vorzugsweise sind das Volumen und/oder die Strömungsge schwindigkeit des Kühlmittels (4) beispielsweise durch Klappen oder Mischklappen (12) steuerbar und/oder durch einen Regelprozeß regelbar.The volume and / or the speed of the coolant ( 4 ) can preferably be controlled and / or regulated by a control process, for example by means of flaps or mixing flaps ( 12 ).

Die gegebenenfalls vorgesehene permanente Überwachung des Volumens und/oder der Strömungsgeschwindigkeit des Kühl mittels (4) leistet einen wesentlichen Beitrag zur explosionsgeschützten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vor richtung zur Erwärmung von Substraten.The optionally provided permanent monitoring of the volume and / or the flow rate of the cooling means ( 4 ) makes a significant contribution to the explosion-proof design of the device according to the invention for heating substrates.

Im Allgemeinen handelt es sich bei dem oder den Emittern (1) um eine oder mehrere Vorrichtungen zur Emission elek tromagnetischer Wellen.In general, the emitter (s) ( 1 ) are one or more devices for emitting electromagnetic waves.

Vorzugsweise sind die Emitter (1) beispielsweise in Form eines oder mehrerer Leuchtmittel mit metallischer oder ke ramischer Glühwendel, eines oder mehrerer Halogenstrahler, eines oder mehrerer Xenonstrahler, eines oder mehrerer Ke ramikstrahler, eines oder mehrerer Gasentladungsleuchtmit tel, eines oder mehrerer UV-Strahler, eines oder mehrerer IR-Strahler, oder in Form einer Kombination hiervon, aus gebildet.The emitters ( 1 ) are preferably, for example, in the form of one or more lamps with metallic or ceramic filament, one or more halogen lamps, one or more xenon lamps, one or more ceramic lamps, one or more gas discharge lamps, one or more UV lamps, one or more IR radiators, or in the form of a combination thereof.

In der Regel ist der mindestens eine Emitter (1) in seiner Neigung und/oder in der Horizontalen und/oder in der Ver tikalen und/oder parallel zu seiner Längsachse verstell bar.As a rule, the at least one emitter ( 1 ) can be adjusted in its inclination and / or in the horizontal and / or in the vertical and / or parallel to its longitudinal axis.

Der oder die Reflektoren (2) können in Form von einem oder mehreren Polygonzügen ausgebildet sein, wobei jeder Poly gonzug einen polygonalen, vieleckigen Querschnitt aufweist und sich zumindest abschnittsweise sowie parallel zu dem oder den Emittern (1) erstreckt.The one or more reflectors ( 2 ) can be in the form of one or more polygonal lines, each polygonal line having a polygonal, polygonal cross-section and extending at least in sections and parallel to the emitter (s) ( 1 ).

Alternativ hierzu können die Reflektoren (2) einen Quer schnitt aufweisen, welcher Kurvensegmente und/oder Geraden und/oder Winkel - oder eine Kombination hiervon - umfaßt oder vollständig hieraus besteht.As an alternative to this, the reflectors ( 2 ) can have a cross section, which comprises curve segments and / or straight lines and / or angles - or a combination thereof - or consist entirely thereof.

In besonders bevorzugten Ausführungsformen können der oder die Reflektoren (2) in der Neigung und/oder in der Horizontalen und/oder in der Vertikalen und/oder parallel zur Längsachse des oder der Emitter verstellbar sein.In particularly preferred embodiments, the one or more reflectors ( 2 ) can be adjustable in inclination and / or in horizontal and / or in vertical and / or parallel to the longitudinal axis of the emitter or emitters.

Gegebenenfalls umfaßt die mindestens eine Kühlmittelfüh rung (3) eine oder mehrere Mischvorrichtungen (12) zur ge steuerten oder geregelten Zufuhr eines Kühlmittels (4) mit Umgebungstemperatur oder in temperiertem Zustand durch ei ne oder mehrere Kühlmittelzuführungen (10) und/oder zur gesteuerten oder geregelten Entnahme von erwärmten Kühl mittel (4) beispielsweise über eine oder mehrere Kühlmit telabführungen (15).If appropriate, the at least one coolant guide ( 3 ) comprises one or more mixing devices ( 12 ) for the controlled or regulated supply of a coolant ( 4 ) at ambient temperature or in a temperature-controlled state by means of one or more coolant supplies ( 10 ) and / or for the controlled or regulated Withdrawal of heated coolant ( 4 ), for example, via one or more coolant discharge means ( 15 ).

Wie insbesondere aus Fig. 1 hervorgeht, kann die erfin dungsgemäße Vorrichtung zur Erwärmung von Substraten (6) einen oder mehrere stromabwärtige Abluftkanäle (9) zur Ab führung des über den oder die Strömungskanäle (5) auf das zu bestrahlende Substrat (6) gerichteten gasförmigen und/oder flüssigen, gegebenenfalls temperierten Kühlmit tels (4) umfassen, vorzugsweise stromabwärts nach der Pas sage des Kühlmittels (4) über das zu bestrahlende Substrat (6).As can be seen in particular from FIG. 1, the device according to the invention for heating substrates ( 6 ) can have one or more downstream exhaust air ducts ( 9 ) for guiding the gaseous substance via the or the flow ducts ( 5 ) onto the substrate ( 6 ) to be irradiated and / or liquid, optionally tempered coolant ( 4 ), preferably downstream after the passage of the coolant ( 4 ) over the substrate ( 6 ) to be irradiated.

In der Regel stehen der oder die Abluftkanäle (9) mit ei ner oder mehreren Vorrichtungen zur Erzeugung von Unter druck in Verbindung.As a rule, the exhaust air duct (s) ( 9 ) are connected to one or more devices for generating negative pressure.

Alternativ oder zusätzlich hierzu können der oder die Ab luftkanäle (9) mit einer oder mehreren Mischvorrichtungen (12) zur gesteuerten oder geregelten Zuleitung beispiels weise von Frischluft oder Kühlmittel mittelbar oder unmit telbar in Verbindung stehen.As an alternative or in addition to this, the air duct or ducts ( 9 ) can be directly or indirectly connected to one or more mixing devices ( 12 ) for the controlled or regulated supply line, for example of fresh air or coolant.

Wie in Fig. 1 dargestellt, kann die erfindungsgemäße Vor richtung zur Erwärmung von Substraten (6) einen separaten oder mit der Kühlmittelführung (3) mittelbar oder unmittelbar in Verbindung stehenden Kühlmittel-Zufuhrkanal (13) umfassen, welcher in strömungstechnischer Hinsicht mittel bar über eine Mischvorrichtung (12) oder unmittelbar mit dem oder den Strömungskanälen (5) in Verbindung steht.As shown in Fig. 1, the device according to the invention for heating substrates ( 6 ) may comprise a separate or directly or directly connected coolant supply channel ( 13 ) with the coolant guide ( 3 ), which in terms of flow technology means a medium bar via a Mixing device ( 12 ) or directly connected to the flow channel (s) ( 5 ).

In der Regel ist jede Mischvorrichtung (12) in Form von Schiebern, Drehschiebern, Ventilen oder Drosselklappen ausgebildet.As a rule, each mixing device ( 12 ) is designed in the form of slide valves, rotary slide valves, valves or throttle valves.

Insbesondere zur explosionsgeschützten Ausbildung der er findungsgemäßen Vorrichtung zur Erwärmung von Substraten (6) können beispielsweise die Kühlmittelführung (3) und/oder die Strömungskanäle (5) insbesondere in ihren stromabwärtigen Bereichen einen oder mehrere Funkengitter (14) und/oder Partikelfilter umfassen, durch welche das erwärmte Kühlmittel (4) strömt.In particular for the explosion-proof design of the device according to the invention for heating substrates ( 6 ), the coolant guide ( 3 ) and / or the flow channels ( 5 ), for example, can include one or more spark grids ( 14 ) and / or particle filters, particularly in their downstream areas, through which the heated coolant ( 4 ) flows.

Die Ausrichtung des oder der Strömungskanäle (5) erfolgt beispielsweise in Bahnlaufrichtung des zu bestrahlenden Substrates (6).The alignment of the flow channel (s) ( 5 ) takes place, for example, in the web running direction of the substrate ( 6 ) to be irradiated.

Insbesondere zur Verbesserung der vorbeschriebenen "Ober flächen-Aufreißwirkung" des gegebenenfalls scharfen Kühl mittelstromes kann die Ausströmrichtung des oder der Strö mungskanäle (5) entgegengesetzt zur Bahnlaufrichtung des zu bestrahlenden Substrates (6) ausgerichtet sein.In particular, to improve the above-described "surface tearing effect" of the possibly sharp coolant flow, the outflow direction of the flow channel (s) ( 5 ) can be oriented opposite to the direction of web travel of the substrate ( 6 ) to be irradiated.

Gegebenenfalls sind in dem Strahlengang zwischen dem oder den Emittern (1) und dem zu bestrahlenden Substrat (6) ei ne oder mehrere Blenden vorgesehen, welche starr oder hin sichtlich ihrer Geometrie und/oder ihrer Ausrichtung und/oder ihres Anbringungsortes verstellbar sind.Optionally provided in the beam path between the emitter or emitters (1) and the egg ne substrate to be irradiated (6) or more diaphragms, which rigid or as to its geometry and / or their orientation and / or its installation location are adjustable.

Die mindestens eine Blende kann beispielsweise vertikal und/oder horizontal verschiebbar und/oder schwenkbar sein, wobei mittels einer Verstellung der Blendenöffnung der Strahlendurchlaß veränderbar ist.The at least one aperture can be vertical, for example and / or be horizontally displaceable and / or pivotable, by means of an adjustment of the aperture of the Radiation transmission is changeable.

Diese Blenden können beispielsweise in Form eines oder mehrerer starrer oder verstellbarer Polygonzüge ausgestal tet sein oder einen Querschnitt aufweisen, welcher Kurven segmente und/oder Geraden und/oder Winkel - oder eine Kom bination hiervon - umfaßt oder vollständig hieraus besteht.These diaphragms can for example be in the form of a or several rigid or adjustable polygons tet or have a cross section, which curves segments and / or straight lines and / or angles - or a com combination of these - includes or consists entirely of them.

Selbstverständlich ist es möglich, anstelle einer Blende zwei Blenden vorzusehen:
So kann die Durchlaßbreite des Strahlenganges beispiels weise durch mindestens zwei in Längsrichtung des Strahlen ganges hintereinander angeordnete Blenden regelbar sein, wobei diese Blenden abhängig oder unabhängig voneinander verstellbar sind und wobei der Strahlendurchlaß beidseitig durch paarweise vorhandene Blenden begrenzt ist.Of course, it is possible to provide two screens instead of one screen:
For example, the passage width of the beam path can be regulated by at least two apertures arranged one behind the other in the longitudinal direction of the rays, these apertures being dependent or independently adjustable and the radiation passage being limited on both sides by apertures which are present in pairs.

In der Regel erfährt zumindest ein Anteil der von dem min destens einen Emitter (1) abgegebenen Strahlung im Strah lengang eine Mehrfach-Reflexion an der mindestens eine Blende.As a rule, at least a portion of the radiation emitted by the at least one emitter ( 1 ) experiences multiple reflection in the beam path at the at least one diaphragm.

Gegebenenfalls sind in dem Strahlengang zwischen dem oder den Emittern (1) und dem zu bestrahlenden Substrat (6) ein oder mehrere Strahlenteiler vorgesehen.If appropriate, one or more beam splitters are provided in the beam path between the emitter (s) ( 1 ) and the substrate ( 6 ) to be irradiated.

Die Farbtemperatur jedes Emitters (1) beträgt beispiels weise mindestens 2300° Kelvin.The color temperature of each emitter ( 1 ) is, for example, at least 2300 ° Kelvin.

In der Regel sind zwischen dem zu bestrahlenden Substrat (6) und dem oder den Emittern (1) eine oder mehrere strah lungsdurchlässige Platten (7) - gegebenenfalls druckdicht - vorgesehen. In general, one or more radiation-permeable plates ( 7 ) - optionally pressure-tight - are provided between the substrate ( 6 ) to be irradiated and the emitter (s) ( 1 ).

Die druckdichte Anbringung der strahlungsdurchlässigen Platte (7) ist insbesondere unter dem Aspekt eines Explo sionsschutzes vorteilhaft.The pressure-tight attachment of the radiation-transmissive plate ( 7 ) is particularly advantageous in terms of explosion protection.

Bei der gegebenenfalls vorhandenen strahlungsdurchlässigen Platte (7) handelt es sich beispielsweise um einen Spek tralfilter.The radiation-permeable plate ( 7 ) which may be present is, for example, a spectral filter.

Zusammenfassend ist festzustellen, daß mit der erfindungs gemäßen Vorrichtung zur Erwärmung von Substraten dank des Einsatzes von Emittern (1) zur Ausstrahlung elektromagne tischer Wellen und des erwärmten Kühlmittelstromes (4) besonders große Wärmemengen in kurzer Zeit dem zu erwär menden Substrat zugeführt werden können.In summary, it can be stated that with the device according to the invention for heating substrates, thanks to the use of emitters ( 1 ) for emitting electromagnetic waves and the heated coolant flow ( 4 ), particularly large amounts of heat can be supplied to the substrate to be heated in a short time.

Die Möglichkeit der Zufuhr von besonders großen Wärmemen gen auf das zu erwärmende Substrat in kurzer Zeit ist bei spielsweise bei der Trocknung bei hohen Bandgeschwindig keiten des zu erwärmenden Substrates vorteilhaft, insbe sondere im drucktechnischen Prozeß oder bei Lackiervorgän gen.The possibility of supplying particularly large amounts of heat is on the substrate to be heated in a short time for example when drying at high belt speeds advantages of the substrate to be heated, esp especially in the printing process or in painting processes gene.

Da die erfindungsgemäßen Strömungskanäle (5) eine exakte Ausrichtung des erwärmten Kühlmittelstromes auf das zu er wärmende Substrat (6) ermöglichen und die elektromagneti sche Strahlung ebenfalls exakt ausschließlich auf das zu erwärmende Substrat (6) richtbar ist, ermöglicht die er findungsgemäße Vorrichtung eine zielgerichtete und aus schließliche Erwärmung des zu erwärmenden Substrates (6). Das Problem der bei den bekannten Erwärmungsvorrichtungen gefürchteten Erwärmung des unterhalb des zu erwärmenden Substrates befindlichen Trägermaterials aufgrund des Wär meleiteffektes, welche stets zu unerwünschten Formverände rungen des Trägermaterials in Gestalt von Schrumpf und/oder Verzug führt, kennt die erfindungsgemäße Vorrich tung deshalb nicht. Since the flow channels ( 5 ) according to the invention allow an exact alignment of the heated coolant flow to the substrate ( 6 ) to be heated and the electromagnetic radiation can also be directed exclusively to the substrate ( 6 ) to be heated, the device according to the invention enables a targeted and from finally heating the substrate to be heated ( 6 ). The problem of the feared heating in the known heating devices of the carrier material located below the substrate to be heated due to the heat-conducting effect, which always leads to undesirable changes in shape of the carrier material in the form of shrinkage and / or distortion, the device according to the invention therefore does not know.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist darin zu sehen, daß sie zur Erwärmung des durch die Strömungskanäle (5) gebündelt austretenden er wärmten Kühlmittelstromes (4) keiner zusätzlichen Energie und insbesondere keiner Energie verschwendenden separaten Heizung bedarf.Another significant advantage of the device according to the invention is that it does not require any additional energy and in particular no energy-wasting separate heating for heating the heated coolant stream ( 4 ) which emerges in bundles through the flow channels ( 5 ).

Erfindungsgemäß wird zur Erwärmung des Kühlmittelstromes (4) vielmehr die ohnehin anfallende Abwärme der Emitter (1) und/oder der Reflektoren (2) beziehungsweise Kühlrip pen (8) verwendet.According to the invention, the waste heat from the emitters ( 1 ) and / or the reflectors ( 2 ) or cooling ribs ( 8 ) is used to heat the coolant flow ( 4 ).

Damit erlaubt die erfindungsgemäße Vorrichtung eine beson ders effektive und energiesparende Zufuhr großer Wärmemen gen zu einem zu erwärmenden Substrat in kürzester Zeit.The device according to the invention thus allows a particular effective and energy-saving supply of large amounts of heat to a substrate to be heated in the shortest possible time.

Claims

1. Vorrichtung zur Erwärmung von Substraten mit einem oder mehreren Emittern (1) zur Emission von elektromagnetischer Strahlung im Wellenlängenbereich von 200 nm bis 10000 nm sowie mit einem oder mehreren starren oder zumindest in ihrer Geometrie oder hinsichtlich ihrer Ausrichtung oder ihres Anbringungsortes verstellbaren Reflektoren (2) mit oder ohne Kühlrippen (8) zur Ausrichtung der von dem oder den Emittern (1) emittierten Strahlung in Richtung eines zu bestrahlenden Substrates (6), dadurch gekennzeichnet, daß sie eine oder mehrere ein- oder mehrteilige Kühlmit telführungen (3) zur Führung eines verdichteten oder nicht verdichteten gasförmigen und/oder eines flüssigen Kühlmit tels (4) entlang dem oder den Emittern (1) und/oder ent lang dem oder den Reflektoren (2) und/oder entlang den Kühlrippen (8) der Reflektoren (2) umfaßt, wobei diese mindestens eine Kühlmittelführung (3) stromabwärts einen oder mehrere integrierte Strömungskanäle (5) zur Ausrich tung sowie zur Erhöhung der Strömungs-Geschwindigkeit des durchströmenden Kühlmittels (4) aufweist oder wobei strom abwärts von der mindestens einen Kühlmittelführung (3) ein oder mehrere separate Strömungskanäle (5) zur Ausrichtung sowie zur Erhöhung der Strömungs-Geschwindigkeit des durchströmenden Kühlmittels (4) nachgeschaltet sind und wobei diese Strömungskanäle (5) stumpfwinklig und/oder spitzwinklig und/oder rechtwinklig und/oder parallel von oben und/oder von unten auf das zu bestrahlende Substrat (6) ausrichtbar sind. 1.Device for heating substrates with one or more emitters ( 1 ) for the emission of electromagnetic radiation in the wavelength range from 200 nm to 10000 nm as well as with one or more rigid or at least in their geometry or with respect to their orientation or their location adjustable reflectors ( 2 ) with or without cooling fins ( 8 ) for aligning the radiation emitted by the emitter (s) ( 1 ) in the direction of a substrate ( 6 ) to be irradiated, characterized in that they have one or more single or multi-part coolant guides ( 3 ) for guidance a compressed or non-compressed gaseous and / or a liquid coolant ( 4 ) along the emitter (s) ( 1 ) and / or along the reflector (s) ( 2 ) and / or along the cooling fins ( 8 ) of the reflectors ( 2 ) comprising at least one coolant guide ( 3 ) downstream one or more integrated flow channels ( 5 ) for alignment and for increasing the flow speed of the coolant flowing through ( 4 ) or wherein downstream of the at least one coolant guide ( 3 ) one or more separate flow channels ( 5 ) for alignment and for increasing the flow speed of the coolant flowing through ( 4 ) are connected downstream and these flow channels ( 5 ) can be aligned at an obtuse angle and / or acute angle and / or at right angles and / or in parallel from above and / or from below to the substrate ( 6 ) to be irradiated.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnungen des oder der Strömungskanäle (5) düsenartig mit unveränderbarem oder veränderbarem Querschnitt ausgestaltet sind, wobei die aus den Strö mungskanälen (5) austretende Kühlmittel-Strömung laminar oder turbulent ist.2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the outlet openings of the flow channel (s) ( 5 ) are designed nozzle-like with an unchangeable or changeable cross-section, the coolant flow emerging from the flow flow channels ( 5 ) being laminar or turbulent.

3. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsge schwindigkeit des Kühlmittels (4) beim Austritt aus dem oder den Strömungskanälen (5) im Bereich von 5 m pro Se kunde bis 200 m pro Sekunde liegt.3. A device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the speed of the coolant ( 4 ) as it exits the flow channel or channels ( 5 ) is in the range from 5 m per second to 200 m per second.

4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen und/oder die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels (4) regelbar sind.4. Device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the volume and / or the flow rate of the coolant ( 4 ) are adjustable.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem oder den Emittern (1) um eine oder mehrere Vorrichtungen zur Emission elektromagnetischer Wellen in Form eines oder mehrerer Leuchtmittel mit metallischer oder keramischer Glühwendel, eines oder mehrerer Halogenstrahler, eines oder mehrerer Xenonstrahler, eines oder mehrerer Kera mikstrahler, eines oder mehrerer Gasentladungsleuchtmit tel, oder einer Kombination hiervon, handelt.5. The device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the emitter (s) ( 1 ) is one or more devices for emitting electromagnetic waves in the form of one or more lamps with metallic or ceramic filament, one or more halogen lamps , one or more xenon emitters, one or more ceramic emitters, one or more gas discharge lamps, or a combination thereof.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem oder den Emittern (1) um einen oder mehrere UV-Strahler handelt. 6. The device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the one or more emitters ( 1 ) is one or more UV lamps.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem oder den Emittern (1) um einen oder mehrere IR-Strahler handelt.7. The device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the one or more emitters ( 1 ) is one or more IR radiators.

8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Emitter (1) in der Neigung und/oder in der Horizontalen und/oder in der Vertikalen und/oder parallel zu seiner Längsachse verstellbar ist.8. The device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the at least one emitter ( 1 ) is adjustable in inclination and / or in the horizontal and / or in the vertical and / or parallel to its longitudinal axis.

9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Re flektoren (2) in Form von einem oder mehreren Polygonzügen ausgebildet sind, wobei jeder Polygonzug einen vieleckigen Querschnitt aufweist und sich zumindest abschnittsweise entlang sowie parallel zu dem oder den Emittern (1) er streckt.9. The device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the one or more reflectors ( 2 ) are designed in the form of one or more polygons, each polygon having a polygonal cross-section and at least in sections along and parallel to the or the emitter ( 1 ) he stretches.

10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Reflekto ren (2) einen Querschnitt aufweisen, welcher Kurvensegmen te und/oder Geraden und/oder Winkel - oder eine Kombination hiervon - umfaßt oder vollständig hieraus besteht.10. The device according to one or more of claims 1 to 8, characterized in that the one or more reflectors ( 2 ) have a cross section, which te segments and / or straight lines and / or angles - or a combination thereof - comprises or completely thereof consists.

11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Reflektoren (2) in der Neigung und/oder in der Horizonta len und/oder in der Vertikalen und/oder parallel zur Längsachse des oder der Ermitter (1) verstellbar sind. 11. The device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the one or more reflectors ( 2 ) in the inclination and / or in the horizontal and / or in the vertical and / or parallel to the longitudinal axis of the or the emitter ( 1 ) are adjustable.

12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlmittel führung (3) eine oder mehrere Mischvorrichtungen (12) zur gesteuerten oder geregelten Zufuhr eines Kühlmittels (4) mit Umgebungstemperatur oder in temperiertem Zustand durch eine oder mehrere Kühlmittelzuführungen (10) und/oder zur gesteuerten oder geregelten Entnahme von erwärmtem Kühl mittel (4) über eine oder mehrere Kühlmittelabführungen (15) umfaßt.12. The device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the coolant guide ( 3 ) one or more mixing devices ( 12 ) for the controlled or regulated supply of a coolant ( 4 ) at ambient temperature or in a tempered state by one or more coolant supplies ( 10 ) and / or for the controlled or regulated removal of heated coolant ( 4 ) via one or more coolant discharges ( 15 ).

13. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen oder mehrere stromabwärtige Abluftkanäle (9) zur Abführung des über den oder die Strömungskanäle (5) auf das zu bestrah lende Substrat (6) gerichteten gasförmigen und/oder flüs sigen Kühlmittels (4) - nach der Passage des zu bestrahlen den Substrates (6) - umfaßt.13. The device according to one or more of the preceding claims, characterized in that it has one or more downstream exhaust air channels ( 9 ) for removing the gaseous and / or directed over the or the flow channels ( 5 ) on the substrate ( 6 ) to be irradiated liquid coolant ( 4 ) - after the passage of the substrate ( 6 ) to be irradiated - comprises.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Abluftkanäle (9) mit einer oder mehreren Vorrichtungen zur Erzeugung von Unterdruck und/oder mit einer oder mehreren Mischvorrichtungen (12) zur gesteuer ten oder geregelten Zufuhr von Luft oder Kühlmittel mit telbar oder unmittelbar in Verbindung stehen.14. The apparatus according to claim 13, characterized in that the or the exhaust air channels ( 9 ) with one or more devices for generating negative pressure and / or with one or more mixing devices ( 12 ) for the controlled or regulated supply of air or coolant with telbar or directly connected.

15. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Kühl mittel-Zufuhrkanal (13) umfaßt, welcher in strömungstech nischer Hinsicht mittelbar über eine Mischvorrichtung (12) oder unmittelbar mit dem oder den Strömungskanälen (5) in Verbindung steht. 15. The device according to one or more of the preceding claims, characterized in that it comprises a coolant supply channel ( 13 ) which, in terms of flow technology, indirectly via a mixing device ( 12 ) or directly with the flow channel (s) ( 5 ) Connection is established.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15 dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlmittel-Zufuhrkanal (13) mittelbar oder unmit telbar mit der Kühlmittelführung (3) in Verbindung steht.16. The apparatus according to claim 15, characterized in that the coolant supply channel ( 13 ) is directly or indirectly with the coolant guide ( 3 ) in connection.

17. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß jede Mischvorrichtung (12) in Form von Schiebern, Drehschiebern, Ventilen oder Drosselklappen ausgebildet ist.17. The apparatus according to claim 12, characterized in that each mixing device ( 12 ) is designed in the form of slides, rotary valves, valves or throttle valves.

18. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlmittel führung (3) und/oder die Strömungskanäle (5) in ihren stromabwärtigen Bereichen ein oder mehrere Funkengitter (14) und/oder Partikelfilter umfassen, durch welche das erwärmte Kühlmittel (4) fließt.18. The device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the coolant guide ( 3 ) and / or the flow channels ( 5 ) in their downstream areas comprise one or more spark grids ( 14 ) and / or particle filter, through which the heated coolant ( 4 ) flows.

19. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausström richtung des oder der Strömungskanäle (5) in Bahnlaufrich tung oder entgegengesetzt zur Bahnlaufrichtung des zu be strahlenden Substrates (6) ausgerichtet ist.19. The device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the outflow direction of the flow channel (s) ( 5 ) in the web running direction or opposite to the web running direction of the substrate to be radiated ( 6 ) is aligned.

20. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Strah lengang zwischen dem oder den Emittern (1) und dem zu be strahlenden Substrat (6) eine oder mehrere Blenden vorge sehen sind, welche starr oder hinsichtlich ihrer Geometrie und/oder ihrer Ausrichtung verstellbar sind.20. The device according to one or more of the preceding claims, characterized in that in the beam lengang between the emitter (s) ( 1 ) and the substrate to be irradiated ( 6 ) one or more diaphragms are provided, which are rigid or in terms of their Geometry and / or their orientation are adjustable.

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Blenden in Form eines oder mehrerer starrer oder hinsichtlich ihrer Geometrie oder Ausrichtung oder Anbrin gungspositionen verstellbarer Polygonzüge ausgestaltet sind oder einen Querschnitt aufweisen, welcher Kurvenseg mente und/oder Geraden und/oder Winkel - oder eine Kombina tion hiervon - umfaßt oder vollständig hieraus besteht.21. The apparatus according to claim 20, characterized in that the panels in the form of one or more rigid or in terms of their geometry or orientation or mounting positions of adjustable polygons are or have a cross section, which curve segment elements and / or straight lines and / or angles - or a combination tion thereof - includes or consists entirely of this.

22. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Blende vertikal und/oder horizontal verschiebbar und/oder schwenkbar ist, wobei mittels einer Verstellung der Blen denöffnung der Strahlendurchlaß veränderbar ist.22. The device according to one or more of claims 20 or 21, characterized in that the at least one Aperture vertically and / or horizontally displaceable and / or is pivotable, by means of an adjustment of the Blen the opening of the radiation passage is changeable.

23. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchlaßbreite des Strahlenganges durch mindestens zwei in Längsrichtung des Strahlenganges hintereinander angeordnete Blenden regelbar ist, wobei diese Blenden ab hängig oder unabhängig voneinander verstellbar sind und wobei der Strahlendurchlaß beidseitig durch paarweise vor handene Blenden begrenzt ist.23. The device according to claim 20, characterized in that that the passage width of the beam path through at least two in the longitudinal direction of the beam path Arranged diaphragms is adjustable, these diaphragms from are adjustable independently of each other and the radiation passage on both sides by in pairs existing apertures is limited.

24. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Anteil der von dem mindestens einem Emitter (1) abgegebenen Strahlung im Strahlengang eine Mehrfach-Reflexion an der mindestens einen Blende erfährt.24. The device according to claim 20, characterized in that at least a portion of the radiation emitted by the at least one emitter ( 1 ) undergoes multiple reflection in the beam path at the at least one diaphragm.

25. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Strahlengang ein oder mehrere Strahlenteiler vorgesehen sind.25. Device according to one or more of the preceding the claims, characterized in that in the beam path one or more beam splitters are provided.

26. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Farbtempe ratur jedes Emitters (1) mindestens 2300° Kelvin beträgt. 26. The device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the color temperature of each emitter ( 1 ) is at least 2300 ° Kelvin.

27. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem zu bestrahlenden Substrat (6) und dem oder den Emittern (1) eine oder mehrere strahlungsdurchlässige Platten (7) vor gesehen sind.27. The device according to one or more of the preceding claims, characterized in that one or more radiation-transparent plates ( 7 ) are seen between the substrate ( 6 ) to be irradiated and the emitter (s) ( 1 ).

28. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem zu bestrahlenden Substrat (6) und dem oder den Emittern (1) eine oder mehrere strahlungsdurch lässige Platten (7) druckdicht vorgesehen sind.28. The apparatus according to claim 27, characterized in that between the substrate to be irradiated ( 6 ) and the one or more emitters ( 1 ) one or more radiation-permeable plates ( 7 ) are provided pressure-tight.

29. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, daß die strahlungsdurch lässige Platte (7) ein Spektralfilter ist.29. The device according to one or more of claims 27 or 28, characterized in that the radiation-permeable plate ( 7 ) is a spectral filter.