DE20020605U1

DE20020605U1 - Hand-held radiation device

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Publication number: DE20020605U1
Application number: DE20020605U
Authority: DE
Original assignee: Advanced Photonics Technologies AG
Current assignee: Advanced Photonics Technologies AG
Priority date: 2000-10-16
Filing date: 2000-10-16
Publication date: 2001-03-08
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Description

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Advanced Photonics 05. Dezember 2000Advanced Photonics December 5, 2000

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83052 Bruckmühl-Heufeld
Bundesrepublik Deutschland83052 Bruckmühl-Heufeld
Federal Republic of Germany

Handgeführte BestrahlungseinrichtungHand-held irradiation device

BeschreibungDescription

Die Erfindung betrifft eine handgeführte Bestrahlungseinrichtung zur manuellen Ausführung eines thermischen Bearbeitungsverfahrens .The invention relates to a hand-held irradiation device for manually carrying out a thermal processing method.

Aus früheren Patentanmeldungen der Anmelderin_f so etwa der · DE 197 36 462 Al, WO 99/42774 oder P 10024731.8 (unveröffentlicht), sind Verfahren zur Behandlung von Oberflächen, Bearbeitung von Materialien und Herstellung von Verbundwerkstoffen unter Einsatz von elektromagnetischer Strahlung bekannt, deren wesentlicher Wirkanteil im Bereich des nahen Infrarot, insbesondere im Wellenlängenbereich zwischen 0,8 &mgr;&idiagr;&eegr; und 1,5 &mgr;&pgr;&igr;, liegt. Bei einer Reihe dieser Anwendungen ist die Realisierung einer relativ breiten Bestrahlungszone im Interesse einer hohen Produktivität des jeweiligen Verfahrens mit hoher Leistungsdichte wesentlich. Es ist daher der Einsatz einer langgestreckten Halogenlampe, die einen röhrenförmigen, an den Enden gesokkelten Glaskörper mit mindestens einer Glühwendel hat, mit einem langgestreckten Reflektor als Strahlungsquelle bekannt.From previous patent applications by the applicant _, such as DE 197 36 462 A1, WO 99/42774 or P 10024731.8 (unpublished), processes for treating surfaces, processing materials and producing composite materials using electromagnetic radiation are known, the essential active component of which lies in the near infrared range, in particular in the wavelength range between 0.8 μηι and 1.5 μια. In a number of these applications, the realization of a relatively wide irradiation zone is essential in the interests of high productivity of the respective process with high power density. The use of an elongated halogen lamp, which has a tubular glass body with a socket at the ends and at least one filament, with an elongated reflector as the radiation source is therefore known.

Derartige Bestrahlungsanordnungen sind für den ortsfesten Einsatz in Produktions- bzw. Bearbeitungsanlagen gedacht und entsprechend ausgelegt und daher für einen mobilen Einsatz nur bedingt geeignet und für eine manuelle Handhabung praktisch ungeeignet .Such irradiation arrangements are intended and designed for stationary use in production or processing plants and are therefore only partially suitable for mobile use and practically unsuitable for manual handling.

MEISSNER, BOLTE& PAkPNBR.* .:..:.. *.."..· M/IND-058-DE/GMEISSNER, BOLTE& PAkPNBR.* .:..:.. *.."...· M/IND-058-DE/G

Speziell in der Bauwirtschaft und im Handwerk gibt es aber eine Vielzahl von Anwendungsfällen, in denen thermische Bearbeitungsverfahren vor Ort unter Umgebungsbedingungen angewandt werden müssen oder deren Anwendung wesentliche Vorteile gegenüber bisher praktizierten Verfahren bringen würde. Hierbei ist etwa an die Ausbesserung von Lackschäden an mit Pulverlack oder auch herkömmlichem Flüssiglack beschichteten Metallkonstruktionen im Bereich des Hochbaus zu denken. Hier wird in der Praxis mit hochgradig umweit- und gesundheitsbelastenden Lösemittelsystemen gearbeitet, die den einzigen Vorteil haben, auch bei widrigen Umgebungsbedingungen (niedrigen Umgebungstemperaturen und/oder hoher Luftfeuchtigkeit) einigermaßen zuverlässig auszuhärten .However, especially in the construction industry and in the trades, there are a number of applications in which thermal processing methods must be used on site under ambient conditions or where their use would bring significant advantages over previously practiced methods. This includes, for example, the repair of paint damage on metal structures coated with powder paint or conventional liquid paint in the building construction sector. In practice, solvent systems are used here that are highly harmful to the environment and health, and whose only advantage is that they harden fairly reliably even under adverse ambient conditions (low ambient temperatures and/or high humidity).

Einen weiteren interessanten Anwendungsfall stellen Lackreparaturen an Kraftfahrzeugen dar, bei denen heute zumeist - zu Lasten der Lackqualität - auf eine thermische Aushärtung verzichtet wird. Schließlich sei noch hingewiesen auf das Aufschmelzen von Kunststofffolien auf einen Träger oder das Miteinander-Verbinden von Kunststofffolien am Bau bzw. bei der Innenausstattung von Gebäuden, Fahrzeugen, Schiffen "etc. Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, daß die Aufzählung dieser Applikationen keineswegs erschöpfend ist.Another interesting application is paint repairs on motor vehicles, where thermal curing is usually not used today - at the expense of paint quality. Finally, mention should be made of the melting of plastic films onto a carrier or the bonding of plastic films together in construction or in the interior fittings of buildings, vehicles, ships, etc. It should be expressly pointed out that the list of these applications is by no means exhaustive.

Es sind handgeführte Erwärmungs- bzw. Bestrahlungseinrichtungen bekannt, die grundsätzlich zumindest für einen Teil dieser vor Ort auszuführenden Verfahren geeignet sind. Hierzu zählen beispielsweise handgeführte Heißluftgebläse oder mit offener Flamme arbeitende Erwärmungsgeräte (Lötlampen o. ä.), wie sie seit langem zur Entfernung alter Lackschichten, zum Verlöten von Rohrleitungen oder auch zum Verschweißen von Kunststofffolien im Baugewerbe und Handwerk eingesetzt werden.There are known hand-held heating or irradiation devices that are basically suitable for at least some of these on-site processes. These include, for example, hand-held hot air blowers or heating devices that work with an open flame (blowtorches or similar), which have long been used in the construction industry and trades to remove old layers of paint, to solder pipes or to weld plastic films.

Meissner, Bolte&Parwe«·* .:..:.. *..**..· m/ind-058-de/gMeissner, Bolte&Parwe«·* .:..:.. *..**..· m/ind-058-de/g

Diese bekannten handgeführten Geräte haben jedoch aufgrund der Nutzung einer offenen Flamme oder eines starken Heißluftstromes jeweils ein mehr oder weniger begrenztes Anwendungsgebiet. Zudem wird für viele interessante Bearbeitungsvorgänge - beispielsweise die Lacktrocknung bzw. -härtung - mit derartigen Geräten zuviel Zeit benötigt und/oder die Bearbeitungsqualität kann nicht ausreichend reproduzierbar sichergestellt werden.However, these well-known hand-held devices have a more or less limited area of application due to the use of an open flame or a strong hot air stream. In addition, many interesting processing processes - such as drying or hardening paint - require too much time with such devices and/or the processing quality cannot be ensured in a sufficiently reproducible manner.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte handgeführte Bestrahlungseinrichtung anzugeben, die eine Ausführung von thermischen Bearbeitungsverfahren in kurzer Zeitdauer und mit hoher Qualität zu niedrigen Kosten ermöglicht und leicht zu handhaben ist.The invention is therefore based on the object of providing an improved hand-held irradiation device which enables thermal processing methods to be carried out in a short period of time and with high quality at low cost and which is easy to handle.

Diese Aufgabe wird durch eine Bestrahlungseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved by an irradiation device having the features of claim 1.

Die Erfindung schließt den grundlegenden Gedanken ein, die zur Ausführung thermischer Bearbeitungsverfahren an sich bekannten Strahlungsquellen im Bereich des nahen Infrarot, insbesondere Halogenlampen mit einem wesentlichen Strahlungs-Wirkanteil im Wellenlängenbereich zwischen 0,8 pm und^vl, 5 &mgr;&idiagr;&eegr;, in einem handgeführten Hochleistungs-Bestrahlungsgerät einzusetzen. Zusammen mit dieser Strahlungsquelle befindet sich in einem mit einer Handhabe versehenen Gehäuse ein an die Form und Anzahl der Strahlungsquelle(n) angepaßter Reflektor zur Konzentrierung der Strahlung auf einen vorbestimmten Bestrahlungsbereich. Die Erfindung schließt weiter den Gedanken ein, hierbei eine aktive Kühleinrichtung zur Kühlung des Reflektors und wahlweise auch der Strahlungsquelle vorzusehen. Diese Kühleinrichtung ist erforderlich, um einen zuverlässigen Betrieb und eine sichere Handhabung der Bestrahlungseinrichtung trotz der zur schnellen Ausführung vieler Bearbeitungsverfahren erforderlichen bzw. wünschenswerten hohen Bestrahlungsleistung zu gewährleisten.The invention includes the basic idea of using the radiation sources known per se for carrying out thermal processing methods in the near infrared range, in particular halogen lamps with a significant radiation component in the wavelength range between 0.8 pm and ^v l, 5 μη, in a hand-held high-performance irradiation device. Together with this radiation source, a reflector adapted to the shape and number of radiation source(s) for concentrating the radiation on a predetermined irradiation area is located in a housing provided with a handle. The invention also includes the idea of providing an active cooling device for cooling the reflector and optionally also the radiation source. This cooling device is necessary in order to ensure reliable operation and safe handling of the irradiation device despite the high irradiation power required or desirable for the rapid execution of many processing methods.

Meissner, BoLTE & Partner·* ·&iacgr;··&iacgr;·· *··."··' m/ind-058-de/gMeissner, BoLTE & Partner·* ·&iacgr;··&iacgr;·· *··."··' m/ind-058-de/g

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Zur Erreichung dieser Bestrahlungsleistung ist die Bestrahlungseinrichtung bevorzugt mit einer Mehrzahl von langgestreckten Hochleistungs-Halogenlampen in einem gemeinsamen Reflektor ausgerüstet. Die Länge der eingesetzten Halogenlampen richtet sich nach dem bevorzugten Anwendungsgebiet der Bestrahlungseinrichtung und der durch diese bedingten Größe des Bestrahlungsbereiches .To achieve this irradiation power, the irradiation device is preferably equipped with a plurality of elongated high-performance halogen lamps in a common reflector. The length of the halogen lamps used depends on the preferred application area of the irradiation device and the size of the irradiation area determined by this.

Zur Realisierung unterschiedlich großer und gegebenenfalls auch unterschiedlich geformter Bestrahlungsbereiche mit ein und derselben Geräte-Grundkonfiguration ist insbesondere ein verstellbarer und/oder auswechselbarer Reflektor und/oder eine vor die Strahlungsquelle gesetzte Blende sinnvoll. Die Blende sollte so bemessen sein, daß der durch sie begrenzte Bestrahlungsbereich bis zu seinen Rändern eine im wesentlichen homogene Strahlungsflußdichteverteilung hat. Hierdurch wird eine über den gesamten Bestrahlungsbereich gleichmäßige Erwärmung des Bearbeitungsgegenstandes, d. h. das Vorliegen übereinstimmender Prozeßparameter an allen Punkten des Bearbeitungsgebietes, gewährleistet. Das Vorsehen von Blenden mit einer rechteckigen oder kreisförmigen Öffnung wird für die meisten Anwendungsfälle bevorzugt sein, es sind aber auch anders geformte'''Bestrahlungsbereiche realisierbar.To create irradiation areas of different sizes and, if necessary, different shapes with one and the same basic device configuration, an adjustable and/or replaceable reflector and/or a diaphragm placed in front of the radiation source is particularly useful. The diaphragm should be dimensioned so that the irradiation area delimited by it has an essentially homogeneous radiation flux density distribution up to its edges. This ensures that the object being processed is heated evenly over the entire irradiation area, i.e. that the same process parameters are present at all points in the processing area. The provision of diaphragms with a rectangular or circular opening will be preferred for most applications, but irradiation areas of other shapes can also be created.

Die Bestrahlungseinrichtung ist bevorzugt so ausgelegt, daß sie einen Bestrahlungsbereich mit einer Fläche im Bereich zwischen 0,5 cm² und 200 cm², bevorzugt im Bereich zwischen 2 cm² und 100 cm², erzeugt. Es versteht sich, daß eine Auslegung des einzelnen Gerätes entweder für Bearbeitungsverfahren mit relativ großer Bestrahlungsfläche oder aber für eher punktuelle Bearbeitungsverfahren (z. B. für &ldquor;Spot Repair"-Prozesse) sinnvoll sein wird und eine universelle Auslegung unter Einsatz auswechselbarer Blenden eher Kompromißcharakter haben wird.The irradiation device is preferably designed in such a way that it generates an irradiation area with an area in the range between 0.5 cm ² and 200 cm ² , preferably in the range between 2 cm ² and 100 cm ² . It is understood that a design of the individual device will be useful either for processing methods with a relatively large irradiation area or for more selective processing methods (e.g. for "spot repair" processes) and a universal design using exchangeable apertures will be more of a compromise.

Meissner, BoLTE& Partner '·· ·· m/ind-058-de/gMeissner, BoLTE & Partner '·· ·· m/ind-058-de/g

Die Anschlußleistung liegt bei Anschluß an das 220 V-Wechselstromnetz bevorzugt bei 2 kW oder höher, und bei Einsatz am 380 V-Drehstromnetz sind Anschlußleistungen von 5 kW oder mehr realisierbar. Je nach der Flächengröße des Bestrahlungsbereiches sind damit Leistungsdichten von über 200 kW/m², gegebenenfalls auch von über 500 kW/m², realisierbar, die die Ausführung von Lacktrocknungs- bzw. -Vernetzungsprozessen oder anderen Oberflächenbeschichtungen in Behandlungszeiten von wenigen Sekunden ermöglichen.The connected load is preferably 2 kW or higher when connected to the 220 V AC network, and connected loads of 5 kW or more can be achieved when used on the 380 V three-phase network. Depending on the size of the irradiation area, power densities of over 200 kW/m ² , and possibly over 500 kW/m ² , can be achieved, which enable paint drying or cross-linking processes or other surface coatings to be carried out in treatment times of just a few seconds.

Bei Auslegung für nicht allzu hohe Leistungsdichten ist eine Ausführung der Kühleinrichtung mit einem eingebauten (insbesondere hinter dem Reflektor angeordneten) Kühlgebläse möglich, was in vorteilhafter Weise den Verzicht auf externe Medien (außer Strom) ermöglicht. Bei Hochleistungsanwendungen ist jedoch eine Ausführung mit einem Kühlfluidanschluß und Kühlfluid-Strömungskanälen im Reflektor zu bevorzugen. Als Kühlfluid kommt insbesondere Wasser, aber auch Druckluft in Betracht. Beide Medien stehen im Werkstattbereich in der Regel zur Verfügung, und Baustellen verfügen normalerweise zumindest über einen Wasseranschluß. Es versteht sich indes, daß die Notwendigkeit der externen Zuführung eines Kühlmediums die Handhabung des Bestrahlungsgerätes etwas behindert, so daß sie auf Hochleistungsanwendungen beschränkt bleiben sollte.If the design is not too high, the cooling device can be designed with a built-in cooling fan (especially one located behind the reflector), which advantageously means that external media (apart from electricity) can be dispensed with. For high-performance applications, however, a design with a cooling fluid connection and cooling fluid flow channels in the reflector is preferable. Water is particularly suitable as a cooling fluid, but compressed air is also possible. Both media are usually available in the workshop area, and construction sites usually have at least one water connection. It is understood, however, that the need for an external supply of a cooling medium hinders the handling of the irradiation device somewhat, so it should be restricted to high-performance applications.

Das vorgeschlagene Bestrahlungsgerät ist bevorzugt mit Meßeinrichtungen für relevante Prozeßparameter versehen, insbesondere mit einer Abstands- und/oder einer Temperaturmeßeinrichtung, die vorzugsweise berührungslos arbeiten. In dieser bevorzugten Ausführung umfassen die Meßeinrichtungen speziell einen Ultraschall-Abstandsfühler und/oder ein Pyrometerelement zur Oberflächentemperaturmessung auf dem Bearbeitungsgegenstand. In einer sinnreichen Ausführung ist insbesondere ein Pyrometerelement zur Temperaturmessung hinter dem Reflektor angeordnet, und ein Ausschnitt im Reflektor bestimmt seinen ErfassungsbereichThe proposed irradiation device is preferably provided with measuring devices for relevant process parameters, in particular with a distance and/or a temperature measuring device, which preferably work without contact. In this preferred embodiment, the measuring devices specifically comprise an ultrasonic distance sensor and/or a pyrometer element for measuring the surface temperature on the object being processed. In an ingenious embodiment, in particular a pyrometer element for measuring the temperature is arranged behind the reflector, and a cutout in the reflector determines its detection range.

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Meissner, BoLTE& Partner·* ·5··&idigr;·. *··**··* m/ind-058-de/gMeissner, BoLTE& Partner·* ·5··&idigr;·. *··**··* m/ind-058-de/g

inmitten des zu behandelnden Oberflächenbereiches des Bearbeitungsgegenstandes .in the middle of the surface area of the object to be treated.

In einer höherwertigen Ausführung ist die Bearbeitungseinrichtung mit einer Leistungssteuerstufe versehen, die über einen Leistungs- oder Temperaturwähler am Gehäuse manuell oder über einen mit der Meßeinrichtung oder den Meßeinrichtungen verbundenen Steueranschluß zumindest halbautomatisch angesteuert wird. Eine weiter bevorzugte Variante dieser Ausführung ist durch das Vorhandensein einer Regeleinrichtung zur Regelung der Bestrahlungsleistung nach einer vorgegebenen Temperatur oder Strahlungsflußdichte auf dem Bearbeitungsgegenstand gekennzeichnet .In a higher-quality version, the processing device is provided with a power control stage which is controlled manually via a power or temperature selector on the housing or at least semi-automatically via a control connection connected to the measuring device or devices. A further preferred variant of this version is characterized by the presence of a control device for controlling the irradiation power according to a predetermined temperature or radiation flux density on the object being processed.

Weiter bevorzugt ist eine Ausführung mit einer Anzeigeeinrichtung zur Anzeige des Betriebszustandes und/oder des Wertes mindestens eines Parameters des Bearbeitungsverfahrens, insbesondere des Abstandes der Strahlungsquelle zum Bearbeitungsgegenstand und/oder der Temperatur auf dessen Oberfläche. Die Anzeigeeinrichtung ist entsprechend mit der Stromversorgungs- und Ansteuereinrichtung bzw. der oben erwähnten Meßeinrichtung bzw. den Meßeinrichtungen verbunden.A further preferred embodiment is a display device for displaying the operating state and/or the value of at least one parameter of the processing method, in particular the distance of the radiation source from the object being processed and/or the temperature on its surface. The display device is connected accordingly to the power supply and control device or the above-mentioned measuring device or devices.

Das vorgeschlagene Verfahren unter Einsatz der oben beschriebenen Bestrahlungsvorrichtung zeichnet sich durch die Anwendbarkeit unter weitgehend beliebigen Umgebungsbedingungen aus, wie sie auf dem Bau oder im Werkstattbereich herrschen. Es ist in vorteilhafter Weise in kurzen Zeitspannen unterhalb von 30 s, insbesondere von weniger als 10 s und in vielen Fällen sogar in weniger als 5 s bis zum gewünschten Verfahrensergebnis ausführbar. Die bevorzugte Verfahrensdurchführung mit Messung und Anzeige und/oder Regelung verfahrensbestimmender Parameter ermöglicht die Ausführung auch unabhängig von hochqualifiziertem Fachpersonal.
35The proposed method using the irradiation device described above is characterized by its applicability under almost any environmental conditions, such as those found on a construction site or in a workshop. It can be carried out advantageously in short periods of less than 30 s, in particular less than 10 s and in many cases even less than 5 s to achieve the desired process result. The preferred method implementation with measurement and display and/or control of process-determining parameters also enables the method to be carried out independently of highly qualified specialist personnel.
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Meissner, BoLTE & Partner ·· ·· ·· m/ind-058-de/gMeissner, BoLTE & Partner ·· ·· ·· m/ind-058-de/g

Vorteile und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich im übrigen aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Figuren.Advantages and expediencies of the invention will become apparent from the dependent claims and the following description of preferred embodiments with reference to the figures.

Von diesen zeigen:Of these, show:

Fig. 1 eine skizzenartige perspektivische Darstellung einer Bearbeitungseinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
10Fig. 1 is a sketchy perspective view of a processing device according to a first embodiment of the invention,
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Fig. 2 eine skizzenartige perspektivische Darstellung einer Bearbeitungseinrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung undFig. 2 is a sketchy perspective view of a processing device according to a second embodiment of the invention and

Fig. 3 ein Funktions-Blockschaltbild zur Erläuterung verschiedener Meß- und Steuerungsmöglichkeiten bei einer Bearbeitungseinrichtung der in Fig. 1 oder 2 gezeigten Art.Fig. 3 is a functional block diagram to explain various measuring and control options for a processing device of the type shown in Fig. 1 or 2.

Fig. 1 zeigt ein NIR-Bestrahlungsgerät 100 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung, welches in seiner Form ähnlich einer Handbohrmaschine oder Spritzpistole ausgeführt ist. An einem in Art eines Revolvergriffs ausgebildeten Handgriff 101 sind ein Ein-/Ausschalter 103 und ein als Drehsteller ausgebildeter Temperaturwähler 105 angeordnet. Auf dem Handgriff 101 ist fest ein Gehäuse 107 angebracht, das einen oder mehrere (nicht dargestellte) NIR-Strahler, insbesondere Halogenlampe(n) kurzer Bauart, und die zugehörige Stromversorgung und Ansteuerelektronik aufnimmt und an dem ein Netzanschlußkabel 109 angebracht ist.Fig. 1 shows an NIR irradiation device 100 according to a first embodiment of the invention, which is designed in a similar way to a hand drill or spray gun. An on/off switch 103 and a temperature selector 105 designed as a rotary knob are arranged on a handle 101 designed like a revolver handle. A housing 107 is fixedly attached to the handle 101, which accommodates one or more NIR emitters (not shown), in particular short-type halogen lamps, and the associated power supply and control electronics, and to which a power cable 109 is attached.

Das Gehäuse 107 hat einen Befestigungsring 111 zur auswechselbaren Anbringung verschiedener Reflektoren, von denen in der Figur ein &ldquor;Spotlight"-Reflektor 113A mit (im Längsschnitt) teil-elliptischer Geometrie und ein &ldquor;Flashlight"-Reflektor mitThe housing 107 has a fastening ring 111 for the exchangeable attachment of various reflectors, of which in the figure a "spotlight" reflector 113A with (in longitudinal section) partially elliptical geometry and a "flashlight" reflector with

MeISSNER, BOLTE & PAlffNfift. M/IND-058-DE/GMeISSNER, BOLTE & PAlffNfift. M/IND-058-DE/G

(im Längsschnitt) teil-parabolischer Geometrie gezeigt sind. Lüftungsschlitze 115 im Gehäuse 107 dienen zur Wärmeabführung aus dem Bereich der Strahler über einen eingebauten Lüfter.(in longitudinal section) partially parabolic geometry. Ventilation slots 115 in the housing 107 serve to dissipate heat from the area of the radiators via a built-in fan.

Mit dem in Fig. 1 dargestellten Bestrahlungsgerät 100 ist in Abhängigkeit von der Geometrie des angebrachten Reflektors eine eher punktuell fokussierte oder mehr breitflächig angelegte Bestrahlung einer Oberflächenschicht 117 auf einem Bearbeitungsgegenstand 119 möglich, um dort beispielsweise einen Trocknungs- oder Vernetzungsvorgang, eine Schichtausheilung, ein Verschmelzen oder andere Bearbeitungsvorgänge auszuführen. Das NIR-Bestrahlungsgerät 100 ist hier speziell als kostengünstiges (Low-Cost-)Gerät ohne Anzeigeeinrichtungen und ohne besondere Ansprüche an die Bereitstellung zusätzlicher Medien (Wasser oder Druckluft) am Einsatzort konzipiert.Depending on the geometry of the attached reflector, the irradiation device 100 shown in Fig. 1 can be used to irradiate a surface layer 117 on an object 119 to be processed in a more point-focused or more broad-area manner, for example to carry out a drying or cross-linking process, a layer healing process, a fusing process or other processing processes. The NIR irradiation device 100 is specifically designed as a low-cost device without display devices and without special requirements for the provision of additional media (water or compressed air) at the site of use.

In Fig. 2 ist hingegen ein höherwertiges NIR-Bestrahlungsgerät 200 skizziert, welches zur Erzeugung hoher Bestrahlungsleistungen für Hochleistungs-Bearbeitungsvorgänge auf größeren Flächen und mit entsprechenden Anzeigemöglichkeiten konzipiert ist. Die Darstellung ist zur Verdeutlichung bestimmter Merkmale synoptisch angelegt, worauf nachfolgend noch"genauer hingewiesen wird.In Fig. 2, however, a higher-quality NIR irradiation device 200 is outlined, which is designed to generate high irradiation power for high-performance processing operations on larger areas and with corresponding display options. The illustration is synoptical to clarify certain features, which will be discussed in more detail below.

Das NIR-Bestrahlungsgerät 200 hat ebenfalls einen Handgriff 201 mit einem Ein-/Ausschalter 203 und einem (hier als Schieberegler ausführten) Temperaturwähler 205, auf dem ein Gehäuse 207 sitzt. Am Gehäuse 207 ist hier neben einem Netzanschlußkabel 209 ein Kühlwasserschlauch 210 zur Versorgung einer (nicht dargestellten) Wasserkühlung der Lampenreflektoren angebracht.The NIR irradiation device 200 also has a handle 201 with an on/off switch 203 and a temperature selector 205 (here designed as a slide control), on which a housing 207 sits. Attached to the housing 207 is a power cable 209 and a cooling water hose 210 for supplying a water cooling system (not shown) for the lamp reflectors.

Im Gehäuse 207 ist eine in der Draufsicht annähernd quadratische Halogenlampen-Reflektor-Kombination 212 fest montiert. Im Übergangsbereich zwischen der Gehäusevorderfläche und der Rückseite der Lampen-Reflektor-Kombination 212 sind auch bei diesemA halogen lamp-reflector combination 212, which is almost square in plan view, is permanently mounted in the housing 207. In the transition area between the front surface of the housing and the back of the lamp-reflector combination 212,

MEISSNER, BOLTE & PaFTTNER* M/IND-058-DE/GMEISSNER, BOLTE & PaFTTNER* M/IND-058-DE/G

Gerät Lüftungsöffnungen 215 zur zusätzlichen Kühlung angebracht. Eine Nutführung 217 an der Vorderfläche der Lampen-Reflektor-Kombination 212 dient zur Aufnahme auswechselbarer Blenden, von denen in der Figur (in angedeuteter Querschnittsdarstellung zur Verdeutlichung der unterschiedlichen Ausführung) eine erste Blende 219A mit großer Bestrahlungsöffnung und eine zweite Blende 219B mit mittlerer Bestrahlungsöffnung zur Festlegung unterschiedlich großer Bestrahlungsbereiche auf einer zu bearbeitenden Oberfläche gezeigt sind. Es versteht sich, daß mit dem Bestrahlungsgerät ein mehrteiliger Blendensatz mit unterschiedlichen Querschnittsflächen und Formen der Öffnungen zur Ausführung verschiedener Bearbeitungsvorgänge lieferbar sein kann.Device ventilation openings 215 for additional cooling. A groove guide 217 on the front surface of the lamp-reflector combination 212 serves to accommodate exchangeable diaphragms, of which a first diaphragm 219A with a large irradiation opening and a second diaphragm 219B with a medium irradiation opening are shown in the figure (in an indicated cross-sectional view to illustrate the different designs) for defining irradiation areas of different sizes on a surface to be treated. It is understood that a multi-part diaphragm set with different cross-sectional areas and shapes of the openings for carrying out different processing processes can be supplied with the irradiation device.

Das Bestrahlungsgerät 200 hat ein mehrteiliges Displayfeld 221, welches sich in der praktischen Ausführung zweckmäßigerweise auf der Gehäuserückseite befinden wird, in der Figur jedoch an der Gehäuse-Seitenfläche dargestellt ist. In der skizzierten Ausführung umfaßt es zwei (nicht einzeln bezeichnete) numerisehe Anzeigen sowie eine Kontrollleuchte, beispielsweise zur Leistungs- und Temperaturanzeige sowie zur Betriebszustandsanzeige (&ldquor;Ein/Aus").The irradiation device 200 has a multi-part display field 221, which in the practical embodiment will be conveniently located on the rear of the housing, but in the figure is shown on the side of the housing. In the sketched embodiment, it comprises two (not individually designated) numerical displays and a control lamp, for example for power and temperature display and for operating status display ("On/Off").

Fig. 3 zeigt in Art eines Funktions-Blockschaltbildes die Stromversorgungs-, Meß-, Steuer- und Anzeigeeinrichtungen eines NIR-Bestrahlungsgerätes 300 der in Fig. 1 oder 2 gezeigten Art gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Das Bestrahlungsgerät 300 hat als Wirkeinrichtung eine Halogenlampen-Reflektor-Kombination 301 mit vier röhrenförmigen Halogenlampen 303 und einem gemeinsamen, massiven Reflektor 305, in den längs durchgehende Kühlwasserkanäle 307 und eine zentrale Aussparung 309 mit weiter unten angegebener Zweckbestimmung eingearbeitet sind.Fig. 3 shows, in the form of a functional block diagram, the power supply, measuring, control and display devices of an NIR irradiation device 300 of the type shown in Fig. 1 or 2 according to a further embodiment of the invention. The irradiation device 300 has as an active device a halogen lamp-reflector combination 301 with four tubular halogen lamps 303 and a common, solid reflector 305, in which longitudinally continuous cooling water channels 307 and a central recess 309 with the intended purpose specified below are incorporated.

Meissner, Bolte & PAFfmen m/ind-058-de/gMeissner, Bolte & PAFfmen m/ind-058-de/g

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Zur Stromversorgung und Ansteuerung der Halogenlampen 303 ist eine Stromversorgungseinheit 311 vorgesehen, die über einen Ein-/Ausschalter 313 an das Wechselstromnetz angeschlossen ist. Der Ein-/Ausschalter 313 bildet zusammen mit einer Temperatur-Wählereinheit 315 eine Betätigungseinrichtung 317 des Bestrahlungsgerätes .A power supply unit 311 is provided for supplying power and controlling the halogen lamps 303, which is connected to the AC mains via an on/off switch 313. The on/off switch 313, together with a temperature selector unit 315, forms an actuating device 317 of the irradiation device.

Ein Stellsignal von der Temperaturwählereinheit 315 gelangt zu einem Stelleingang einer Leistungsregelstufe 319, die ausgangsseitig mit einem Steuereingang der Stromversorgungseinheit 311 sowie einem Leistungs-Anzeigeelement 321 verbunden ist. Über zwei Steuersignaleingänge ist die Leistungsregelstufe 319 einerseits mit einem Ultraschall-Entfernungsmesser 323 und andererseits mit einer Temperaturmeßeinrichtung 325 verbunden, welehe ihrerseits das Meßsignal eines Pyrometerelementes 327 em-. pfängt. Die Leistungsregelstufe 319 bildet zusammen mit der Stromversorgungseinheit 311 ein Stromversorgungs- und Ansteuereinheit 329 des NIR-Bestrahlungsgerätes 300.A control signal from the temperature selector unit 315 reaches a control input of a power control stage 319, which is connected on the output side to a control input of the power supply unit 311 and a power display element 321. The power control stage 319 is connected via two control signal inputs on the one hand to an ultrasonic distance meter 323 and on the other hand to a temperature measuring device 325, which in turn receives the measuring signal of a pyrometer element 327. The power control stage 319, together with the power supply unit 311, forms a power supply and control unit 329 of the NIR irradiation device 300.

Der Ultraschall-Entfernungsmesser 323 ist weiterhin mit einem Entfernungs-Anzeigeelement 331 verbunden, und die Temperaturmeßeinrichtung 325 ist mit einem Temperätur-Anzeigeelement 333 verbunden. Das Entfernungs-Anzeigeelement 331 und das Temperatur-Anzeigeelement 333 bilden zusammen mit dem Leistungs-Anzeigeelement 321 ein Displayfeld 335 des Bestrahlungsgerätes.The ultrasonic distance meter 323 is further connected to a distance display element 331, and the temperature measuring device 325 is connected to a temperature display element 333. The distance display element 331 and the temperature display element 333 together with the power display element 321 form a display field 335 of the irradiation device.

Nach Einschaltung des Bestrahlungsgerätes mittels des Ein-/Ausschalters 313 stellt der Benutzer in der bevorzugten Anwendungsweise an der Temperaturwählereinheit 315 eine vorbestimmte geeignete Bearbeitungstemperatur zur Bearbeitung einer Oberflächenschicht 337 auf einem Bearbeitungsgegenstand 339 ein. Das entsprechende Stellsignal wird an die Leistungsregelstufe 319 übermittelt, die in Abhängigkeit vom Meßsignal des Ultraschall-Entfernungsmessers 323 und des Pyrometerelementes 327 (verarbeitet in der Temperaturmeßeinrichtung 325) ein AnsteuersignalAfter switching on the irradiation device using the on/off switch 313, the user sets a predetermined suitable processing temperature for processing a surface layer 337 on an object 339 to be processed on the temperature selector unit 315 in the preferred application. The corresponding control signal is transmitted to the power control stage 319, which, depending on the measurement signal of the ultrasonic distance meter 323 and the pyrometer element 327 (processed in the temperature measuring device 325), generates a control signal

Meissner, BOLTE& Partner·* ·«·!·· *..**..* m/ind-058-de/gMeissner, BOLTE& Partner·* ·«·!·· *..**..* m/ind-058-de/g

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für die Stromversorgungseinheit 311 ermittelt und dieser zuführt. Die entsprechend angesteuerten Halogenlampen 303 erwärmen daraufhin die Oberflächenschicht 337, während laufend deren Temperatur und der Abstand der Halogenlampen-Reflektor-Kombination 301 zu dieser gemessen und die Meßsignale in einer Closed-Loop-Regelung zur Gewinnung des jeweils aktuellen Ansteuersignals für die Stromversorgungseinheit 311 verarbeitet werden. Hierdurch wird - nach einer sehr kurzen Einstellzeit im Bereich von Zehntel-Sekunden oder wenigen Sekunden - eine konstante Bearbeitungstemperatur in einem Bestrahlungsbereich 341 der Oberflächenschicht 337 aufrechterhalten, bis eine vorgegebene Bestrahlungsdauer abgelaufen ist und der Benutzer durch Betätigung des Ein-/Ausschalters 313 das Gerät wieder ausschaltet.for the power supply unit 311 and fed to it. The appropriately controlled halogen lamps 303 then heat the surface layer 337, while its temperature and the distance of the halogen lamp-reflector combination 301 to it are continuously measured and the measurement signals are processed in a closed-loop control to obtain the current control signal for the power supply unit 311. As a result - after a very short setting time in the range of tenths of a second or a few seconds - a constant processing temperature is maintained in an irradiation area 341 of the surface layer 337 until a predetermined irradiation time has elapsed and the user switches the device off again by operating the on/off switch 313.

Die Ausführung der Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Beispiele und hervorgehobenen Aspekte beschränkt, sondern im Rahmen der Ansprüche ebenso in einer Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachgemäßen Handelns liegen.The implementation of the invention is not limited to the examples and aspects described above, but is also possible in a variety of modifications within the scope of the claims, which are within the scope of professional practice.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

100;100; 200; 300200; 300 ...... NIR-BestrahlungsgerätNIR irradiation device 101;101; 201201 •• HandgriffHandle 103;103; 203; 313203; 313 Ein-/AussehalterIn/out holder 105;105; 205; 315205; 315 TemperaturwählerTemperature selector 107;107; 207207 GehäuseHousing 109109 NetzanschlußkabelPower cable 111111 BefestigungsringMounting ring 113A113A Reflektor (teil-elliptisch)Reflector (partially elliptical) 113B113B Reflektor (teil-parabolisch)Reflector (partially parabolic) 115;115; 215215 BelüftungsöffnungVentilation opening 117;117; 337337 OberflächenschichtSurface layer 119;119; 339339 BearbeitungsgegenstandSubject of processing 210210 KühlwasserschlauchCooling water hose . :··· .**&diams;.". ."· ·": :**: :'.'. :"::'.'.' i. :··· .**&diams;.". ."· ·": :**: :'.'. :"::'.'.' i : '." .'IJi! ·* · · ! &Sgr; &iacgr; &idigr; &iacgr; ' : '." .'IJi! ·* · · ! &Sgr;&iacgr;&idigr;&iacgr;'

MEISSNER, BOLTS & PAAfNEk* M/IND-058-DE/GMEISSNER, BOLTS & PAAfNEk* M/IND-058-DE/G

212; 301 Halogenlampen-Reflektor-Kombination212; 301 Halogen lamp-reflector combination

217 Nutführung217 Groove guide

219A, 219B Blende219A, 219B aperture

221; 335 Displayfeld221; 335 Display field

303 Halogenlampe303 halogen lamp

305 Reflektor305 Reflector

307 Kühlwasserkanal307 Cooling water channel

309 Aussparung309 recess

311 Stromversorgungseinheit311 Power supply unit

317 Betätigungseinrichtung317 Actuating device

319 Leistungsregelstufe319 Power control level

321 Leistungs-Anzeigeelement321 Power indicator element

323 Ultraschall-Entfernungsmesser323 Ultrasonic distance meter

325 Temperaturmeßeinrichtung325 Temperature measuring device

327 Pyrometerelement·327 Pyrometer element·

329 Stromversorgungs- und Ansteuereinheit329 Power supply and control unit

331 Entfernungs-Anzeigeelement331 Distance display element

333 Temperatur-Anzeigeelement333 Temperature display element

341 Bestrahlungsbereich 20341 Irradiation area 20

Claims

1. Handgeführte Bestrahlungseinrichtung (100; 200; 300) zur manuellen Ausführung eines thermischen Bearbeitungsverfahrens, mit

- mindestens einer Strahlungsquelle (303) für elektromagnetische Strahlung, deren wesentlicher Wirkanteil im Bereich des nahen Infrarot, insbesondere im Wellenlängenbereich zwischen 0,8 µm und 1,5 µm liegt, insbesondere mindestens einer langgestreckten Halogenlampe,

- einer Stromversorgungs- und Ansteuereinrichtung (329) für die Strahlungsquelle,

- einem an die Form und Anzahl der Strahlungsqelle(n) angepaßten Reflektor (113A, 113B; 305) und

- einer aktiven Kühleinrichtung (115; 210, 215; 305) zur Kühlung des Reflektors und wahlweise der Strahlungsquelle

in einem Gehäuse (107; 207) mit einer Handhabe (101; 201) und einem Schalt- und/oder Steuerelement (103, 105; 203, 205; 313, 315). 1. Hand-held irradiation device ( 100 ; 200 ; 300 ) for manually carrying out a thermal processing method, with

- at least one radiation source ( 303 ) for electromagnetic radiation, the essential active component of which lies in the near infrared range, in particular in the wavelength range between 0.8 µm and 1.5 µm, in particular at least one elongated halogen lamp,

- a power supply and control device ( 329 ) for the radiation source,

- a reflector ( 113 A, 113 B; 305 ) adapted to the shape and number of the radiation source(s) and

- an active cooling device ( 115 ; 210 , 215 ; 305 ) for cooling the reflector and optionally the radiation source

in a housing ( 107 ; 207 ) with a handle ( 101 ; 201 ) and a switching and/or control element ( 103 , 105 ; 203 , 205 ; 313 , 315 ).

2. Bestrahlungseinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von langgestreckten, insbesondere zueinander parallel angeordneten, Halogenlampen (303) und einen gemeinsamen Reflektor (305). 2. Irradiation device according to claim 1, characterized by a plurality of elongated halogen lamps ( 303 ), in particular arranged parallel to one another, and a common reflector ( 305 ).

3. Bestrahlungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor (113A, 113B; 305) verstellbar und/oder auswechselbar ist. 3. Irradiation device according to claim 1 or 2, characterized in that the reflector ( 113 A, 113 B; 305 ) is adjustable and/or exchangeable.

4. Bestrahlungseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine vor die Strahlungsquelle gesetzte, insbesondere auswechselbare, Blende (219A, 219B) zur definierten Begrenzung des durch die Strahlungsquelle-Reflektor-Kombination (212; 303) bestimmten Bestrahlungsbereiches (341) mit im wesentlichen homogener Strahlungsflußdichteverteilung. 4. Irradiation device according to one of the preceding claims, characterized by a diaphragm ( 219 A, 219 B) placed in front of the radiation source, in particular an exchangeable diaphragm (219 A, 219 B) for the defined limitation of the irradiation region ( 341 ) determined by the radiation source-reflector combination ( 212 ; 303 ) with a substantially homogeneous radiation flux density distribution.

5. Bestrahlungseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle-Reflektor-Kömbination (212; 303) und wahlweise die Blende (219A, 219B) zur Erzeugung eines Bestrahlungsbereiches mit einer Fläche im Bereich zwischen 0,5 cm² und 200 cm², bevorzugt im Bereich zwischen 2 cm² und 100 cm², ausgebildet sind. 5. Irradiation device according to one of the preceding claims, characterized in that the radiation source-reflector combination ( 212 ; 303 ) and optionally the diaphragm ( 219A , 219B ) are designed to produce an irradiation region with an area in the range between 0.5 cm ² and 200 cm ² , preferably in the range between 2 cm ² and 100 cm ² .

6. Bestrahlungseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Anschlußleistung von 2 kW oder mehr an einem 220 V- Wechselstromnetz oder von 5 kW oder mehr an einem 380 V- Drehstromnetz. 6. Irradiation device according to one of the preceding claims, characterized by a connected load of 2 kW or more on a 220 V alternating current network or of 5 kW or more on a 380 V three-phase network.

7. Bestrahlungseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühleinrichtung mindestens ein, insbesondere hinter dem Reflektor angeordnetes, Kühlgebläse umfaßt. 7. Irradiation device according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling device comprises at least one cooling fan, in particular arranged behind the reflector.

8. Bestrahlungseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühleinrichtung mindestens einen Kühlfluid-Strömungskanal (307), insbesondere mehrere Kühlfluid-Strömungskanäle, im Reflektor (305) und einen mit diesem bzw. diesen verbundenen Anschluß für eine externe Kühlfluidquelle, insbesondere einen Wasser- oder Druckluftanschluß (210), aufweist. 8. Irradiation device according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling device has at least one cooling fluid flow channel ( 307 ), in particular a plurality of cooling fluid flow channels, in the reflector ( 305 ) and a connection connected to this or these for an external cooling fluid source, in particular a water or compressed air connection ( 210 ).

9. Bestrahlungseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Meßeinrichtung für einen Parameter des Bearbeitungsvorganges, insbesondere eine Abstands- und/oder eine Temperaturmeßeinrichtung (323, 325, 327). 9. Irradiation device according to one of the preceding claims, characterized by a measuring device for a parameter of the processing process, in particular a distance and/or a temperature measuring device ( 323 , 325 , 327 ).

10. Bestrahlungseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung oder Meßeinrichtungen einen oder mehrere berührungslos arbeitende Meßfühler, insbesondere einen Ultraschall-Abstandsfühler (323) und/oder ein Pyrometerelement (327), aufweist/aufweisen. 10. Irradiation device according to one of the preceding claims, characterized in that the measuring device or measuring devices have one or more contactless measuring sensors, in particular an ultrasonic distance sensor ( 323 ) and/or a pyrometer element ( 327 ).

11. Bestrahlungseinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der oder mindestens einer der Meßfühler (327) hinter dem Reflektor (305) angeordnet ist, wobei der Reflektor dort zur Schaffung eines Erfassungsbereiches des Meßfühlers eine Ausnehmung (309) aufweist. 11. Irradiation device according to claim 10, characterized in that the or at least one of the sensors ( 327 ) is arranged behind the reflector ( 305 ), the reflector having a recess ( 309 ) there to create a detection area of the sensor.

12. Bestrahlungseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromversorgungs- und Ansteuereinrichtung (329) eine eingangsseitig mit dem als Leistungs- oder Temperaturwähler (315) ausgebildeten Steuerelement und/oder der Meßeinrichtung (323, 325, 327) verbundene Leistungssteuerstufe (319) zur Steuerung der Bestrahlungsleistung aufweist. 12. Irradiation device according to one of the preceding claims, characterized in that the power supply and control device ( 329 ) has a power control stage ( 319 ) for controlling the irradiation power, which is connected on the input side to the control element designed as a power or temperature selector ( 315 ) and/or to the measuring device ( 323 , 325 , 327 ).

13. Bestrahlungseinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungssteuerstufe eine Regeleinrichtung (319) zur mindestens wahlweisen Regelung der Bestrahlungsleistung nach einer vorgegebenen Temperatur oder Strahlungsflußdichte auf dem Bearbeitungsgegenstand (339) umfaßt. 13. Irradiation device according to claim 12, characterized in that the power control stage comprises a control device ( 319 ) for at least selectively controlling the irradiation power according to a predetermined temperature or radiation flux density on the object being processed ( 339 ).

14. Bestrahlungseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine mit der Stromversorgungs- und Ansteuereinrichtung (329) und/oder der Meßeinrichtung bzw. den Meßeinrichtungen (323, 325, 327) verbundene Anzeigeeinrichtung (331, 333) zur Anzeige des Betriebszustandes und/oder des Wertes mindestens eines Parameters des Bearbeitungsverfahrens, insbesondere des Abstandes der Strahlungsquelle (303) zum Bearbeitungsgegenstand (339) und/oder der Temperatur auf diesem. 14. Irradiation device according to one of the preceding claims, characterized by a display device ( 331 , 333 ) connected to the power supply and control device ( 329 ) and/or the measuring device or devices ( 323 , 325 , 327 ) for displaying the operating state and/or the value of at least one parameter of the processing method, in particular the distance of the radiation source ( 303 ) to the object being processed ( 339 ) and/or the temperature on the object.