DE10153878B4 - Anlage zum Strahlungshärten - Google Patents
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Abstract
Anlage
zum Strahlungshärten,
mit einer Strahlungskammer (2), die einen mit wenigstens einem Strahler
(6, 7) für
Härtungsstrahlen
versehenen Strahlungsbereich (5) sowie seitlich hierzu jeweils einen
Eingangsbereich (3) und einen Ausgangsbereich (4) zum Herein- und
Herausführen
von mit einer zu härtenden
Beschichtung versehenen Teile (24) aufweist, wobei der Eingangsbereich
(3) und/oder der Ausgangsbereich (4) als Inertgasschleuse (15, 16)
ausgebildet ist, mit einem äußeren Mantelrohr
(18) und einem unter Ausbildung eines Ringspaltes (19) beabstandet
vom äußeren Mantelrohr
(18) angeordneten inneren Mantelrohr (17), das auf Seiner dem Strahlungsbereich
(5) abgewandten Seite im wesentlichen strömungsdicht mit dem äußeren Mantelrohr
(18) verbunden ist, wobei der Ringspalt (19) mit wenigstens einer
Gaszuführung
(22) für
ein Inertgas strömungsverbunden
ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungskammer (2) mit einer
Gasableitung zum Abführen
von Inertgas aus der Strahlungskammer versehen ist.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Anlage zum Strahlungshärten, mit einer Strahlungskammer, die einen mit wenigstens einem Strahler für Härtungsstrahlen, versehenen Strahlungsbereich sowie seitlich hierzu jeweils einen Eingangs- und einen Ausgangsbereich zum Herein- bzw. Herausführen von mit einer zu härtenden Beschichtung versehenen Teilen aufweist, wobei der Eingangsbereich und/oder der Ausgangsbereich als Inertgasschleuse ausgebildet ist, mit einem äußeren Mantelrohr und einem unter Ausbildung eines Ringspaltes beabstandet vom äußeren Mantelrohr angeordneten inneren Mantelrohr, das auf seiner dem Strahlungsbereich abgewandten Seite im wesentlichen strömungsdicht mit dem äußeren Mantelrohr verbunden ist, wobei der Ringspalt mit wenigstens einer Gaszuführung für ein Inertgas strömungsverbunden ist.
- Unter Strahlungshärten versteht man die schnelle Umwandlung von Flüssigkeiten, die hauptsächlich aus Monomeren oder Oligomeren bestehen, in feste Polymere durch Ultraviolett- oder Elektronenbestrahlung. Technische Bedeutung erlangt haben bislang insbesondere Acrylsäureester, Epoxy-, Polyester-, Urethan- und Polyether-Acrylate sowie Epoxide und Vinylether. Als Quellen für die ultraviolette Strahlung stehen derzeit Quecksilber-Mitteldrucklampen oder Exzimerstrahler zur Verfügung. Niederenergie-Elektronenstrahler werden vorwiegend dort eingesetzt, wo dicke und/oder pigmentierte Schichten gehärtet werden müssen.
- Seit den Anfängen des Strahlungshärtens ist bekannt, dass Sauerstoff eine Inhibierung bewirkt, welche die Oberflächeneigenschaften beeinträchtigt und zu einer Verlangsamung des Härtungsvorgangs führt. Aus diesem Grunde wurde vorgeschlagen, die Strahlungshärtung unter inerten, d.h. sauerstofffreien Bedingungen durchzuführen, wobei als Inertgas überwiegend Stickstoff zum Einsatz kommt.
- In der Firmenzeitschrift „gas aktuell" 54, 22 (1998) ist eine Anlage zum Strahlungshärten von Druckfarben beschrieben, bei der die mit der zu härtenden Beschichtung versehenen Druckvorlagen unter inerten Bedingungen einer Bestrahlung mit UV- oder Elektronenstrahlen ausgesetzt werden. Dabei wird ein Inertgas, etwa Stickstoff unmittelbar vor und hinter dem Strahler eingedüst. Da bei der Zuführung der Teile in die Anlage ein Eintrag von Luftsauerstoff unvermeidlich ist, wird der Sauerstoffanteil in der Innenatmosphäre der Anlage laufend überwacht und bei Bedarf Inertgas zugegeben.
- Nachteilig bei diesem vorbekannten Stand der Technik ist, dass eine Schleusung größerer dreidimensionaler Teile zu einem hohen Inertgasverbrauch führen würde. Auch dann fände nach wie vor ein deutlicher Eintrag von Luftsauerstoff in das Innere der Anlage statt; der durch eine entsprechend hohe Zufuhr an Inertgas ausgeglichen werden müsste. Eine Schleusung der einzelnen Teile durch mechanische Schleusen wäre sehr aufwändig und stellte einen die Kapazität der Anlage begrenzender Faktor dar.
- Um den Eintrag von Luftsauerstoff beim Transport größerer, dreidimensionaler Teile zu vermindern, wird in der
DE 10051109 C1 vorgeschlagen, den Eingangsbereich und/oder den Ausgangsbereich einer Anlage zum Strahlungshärten als Inertgasschleuse auszubilden. Die Inertgasschleuse ist mit einem äußeren Mantelrohr und einem unter Ausbildung eines Ringspaltes beabstandet von dem äußeren Mantelrohr angeordneten inneren Mantelrohr versehen, das auf seiner dem Strahlungsbereich abgewandten Seite im wesentlichen strömungsdicht mit dem äußeren Mantelrohr verbunden ist, wobei der Ringspalt mit wenigstens einer Gaszuführung für ein Inertgas strömungsverbunden ist. - Die Sauerstoffkonzentration in der Strahlungskammer wird bei diesem Gegenstand also dadurch reduziert, dass im Eingangsbereich und/oder dem Ausgangsbereich jeweils eine Inertgasschleuse angeordnet ist, in deren Ringspalt Inertgas einströmt und von dort in Richtung auf den Strahlungsbereich der Strahlungskammer gelenkt wird. An der Mündungsöffnung des Ringspaltes wird der Inertgasstrom durch einen im Innern der Strahlungskammer herrschenden Überdruck in Richtung auf die zentrale Achse des Eingangs- bzw. Ausgangsbereich hin umgelenkt. Der Überdruck innerhalb der Inertgaskammer entsteht dabei durch fortwährende Zuführung von Inertgas durch die Gaszuführungen der Inertgasschleusen und/oder durch eine direkte Gaszuführung in das Innere der Strahlungskammer. Auf diese Weise verhindert die Inertgasschleuse wirkungsvoll den Eintritt von Luftsauerstoff in das Innere der Strahlungskammer. Die erfindungsgemäße Anlage kommt somit ohne den Einsatz beweglicher mechanischer Teile aus, die störungsanfällig sind und im Betrieb dem kontinuierlichen Transport der mit der zu härtenden Schicht versehenen Teile hinderlich sein können.
- Inertgasschleusen dieser Art sind an sich aus der
DE 39 14 783 A1 vorbekannt, auf die hier ausdrücklich Bezug genommen wird. Die dort beschriebene Inertgasschleuse ist an der Beschickungsöffnung eines chemischen Reaktionsbehälters angeordnet und dient dazu, das Eindringen von Fremdgasen während einer von Zeit zu Zeit erforderlichen Beschickung des Behälters mit Reaktionsstoffen zu unterbinden. Nach Beendigung der Beschickung wird der Reaktionsbehälter mit einem Deckel verschlossen. Bei der vorliegenden Erfindung werden Inertgasschleusen erstmals zur dauerhaften Inertisierung des Innenraums einer Anlage zum Strahlungshärten eingesetzt, die kontinuierlich von zu behandelnden Gegenständen durchfahren wird. - Dennoch kann es bei diesem Gegenstand zu einer allmählichen Anreicherung von Luftsauerstoff in der Strahlungskammer kommen.
- Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es demnach, eine Anlage zur Strahlungshärtung zu schaffen, die insbesondere zur Bestrahlung größerer Teile unter inerten Bedingungen geeignet ist und bei welcher der Sauerstoffanteil des Gases im Innern der Strahlungskammer vermindert wird.
- Gelöst ist diese Aufgabe bei einer Anlage zum Strahlungshärten der eingangs genannten Art dadurch, dass die Strahlungskammer mit einer Gasableitung zum Abführen von Inertgas aus der Strahlungskammer versehen ist.
- Durch die Gasableitung wird der kontinuierliche Austausch des in der Strahlungskammer befindlichen Gases ermöglicht und dadurch die Anreicherung von Luftsauerstoff in der Strahlungskammer vermindert.
- Zweckmäßigerweise ist auf der dem Strahlungsbereich zugewandten Seite des inneren Mantelrohres, jedoch axial beabstandet von diesem, ein Umlenkblech angeordnet, mittels dessen der durch den Ringspalt strömende Gasstrom in Richtung auf die zentrale Achse des Eingangs- bzw. Ausgangsbereiches gelenkt wird.
- In einer weiterführenden Ausgestaltung der Erfindung mündet im geodätisch gesehen oberen Bereich der Strahlungskammer eine Gaszuführung für ein Inertgas ein. Das Gas, das einer Inertgasquelle, etwa einem Tank oder einer Luftzerlegungsanlage entnommen wird, wird kontinuierlich in den Oberabschnitt der Strahlungskammer eingeleitet und bildet dort ein Verdrängungsgaspolster aus, mittels dessen sauerstoffreiches Gas, das mit den Teilen in die Strahlungskammer eindringt, wirksam verdrängt werden kann. Das überschüssige Inertgas wird im Bodenbereich der Strahlungskammer abgeführt. Auch der umgekehrte Fall ist denkbar: Die Gaszuführung mündet in einem geodätisch gesehen unteren Bereich ein, und die Gasabführung erfolgt über eine Gasableitung, die in einem oberen Bereich der Strahlungskammer angeordnet ist. Die letztere Variante eignet sich besonders dann, wenn als Inertgas Kohlendioxid zum Einsatz kommt.
- Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, die Inertgasschleuse/n mit einem mechanischen Schließsystem, etwa einer Klappe auszurüsten. Das Schließsystem ermöglicht eine Senkung des Inertgasverbrauchs insbesondere bei Betriebspausen und verhindert zudem die Ausbildung von gerichteten Gasströmungen zwischen dem Eingangs- und dem Ausgangsbereich der Strahlungskammer.
- Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Strahlungskammer eine Einrichtung zur Drucküberwachung zugeordnet ist, mittels der ein vorbestimmter Überdruck im Innern der Strahlungskammer eingestellt werden kann. Durch die Herstellung eines Überdrucks an Inertgas im Innern der Strahlungskammer gegenüber dem Umgebungsdruck wird das Eindringen von Luftsauerstoff – etwa durch turbulente Strömungsprozesse im Bereich der Inertgasschleuse – weiter unterbunden.
- Als bevorzugtes Inertgas kommt Stickstoff, Kohlendioxid oder ein Edelgas, etwa Argon oder Mischungen hiervon, beispielsweise 0-10% Argon in Stickstoff, in Betracht, das in die Inertgasschleuse/n und/oder unmittelbar in die Strahlungskammer eingeleitet wird. Auch Mischungen dieser Gase können eingesetzt werden.
- Anhand der Zeichnung soll nachfolgend ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert werden.
- Die einzige Zeichnung (
1 ) zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Anlage zum Strahlungshärten. - Die in
1 gezeigte, zur Strahlungshärtung von mit Lack oder Farbe bereich5 und ein Ausgangsbereich4 angeordnet ist. Im Strahlungsbereich5 befinden sich mehrere Strahler6 ,7 , im Beispiel Ultraviolettstrahler oder Elektronenstrahler. - Die mit Ausnahme des Eingangsbereiches
3 bzw. des Ausgangsbereiches4 gasdicht abgeschlossene Strahlungskammer2 ist mit einem Inertgas, beispielsweise Stickstoff befüllbar. Hierzu wird das Inertgas einer Inertgasquelle, etwa eine Luftzerlegungsanlage oder, wie im Ausführungsbeispiel, einem Stickstofftank9 , entnommen und über eine Gaszuführungssystem10 mittels Gasdüsen11a -d in den Strahlungsbereich5 der Strahlungskammer2 eingeleitet. Eine im Bodenbereich der Strahlungskammer angeordnete Gasableitung13 dient zum Abführen von verunreinigtem oder mit eindringendem Sauerstoff vermischten Gas. - Um die Sauerstoffkonzentration in der Strahlungskammer
2 weiter zu reduzieren, ist sowohl im Eingangsbereich3 als auch im Ausgangsbereich4 jeweils eine Inertgasschleuse15 ,16 vorgesehen. Beide Inertgasschleusen15 ,16 sind funktionell gleich aufgebaut; daher wird im folgenden aus Gründen der Übersichtlichkeit nur die Inertgasschleuse15 näher beschrieben. - Die Inertgasschleuse
15 umfasst zwei konzentrisch zueinander angeordnete Rohre17 ,18 , die durch einen einseitig – auf der vom Strahlungsbereich abgewandten Seite – geschlossenen Ringspalt19 voneinander getrennt sind. Die Rohre17 ,18 sind in Größe und Querschnitt den jeweiligen Anforderungen, insbesondere der Form der jeweils zu bestrahlenden Teile, angepasst. Das innere Rohr17 erstreckt sich nur ein begrenztes Stück weit in das Innere des äußeren Rohrs18 , das zugleich die äußere Begrenzung des Eingangsbereiches3 bildet, hinein. Axial beabstandet vom inneren Rohr17 ist im äußeren Rohr18 ein ringförmiges Umlenkblech21 angeordnet. Im Betrieb der Inertgasschleuse15 wird Inertgas aus dem Stickstofftank9 über die Gaszuleitungssystem10 Düsen22 zugeführt, die im äußeren Rohr18 in gleichmäßigen Winkelabständen angeordnet sind, und in das Innere des Ringspalts19 eingedüst. Anschließend strömt das Inertgas durch den Ringspalt19 hindurch und wird mittels des Umlenkbleches21 in Richtung auf die Rohrachse gelenkt. Hierdurch bildet sich ein Gasvorhang, der die Atmosphäre im Innern der Anlage1 wirksam von der Umgebungsluft trennt. Mittels jeweils – vom Strahlungsbereich5 aus gesehen – außenseitig am Eingangsbereich3 bzw. am Ausgangsbereich4 angeordneter Klappen20 kann die Inertgasschleuse15 ,16 gasdicht verschlossen werden. - Das über die Gasdüsen
11a ,11b 11c und die Düsen22 eingeleitete Inertgas bildet sich im Innern der Strahlungskammer2 aufgrund eines geringfügigen Überdrucks gegenüber des Umgebungsdrucks ein Verdrängungsgaspolster aus, das ein etwaig im Eingangsbereich3 oder im Ausgangsbereich4 vorhandenes sauerstoffreiches Gas zurückdrängt. Die Aufheizung des Inertgases durch die Strahler6 ,7 trägt mit dazu bei, dass sich keine konvektive Strömung aus dem Eingangsbereich3 oder dem Ausgangsbereich4 in den Strahlungsbereich5 ausbilden kann. Das in das Innere der Strahlungskammer2 eingeströmte Inertgas entweicht entweder über den Eingangsbereich3 bzw. dem Ausgangsbereich4 in die Umgebung oder wird durch eine aus der Strahlungskammer2 bodenseitig einmündende Gasableitung13 mittels einer hier nicht gezeigten Pumpe abgesogen. - Beim bestimmungsgemäßen Einsatz der Anlage
1 werden Gegenstände24 , die eine beliebige dreidimensionale Struktur aufweisen, beispielsweise Lampengläser oder Kotflügel, mittels eines Fördersystems25 , in Pfeilrichtung23 nacheinander durch den Eingangsbereich3 , den Strahlungsbereich5 und den Ausgangsbereich4 geführt. Im Strahlungsbereich5 werden die Gegenstände24 mit Strahlen, etwa ultraviolettes Licht oder Elektronenstrahlen, bestrahlt, die von den Strahlern6 ,7 emittiert werden. Dabei werden auf den Oberflächen aufgetragene Beschichtungen, insbesondere fotosensitive Farben oder Lacke, gehärtet. Um eine optimale Härtungswirkung auf der gesamten Oberfläche eines Gegenstandes24 zu erzielen, sind die Strahler6 ,7 oberhalb und unterhalb einer durch die Bewegung der Gegenstände24 durch die Strahlungskammer2 hindurch definierten horizontalen Ebene angeordnet und können zudem mittels geeigneter Motoren26 ,27 oder sonstiger Verstelleinrichtungen bewegt werden. Der im Innern der Strahlungskammer2 bestehende Überdruck wird an einer Mess-Sonde29 erfasst. Über entsprechende Ansteuersignale an ein Ventil31 , das in einer das Gaszuführungssystem10 mit den Gasdüsen11a -c verbindenden Zuführleitung30 angeordnet ist, kann in Abhängigkeit vom gewünschten Überdruck die Zufuhr von Inertgas eingestellt werden. Typische Werte für den Überdruck liegen bei beispielsweise 1–10 mbar gegenüber dem Umgebungsdruck. Durch Betätigung der Klappen kann insbesondere verhindert werden, dass sich ein gerichteter Gasstrom zwischen dem Eingangsbereich3 und dem Ausgangsbereich4 bzw. zwischen dem Eingangsbereich3 und/oder dem Ausgangsbereich4 einerseits und der bodenseitig ausmündenden Gasableitung13 ausbilden kann. - Die Anlage
1 eignet sich zur Strahlungshärtung für Beschichtungen von Gegenständen mit einer beliebigen Oberflächenstruktur. Die Gegenstände können kontinuierlich, ohne aufwendige Schleusungs- oder Spülvorgänge durch die Anlage1 hindurchgeführt werden. Die Strahlungshärtung findet in einer nahezu staub- und sauerstofffreien Umgebung statt. Der Verbrauch an Inertgas zum weitgehenden Inertisierung des Strahlungsbereiches5 ist äußerst gering und umfasst im optimalen Fall lediglich ein Volumen, das dem Volumen des durch die Gegenstände24 selbst oder das Fördersystem25 eingetragenen Sauerstoffs entspricht. -
- 1
- Anlage
- 2
- Strahlungskammer
- 3
- Eingangsbereich
- 4
- Ausgangsbereich
- 5
- Strahlungsbereich
- 6
- Strahler
- 7
- Strahler
- 8
- 9
- Stickstofftank
- 10
- Gaszuführungssystem
- 11a-11c
- Gasdüsen
- 12
- 13
- Gasableitung
- 14
- 15
- Gasschleuse
- 16
- Gasschleuse
- 17
- inneres Rohr
- 18
- äußeres Rohr
- 19
- Ringspalt
- 20
- Klappen
- 21
- Umlenkblech
- 22
- Düse
- 23
- Pfeilrichtung
- 24
- Gegenstand
- 25
- Fördersystem
- 26
- Motor
- 27
- Motor
- 28
- 29
- Mess-Sonde
- 30
- Zuführleitung
- 31
- Ventil
Claims (7)
- Anlage zum Strahlungshärten, mit einer Strahlungskammer (
2 ), die einen mit wenigstens einem Strahler (6 ,7 ) für Härtungsstrahlen versehenen Strahlungsbereich (5 ) sowie seitlich hierzu jeweils einen Eingangsbereich (3 ) und einen Ausgangsbereich (4 ) zum Herein- und Herausführen von mit einer zu härtenden Beschichtung versehenen Teile (24 ) aufweist, wobei der Eingangsbereich (3 ) und/oder der Ausgangsbereich (4 ) als Inertgasschleuse (15 ,16 ) ausgebildet ist, mit einem äußeren Mantelrohr (18 ) und einem unter Ausbildung eines Ringspaltes (19 ) beabstandet vom äußeren Mantelrohr (18 ) angeordneten inneren Mantelrohr (17 ), das auf Seiner dem Strahlungsbereich (5 ) abgewandten Seite im wesentlichen strömungsdicht mit dem äußeren Mantelrohr (18 ) verbunden ist, wobei der Ringspalt (19 ) mit wenigstens einer Gaszuführung (22 ) für ein Inertgas strömungsverbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungskammer (2 ) mit einer Gasableitung zum Abführen von Inertgas aus der Strahlungskammer versehen ist. - Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungskammer (
2 ) in einem oberen Bereich mit einer Gaszuführung (11a ,11b ,11c ) zum Zuführen von Inertgas und in ihrem Bodenbereich mit der Gasableitung (13 ) zum Abführen von Inertgas strömungsverbunden ist. - Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungskammer (
2 ) in ihrem Bodenbereich mit einer Gaszuführung zum Zuführen von Inertgas und in einem oberen Bereich mit Gasableitung der zum Abführen von Inertgas strömungsverbunden ist. - Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der dem Strahlungsbereich (
5 ) zugewandten Seite des inneren Mantelrohres (17 ), jedoch axial beabstandet von diesem, ein Umlenkblech (21 ) angeordnet ist. - Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Inertgasschleusen (
15 ,16 ) jeweils mit einer mechanischen Schließeinrichtung, etwa einer Klappe (20 ), versehen sind. - Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungskammer (
5 ) mit einer Einrichtung (29 ) zur Drucküberwachung zwecks Aufrechterhalten eines vorbestimmten Überdrucks im Innern der Strahlungskammer (5 ) ausgerüstet ist. - Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als in die Inertgasschleuse (
15 ,16 ) und/oder in die Strahlungskammer (5 ) eingeleitetes Inertgas Stickstoff, Kohlendioxid, ein Edelgas oder ein Stickstoff oder Kohlendioxid oder ein Edelgas enthaltendes Gas eingesetzt wird.
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: AIR LIQUIDE DEUTSCHLAND GMBH, 47805 KREFELD, DE |
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