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Die
Erfindung betrifft eine Trocknungseinrichtung für beschichtete Substrate, mit
einem einseitig offenen Gehäuse,
in dem eine stabförmige UV-Strahlung
abgebende Lampe angeordnet ist, der auf der von dem zu trocknenden
Substrat abgewandten Gehäuseseite
zwei rinnenförmig
ausgebildete und mit ihrer konkaven Seite der Lampe zugewandte Reflektoren
zugeordnet sind.
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Trocknungseinrichtungen
dieser Art sind Teil von UV-Härtungsanlagen,
wie sie in der graphischen Industrie, aber auch bei anderen Anwendungen
eingesetzt werden, um z.B. flüssige
Bindemittelbestandteile durch die Einwirkung der UV-Strahlung möglichst
schnell zu einem festen, trockenen Farb- bzw. Lackfilm zu vernetzen. Dabei werden
die energiereichen V-Strahlen, die völlig lösemittelfrei und damit auch
umwelt- und benutzerfreundlich
sind, von dem in der Farbe bzw. im Lack vorhandenen Fotoinitiator absorbiert.
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Als
Lampen für
die Erzeugung der UV-Strahlung werden in der Regel Quecksilberdampflampen vorgesehen,
die aus einem Quarzrohr bestehen, das mit Edelgas gefüllt ist
und an dessen Enden Metallelektroden eingeschmolzen sind. Bei Anlegen
einer hohen Spannung entsteht ein Lichtbogen, und die dadurch im Inneren
der Lampe ansteigende Temperatur führt zur Verdampfung des Quecksilbers.
Ein Teil der dadurch erzeugten Strah-lung ist eine UV-Strahlung, die zu der
vorher Verfestigung sogenannter UV-Farben oder UV-Lacke führt. Die
von der Quecksilberdampflampe außerdem erzeugte Lichtstrahlung
und die Wärme
wird in der Regel durch Kühlung
abgeführt.
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Trocknungseinrichtungen
der eingangs genannten Art sind bekannt (
EP 0 741 272 B1 ). Bei dieser
bekannten Einrichtung werden als Reflektoren Halbzylinder vorgesehen,
mit denen die von der Stablampe in Richtung der Reflektoren abgegebene UV-Strahlung auf die
an der offenen Gehäuseseite angeordnete
Führungsfläche für das zu
trocknende Substrat zusätzlich
zu der direkt von der Lampe abgegebenen Strahlung reflektiert wird.
Bei solchen Trocknungseinrichtungen kann es dazu kommen, daß das zu
trocknende Substrat, das quer zu der Achse der Lampe vorbeigeführt wird,
schon nach verhältnismäßig kur zem
Weg unterhalb des Strahlers einen relativ festen Oberflächenfilm
bildet, der bei der weiteren Einwirkung der UV-Strahlung das Eindringen der Strahlung
in das Innere der Farb- oder Lackschicht behindert. Die Strahlungseinwirkung
muß daher
ausreichend lange vorgesehen werden, so daß Trocknungseinrichtungen der
bekannten Art in ihrer Leistung beschränkt sind.
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Aus
der deutschen Offenlegungsschrift
DE 197 33 496 A1 ist eine Trocknungseinrichtung
für beschichtete
Substrate mit zwei mit ihrer konkaven Seite einer Lampe zugewandten
Reflektoren bekannt, bei der die Reflektoren eine elliptische Form
aufweisen. Die Reflektoren sind spiegelbildlich zu einer durch die
Lampenachse verlaufenden Mittellängsebene
des Gehäuses
so angeordnet, dass der Großteil
der UV-Strahlung auf eine Gerade fokussiert wird, die auf der Fläche des
zu behandelnden Substrates verläuft.
Die beiden Reflektorhälften
weichen in der Querschnittsansicht dadurch von einer durchgehenden
elliptischen Form ab, dass sie oberhalb der Lampe aneinanderstoßen und
an der Stoßstelle
auf der, der Lampe zugewandten Seite einen Winkel von weniger als
180° einschließen.
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Aus
der deutschen Offenlegungsschrift
DE 26
55 383 ist eine Trocknungseinrichtung für Substrate bekannt, die einen
zylindrischen Reflektor mit ellipsenabschnittsförmigem Querschnitt aufweist.
Bei einer ersten Ausführungsform
zeigt der Reflektor einen durchgehenden, ellipsenförmigen Verlauf.
Bei einer zweiten Ausführungsform
wird der ellipsenförmige
Verlauf in einem Bereich oberhalb einer Lampe dadurch unterbrochen,
dass der Reflektor im Bereich seiner Scheitelgeraden auf einer etwa
dem Durchmesser der rohrförmigen
Lampe ent sprechenden Breite zur Brenngeraden hin eingezogen ist.
Die eingezogenen Flächen
wirken als zusätzliche
Reflektionsflächen,
so dass das von der Lampe abgestrahlte Licht auch in diesem Bereich
oberhalb der Lampe an dieser vorbei auf den elliptischen Teil des
Reflektors reflektiert wird.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, hier Abhilfe
zu schaffen und eine Trocknungseinrichtung vorzuschlagen, mit der
eine gründliche
Aushärtung
von UV-Farb- oder
Lackfilmen trotz relativ großer
Produktionsgeschwindigkeit möglich ist.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe wird bei einer Trocknungseinrichtung für beschichtete
Substrate mit einem einseitig offenen Gehäuse, in dem eine stabförmige UV-Strahlung
abgebende Lampe angeordnet ist, der auf der von dem zu behandelnden Substrat
abgewandten Gehäuseseite
zwei rinnenförmig
ausgebildete und mit ihrer konkaven Seite der Lampe zugewandte Reflektoren
zugeordnet sind, vorgesehen, dass die Reflektoren jeweils eine Form mit
Ellipsenverlauf aufweisen, spiegelbildlich zu einer durch die Lampenachse
verlaufenden Mittellängsebene
des Gehäuses
so angeordnet sind, dass der Großteil der UV-Strahlung auf
eine Gerade fokussiert wird, die auf der Fläche des zu behandelnden Substrates
verläuft,
und dass die Reflektoren mit dem von ihrer großen Ellipsenachse bestimmten
Bereich stärkerer
Krümmung
der Mittellängsebene
zugewandt und so von dieser beabstandet angeordnet sind, dass möglichst
viel Strahlungsanteile an der Lampe vorbei auf die Substratoberfläche fokussiert
werden, wobei die Reflektoren gegenüber einer sich über beide
Seiten erstreckenden, durchgehenden El-lipsenform nach außen und oben verschwenkt angeordnet sind.
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Durch
diese Ausgestaltung entsteht eine Fokuslinie mit hoher Intensität an UV-Strahlung,
an der eine gründliche
und schnelle Aushärtung
und Trocknung des zu behandelnden Substrates erreicht werden kann,
die, wie sich gezeigt hat, zu einer gleichmäßigen und schnellen Trocknung
von Farb- oder Lackfilmen und damit auch zu einer höheren Trocknungsgeschwindigkeit
führen
kann. Die Reflektoren sind dabei mit dem von ihrer großen Ellipsenachse bestimmten
Bereich mit stärkerer
Krümmung
der Mittellängsachse
zugewandt und so angeordnet, daß möglichst
viel Strahlungsanteile an der Lampe vorbei auf das Substrat fokussiert
werden. Dadurch kann erreicht werden, daß nur ein relativ geringerer
Strahlungsanteil durch zusätzlich
zu der direkt von der Lampe abgegebenen Strahlung addiert, während der größte Teil
der reflektierten Strahlung fokussiert ist.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung können die Reflektoren an einer
Halterung angebracht sein, die gekühlt ist und in ihren Abmessungen
an die Abmessungen des Lampengehäuses
so angepaßt sind,
daß die
Fokussierung im Bereich einer an der offenen Seite des Gehäuses vorgesehenen
Substratführungsfläche erfolgt.
Die Gerade der fokussierten UV-Strahlung verläuft bei einer solchen Anordnung zweckmäßig quer
zu der Bewegungsbahn für
das Substrat, so daß jenes
bandartig quer zu der Lampenachse und damit auch quer zu der Fokussiergeraden
vorbeigeführte
Substrat über
seine gesamte Breite gleichmäßig getrocknet
oder ausgehärtet
werden kann.
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Die
Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels
in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden erläutert. Es
zeigen:
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1 schematisch
einen Querschnitt durch das Gehäuse
einer Trocknungseinrichtung nach der Erfindung und
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2 den
qualitativen Verlauf der UV Strahlungsintensität auf der Behandlungsfläche bei
einer Trocknungseinrichtung nach 1.
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Die 1 läßt erkennen,
daß ein
Gehäuse 1 aus
einem oberen, etwa U-förmig
ausgebildeten Profilteil 1a und aus zwei mit den freien
Schenkeln dieses Gehäuseteiles 1a formschlüssig verbundenen Wandteilen 2 besteht.
In dem von dem Gehäuse 1 gebildeten
Hohlraum ist eine Halterung 3 eingesetzt, die Befestigungsflächen für zwei rinnenförmig ausgebildete
Reflektoren 4 bildet, die im Querschnitt jeweils einem
Teil des Umfanges einer Ellipse entsprechen und spiegelsymmetrisch
zu einer Mittellängsebene 5 des
Gehäuses 1 angeordnet
sind. Beide Reflektoren 4 sind dabei so ausgerichtet, daß ihr Bereich
größerer Krümmung, der
also von der großen
Ellipsenachse bestimmt wird, im Bereich der Mittellängsachse 5 liegt,
während
der Bereich geringerer Krümmung nach
außen
gerichtet ist. Beide Reflektoren 4 sind an entsprechenden
Ausnehmungen 6 der Halterung 3 dadurch befestigt,
daß ihr
Inneres, der Mittellängsebene 5 zugewandtes
Ende, hinter entsprechende Haltenasen greift, während das andere Ende von mit Schrauben
befestigten Klauen 7 gehalten ist. Unterhalb der Halterung 3 mit
den Klauen 7 sind zur Mittellängsebene 5 hin schwenkbare
Verschlußklappen 8 vorgesehen,
die im geschlossenen Zustand mit an ihren freien Enden angeordneten
Abschlußlippen 9 übereinandergreifen.
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Im
Abstand vor den Reflektoren 4 ist eine stabförmige UV-Strahlung abgebende
Lampe 10, beispielsweise eine Quecksilberdampflampe, mit
ihrer Achse 10a auf der Mittellängsachse 5 des Gehäuses 1 und
parallel zu den Flächen
der Reflektoren 4 angeordnet. Die eingezeichneten Strahlengänge 11 lassen
die von den Reflektoren 4 reflektierte Strahlung erkennen,
die von der Lampe 10 nicht unmittelbar nach unten zu der
offenen Seite des Gehäuses 1 hin
abgegeben wird. Es ist zu erkennen, daß diese reflektierten UV-Strahlen 11 durch
die elliptische Ausgestaltung und durch die entsprechende Anordnung der
Reflektoren 4 auf eine Gerade 12 fokussiert werden,
die auf der Mittellängsebene 5 und
auf einer Fläche 13 liegt,
auf der das zu behandelnde Substrat, also beispielsweise ein Farb-
oder Lackfilm auf einer Trägerbahn,
im Sinn des Pfeiles 14 unter- halb der Lampe 10 vorbeibewegt
wird. Durch die Fokussierung der reflektierten Strahlen auf diese
Gerade 12 wird an dieser Stelle eine besonders hohe Konzentration
von UV-Strahlung erreicht, die zu einer intensiven Einwirkung auf
die auf der Trägerbahn 13 aufgebrachten
UV-Farb- oder UV-Lackschichten führt.
Die in diesen – nicht
gezeigten – Schichten
enthaltenen Fotoinitiatoren absorbieren die UV-Strahlung, die wegen
ihrer hohen Intensität
an der Geraden 12 die Schichten gut durchdringen kann und
damit für
eine gleichmäßig durchgehende
Härtung
und Trockung des Substrates führt.
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Die
direkt von der Lampe 10 abgegebene UV-Strahlung trägt natürlich mit
zu diesem Prozeß bei.
Da in dem Bereich in Bewegungsrichtung 14-vor der Geraden 12 aber
nur die direkt von der Lampe 10 abgegebene UV-Strahlung
auftrifft, aber kein nennenswerter Anteil an reflektierter Strahlung,
kann vor Erreichen der Geraden 12 keine an sich nicht gewünschte Aushärtung an
der Oberfläche
entstehen, die dann eine Durchhärtung
verhindern könnte. Selbst
wenn dies aber der Fall sein sollte, so kann im Bereich der Geraden 12 die
wesentlich intensivere UV-Strahlung in das zu behandelnde Substrat
eindringen und so eine ausgezeichnete Härtung und Trocknung bewirken.
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2 zeigt
den qualitativen Verlauf der UV-Strahlung über die gesamte bestrahlte
Fläche. Die
Intensitätsverteilung
läßt deutlich
eine wesentlich stärkere
UV-Strahlung im Bereich der Meßstelle
C auf der Fokusgeraden 12 erkennen, während der Meßwert für die UV-Strahlung
gleicher Wellenlänge (364
nm) an der Stelle B nur etwa die Hälfte des Wertes an der Meßstelle
C ergab. Die Meßstelle
A wiederum zeigte einen Wert in der Größenordnung von etwa 1/3 des
Wertes bei B. Da die Reflektoranordnung symmetrisch zur Mittelebene 5 ist,
wurde die Intensitätsverteilung
ebenfalls symmetrisch aufgetragen. Bei anderen Wellenlängen ergaben
sich ähnliche
Verhältnisse.
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Aus
der 2 wird daher deutlich, daß die eigentliche Aushärtung und
Trocknung des Substrates erst im Bereich der Fokuslinie 12 auftritt
und daß vorher
keine unerwünschte
Schichtbildung an der Substratoberfläche zu erwarten ist.
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An
dieser Stelle muß erwähnt werden,
daß die
beiden Schließklappen 8 die
Einwirkung von UV-Strahlung auf die Fläche 13 verhindern,
wenn an dieser Fläche
ein Stillstand der Bewegung der Trägerbahn mit dem zu behandelnden
Substrat auftritt. Die Klappen 8 schließen dann schlagartig und verhindern
so, daß das
zu behandelnde Substrat durch zu intensive UV-Strahlungseinwirkung
beschädigt
wird.