DE10249709A1 - Component radiation hardening unit, comprises a radiation apparatus, an inert gas supply line and nozzle, and an integral heat exchanger - Google Patents

Component radiation hardening unit, comprises a radiation apparatus, an inert gas supply line and nozzle, and an integral heat exchanger Download PDF

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Abstract

An arrangement for radiation hardening components (3) e.g. using UV or electrons, comprises a radiation apparatus (2) for delivering radiation, a unit for creating an inert gas atmosphere over the radiation region (5) and an inert gas supply line (8) and nozzle (11). An arrangement for radiation hardening components (3) e.g. using UV or electrons, comprises a radiation apparatus (2) for delivering radiation, a unit for creating an inert gas atmosphere over the radiation region (5) and an inert gas supply line (8) and nozzle (11). The inert gas supply line has a cooling unit and at least one outlet opening (7) is used for warmed gas. The nozzle chamber has an inner wall and an outer wall and guide elements (13) for directing the inert gas stream. The inert gas line has an integral heat exchanger which can warm the gas using heat from the radiation apparatus. A control system (18) is used to regulate gas temperature and/or volume flow in the inert gas supply and/or a cooling gas supply. The control system utilizes parameters such as the radiation apparatus temperature or radiation area residual oxygen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anlage zum Strahlungshärten von Teilen mit einer Strahlapparatur zum Aussenden von Härtestrahlen in Richtung auf einen Bestrahlungsbereich sowie mit einer Inertgaszuleitung zur Einleitung von Inertgas aus einer Gasversorgung in den Bestrahlungsbereich, wobei die Strahlapparatur mit einer an eine Kühlgaszuführung angeschlossenen Gaskühlung ausgerüstet ist.The invention relates to a system for radiation curing of parts with a blasting apparatus for emitting hardness blasting towards an irradiation area and with an inert gas feed line for the introduction of inert gas from a gas supply into the radiation area, the jet apparatus being equipped with a gas cooling system connected to a cooling gas supply.

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 Venylether. Als Quellen für die ultraviolette Strahlung stehen derzeit insbesondere Quecksilber-Mitteldrucklampen oder Exzimerstrahler zur Verfügung. Niederenergie-Elektronenstrahler werden vorwiegend dort eingesetzt, wo dicke und/oder pigmentierte Schichten gehärtet werden müssen.Radiation hardness is understood to mean rapid Conversion of liquids, the main one consist of monomers or oligomers, by solid polymers Ultraviolet or electron radiation. Gained technical importance up to now have in particular acrylic acid esters, epoxy, polyester, Urethane and polyether acrylates as well as epoxies and venyl ethers. As Sources for The ultraviolet radiation currently stands out particularly for medium-pressure mercury lamps or excimer spotlights available. Low energy electron emitters are mainly used there where thick and / or pigmented layers need to be hardened.

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.It has been known since the beginning of radiation curing that oxygen causes an inhibition that affects the surface properties impaired and slows down the hardening process. Out for this reason it has been proposed to take radiation curing inert, i.e. perform oxygen-free conditions, where predominantly as inert gas Nitrogen is used.

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 durchfahren die Druckvorlagen eine flache Strahlungskammer, in der eine oder mehrere UV- bzw. Elektronenstrahler angeordnet sind, die in ihrer Breite der Breite der Druckvorlage angepasst sind. Über ein Gasverteilungssystem wird ein Inertgas, etwa Stickstoff, in den Bestrahlungsbereich zwischen der Druckvorlage und dem UV- bzw. Elektronenstrahler eingebracht und bildet dort ein Inertgaspolster aus. 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.In the company magazine "gas aktuell" 54, 22 (1998) a facility for radiation curing of printing inks, in which those with the to be cured Coated artwork under inert conditions be exposed to UV or electron beam radiation. The artwork passes through a flat radiation chamber, arranged in the one or more UV or electron emitters are adjusted in width to the width of the artwork are. About one Gas distribution system becomes an inert gas, such as nitrogen, in the Irradiation area introduced between the artwork and the UV or electron emitter and forms an inert gas cushion there. Because when feeding the Parts in the plant an entry of atmospheric oxygen inevitable the oxygen content in the internal atmosphere of the system is continuously monitored and added inert gas if necessary.

Dieser Gegenstand hat sich beim Strahlungshärten im Rollendruckbereich an sich bewährt, weist zugleich auch den Nachteil auf, dass eine Bestrahlung von dreidimensional ausgedehnten Teilen mit dem vorbekannten Gegenstand nicht möglich ist, da es beim Einfahren der zu härtenden Teile zu einem starken Eintrag von Luftsauerstoff kommen kann.This item has been used in radiation curing Roll printing area proven itself, points at the same time also has the disadvantage that radiation is three-dimensional extensive parts with the known object is not possible because it when retracting the to be hardened Parts can come to a strong entry of atmospheric oxygen.

Um die Überhitzung der UV- bzw. Elektronenstrahler zu vermeiden, werden diese mit einem Kühlmittel, etwa Wasser, Luft oder einem kombinierten System gekühlt. Dies erfolgt in der Regel dadurch, dass das wärmeerzeugende Bauteil, beispielsweise eine Quecksilber-gefüllte Leuchtröhre, unmittelbar vom Kühlmittel umströmt wird. Da während des Prozesses durch Umwandlung des Luftsauerstoffs Ozon entsteht, muss die Kühlluft aus dem Bereich des Strahlers abgezogen werden. Um die Inertisierung im Bestrahlungsbereich nicht zu beeinträchtigen, müssen die Ströme von Kühlmittel und Inertgas getrennt werden. Dies erfolgt insbesondere durch den Einsatz einer Glasplatte zwischen dem Härtestrahler und dem mit Inertgas beströmten Bestrahlungsbereich. Diese Glasplatte mindert jedoch die Strahlungsleistung.To overheat the UV or electron beam To avoid this, use a coolant, such as water, air or a combined system cooled. This is usually done in that the heat-generating Component, for example a mercury-filled fluorescent tube, immediately from the coolant flows around becomes. There during the process arises from the conversion of atmospheric oxygen to ozone, must the cooling air be subtracted from the area of the radiator. About inertization in the radiation area must not interfere with the flows of coolant and inert gas are separated. This is done in particular by the Use a glass plate between the hardness heater and the one with inert gas flow-type Irradiation area. However, this glass plate reduces the radiation power.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es demnach, eine Anlage zur Strahlungshärtung zu schaffen, bei der die Strahlungsleistung verbessert und/oder der Verbrauch an Energie verringert ist.Object of the present invention is therefore to create a radiation curing system in which the radiation performance is improved and / or the consumption of energy is reduced.

Gelöst ist diese Aufgabe bei einer Anlage der eingangs genannten Art und Zweckbestimmung dadurch, dass die Inertgaszuleitung mit der Kühlgaszuführung der Gaskühlung strömungsverbunden ist, und die Gaskühlung wenigstens eine dem Bestrahlungsbereich zugewandte Auslassöffnung für erwärmtes Kühlgas umfasst.This task is solved with one Creation of the type and purpose mentioned at the beginning in that the inert gas supply with the cooling gas supply gas cooling flow-connected and gas cooling comprises at least one outlet opening for heated cooling gas facing the radiation region.

Erfindungsgemäß wird also während der Bestrahlung Inertgas aus der Gasdüse in den Bestrahlungsbereich eingedüst und bildet dort eine Gaswolke mit einem im Vergleich zur Außenumgebung verminderten Sauerstoffgehalt von beispielsweise 0 bis 15 Vol.-% aus. Die zu bestrahlende Oberfläche eines Teiles wird in den Bereich dieser Inertgaswolke geführt und so unter im wesentlichen inerten Bedingungen bestrahlt. Zugleich erfolgt die Kühlung der Strahlapparatur zumindest teilweise durch das durch die Inertgaszuleitung herangeführte Inertgas. Durch diese Doppelnutzung des Gases zur Kühlung und zur Inertisierung wird eine nicht unerhebliche Einsparung an Energie erzielt.According to the invention is therefore during the Irradiation of inert gas from the gas nozzle into the irradiation area injected and forms a gas cloud with one compared to the outside environment reduced oxygen content of, for example, 0 to 15% by volume out. The surface to be irradiated a part is led into the area of this inert gas cloud and irradiated under essentially inert conditions. at the same time cooling takes place of the jet apparatus, at least in part, through that through the inert gas feed line zoom out Inert gas. Through this double use of the gas for cooling and for the inerting, a not inconsiderable saving in energy achieved.

Bevorzugt ist die Inertgaszuleitung mit einer Gasversorgung strömungsverbunden, in der Gas im flüssigen oder in gasförmigem Zustand bereitgestellt wird. Die Inertgaszuleitung ist dabei mit Mitteln zur Temperierung des Inertgases ausgerüstet. Bei diesen Mitteln kann es sich um Einrichtungen zum Aufheizen oder zum Kühlen des bereitgestellten Gases handeln, je nachdem, ob das bereitgestellte Gas für die geforderte Lampenkühlung erwärmt und/oder verdampft oder aber abgekühlt werden muss.The inert gas feed line is preferred fluidly connected with a gas supply, in the gas in the liquid or in gaseous Condition is provided. The inert gas supply is included Equipped with means for tempering the inert gas. With these funds are devices for heating or cooling the provided gas act, depending on whether the provided Gas for the required lamp cooling heated and / or evaporated or must be cooled.

Im einfachsten Fall handelt es sich bei den Mitteln zur Temperierung des Inertgases um einen Wärmetauscher, der in der Inertgaszuleitung integriert ist. Als ein solcher Wärmetauscher kann auch die Strahlapparatur selbst fungieren. In diesem Fall wird das Inertgas zunächst geschlossen durch die Strahlapparatur geleitet, anschließend dem Wärmetauscher und dann wiederum der Strahlapparatur zugeführt. Auf diese Weise kann eine besonders energiesparende Temperierung des Kühlmittels erreicht werden.In the simplest case, the means for tempering the inert gas are a heat exchanger which is integrated in the inert gas feed line. As such a heat exchanger can also the jet equipment itself. In this case, the inert gas is first passed through the jet apparatus in a closed state, then to the heat exchanger and then again to the jet apparatus. In this way, a particularly energy-saving temperature control of the coolant can be achieved.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Inertgaszuleitung an einen Kaltgasmischer angeschlossen ist, aus dem ein Kaltgas vorgegebener Temperatur und vorgegebenen Volumenstroms in die Inertgaszuleitung zuführbar ist. Auf diese Weise kann ein Kühlgas bereitgestellt werden, das für die Kühlung der Strahlapparatur optimierte Eigenschaften aufweist und das zugleich auch die Ausbildung einer Inertgaswolke ermöglicht, durch die der Restsauerstoffgehalt im Bestrahlungsbereich auf das gewünschte Maß reduziert wird.An advantageous development of Invention provides that the inert gas supply to a cold gas mixer is connected, from which a cold gas of predetermined temperature and predetermined volume flow can be fed into the inert gas feed line. In this way, a cooling gas be provided for the cooling the blasting apparatus has optimized properties and at the same time also enables the formation of an inert gas cloud, through which the residual oxygen content is reduced to the desired level in the radiation area.

Die Mittel zur Temperierung des Inertgases umfassen zweckmäßigerweise ein Regelsystem, das die Temperatur und/oder den Volumenstrom des in die Inertgaszuführung eingeleiteten Inertgases nach einem vorgegebenem Programm in Abhängigkeit von an Messeinrichtungen festgestellten Parametern, wie Temperatur der Lampe und/oder Restsauerstoffanteil im Bestrahlungsbereich, regelt. Das Regelsystem ermöglicht die Anpassung der Einleitung an Kühl- bzw. Inertgas an den momentan erforderlichen Bedarf und verringert so weiter den Gasverbrauch.The means for tempering the inert gas include expediently a control system that the temperature and / or the volume flow of the into the inert gas supply introduced inert gas according to a predetermined program depending on parameters determined on measuring devices, such as temperature of the Lamp and / or residual oxygen content in the radiation area, regulates. The control system enables the adaptation of the introduction of cooling or inert gas to the current one required demand and further reduces gas consumption.

Eine besonders zweckmäßige Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Auslassöffnung in wenigstens einer Gasdüse ausmündet. Durch die Gasdüse wird das Inertgas gezielt in bestimmte Teile des Bestrahlungsbereichs eingedüst. Die Gasdüse ist dabei derart ausgebildet, dass ihre Strahlcharakteristik den jeweiligen Inertisierungsanforderungen angepasst ist.A particularly useful embodiment the invention provides that the outlet opening in at least one gas nozzle opens. Through the gas nozzle the inert gas is targeted into certain parts of the radiation area injected. The gas nozzle is designed in such a way that their beam characteristics match the respective Inertization requirements are adjusted.

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.The preferred inert gas is nitrogen, carbon dioxide or an inert gas, such as argon or mixtures thereof, for example 0-10% argon in nitrogen, into the inert gas lock (s) and / or is introduced directly into the radiation chamber. Mixtures too these gases can be used become.

Als bevorzugte Strahler kommen Elektronenstrahler und/oder Strahler für ultraviolettes Licht in Betracht. Beispiele für UV-Quellen sind etwa Quecksilber-Mitteldruckstrahler oder Exzimerstrahler.Electron emitters come as preferred emitters and / or spotlights for ultraviolet light into consideration. Examples of UV sources are medium-pressure mercury lamps or excimer radiator.

Um den Eintrag von Sauerstoff aus der Umgebungsatmosphäre weiter zu reduzieren ist es vorteilhaft, die Strahlungsapparatur innerhalb einer Strahlungskammer aufzunehmen, in die beim bestimmungsgemäßen Einsatz die zu härtenden Teile zur Bestrahlung eingebracht werden. Die Strahlkammer kann dabei auch mit Schleuseneinrichtungen ausgerüstet sein, wie sie bei Einrichtungen zur Inertisierung bekannter Stand der Technik sind. Die Zuführung der Teile in die Stahlkammer kann dabei automatisch erfolgen, beispielsweise über eine automatische Fördereinrichtung.To the entry of oxygen the ambient atmosphere it is advantageous to further reduce the radiation apparatus within a radiation chamber, in the intended use the ones to be hardened Parts are brought in for radiation. The blasting chamber can also be equipped with lock facilities, such as those used in facilities are known prior art for inerting. The feeding of the Parts in the steel chamber can be done automatically, for example via a automatic conveyor.

Bevorzugt ist die Strahlapparatur manuell und/oder automatisch dreh- oder verschiebbar auf einer Halteeinrichtung aufgenommen. Besonders bevorzugt ist dabei eine Halteeinrichtung, mittels der die Bewegung der Strahlapparatur in drei Dimensionen möglich ist, etwa ein Industrieroboter.The jet apparatus is preferred manually and / or automatically rotatable or displaceable on a holding device added. A holding device is particularly preferred, by means of which the movement of the jet apparatus is possible in three dimensions, like an industrial robot.

Anhand der Zeichnungen sollen nachfolgend Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert werden.Exemplary embodiments are intended to be based on the drawings the invention closer are explained.

In schematischen Ansichten zeigen:Schematic views show:

1: Eine Anlage zum Strahlungshärten mit einem Kaltgasmischer in der Inertgasversorgung und 1 : A system for radiation curing with a cold gas mixer in the inert gas supply and

2 und 3: Die Anlage nach 1 mit einer vom Ausführungsbeispiel nach 1 abweichenden Inertgasversorgungen. 2 and 3 : The plant after 1 with one from the embodiment 1 deviating inert gas supplies.

Die in 1 gezeigte Anlage 1 umfasst eine Strahlapparatur 2 zum Bestrahlen von Gegenständen 3 und dient dazu, die Gegenstände 3, die mit einem strahlungsempfindlichen Lack, Klebstoff oder einer strahlungsempfindlichen Farbe beschichtet wurden, mit Härtestrahlung zu beaufschlagen, wodurch der Lack, Klebstoff bzw. die Farbe schnell und zuverlässig aushärtet.In the 1 shown plant 1 comprises a beam apparatus 2 for irradiating objects 3 and serves the objects 3 , which have been coated with a radiation-sensitive lacquer, adhesive or a radiation-sensitive color, with hard radiation, whereby the lacquer, adhesive or the paint cures quickly and reliably.

Die Strahlapparatur 2 beinhaltet einen gasgekühlten Härtestrahler, beispielsweise eine UV-Lampe, wie etwa eine polychromatische Quecksilberlampe oder einen monochromatischen Exzimerstrahler, oder eine Quelle für Elektronenstrahlen. Die Strahlen werden an einer Abstrahlungsseite 4 der Strahlapparatur 2 emittiert und definieren so vor der Abstrahlungsseite 4 einen Bestrahlungsbereich 5, innerhalb dessen eine für die Aushärtung hinreichende Strahlungsintensität vorliegt. Zum Abführen der vom Härtestrahler erzeugten Wärme wird die Strahlapparatur gekühlt. Die Kühlung erfolgt dabei zumindest teilweise mittels einer Gaskühlung und zwar derart, dass ein Kühlgas auf einer von der Abstrahlungsseite 4 abgewandten Seite an einem Kühlgasanschluss 6 in die Strahlapparatur zugeführt wird, anschließend innerhalb der Strahlapparatur 2 in an sich bekannter Weise den Härtestrahler kühlt und an der Abstrahlungsseite 4 an Gasdüsen 7 aus der Strahlapparatur 2 austritt.The jet apparatus 2 includes a gas-cooled hardness lamp, for example a UV lamp, such as a polychromatic mercury lamp or a monochromatic excimer lamp, or a source for electron beams. The rays are on one radiation side 4 the jet apparatus 2 emits and thus define in front of the radiation side 4 an irradiation area 5 , within which there is sufficient radiation intensity for curing. The blasting apparatus is cooled in order to dissipate the heat generated by the hardness heater. The cooling takes place at least partially by means of a gas cooling and in such a way that a cooling gas on one of the radiation side 4 side facing away from a cooling gas connection 6 is fed into the blasting apparatus, then within the blasting apparatus 2 cools the hardness heater in a manner known per se and on the radiation side 4 on gas nozzles 7 from the jet apparatus 2 exit.

Um einen störenden Einfluss von im Bestrahlungsbereich 5 vorliegendem Luftsauerstoff zu unterbinden, wird der Bestrahlungsbereich 5 ganz oder teilweise mittels eines sauerstoffarmen Gases inertisiert. Die Bereitstellung des Inertgases erfolgt erfindungsgemäß über den Kühlgasanschluss 6 der Strahlungsapparatur 2. Hierzu ist der Kühlgasanschluss 6 über eine Zuleitung 8 mit einem Kaltgasmischer 10 für Inertgas, im Ausführungsbeispiel für Stickstoff, strömungsverbunden. Der Kaltgasmischer 10 bezieht das Inertgas aus einem Flüssig- oder Kaltgastank 11 über zwei Zuleitungen 13, 14. Während die Zuleitung 14 das Inertgas dem Kaltgasmischer 10 mit einer tiefen Temperatur zuführt, durchläuft das Gas in der Zuleitung 13 einen Wärmetauscher 15, in dem das Gas durch Kontakt mit einem Wärmeträger, beispielsweise Luft, auf eine vorgegebene Temperatur aufgeheizt wird. Die beiden Teilströme der Zuleitungen 13, 14 werden im Kaltgasmischer 10 durchmischt und mit einem vorgegebenem Volumenstrom über die Zuleitung 8 dem Kühlgasanschluss 6 zugeführt. Das Inertgas wird in der Strahlapparatur 2 zur Kühlung des Härtestrahlers genutzt, entweicht anschließend aus den Gasdüsen 7 und bildet innerhalb des Bestrahlungsbereichs 5 – vorzugsweise im Bereich von etwa 10cm bis 20 cm vor der Abstrahlungsseite 4 – eine Inertgaswolke aus. Die Gasdüsen 7 sind dabei bevorzugt so gestaltet, dass in bezug auf die jeweilige Geometrie der zu härtenden Teile eine möglichst effektive Inertisierung bewirkt wird. Insgesamt besteht die Forderung, dass die an die zu härtende Fläche angrenzende Atmosphäre einen Sauerstoffanteil von weniger als 15 Vol.-% aufweist. Reicht das zu Kühlung eingesetzte Inertgas nicht aus, im in bezug auf die zu härtenden Teile eine hinreichende Inertisierung zu bewirken, kann eine zusätzliche, separate Inertisierungseinrichtung zum Einsatz kommen.In order to prevent a disruptive influence of atmospheric oxygen present in the radiation area 5, the radiation area becomes 5 partially or completely inerted using an oxygen-poor gas. According to the invention, the inert gas is provided via the cooling gas connection 6 the radiation apparatus 2 , This is the cooling gas connection 6 via a supply line 8th with a cold gas mixer 10 for inert gas, in the exemplary embodiment for nitrogen, flow-connected. The cold gas mixer 10 obtains the inert gas from a liquid or cold gas tank 11 via two supply lines 13 . 14 , During the supply line 14 the inert gas to the cold gas mixer 10 feeds at a low temperature, the gas passes through the supply line 13 a heat exchanger 15 , in which the gas is heated to a predetermined temperature by contact with a heat transfer medium, for example air. The two partial flows of the supply lines 13 . 14 are in the cold gas mixer 10 mixed and with a predetermined volume flow via the supply line 8 to the cooling gas connection 6 fed. The inert gas is in the jet apparatus 2 used to cool the hardness heater, then escapes from the gas nozzles 7 and forms within the radiation area 5 - Preferably in the range of about 10 cm to 20 cm in front of the radiation side 4 - an inert gas cloud. The gas nozzles 7 are preferably designed in such a way that the most effective possible inertization is effected with respect to the respective geometry of the parts to be hardened. Overall, there is a requirement that the atmosphere adjacent to the surface to be hardened has an oxygen content of less than 15% by volume. If the inert gas used for cooling is insufficient to effect sufficient inerting in relation to the parts to be hardened, an additional, separate inerting device can be used.

Die Temperatur, auf die der durch die Zuleitung 13 geführte Teilstrom im Wärmetauscher 15 erwärmt wird, das Volumenverhältnis der Teilströme in den Zuleitungen 13 und 14 zueinander, sowie der Volumenstrom in der Zuleitung 8 lassen sich dabei auf bestimmte, vorgegebene Werte einstellen. Die Werte richten sich dabei nach der erforderlichen Kühlleistung zur Kühlung des Härtestrahlers und/oder nach der geforderten Geometrie und/oder chemischen Zusammensetzung der Inertgaswolke. Es ist auch möglich, diese Größen als Regelgrößen einzusetzen. Dazu werden mithilfe von Messfühlern 17 physikalische oder chemische Parameter, beispielsweise die Temperatur des Strahlers, der Kühlgas-Volumenstrom durch die Lampe oder dem Restsauerstoffanteil in der Inertgaswolke, kontinuierlich oder in vorgegebenen Zeitabständen erfasst und einer Regeleinrichtung 18 übermittelt. Die Regeleinrichtung 18 ermittelt dann nach einem vorgegebenen Programm für den jeweiligen Betriebszustand geeignete Werte für die Volumenströme bzw. die Temperatur des zugeführten Kühlgases und gibt entsprechende Steuerbefehle an den Kaltgasmischer 10 bzw. an den Wärmetauscher 15.The temperature to which the through the supply line 13 guided partial flow in the heat exchanger 15 is heated, the volume ratio of the partial flows in the supply lines 13 and 14 to each other, as well as the volume flow in the supply line 8th can be set to specific, predetermined values. The values depend on the cooling capacity required to cool the hardness heater and / or on the required geometry and / or chemical composition of the inert gas cloud. It is also possible to use these variables as control variables. To do this, use sensors 17 Physical or chemical parameters, for example the temperature of the radiator, the cooling gas volume flow through the lamp or the residual oxygen content in the inert gas cloud, recorded continuously or at predetermined time intervals and a control device 18 transmitted. The control device 18 then determines, according to a predetermined program, suitable values for the volume flows or the temperature of the supplied cooling gas for the respective operating state and issues corresponding control commands to the cold gas mixer 10 or to the heat exchanger 15 ,

Um den Eintrag von Luftsauerstoff weiter zu reduzieren, ist im Ausführungsbeispiel die Strahlapparatur 2 innerhalb einer – mit Ausnahme von Zuführungen für die Gegenstände 3 – im wesentlichen gasdicht abgeschlossenen Strahlungskammer 19 aufgenommen, die in der Zeichnung durch eine gestrichelte Linie lediglich angedeutet ist. Die Strahlapparatur 2 ist an einem beweglichen Arm 21 befestigt und kann so in drei Dimensionen um den zu bestrahlenden Gegenstand 3 herum geführt werden. Der Arm 21 kann in hier nicht gezeigter Weise von einer von einer Zentrale aus ferngesteuert oder nach einem eingegebenem Programm in Abhängigkeit von der jeweils zu bestrahlenden Oberfläche bewegt werden. Bei dem Arm 21 handelt es sich insbesondere um einen Teil eines Industrieroboters. Es ist im Rahmen der Erfindung auch vorstellbar, bei fest stehender Strahlapparatur mittels einer geeigneten Vorrichtung den Gegenstand entsprechend in drei Dimensionen zu bewegen.In order to further reduce the entry of atmospheric oxygen, the jet apparatus is in the exemplary embodiment 2 within a - with the exception of feeds for the objects 3 - essentially sealed gas-tight radiation chamber 19 recorded, which is only indicated in the drawing by a dashed line. The jet apparatus 2 is on a movable arm 21 attached and can thus be guided in three dimensions around the object 3 to be irradiated. The arm 21 can be remotely controlled from a control center in a manner not shown here or moved according to an entered program depending on the surface to be irradiated in each case. By the arm 21 it is in particular part of an industrial robot. It is also conceivable within the scope of the invention to move the object accordingly in three dimensions with a fixed beam apparatus using a suitable device.

Als Inertgas kommt beispielsweise Stickstoff, Kohlendioxid, ein Edelgas oder ein Gasgemisch aus diesen Gasen zum Einsatz. Dieses Gas wird im Tank 11 in flüssiger Form oder als kaltes Gas bereitgestellt und im Kaltgasmischer 10 auf die gewünschte Temperatur erwrärmt.For example, nitrogen, carbon dioxide, an inert gas or a gas mixture of these gases are used as the inert gas. This gas is in the tank 11 Provided in liquid form or as cold gas and in the cold gas mixer 10 heated to the desired temperature.

Beim bestimmungsgemäßen Einsatz der Anlage 1 werden die Gegenstände 3 mittels einer hier nicht gezeigten Transporteinrichtung – wie durch den Pfeil 22 angedeutet – in das Innere der Strahlkammer 19 eingebracht und mit Strahlen, etwa ultraviolettes Licht oder Elektronenstrahlen, bestrahlt, die vom Härtestrahler der Strahlapparatur 2 emittiert werden. Dabei werden auf den Oberfläche des Gegenstandes 3 aufgetragene Beschichtungen, insbesondere fotosensitive Farben oder Lacke, gehärtet. Anstelle eines einzelnen Härtestrahlers können auch mehrere Strahler zum Einsatz kommen, die gleichzeitig oder nacheinander betätigt werden. So ist beispielsweise vorstellbar, das mehrere Strahler aus verschiedenen Richtungen auf die Oberfläche des Gegenstandes 3 einstrahlen, oder der Gegenstand 3 kann mit unterschiedlichen Strahlungsarten beaufschlagt werden. Die Strahlapparatur 2 wird dabei zumindest zum Teil in der oben beschriebenen Weise durch das zugeführte Inertgas gekühlt. Ergänzend zu dieser Inertgaskühlung kann jedoch auch eine weitere Kühlung, beispielsweise eine Wasserkühlung oder eine Gaskühlung mit separatem Kühlgaskreislauf, zum Einsatz kommen.When the system is used as intended 1 become the objects 3 by means of a transport device not shown here - as by the arrow 22 indicated - in the interior of the blasting chamber 19 introduced and irradiated with rays, such as ultraviolet light or electron beams, from the hardness emitter of the beam apparatus 2 be emitted. In doing so, be on the surface of the object 3 applied coatings, in particular photosensitive paints or varnishes, hardened. Instead of a single hardness heater, several heaters can be used, which are operated simultaneously or in succession. For example, it is conceivable that several emitters from different directions on the surface of the object 3 irradiate, or the object 3 can be exposed to different types of radiation. The jet apparatus 2 is cooled at least in part in the manner described above by the inert gas supplied. In addition to this inert gas cooling, however, further cooling, for example water cooling or gas cooling with a separate cooling gas circuit, can also be used.

Die Anlage 1 eignet sich zur Strahlungshärtung für Beschichtungen von Gegenständen 3 mit einer beliebigen dreidimensionalen Oberflächenstruktur, jedoch ist die Anlage 1 auch zur Strahlungshärtung von flachen Teilen geeignet, etwa Papier- oder Kunststoffrollen. Die Doppelnutzung des Inertgases sowohl für die Kühlung der Strahlapparatur 2 als auch für die Inertisierung des Bestrahlungsbereiches 5 führt zu einem stark reduzierten Energieverbrauch. Dadurch, dass keine separaten Strömungsführungen für das Kühlgas bzw. das Inertgas erforderlich ist, ist die Anlage 1 gegenüber Anlagen nach dem Stande der Technik im Aufbau einfacher. Die damit einhergehende Verringerung von Gewicht und Volumen erleichtert insbesondere auch den Einsatz der Strahlapparatur 2 im Industrieroboterbetrieb.The attachment 1 is suitable for radiation curing for coatings on objects 3 with any three-dimensional surface structure, but the system is 1 Also suitable for radiation curing of flat parts, such as paper or plastic rolls. The double use of the inert gas both for cooling the jet apparatus 2 as well as for the inertization of the radiation area 5 leads to a greatly reduced energy consumption. Because the system does not require separate flow guides for the cooling gas or the inert gas 1 Compared to state-of-the-art systems, the structure is simpler. The associated reduction in weight and volume also facilitates the use of the jet apparatus 2 in industrial robot operation.

In den 2 und 3 sind Ausführungsbeispiele der Erfindung gezeigt, bei denen die anstelle eines Kaltgasmischers andere Möglichkeiten zur Temperierung des Kühl- bzw. Inertgases zum Einsatz kommen.In the 2 and 3 Embodiments of the invention are shown in which the other options for tempering the cooling or inert gas are used instead of a cold gas mixer.

Beim Ausführungsbeispiel nach 2 ist in der Inertgaszuleitung $ ein Wärmetauscher vorgesehen, mittels dessen eine Temperierung des durch die Inertgaszuleitung 8 geführten Gases auf eine vorgegebene Temperatur erreicht wird. Die Regelung der Temperatur in der Inertgaszuleitung 8 erfolgt in bekannter und hier nicht gezeigter Weise mittels eines Temperaturmessfühlers in der Inertgaszuleitung 8, dessen Messwerte zur Einstellung der entsprechenden Parameter des durch die Zuleitung 24 herangeführten und durch die Ableitung 25 abgeführten Wärmeübertragungsmediums benutzt werden. Das entsprechend temperierte Inertgas wird der Strahlapparatur zur Kühlung zugeführt und entweicht anschließen in der oben beschriebenen Weise aus den Gasdüsen 7. Je nachdem, ob das aus der Gasversorgung 11 herangeführte Gas zur Kühlung der Strahlungsapparatur gekühlt oder erwärmt werden muss, dient das Wärmeübertragungsmedium als Kühl- oder als Heizmittel. So kann beispielweise in Produktionsstätten, in denen sauerstoffarmes Gas als warmes Prozessgas anfällt, dieses Gas zur Kühlung einer Strahlapparatur und zur Inertisierung genutzt werden.In the embodiment according to 2 a heat exchanger is provided in the inert gas supply line $, by means of which a temperature control of the through the inert gas supply line 8th led gas is reached to a predetermined temperature. The regulation of the temperature in the inert gas supply 8th takes place in a known and not shown manner by means of a temperature sensor in the inert gas feed line 8th , whose measured values for setting the corresponding parameters of the by the supply line 24 introduced and by the derivation 25 dissipated heat transfer medium can be used. The appropriately tempered inert gas is fed to the jet apparatus for cooling and then escapes from the gas nozzles in the manner described above 7 , Depending on whether that's from the gas supply 11 The gas used to cool the radiation apparatus has to be cooled or heated, the heat transfer medium serves as a cooling or heating medium. For example, in production facilities where oxygen-poor gas is produced as a warm process gas, this gas can be used to cool a jet apparatus and for inerting.

Anstelle eines Wärmetauschers 23 kann auch eine Heizeinrichtung bzw. eine Kühleinrichtung, wie beispielweise eine Kältemaschine, zum Einsatz kommen.Instead of a heat exchanger 23 a heating device or a cooling device, such as a refrigeration machine, can also be used.

Beim Ausführungsbeispiel nach 3 kommt das in der Strahlapparatur 2 erwärmte Inertgas im Wärmetauscher 23 als Wärmeübertragungsmedium zum Einsatz, um da aus der Gasversorgung 11 im flüssigen Zustand herangeführte Inertgas zu verdampfen. Gleichzeitig wird die Verdampfungswärme zur Kühlung des Inertgases dazu genutzt, das aus der Strahlapparatur 2 kommende Gas abzukühlen und erneut zur Kühlung der Strahlapparatur einzusetzen. Die Temperaturregelung erfolgt in diesem Ausführungsbeispiel über die Kontrolle der Menge des durch die Inertgaszuleitung 8 hindurch geleiteten Gases. Eine solche Strömungsführung ist besonders energiesparend.In the embodiment according to 3 that comes in the beam apparatus 2 heated inert gas in the heat exchanger 23 to be used as a heat transfer medium in order to vaporize inert gas brought in from the gas supply 11 in the liquid state. At the same time, the heat of vaporization is used to cool the inert gas, that from the jet apparatus 2 cool down the incoming gas and use it again to cool the jet apparatus. In this exemplary embodiment, the temperature is controlled by checking the amount of the inert gas feed line 8th gas passed therethrough. Such a flow is particularly energy-saving.

1.1.
Anlageinvestment
2.Second
Strahlapparaturbeam apparatus
3.Third
Gegenstandobject
4.4th
Abstrahlungsseiteradiation side
5.5th
Bestrahlungsbereichirradiation area
6.6th
KühlgaseinlassCooling gas inlet
7.7th
Gasdüsegas nozzle
8.8th.
Zuleitungsupply
9.9th
10.10th
KaltgasmischerCold gas mixer
11.11th
Tanktank
12.12th
13.13th
Zuleitungsupply
14.14th
Zuleitungsupply
15.15th
Wärmetauscherheat exchangers
16.16th
17.17th
Messfühlerprobe
18.18th
Regeleinrichtungcontrol device
19.19th
Strahlungskammerradiation chamber
20.20th
21.21st
Armpoor
22.22nd
Pfeilarrow
23.23rd
Wärmetauscherheat exchangers
24.24th
Zuleitungsupply
25.25th
Ableitungderivation

Claims (12)

Anlage zum Strahlungshärten von Teilen (3) mit einer Strahlapparatur (2) zum Aussenden von Härtestrahlung in Richtung auf einen Bestrahlungsbereich (5) sowie mit einer Inertgaszuleitung (8) zur Einleitung von Inertgas aus einer Gasversorgung (11) in den Bestrahlungsbereich (5), wobei die Strahlapparatur (2) mit einer an eine Kühlgaszuführung (6) angeschlossenen Gaskühlung ausgerüstet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Inertgaszuleitung (8) mit der Kühlgaszuführung (6) der Gaskühlung strömungsverbunden ist, und die Gaskühlung wenigstens eine dem Bestrahlungsbereich (5) zugewandte Auslassöffnung (7) für erwärmtes Kühlgas umfasst.Plant for radiation curing of parts ( 3 ) with a jet apparatus ( 2 ) for emitting hard radiation in the direction of an irradiation area ( 5 ) and with an inert gas supply ( 8th ) for the introduction of inert gas from a gas supply ( 11 ) in the radiation area ( 5 ), the jet equipment ( 2 ) with a cooling gas supply ( 6 ) is connected to the gas cooling system, characterized in that the inert gas supply line ( 8th ) with the cooling gas supply ( 6 ) the gas cooling is connected to the flow, and the gas cooling at least one of the radiation area ( 5 ) facing outlet opening ( 7 ) for heated cooling gas. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Inertgaszuleitung (8) mit Mitteln (10) zur Temperierung des von der Gasversorgung (11) im flüssigen oder gasförmigem Zustand bereitgestellten Inertgases ausgerüstet ist.Plant according to claim 1, characterized in that the inert gas feed line ( 8th ) with means ( 10 ) for temperature control of the gas supply ( 11 ) is provided in the liquid or gaseous inert gas. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (10) zur Temperierung des Inertgases wenigstens einen in der Inertgaszuleitung (8) integrierten Wärmetauscher umfassen.Installation according to one of the preceding claims, characterized in that the means ( 10 ) for tempering the inert gas at least one in the inert gas feed line ( 8th ) include integrated heat exchanger. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Wärmetauscher in der Strahlapparatur (2) erzeugte Wärme zur Aufheizung des Inertgases einsetzbar ist.System according to claim 3, characterized in that in the heat exchanger in the jet apparatus ( 2 ) generated heat for heating the In natural gas can be used. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Temperierung des Gases einen Kaltgasmischer (10) umfassen, aus dem ein Kaltgas vorgegebener Temperatur und vorgegebenem Volumenstrom in die Inertgaszuleitung (8) zuführbar ist.System according to one of the preceding claims, characterized in that the means for tempering the gas include a cold gas mixer ( 10 ), from which a cold gas of predetermined temperature and predetermined volume flow into the inert gas feed line ( 8th ) can be fed. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Temperierung des Inertgases mit einem Regelsystem (18) ausgerüstet ist, das die Temperatur und/oder den Volumenstrom des in die Inertgaszuführung (8) eingeleiteten Inertgases nach einem vorgegebenem Programm im Abhängigkeit von an Messeinrichtungen (17) festgestellten Parametern, wie Temperatur der Lampe oder Restsauerstoffanteil im Bestrahlungsbereich (5), regelt.System according to one of the preceding claims, characterized in that the means for tempering the inert gas with a control system ( 18 ) is equipped that the temperature and / or the volume flow of the into the inert gas supply ( 8th ) Inert gas introduced according to a predetermined program depending on the measuring devices ( 17 ) determined parameters, such as temperature of the lamp or residual oxygen content in the radiation area ( 5 ), regulates. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassöffnung in wenigstens einer Gasdüse (7) ausmündet, die in ihrer Strahlcharakteristik den jeweiligen Inertisierungsanforderungen angepasst ist.System according to one of the preceding claims, characterized in that the outlet opening in at least one gas nozzle ( 7 ) which has a beam pattern that is adapted to the respective inerting requirements. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Inertgas Stickstoff, Kohlendioxid und/oder Edelgas beinhaltet.Plant according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the inert gas nitrogen, carbon dioxide and / or Includes noble gas. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Strahlungsapparatur (2) ein Elektronenstrahler und/oder eine UV-Lampe zum Einsatz kommt.System according to one of the preceding claims, characterized in that in the radiation apparatus ( 2 ) an electron gun and / or a UV lamp is used. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlapparatur (2) in einer Strahlungskammer (19) aufgenommen ist, in die die zu härtenden Teile (3) einbringbar und unter zumindest weitgehender Fernhaltung von Umgebungsluft bestrahlbar sind.System according to one of the preceding claims, characterized in that the jet apparatus ( 2 ) in a radiation chamber ( 19 ) in which the parts to be hardened ( 3 ) can be introduced and irradiated with ambient air at least largely kept away. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlapparatur (2) manuell und/oder automatisch dreh- und/oder verschiebbar auf einer Halteeinrichtung (21) aufgenommen ist.System according to one of the preceding claims, characterized in that the jet apparatus ( 2 ) manually and / or automatically rotatable and / or displaceable on a holding device ( 21 ) is included. Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Halteinrichtung (21) eine die Bewegung der Strahlapparatur (2) in drei Dimensionen ermöglichende Einrichtung, etwa ein Industrieroboter, vorgesehen ist.Installation according to claim 9, characterized in that as a holding device ( 21 ) the movement of the jet apparatus ( 2 ) in three dimensions enabling device, such as an industrial robot, is provided.
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