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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Strahlungstrockner, insbesondere
UV-Trockner, sowie ein Strahlungstrocknermodul, insbesondere UV-Trocknermodul,
enthaltend den erfindungsgemäßen Strahlungstrockner.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Trocknen und/oder
Aushärten von Schutz-, Lack- oder Farbschichten.
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UV-Trockner
werden häufig eingesetzt, um Farb- oder Lackschichten zu
trocknen bzw. auszuhärten. Bei diesem Vorgang können
in der Regel sowohl Wasser oder organische Lösungsmittel
verdampft, als auch die die Lackschicht bildenden Komponenten vernetzt
bzw. polymerisiert werden. Bei einer üblichen Vorgehensweise
wird eine reaktive Lackfolie zunächst auf ein Substrat
aufgetragen. Anschließend wird der Vernetzungsprozess durch UV-Belichtung
eingeleitet. Mittels UV-Belichtung lassen sich z. B. Lacke auf der
Basis von Acrylaten, Vinylethern und Epoxiden aushärten.
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An
ausgehärtete Lackoberflächen werden beispielsweise
bei der Herstellung von Möbeln, Metallgegenständen
oder Kunststoffen regelmäßig sehr hohe Anforderungen
gestellt. Nicht nur der Lackauftrag hat gleichmäßig
zu erfolgen, gleiches hat auch für die Belichtung zu gelten.
Ungleichmäßig belichtete Bauteile, seien es großflächige
Substrate oder solche mit komplexer Geometrie, werden vom Fachmann
umgehend beanstandet und sind als Ausschussware zu verwerfen. Eine
inhomogene bzw. unvollständige Aushärtung kann
zu mangelndem Glanz, zu Eintrübungen oder zu haptischen
Beeinträchtigungen führen, beispielsweise einen
Klebeeffekt verursachen.
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Gemäß der
DE 101 41 113 B4 sollen
sich Produkte mit komplexer Topologie zuverlässig mit einer
Lackschicht versehen lassen, wenn an einem Lackierroboter nicht
nur eine Einrichtung zur Applikation eines mittels Strahlung härtbaren
Lackes, sondern ebenfalls ein UV-Strahler angebracht ist. Auf diese
Weise soll sich der Zeitraum zwischen Initiierung der Aushärtungsreaktion
und dem Auftreffen des Lackmaterials auf der Tragoberfläche
auf Sekundenbruchteile reduzieren lassen.
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Ein ähnlicher
Lösungsansatz wird in der
DE 198 51 139 A1 verfolgt. Dort wird vorgeschlagen, mehrere
UV-Lichtleiter kurz vor der Düse der Applikationseinheit
eines Lackierroboters anzubringen. Auf diese Weise soll die Initiierung
des Aushärtungsvorgangs bereits Sekundenbruchteile vor
der Aufbringung der Lackformulierung auf das Substrat vorgenommen
werden.
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Die
bislang im Stand der Technik verfolgten Ansätze zur Bewerkstelligung
einer zufriedenstellenden gleichmäßigen Aushärtung
von Lackoberflächen sind apparativ aufwendig und insbesondere
steuerungstechnisch höchst komplex und fehleranfällig.
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Es
wäre daher wünschenswert, auf unkomplizierte und
zuverlässige Weise zu gleichmäßig ausgehärteten
Lackoberflächen unabhängig vom Komplexitätsgrad
der Bauteilgeometrie zu gelangen. Der vorliegenden Erfindung lag
daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung verfügbar
zu machen, mit der Lack- bzw. Farbbeschichtungen gleichmäßig
und zuverlässig auch in der Serienproduktion ausgehärtet
bzw. getrocknet werden können, und zwar unabhängig
vom Komplexitätsgrad der Bauteilgeometrie.
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Demgemäß wurde
ein Strahlungstrockner, insbesondere UV-Trockner gefunden, umfassend mindestens
eine, insbesondere mindestens zwei, Strahler, insbesondere UV-Strahler,
gekennzeichnet durch mindestens eine Haltevorrichtung für
den/die Strahler, mindestens eine Trageschiene, geeignet und eingerichtet
zur mittelbaren oder unmittelbaren Aufnahme der Haltevorrichtung,
wobei die Haltevorrichtung, insbesondere in einem Abstand zu der
Trageschiene, mit der Trageschiene verbunden und entlang der Trageschiene
verfahrbar ist und wobei mindestens ein Strahler, insbesondere mindestens
zwei Strahler, in seinem/ihrem Neigungswinkel in vertikaler Ausrichtung
variierbar ist bzw. sind.
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Erfindungsgemäße
Strahlungstrockner stellen vorzugsweise UV-Trockner dar, können
in gleicher Weise aber auch IR-Trockner oder Elektronen emittierende
Strahlungstrockner darstellen. Bei einem UV-Trockner sind sämtliche
Strahler UV-Strahler. In gleicher Weiser sind bei einem erfindungsgemäßen
IR-Trockner sämtliche Strahler IR-Strahler. Ebenso verhält
es sich bei erfindungsgemäßen Strahlungstrocknern
in Form von Elektronen emittierenden Strahlungstrocknern. Darüber
hinaus sind auch gemischte erfindungsgemäße Strahlungstrockner
möglich. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass mindestens
ein UV-Strahler und mindestens ein IR-Strahler und/oder mindestens
ein Elektronen emittierender Strahler in einem erfindungsgemäßen Strahlungstrockner
vorliegen. In einer weiteren Ausführungsform kann vorgesehen
sein, dass in einem erfindungsgemäßen Strahlungstrockner
mindestens ein IR-Strahler und mindestens ein Elektronen emittierender
Strahler vorliegen. Geeignete UV-, IR- und Elektronen emittierende
Strahler sind dem Fachmann bekannt und kommerziell erhältlich.
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Der
erfindungsgemäße Strahlungstrockner umfasst insbesondere
mindestens zwei Strahler, vorzugsweise mindestens zwei UV-Strahler.
Diese mindestens zwei Strahler liegen vorzugsweise jeweils in einem
separaten Gehäuse vor.
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In
einer zweckmäßigen Ausgestaltung verfügen
die erfindungsgemäßen Strahlungstrockner, insbesondere
UV-Trockner, ferner über einen insbesondere längenvariierbaren,
in der Trageschiene verfahrbaren Abstandshalter, welcher an einem
ersten Ende mit der Trageschiene und welcher an einem gegenüberliegenden
zweiten Ende mit der Haltevorrichtung verbunden ist.
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Die
Abstandshalter, beispielsweise in Form eines längenvariierbaren
Hohlstabs, kann z. B. über geeignete Fördermittel,
wie Lauf- oder Zahnräder, beweglich in der Trageschiene
gelagert sein. Die Trageschiene kann in ihrer Höhe relativ
zu einer Bodenfläche beliebig variiert werden, solange
gewährleistet ist, dass die Strahler entlang der Trageschiene
hin und zurück verfahren werden können. Beispielsweise
kann die Trageschiene oberhalb der Strahler, beispielsweise horizontal,
verlaufen. Bei dieser Ausgestaltung kann die Trageschiene z. B.
an einer Decke montiert sein. Des weiteren ist es möglich,
die Trageschiene unterhalb der Strahler verlaufen zu lassen, beispielsweise
auf einem Bodenbelag. Während bei ersterer Variante der
Abstandshalter hängend ausgerichtet ist, greift der Abstandshalter
bei letzterer Ausführungsform von oben in die Trageschiene
ein, welche hierbei regelmäßig auch Stützfunktionen übernimmt.
Auch kann vorgesehen sein, die Trageschiene derart anzubringen,
dass sie sich im Wesentlichen auf der Höhe des bzw. der
Strahler befindet. Für diesen Fall ist es möglich,
auf einen Abstandshalter vollständig zu verzichten und
die Strahler bzw. die zu einem Strahler gehörenden Gehäuse
mit der Trageschiene verfahrbar zu verbinden.
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Demgemäß kann
vorgesehen sein, dass die Haltevorrichtung jeweils ein Gehäuse
für mindestens einen, insbesondere jeden Strahler, insbesondere UV-Strahler,
umfasst.
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In
diesem Zusammenhang sind solche erfindungsgemäßen
Strahlungstrockner bevorzugt, bei denen die Gehäuse benachbarter
Strahler in der Weise beweglich miteinander verbunden sind, dass über
die gegenseitige Ausrichtung dieser Gehäuse die Strahlungsachsen
der in den Gehäusen vorliegenden Strahler relativ zueinander
veränderbar sind, insbesondere eine Überlappung
der Strahlungskegel gelingt. Indem die Gehäuse benachbarter
Strahler relativ zueinander ihre Lage, insbesondere ihren Neigungswinkel,
verändern können, ist es möglich, die Strahlungskegel
der Strahler aufeinander abzustimmen, beispielsweise um einen besonders
großen Überlappungsbereich zu erzeugen, um in
Bezug auf das jeweils zu trocknende bzw. zu härtende beschichtete
Substrat optimale Bedingungen einstellen zu können. Eine
relative Ausrichtung benachbarter Gehäuse kann z. B. über
eine Gelenk- oder Scharnierverbindung, beispielsweise im Bereich
der Frontseiten benachbarter Strahler vorgenommen werden.
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Die
Gehäuse der Strahler, insbesondere der UV-Strahler, sind
vorzugsweise derart eingerichtet, dass sie höhenverstellbar
sind, beispielsweise entlang des Abstandshalters, und/oder dass
sie in im Wesentlichen in vertikaler Richtung geneigt werden können.
Auf diese Weise ist es möglich, den Strahlungskegel des
Strahlers fein einzustellen in Bezug auf das zu bestrahlende beschichtete
Substrat.
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Erfindungsgemäß kann
der Strahlungstrockner, insbesondere der UV-Trockner, ferner mindestens
einen Abstandssensor umfassen. Die Implementierung von Anstandssensoren
in den erfindungsgemäßen Strahlungstrockner bietet
sich insbesondere dann an, wenn der/die Strahler in Bezug auf das
zu härtende bzw. zu trocknende beschichtete Substrat zugleich
in mehreren Raumrichtungen (X-, Y- und Z-Richtung) verfahrbar sein
sollen. Der Einsatz von Abstandssensoren bietet sich ferner insbesondere
bei einem nicht-manuellen Verfahren der Strahler relativ zu den
zu härtenden bzw. zu trocknenden beschichteten Substraten
an.
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Eine
besonders bevorzugte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen
Strahlungstrockners, insbesondere UV-Trockners, zeichnet sich demgemäß dadurch
aus, dass ein Strahler, insbesondere mindestens zwei Strahler, vorzugsweise
mindestens zwei UV-Strahler, in ihrer Höhe relativ zum
zu härtenden bzw. zu trocknenden beschichtetem Substrats (Y-Richtung),
d. h. in vertikaler Ausrichtung, in ihrer Längsrichtung,
d. h. im Wesentlichen horizontaler Ausrichtung (X-Richtung) und/oder
auf das zu härtende bzw. zu trocknende beschichtete Substrat
zu bzw. von diesem Substrat weg (Z-Richtung) bewegt werden können.
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In
einer Ausgestaltung ist hierbei eine erste Antriebseinheit für
das Verfahren der Haltevorrichtung entlang der Trageschiene und/oder
eine zweite Antriebseinheit für die Neigungseinstellung
eines Gehäuses, insbesondere für die relative
Ausrichtung benachbarter Gehäuse, und/oder eine dritte
Antriebseinheit für das horizontale Verfahren der Haltevorrichtung
in einem Winkel zu der Trageschiene vorgesehen.
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Von
besonderem Vorteil sind solche erfindungsgemäßen
Strahlungstrockner, insbesondere UV-Trockner, welche ferner mindestens
eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Luftvorhangs vor mindestens
einem Strahler, insbesondere UV-Strahler umfassen. Geeignete Vorrichtungen
zur Erzeugung eines Luftvorhangs sind dem Fachmann bekannt und werden
beispielsweise in der
DE
195 160 53 C2 beschrieben. Mit Hilfe derartiger Luftvorhänge
kann die von der Strahlungsquelle angeregte Konvektion warmer Luft
aus dem Strahler und somit eine Überhitzung des zu bestrahlenden
Substrats verhindert werden.
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Die
der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird des weiteren gelöst
durch ein Strahlungstrocknermodul, umfassend mindestens einen erfindungsgemäßen
Strahlungstrockner, insbesondere UV-Trockner, mindestens ein Aufnahmeteil
zur Aufnahme zu trocknender und/oder zu härtender Gegenstände,
beabstandet von dem Strahlungstrockner.
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In
einer Weiterentwicklung des erfindungsgemäßen
Strahlungstrocknermoduls ist vorgesehen, dass das Aufnahmeteil geeignet
und eingerichtet ist, um zu trocknende und/oder zu härtende
Gegenstände relativ zu dem Strahlungstrockner, insbesondere UV-Trockner,
vertikal und/oder horizontal zu verfahren. Beispielsweise hat es
sich als sehr vorteilhaft erwiesen, wenn während des Verfahrens
der Strahler entlang der Trageschiene die zu härtenden
bzw. zu trocknenden Gegenstände in dem Aufnahmeteil einer
Rotation unterworfen werden. Auf diese Weise gelingt es problemlos
und zuverlässig, auch die beschichteten Gegenstände
mit komplexer Oberflächenstruktur gleichmäßig
auszuhärten bzw. zu trocknen.
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Des
weiteren wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe gelöst
durch ein Verfahren zum Trocknen und/oder Aushärten von
Schutz-, Lack- oder Farbschichten unter Verwendung eines erfindungsgemäßen
Strahlungstrocknermoduls, insbesondere UV-Trocknermoduls, wo bei
der/die Strahler, insbesondere UV-Strahler, mindestens einmal in
Hin- und mindestens einmal in Rückrichtung entlang der Trageschiene
benachbart zu den zu härtenden und/oder zu trocknenden,
auf dem Aufnahmeteil angebrachten Gegenständen zwecks Beaufschlagung mit
Strahlung, insbesondere UV-Strahlung, bewegt wird bzw. werden.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis
zugrunde, dass sich die Härtung und/oder Trocknung von
insbesondere Schutz-, Lack- oder Farbbeschichtungen auf Substraten
besonders zuverlässig und unaufwendig dadurch bewerkstelligen
lässt, dass man einen verfahrbaren Strahlungstrockner,
insbesondere UV-Trockner, verwendet, welcher relativ zu den zu härtenden
bzw. zu trocknenden beschichteten Objekten hin und her bewegt werden
kann. Besonders gute Ergebnisse stellen sich dann ein, wenn dieser
Strahlungstrockner zusätzlich sowohl in der Höhe
als auch in seinem Abstand relativ zu dem zu härtenden
bzw. zu trocknenden beschichteten Substraten verfahrbar ist. Besonders
wirksam gestaltet sich das Härten bzw. Trocknen auch dann,
wenn zwei Strahler, insbesondere UV-Strahler, eingesetzt werden,
welche zueinander geneigte Strahlungswinkel aufweisen, so dass überlappende
Strahlungskegel resultieren. Besonders effiziente Aushärtungs-
bzw. Trocknungsprozesse lassen sich dadurch gewährleisten,
dass nicht nur der/die Strahler insbesondere in sämtlichen
Raumrichtungen verfahrbar sind, sondern ebenfalls die zu härtenden
bzw. zu trocknenden beschichteten Substrate nicht ortsfest auf einem
Aufnahmeteil vorliegen und beispielsweise drehbar und/oder verschiebbar gelagert
sind.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachgehenden
Beschreibung, in der bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beispielhaft
anhand schematischer Zeichnungen erläutert sind.
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Dabei
zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen
Strahlungstrocknermoduls,
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2 eine
schematische Seitenansicht eines Bauteils des erfindungsgemäßen
Strahlungstrockners und
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3 eine
schematische Seitenansicht eines Gehäuses eines UV-Strahlers.
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1 zeigt
in schematischer Darstellung ein erfindungsgemäßes
Strahlungstrocknermodul 1 in Form eines UV-Trocknermoduls.
Das Modul 1 umfasst einen erfindungsgemäßen
Strahlungstrockner 2 in Form eines UV-Trockners und ein
Aufnahmeteil 3 zur Aufnahme von zu härtenden bzw.
zu trocknenden beschichteten Substraten 5. Der UV-Trockner 2 umfasst
eine Trageschiene 7, welche oberhalb der zu härtenden
bzw. zu trocknenden beschichteten Substrate 5 angebracht
ist, beispielsweise über Halterungen 9 an einer
Deckeneinheit (nicht abgebildet). In die Trageschiene 7 ist
das erste Ende des Abstandshalters 11 verfahrbar eingehängt.
In der dargestellten Ausführungsform ist der Abstandshalter 11 im
Bereich der Trageschiene 7 mit einer Antriebseinheit 13 ausgestattet,
mit deren Hilfe die UV-Strahler 15 und 17 entlang
der Trageschiene 7 an den zu härtenden bzw. zu
trocknenden beschichteten Substraten vorbei hin- und zurückbewegt
werden können. Die UV-Strahler 15 und 17 liegen
in separaten Gehäusen 19 und 21 vor,
welche mittelbar oder unmittelbar mit dem Abstandshalter 11 verbunden
sind. Der Abstandshalter 11 kann über eine weitere
Antriebseinheit (nicht abgebildet) in seiner Länge variiert
werden (angedeutet durch den vertikalen Doppelpfeil).
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Das
Aufnahmeteil 3 ist mit zwischen zwei vertikalen Streben 23 und 25 sowie
in der dargestellten Ausführungsform mit zwei um die eigene
Achse drehbar gelagerten horizontalen Streben 27 und 29 ausgestattet,
an denen über Halterungen 31 die zu härtenden
bzw. zu trocknenden beschichteten Substrate 5 angebracht
sind. In der dargestellten Ausführungsform sind die Querstreben 27 und 29 über
Antriebseinheiten 33 und 35 automatisch rotierbar
(angedeutet durch die Pfeile). Selbstverständlich ist es ebenfalls
möglich, das Aufnahmeteil 3 verfahrbar auszugestalten,
beispielsweise in einer bodenseitig angebrachten Laufschiene 37 (angedeutet
durch das Pfeilsymbol). Mit Hilfe einer derartigen Laufschiene 37 kann
die für die Bestrahlung vorgesehene, zumeist abgeschlossene
Kammer automatisch mit zu trocknenden bzw. zu härtenden
Substraten beschickt werden, ohne dass das Bedienpersonal den für
die Bestrahlung vorgesehenen Raum betreten muss. Hierdurch wird
das Risiko der Verletzung für das Bedienpersonal nochmals
verringert. Selbstverständlich können auch mehrere
Laufschienen 37 nebeneinander vorgesehen sein, um den Entnahme-
und Beschickungsvorgang zu optimieren.
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In
der in 1 dargestellten Ausführungsform eines
erfindungsgemäßen UV-Trocknermoduls 1 werden
die UV-Strahler 15 und 17 sowie deren Gehäuse 19 und 21 rückwärtig
gezeigt. In einer Seitenansicht werden die UV-Strahler 15 und 17 samt
Gehäuse 19 und 21 in der 2 schematisch
wiedergegeben. Bei dieser Ausführungsform ist beispielhaft ein
Gelenk 39 im vorderen Bereich der UV-Strahlergehäuse 19 und 21 vorgesehen,
das es erlaubt, die Neigungswinkel der Strahlungskegel der UV-Strahler 15 und 17 relativ
zueinander einzustellen, um auf diese Weise einen optimalen Überlappungsbereich
der Strahlungskegel 41 und 43 von erstem und zweiten Strahler 15 und 17 einzustellen.
Das untere, zweite Gehäuse 21 ist an dem Abstandshalter 11 über
ein Drehgelenk 45 verbunden und kann demgemäß ebenfalls
zur Einstellung der Neigung des in dem Gehäuse befindlichen
UV-Strahlers benutzt werden. In der dargestellten Ausführungsform
wird der Neigungswinkel des oberen, ersten Gehäuses 19 über den
Hebel 47, welcher vermittels des Gelenks 49 mit dem
Abstandshalter 11 verbunden ist, eingestellt.
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3 entnimmt
man eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform
eines geeigneten Gehäuses für einen Strahler,
insbesondere UV-Strahler. In diesem Gehäuse 51 liegt
der UV-Strahler 15 verbunden mit einer Einstellvorrichtung 53 in
einer gekrümmten Führungsschiene 55 vor.
Der UV-Strahler 15 kann demgemäß stufenlos innerhalb
des Gehäuses 51 von dem Anschlagspunkt der oberen
Gehäusewand 57 bis zum Anschlagspunkt der unteren
Gehäusewand 59 verschoben werden. Auf diese Weise
gelingt es, einen möglichst breiten Bereich mit Strahlen
abdecken zu können.
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Die
in der vorstehenden Beschreibung, in den Ansprüchen sowie
in den Zeichnungen offenbarten Merkmale der Erfindung können
sowohl einzeln als auch in jeder beliebigen Kombination für
die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen
wesentlich sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10141113
B4 [0004]
- - DE 19851139 A1 [0005]
- - DE 19516053 C2 [0019]