EP2042002B1 - Installation for treating a workpiece with uv, nir or ir radiation - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Bearbeitung eines Werkstücks mit UV-, NIR- oder IR-Strahlung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie die Verwendung eines hochreflektierenden flächigen Verbundmaterials in einer derartigen Anlage.The invention relates to a system for processing a workpiece with UV, NIR or IR radiation according to the preamble of claim 1 and the use of a highly reflective sheet-like composite material in such a system.

Zur thermischen Behandlung von Oberflächen, Bearbeitung von Materialien und Herstellung von Verbundwerkstoffen werden im industriellen Umfeld vielfach Bestrahlungsverfahren angewendet, bei denen das Bestrahlungsgut mit elektromagnetischer Strahlung mit einem wesentlichen Wirkanteil im Bereich des nahen Infrarot (NIR), insbesondere im Wellenlängenbereich zwischen 0,8 µm und 1,5 µm, beaufschlagt und so erwärmt wird. Strahlung im UV- oder sichtbaren Bereich wird jedoch von vielen Materialien ebenfalls absorbiert und ruft entsprechende thermische Wirkungen hervor. Beim Einsatz von UV-Strahlung für Bearbeitungszwecke, etwa zum Trocknen der Druckfarbe auf schnelllaufenden Druckbildträgern oder zum Härten spezieller Lackformulierungen, ist zudem neben oder vorrangig vor ihrer thermischen Wirkung ihre vernetzungs-initialisierende Wirkung für bestimmte Polymere von Bedeutung.For thermal treatment of surfaces, processing of materials and production of composite materials in the industrial environment irradiation methods are often used in which the irradiation with electromagnetic radiation having a significant active content in the near infrared (NIR), in particular in the wavelength range between 0.8 microns and 1.5 microns, applied and so heated. However, UV or visible radiation is also absorbed by many materials and causes corresponding thermal effects. When UV radiation is used for processing purposes, for example for drying the printing ink on high-speed print image carriers or for curing special paint formulations, in addition to or primarily prior to its thermal action, its crosslinking-initializing effect is of particular importance for certain polymers.

Bekannt ist bspw. der Einsatz von Bestrahlungsanordnungen zum Trocknen von Lacken, etwa Flüssig- oder auch Pulverlacken, auf Metall, Holz, Papier oder Kunststoffen, vgl. die Patentschriften DE 100 48 361 C1 oder DE 101 08 926 C1 der Anmelderin. Auch zum Trocknen von Farben, Druckfarben, Lasuren oder Ölen wird das beschichtete Substrat vielfach mit einer Strahlung beaufschlagt, die in die Beschichtung und teilweise auch in das Substrat eindringt; für weitere Informationen hierzu sei etwa auf das Patent DE 100 38 896 B4 der Anmelderin verwiesen. Auch zur Streckblasformung von Kunststoffprodukten, bspw. PET-Behältern, werden entsprechende Preforms mit Strahlung beaufschlagt; Details finden sich etwa in der Patentschrift DE 197 36 462 C2 der Anmelderin.It is known, for example, the use of irradiation arrangements for drying paints, such as liquid or powder coatings on metal, wood, paper or plastics, cf. the patents DE 100 48 361 C1 or DE 101 08 926 C1 the applicant. Also for drying paints, printing inks, glazes or oils, the coated substrate is often exposed to radiation, which penetrates into the coating and partly into the substrate; for more information, see, for example, the patent DE 100 38 896 B4 referred to the applicant. Also for stretch blow molding of plastic products, such. PET containers, corresponding preforms are exposed to radiation; Details can be found for example in the patent DE 197 36 462 C2 the applicant.

Bei der Realisierung von Applikationen von im nahen Infrarot arbeitenden Bestrahlungsanordnungen werden vielfach Gegenreflektoren auf der der Strahlungsquelle abgewandten Seite des Bearbeitungsgegenstandes und/oder Seitenreflektoren, ggfs. zur Ausbildung eines im wesentlichen geschlossenen Strahlungsraumes, vorgesehen. Dies gilt insbesondere für Applikationen zur Bestrahlung eines schnell geförderten Bearbeitungsgegenstandes, wie einer Papierbahn, einer Kunststofffolie, eines Metallbandes, eines Elastomerprofiles oder von Preforms o. ä. Hierdurch ergeben sich wesentliche Verbesserungen beim behandelten Produkt und in der Prozessführung.In the realization of applications of near-infrared irradiation arrangements are often counter-reflectors on the radiation source opposite side of the article to be processed and / or side reflectors, if necessary. To form a substantially closed radiation space provided. This applies in particular to applications for irradiating a rapidly conveyed processing object, such as a paper web, a plastic film, a metal strip, an elastomer profile or preforms or the like. This results in substantial improvements in the treated product and in the process control.

Die Reflektoren bilden Wandungen einer Bestrahlungszone bzw. eines Strahlungsraumes. Entsprechende Anordnungen sind bspw. den Patenten DE 198 07 643 C2 und DE 198 57 044 C2 sowie den Offenlegungsschriften DE 100 51 641 A1 und DE 100 51 642 A1 der Anmelderin zu entnehmen. Die unveröffentlichte deutsche Patentanmeldung 10 2005 000 837.2 der Anmelderin beschreibt schließlich die spezielle Auskleidung eines Strahlungsraumes mit kachel-artigen Reflektorplatten mit reflektierender Vorderseite und abstrahlender Rückseite.The reflectors form walls of an irradiation zone or a radiation space. Corresponding arrangements are, for example, the patents DE 198 07 643 C2 and DE 198 57 044 C2 and the publications DE 100 51 641 A1 and DE 100 51 642 A1 to be taken from the applicant. The unpublished German patent application 10 2005 000 837.2 the applicant finally describes the special lining of a radiation room with tile-like reflector plates with reflective front and radiating back.

Der vorliegenden Erfindung liegt angesichts dieses Standes der Technik die Aufgabe zugrunde, eine weiter verbesserte Anlage der gattungsgemäßen Art anzugeben, welche besonders einfach aufgebaut sein kann und mit hoher Energieeffizienz arbeitet.The present invention is based on this prior art, the task of specifying a further improved system of the generic type, which can be very simple and works with high energy efficiency.

Diese Aufgabe wird durch eine Anlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Fortbildungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand der hiervon abhängigen Ansprüche. Im Kontext der Lösung dieser Aufgabe stehen ferner eine neue Verwendung gemäß Anspruch 10 sowie deren Ausgestaltungen in den hiervon abhängigen Ansprüchen.This object is achieved by a system having the features of claim 1. Advantageous developments of the inventive concept are the subject of the claims dependent thereon. In the context of the solution of this problem are also a new use according to claim 10 and their embodiments in the dependent claims therefrom.

Die Erfindung schließt den wesentlichen Gedanken einer bis an die Grenzen des praktisch Machbaren getriebenen Verbesserung der Reflexionseigenschaften der Werkstückumgebung ein, um bei bekannten Anlagen dort noch auftretende (und in der Summe durchaus erhebliche) Energieverluste zu minimieren. Hierdurch wird es in überraschend hohem Maße möglich, durch Mehrfachreflexionen auch eine vielfache Beaufschlagung des Werkstücks mit dort noch nicht wirksam gewordenen Anteilen der Arbeitsstrahlung zu erreichen. Selbst bei Werkstücken mit für die Arbeitsstrahlung ungünstigen Reflexionseigenschaften lassen sich hierdurch Wirkungsgrade von über 40%, bezogen auf eine typische Werkstückbeschichtung, von über 70% (thermisch) erzielen.The invention includes the essential idea of an improvement of the reflection properties of the workpiece environment driven to the limits of the practically feasible, in order to minimize energy losses which still occur there (and on the whole quite considerable) in known systems. This makes it possible to a surprisingly high degree, by multiple reflections also a multiple application of the workpiece with there not yet become effective shares to reach the working radiation. Even with workpieces with unfavorable reflection properties for working radiation, efficiencies of over 40%, based on a typical workpiece coating, of over 70% (thermal) can be achieved.

Die erfindungsgemäß mögliche erhebliche Steigerung des Anlagen-Wirkungsgrades erhöht natürlich zum einen die Energieausbeute, sie schlägt sich aber auch deshalb in verringerten Prozess- und damit Produktkosten nieder, weil sich die Kühleinrichtungen einer derartigen Anlage geringer dimensionieren lassen oder auf besonders aufwändige Kühlungen (Flüssigkeitskühlung) ggf. zugunsten weniger aufwendiger Kühlverfahren (Gebläseluftkühlung) verzichtet werden kann.Of course, the considerable increase in the system efficiency possible according to the invention increases the energy yield on the one hand, but it is also reflected in reduced process and thus product costs, because the cooling devices of such a system can be dimensioned smaller or, if required, particularly costly cooling (liquid cooling) . in favor of less expensive cooling method (forced air cooling) can be dispensed with.

Zur Umsetzung dieses Prinzips schließt die Erfindung weiter den Gedanken ein, die Innenwandung einer Bestrahlungskammer mindestens zum überwiegenden Teil - bevorzugt so vollständig als möglich - mit einem hochreflektierenden flächigen Verbundmaterial auszukleiden, welches seine ausgezeichneten Reflexionseigenschaften auch bei der üblichen hohen thermischen Belastung und im Anlagen-Dauerbetrieb behält. In diesem Sinne ist ein Verbundmaterial vorgesehen, das auf einem Metallblech-Träger eine Beschichtung mit einem Reflexionsgrad von 97,5% oder mehr für die UV-, NIR- oder IR-Strahlung und hierauf eine transparente oxidische oder glasartige Korrosionsschutzschicht aufweist.In order to implement this principle, the invention further includes the idea of lining the inner wall of an irradiation chamber, at least for the most part-preferably as completely as possible-with a highly reflective, laminar composite material which exhibits its excellent reflection properties even under the usual high thermal load and continuous plant operation reserves. In this sense, a composite material is provided which has a coating with a reflectance of 97.5% or more for the UV, NIR or IR radiation and then a transparent oxide or glassy corrosion protection layer on a metal sheet support.

In einer ersten vorteilhaften Ausführung ist vorgesehen, dass der Träger des hochreflektierenden flächigen Verbundmaterials aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht. Aluminiumblech eignet sich gut als Substrat für hochreflektierende Beschichtungen und für Bauelemente mit dem hier in Rede stehenden Einsatzzweck auch wegen seiner hohen Wärmeleitfähigkeit, günstigen Kosten und leichten Bearbeitbarkeit. Alternativ kommen aber auch Stahl- oder Kupfer- oder für spezielle Anwendungen auch andere Metallbleche als Träger des Verbundmaterials in Betracht.In a first advantageous embodiment, it is provided that the carrier of the highly reflective sheet-like composite material consists of aluminum or an aluminum alloy. Aluminum sheet is well suited as a substrate for highly reflective coatings and for components with the purpose in question also because of its high thermal conductivity, low cost and easy workability. Alternatively, steel or copper or, for special applications, other metal sheets may also be considered as carriers of the composite material.

Ein vorteilhaftes Beschichtungsmaterial mit besonders guten Reflexionseigenschaften ist Silber mit hohem Reinheitsgrad, oder auch eine Silberlegierung (etwa mit Gold). Wegen der Korrosionsneigung stellt eine Ag-Reflexionsschicht aber hohe Anforderungen an die Qualität der überdeckenden Korrosionsschutzschicht, so dass auch eine Beschichtung des Trägers mit Reinst-Aluminium als zweckmäßige Lösung anzusehen ist, insbesondere bei Einsatz von AI-Blech als Träger. Das Aufbringen der Beschichtung auf den Träger erfolgt in zweckmäßiger Weise mit bekannten Vakuum-Beschichtungsverfahren.An advantageous coating material with particularly good reflection properties is silver with a high degree of purity, or else a silver alloy (for example with Gold). Because of the tendency to corrosion, however, an Ag reflection layer places high demands on the quality of the covering corrosion protection layer, so that a coating of the carrier with ultrapure aluminum is to be regarded as a suitable solution, in particular when using Al sheet metal as the carrier. The application of the coating on the support is carried out in an expedient manner with known vacuum coating methods.

Da sich auch bei sehr hohem Reflexionsgrad - bevorzugt sind Werte von über 99% - beim Einsatz von Höchstleistungs-Strahlern das Reflektormaterial in erheblichem Maße erwärmt, ist vorteilhafterweise die Rückseite des Metallblech-Trägers zur verbesserten Wärmeabstrahlung dunkel gefärbt, insbesondere geschwärzt. Dies begünstigt die Wärmeabstrahlung vom Verbundmaterial bzw., in Verbindung mit einer Fluidstromkühlung der Rückseite, auch die Wärmeableitung bzw. -konvektion von dort.Since even with very high reflectance - preferably values of over 99% - when using high-power radiators heats the reflector material to a considerable extent, advantageously the back of the sheet metal support for improved heat radiation is darkly colored, especially blackened. This promotes the heat radiation from the composite material or, in conjunction with a fluid flow cooling of the back, and the heat dissipation or convection from there.

Speziell in Verbindung mit einer Rückseiten-Kühlung, aber auch unabhängig hiervon aus baulichen und wartungsseitigen Gründen ist ein Aufbau der Strahlungskammer von Vorteil, bei dem das Verbundmaterial der Außenwandung der Bestrahlungskammer mit vorbestimmten Abstand, insbesondere auf einer Tragkonstruktion montiert, vorgeblendet ist.Especially in connection with a back-side cooling, but also independently thereof for structural and maintenance-side reasons, a structure of the radiation chamber is advantageous in which the composite material of the outer wall of the irradiation chamber with a predetermined distance, in particular mounted on a support structure, is vorgeblendet.

Im Interesse optimierter Gesamt-Reflexionseigenschaften ist es bevorzugt, dass die Bestrahlungskammer optisch im Wesentlichen allseitig geschlossen ist. Wie bereits weiter oben erwähnt, sollte sie zu diesem Zweck auch so vollständig als möglich mit dem hier vorgeschlagenen Reflektormaterial ausgekleidet sein.In the interest of optimized overall reflection properties, it is preferred that the irradiation chamber is optically closed substantially on all sides. As already mentioned above, for this purpose it should also be as completely lined as possible with the reflector material proposed here.

In einer Fortbildung dieses Gedankens ist vorgesehen, dass die Bestrahlungskammer zur Bearbeitung eines durchlaufenden Werkstücks, insbesondere in Form eines Flächenkörpers oder eines quasi-endlosen Bandes, einen an die Abmessungen des Werkstückes mit geringer Toleranz angepassten Ein- und Auslaufbereich aufweist, denen optische Dichtmittel zur Vermeidung von Strahlungslecks zugeordnet sind. Allein schon eine strikt an den funktionswesentlichen bzw. vom Anwender geforderten Toleranzen orientierte Dimensionierung des Ein- bzw. Auslaufbereiches sorgt für die Verringerung von Strahlungslecks. Zusätzlich in diese Richtung wirkt das Vorsehen geeigneter "optischer Dichtmittel", insbesondere einer Ein- und/oder Auslaufschräge oder -kurve aufweisen, die mindestens abschnittsweise mit dem hochreflektierenden flächigen Verbundmaterial belegt oder verblendet ist.In a further development of this idea, it is provided that the irradiation chamber for processing a continuous workpiece, in particular in the form of a sheet or a quasi-endless strip, has an inlet and outlet area adapted to the dimensions of the workpiece with a low tolerance, to which optical sealing means for avoiding associated with radiation leaks. Alone already a strictly on the functionally essential or required by the user tolerances sizing of the inlet and outlet area ensures the reduction of radiation leaks. In addition, in this direction, the provision of suitable "optical sealant", in particular an inlet and / or outlet slope or curve has, which is occupied or veneered at least in sections with the highly reflective sheet-like composite material.

Zur Realisierung optimaler Gesamt-Reflexionseigenschaften auch in verschiedenen Einsatz-Situationen bzw. bei wechselnden Nutzeranforderungen ist weiter vorgesehen, dass der Ein- und/oder Auslaufschräge oder -kurve Einstellmittel zur Einstellung ihres Neigungswinkels zugeordnet sind und/oder die Ein- und/oder Auslaufschräge mehrere Abschnitte mit unterschiedlichem, wahlweise separat einstellbarem Neigungswinkel aufweist.To realize optimum overall reflection properties even in different situations of use or with changing user requirements is further provided that the input and / or outlet slope or curve are assigned adjusting means for adjusting their inclination angle and / or the input and / or outlet more Having sections with different, optionally separately adjustable inclination angle.

Eine vorteilhafte Ausführung der oben erwähnten einfachen und kostengünstigen Kühlsysteme besteht darin, dass die Bestrahlungskammer eine Gasumlaufkühlung aufweist, die die Erzeugung und Führung eines Kühlgasstromes an einer Oberfläche des auskleidenden flächigen Verbundmaterials, insbesondere dessen Rückseite, und nach Erwärmung des Gases über eine Werkstückoberfläche umfasst. Hierdurch wird erreicht, dass nicht nur die Arbeitsstrahlung als solche möglichst vollständig dem Werkstück zugeführt wird, sondern dass auch die unvermeidlich im Reflektor in Wärme umgewandelten Strahlungsanteile der Erwärmung des Werkstücks zugute kommen. Es versteht sich, dass eine bei entsprechenden Einsatzbedingungen sinnvolle Alternative in einer Abführung der erwärmten Luft aus der Bestrahlungskammer und in deren anderweitige Nutzung außerhalb der Kammer bestehen kann, etwa zu einer Vorerwärmung des Werkstücks.An advantageous embodiment of the above-mentioned simple and inexpensive cooling systems is that the irradiation chamber comprises a gas circulation cooling, which comprises the generation and guidance of a cooling gas flow on a surface of the lining sheet-like composite material, in particular its back, and after heating of the gas over a workpiece surface. This ensures that not only the working radiation is supplied as completely as possible to the workpiece, but that the unavoidable in the reflector converted into heat radiation components of the heating of the workpiece benefit. It is understood that an alternative which is sensible under suitable conditions of use may consist in a removal of the heated air from the irradiation chamber and in its other use outside the chamber, for example to preheat the workpiece.

An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass in den anhängenden Ansprüchen und der Beschreibung der Begriff "Werkstück" in seinem allgemeinsten Sinne eines Bearbeitungsobjektes verstanden werden soll, also auch quasi-endlose Flächenkörper oder nicht formgebundene Medien, etwa einen Teilchen- oder Flüssigkeitsstrom, einschließen soll. Weiter wird darauf hingewiesen, dass bei der Benennung von UV-, NIR- oder IR-Strahlung der zwischen diesen Bereichen liegende Bereich der sichtbaren Strahlung keineswegs ausgeschlossen sein soll, sofern das sichtbare Licht im Bezug auf das Werkstück eine Bearbeitungsfunktion hat.It should be noted that in the appended claims and the description, the term "workpiece" is to be understood in its most general sense of a processing object, so also quasi-endless sheets or non-formgebundene media, such as a particle or liquid flow to include , It should also be noted that in the designation of UV, NIR or IR radiation of the range of visible radiation lying between these areas is by no means excluded, as long as the visible light has a processing function with respect to the workpiece.

Für gewisse Applikationen, bei denen im Verlaufe der Bestrahlung etwa Lösungsmittel oder andere Bestandteile aus dem Werkstück bzw. einer darauf angeordneten Beschichtung austreten, ist eine Ausführung der Anlage zweckmäßig, bei der in der Bestrahlungskammer zwischen den Strahlern und/oder dem flächigen Verbundmaterial und dem Werkstück eine für die eingesetzte UV-, NIR- und/oder IR-Strahlung hochtransparente Schutzscheibe angeordnet ist. Die Schutzscheibe verhindert eine Verschmutzung der Strahler und/oder des Reflektormaterials. Es versteht sich, dass sie dann selbstverschmutzt und in bestimmten Abständen zu reinigen ist. Dies kann durch eine Kammerkonstruktion erleichtert werden, bei der die Schutzscheibe herausnehm- oder -fahrbar oder durch Aufklappen o.ä. leicht zugänglich ist. In Kombination hiermit, oder auch unabhängig hiervon, ist des Weiteren ein Kammeraufbau vorteilhaft, bei dem das auskleidende hochreflektierende Verbundmaterial mindestens abschnittsweise leicht gereinigt und/oder ausgetauscht werden kann. Konkrete Konstruktionsmerkmale einer derartigen Bestrahlungskammer sind aber nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung.For certain applications in which, for example, solvents or other constituents emerge from the workpiece or a coating arranged thereon during the irradiation, an embodiment of the system is expedient in which in the irradiation chamber between the radiators and / or the laminar composite material and the workpiece a highly transparent for the UV, NIR and / or IR radiation used protective screen is arranged. The protective screen prevents contamination of the radiator and / or the reflector material. It goes without saying that it is then self-polluted and must be cleaned at certain intervals. This can be facilitated by a chamber construction in which the protective pane can be removed or moved or by unfolding or the like. is easily accessible. In combination herewith, or independently of this, furthermore, a chamber structure is advantageous in which the lining highly reflective composite material can be easily cleaned and / or replaced at least in sections. Concrete design features of such a radiation chamber but are not the subject of the present invention.

Im Interesse des grundsätzlichen Zieles, die Arbeitsstrahlung möglichst vollständig in das Werkstück einzuleiten, ist es von Vorteil, wenn die Schutzscheibe mindestens auf der den Strahlern zuwandten Oberfläche mit einer für die eingesetzte UV-, NIR- und/oder IR-Strahlung reflexmindernden Beschichtung versehen ist.In the interest of the basic aim of introducing the working radiation as completely as possible into the workpiece, it is advantageous if the protective pane is provided with a coating which reduces the reflection used for UV, NIR and / or IR radiation at least on the surface facing the radiators ,

In einer konstruktiv besonders einfachen und somit auch besonders kostengünstigen Ausführung der vorgeschlagenen Anlage ist vorgesehen, dass eine thermische Isolation der Bestrahlungskammer mindestens überwiegend durch das hochreflektierende flächige Verbundmaterial bewirkt wird. Dieses Konzept, welches auch als "light weight thermal insulation" bezeichnet werden kann, wird also die Entkopplung zwischen thermisch hoch belasteter Bestrahlungszone und vor hohen Temperaturen zu schützender Umgebung weitestgehend durch die ausgezeichneten Reflexionseigenschaften der Bestrahlungskammer-Innenseite erreicht, und auf den Einsatz voluminöser und weitgehend manuell zu verarbeitender Wärmeisolierstoffe kann weitgehend verzichtet werden. Besonders gut gelingt dies, wenn die thermische Isolation zur Wirkung des die Bestrahlungskammer auskleidenden hochreflektierenden flächigen Verbundmaterials durch einen an dessen Oberfläche entlangstreichenden Kühlgasstrom unterstützt wird. Aber auch ohne einen rückseitigen Kühlgasstrom, allein durch Anordnung des Reflektormaterials mit Abstand zur Bestrahlungskammer-Außenwand, lassen sich die vergleichsweise guten Wärmeisolationseigenschaften von Luft zur Realisierung des erwähnten Leichtbau-Konzeptes nutzen.In a structurally particularly simple and thus also particularly cost-effective embodiment of the proposed system is provided that a thermal insulation of the irradiation chamber is at least predominantly effected by the highly reflective sheet-like composite material. This concept, which can also be referred to as "light weight thermal insulation", therefore, the decoupling between thermally highly loaded irradiation zone and high temperatures to be protected environment largely achieved by the excellent reflection properties of the irradiation chamber inside, and on the use voluminous and largely Manually processed thermal insulation materials can be largely dispensed with. This is achieved particularly well when the thermal insulation to the effect of the high-reflective lining the irradiation chamber flat composite material is supported by a sweeping along the surface of the cooling gas flow. But even without a back-side cooling gas flow, solely by arranging the reflector material at a distance from the irradiation chamber outer wall, the comparatively good thermal insulation properties of air can be used to realize the aforementioned lightweight construction concept.

Der extrem hohe Wirkungsgrad und die damit mögliche Leichtbau-Ausführung bedeuten, dass die vorgeschlagene Vorrichtung eine geringe thermische Masse hat und daher besonders schnell in ihrer Temperatur steuerbar ist. Andererseits erfordert die geringe thermische Masse aber auch eine schnelle und hochpräzise Temperatursteuerung, um Temperaturschwankungen des zugeführten Werkstücks oder der Umgebung ohne nachteilige Einflüsse auf die Qualität des Endprodukts schnell kompensieren zu können. Daher ist zweckmäßiger Weise den Strahlern eine im Wesentlichen trägheitslose Leistungssteuerung zur Einstellung einer Prozesstemperatur in der Bestrahlungskammer zugeordnet.The extremely high efficiency and the possible lightweight design mean that the proposed device has a low thermal mass and therefore is particularly fast in their temperature controllable. On the other hand, the low thermal mass but also requires a fast and high-precision temperature control to compensate for temperature fluctuations of the supplied workpiece or the environment quickly without adverse effects on the quality of the final product can. Therefore, suitably, the radiators are assigned a substantially inertia-free power control for setting a process temperature in the irradiation chamber.

Vorteile und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich im Übrigen aus der nachfolgenden Erläuterung bevorzugter Ausführungsbeispiele und -aspekte der Erfindung anhand der Figuren. Von diesen zeigen:

Fig. 1

eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anlage in einer schematischen Längsschnittdarstellung,

Fig. 2

eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anlage in einer schematischen Längsschnittdarstellung und

Fig. 3

eine Querschnittsdarstellung eines Ausführungsbeispiels des bei der erfindungsgemäßen Anlage als Reflektor eingesetzten flächigen Verbundmaterials.

Incidentally, advantages and expediencies of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments and aspects of the invention with reference to the figures. From these show:

Fig. 1

A first embodiment of a system according to the invention in a schematic longitudinal sectional view,

Fig. 2

a second embodiment of a system according to the invention in a schematic longitudinal section and

Fig. 3

a cross-sectional view of an embodiment of the planar composite material used in the inventive system as a reflector.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Trocknungsanlage 1 zur Trocknung von Beschichtungen auf einem schnell durchlaufenden Metallblech (Coil) 3 mittels naher Infrarotstrahlung, die von bei hoher Strahlertemperatur oberhalb von 2900 K betriebenen Glühfaden-Halogenlampen 5 ausgesandt wird. Fig. 1 shows schematically a drying plant 1 for drying coatings on a rapidly passing metal sheet (coil) 3 by means of near infrared radiation, which is emitted by at high radiator temperature above 2900 K operated filament halogen lamps 5.

Die Anlage 1 umfasst eine Bestrahlungskammer 7, in der das Metallblech 3 durch drehende Walzen 9 gelagert ist und die einen Einlaufbereich 11 und einen Auslaufbereich 13 hat, in denen keine Strahler angeordnet sind. Der Einlaufbereich 11 dient hier zugleich als Vorwärmbereich, während der Auslaufbereich 13 als Nachtemperzone wirken kann.The plant 1 comprises an irradiation chamber 7, in which the metal sheet 3 is supported by rotating rollers 9 and which has an inlet region 11 and an outlet region 13, in which no emitters are arranged. The inlet area 11 serves here as a preheating area, while the outlet area 13 can act as a post-annealing zone.

Der Mittenbereich der Anlage, die eigentliche Bestrahlungskammer 7 hat in der dargestellten Ausführung im Wesentlichen Trapezform mit einer zum durchlaufenden Metallblech 3 und zur Boden-Wandung 7.1 parallelen Decken-Wandung 7.2 und in einem stumpfen Winkel zur Boden-Wandung 7.1 geneigten stirnseitigen Wandungen 7.3. Der Ein- und Auslaufbereich 11, 13 sind in ihrer Durchlassweite knapp auf die für den schnellen Durchlauf des Bleches 3 festgelegten Toleranzen abgestimmt, wobei die lichte Weite des Einlaufbereiches 11 aus einem weiter unten zu erläuternden Grund etwas größer bemessen ist als diejenige des Auslaufbereiches 13. Die Oberseiten beider Bereiche sind geringfügig gegenüber der Ebene des Blechs 3 geneigt.The central region of the plant, the actual irradiation chamber 7 has in the illustrated embodiment substantially trapezoidal shape with a continuous metal sheet 3 and the bottom wall 7.1 parallel ceiling wall 7.2 and at an obtuse angle to the bottom wall 7.1 inclined end walls 7.3. The inlet and outlet areas 11, 13 are closely matched in their passage width to the tolerances specified for the fast passage of the sheet 3, wherein the inside width of the inlet area 11 is dimensioned slightly larger than that of the outlet area 13 for a reason to be explained below. The tops of both areas are slightly inclined with respect to the plane of the sheet 3.

Praktisch die gesamte Innenfläche der Bestrahlungskammer 7, wie auch die Oberseiten des Ein- und Auslaufbereiches 11, 13 sind mit einem hochreflektierenden Flächenmaterial 15 ausgekleidet. Dieses ist durch eine geeignete Tragkonstruktion 17 von der Wandung der Bestrahlungskammer 7 beabstandet angebracht, während es auf die oberen Wandungsabschnitte des Ein- und Auslaufbereiches 11, 13 an Befestigungspunkten 19 direkt aufgelegt ist. Auch in den Zwischenräumen zwischen den Walzen 9 ist, auf geeigneten Ständern 19, das Reflektormaterial 15 vorgesehen.Virtually the entire inner surface of the irradiation chamber 7, as well as the tops of the inlet and outlet areas 11, 13 are lined with a highly reflective sheet material 15. This is mounted by a suitable support structure 17 spaced from the wall of the irradiation chamber 7, while it is placed directly on the upper wall portions of the inlet and outlet region 11, 13 at attachment points 19. Also in the spaces between the rollers 9, the reflector material 15 is provided on suitable stands 19.

Im Übergangsbereich zwischen dem Einlaufbereich 11 und der Bestrahlungskammer 7 ist in der dortigen Stirnwand ein Lufteinlass 21 vorgesehen, über den Gebläseluft in den Zwischenraum zwischen dem Reflektormaterial 15 und der Außenwand der Bestrahlungskammer 7 in der in der Figur mit Pfeilen bezeichneten Strömungsrichtung eingeblasen wird. Nach Passieren der Rückseite der die Strahler 5 umgebenden und sich besonders stark erwärmenden Abschnitte der Reflektorkonstruktion 15/17 gelangt die Luft, unterstützt durch geeignete Formgebung der Reflektoreinheiten und eine (nicht dargestellte) Absaugeinrichtung am äußeren Ende des Einlaufbereiches 11, auf die Oberfläche des Metallblechs 3 und strömt entgegen dessen Laufrichtung zum Absaugpunkt am äußeren Ende des Einlaufbereiches 11. Sie bewirkt hierbei eine zusätzliche Erwärmung der Oberfläche des Bleches und kühlt sich dabei selbst im Einlaufbereich 11 etwas ab.In the transition region between the inlet region 11 and the irradiation chamber 7, an air inlet 21 is provided in the end wall there, via the fan air in the space between the reflector material 15 and the outer wall of the irradiation chamber 7 in the direction indicated by arrows in the figure flow direction blown. After passing through the back of the radiator 5 surrounding and particularly strong heating sections of the reflector construction 15/17 the air, supported by suitable shaping of the reflector units and a (not shown) suction at the outer end of the inlet region 11, on the surface of the metal sheet. 3 and flows counter to its direction to the suction point at the outer end of the inlet region 11. It causes an additional heating of the surface of the sheet and thereby cools even in the inlet region 11 slightly from.

Durch die nahezu vollständige Auskleidung aller Wandungsbereiche der Bestrahlungskammer 7 und der wichtigeren Abschnitte des Ein- und Auslaufbereiches 11, 13 mit dem Flächenmaterial 15 mit extrem guten und stabilen Reflexionseigenschaften, in Verbindung mit der engen Bemessung des Ein- und Auslaufbereiches, gelingt eine herausragend effiziente Ausnutzung der NIR-Strahlung der Strahler 5. Die thermische Effizienz der Anordnung wird durch die Rückführung von hinter den Reflektorflächen entlangstreichender Kühlluft über der Werkstückoberfläche zusätzlich erhöht. Zudem kann aufgrund der besonders wirksamen Rückreflexion der Arbeitsstrahlung, in Verbindung mit der speziellen Kühlluftführung, weitgehend auf eine spezielle Wärmeisolation der Bestrahlungskammer 7 verzichtet werden.Due to the almost complete lining of all wall areas of the irradiation chamber 7 and the more important portions of the inlet and outlet area 11, 13 with the sheet material 15 with extremely good and stable reflection properties, in conjunction with the narrow dimensioning of the inlet and outlet area, succeeds in an extremely efficient use the NIR radiation of the radiator 5. The thermal efficiency of the assembly is further increased by the return of behind the reflector surfaces along sweeping cooling air over the workpiece surface. In addition, due to the particularly effective back reflection of the working radiation, in connection with the special cooling air guide, a special heat insulation of the irradiation chamber 7 can be largely dispensed with.

Fig. 2 zeigt als weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bearbeitungsanlage eine hier mit der Ziffer 1' bezeichnete Abwandlung der Anlage 1 aus Fig. 1, zur Trocknung und/oder Vernetzung einer Beschichtung auf einem Metallblech 3. Soweit diese Anlage gleiche oder funktionell übereinstimmende Teile wie die Anlage 1 aufweist, sind diese mit den gleichen Bezugsziffern wie in Fig. 1 bezeichnet und werden hier nicht nochmals erläutert. Ein wesentlicher konstruktiver Unterschied besteht darin, dass die Bestrahlungskammer 7' bei dieser Ausführung gekrümmt an die Decken-Wandung angeformte (in der Figur nicht gesondert bezeichnete) Stirnwandbereiche hat, ihre Wandung im oberen Bereich also als Gewölbe 7.2' ausgeführt ist. Dieser Teil der Bestrahlungskammer ist mit direkt auf der Wandung aufliegendem flächigen Reflektormaterial 15 verkleidet, welches an Befestigungspunkten 19 mit der Wandung verbunden ist. Im Einlaufbereich 11' und Auslaufbereich 13' ist eine massive obere bzw. Deckenwand entfallen und lediglich frei aufgeständertes flächiges Reflektormaterial 15 vorgesehen. Während dieses im Auslaufbereich 13' fest angebracht ist, ist im Einlaufbereich 11' seine Neigung durch geeignete Stellmittel 23 verstellbar. Fig. 2 shows as a further embodiment of a processing system according to the invention a here designated by the numeral 1 'modification of the system 1 from Fig. 1 for drying and / or crosslinking of a coating on a metal sheet 3. As far as this plant has the same or functionally matching parts as the plant 1, these are given the same reference numerals as in Fig. 1 and will not be explained again here. A significant constructive difference is that the irradiation chamber 7 'in this embodiment curved on the ceiling wall integrally formed (not separately designated in the figure) end wall areas, their wall in the upper area so as vault 7.2' is executed. This part of the irradiation chamber is covered with surface reflector material 15 lying directly on the wall, which is connected to attachment points 19 with the wall. In the inlet area 11 'and outlet area 13' is a massive upper or top wall omitted and only free elevated flat reflector material 15 is provided. While this is fixedly mounted in the outlet region 13 ', its inclination is adjustable by suitable adjusting means 23 in the inlet region 11'.

Eine Kühlluftzuführung befindet sich bei dieser Ausführung am Übergang zwischen der Bestrahlungskammer 7' und dem Auslaufbereich 13' und ist hier mit 21' bezeichnet. Wie durch den Verlauf der Pfeile dargestellt, strömt die Kühlluft hier im Wesentlichen nur an der Oberfläche des Metallblechs 3 entlang zum Einlaufbereich 11' und wird dort abgesaugt; eine Luftkühlung der Reflektorflächen 15 ist also hier nicht vorgesehen; es können aber gesonderte (nicht dargestellte) Kühleinrichtungen für die Strahler 5 vorhanden sein.A cooling air supply is in this embodiment at the transition between the irradiation chamber 7 'and the outlet region 13' and is here designated by 21 '. As shown by the course of the arrows, the cooling air flows substantially only along the surface of the metal sheet 3 to the inlet region 11 'and is sucked out there; an air cooling of the reflector surfaces 15 is thus not provided here; but it may be separate (not shown) cooling means for the radiator 5 may be present.

Fig. 3 zeigt schematisch den Querschnitt einer Ausführungsform des zur Auskleidung der Bestrahlungskammern eingesetzten hochreflektierenden Flächenmaterials 15. Dieses ist auf einem AI-Blech 15a mit hoher Walzgüte durch Vakuum-Abscheidung einer Reinst-Al-Schicht 15b mit einer Reinheit von mindestens 99,99% und anschließender Abscheidung einer hochtransparenten SiO₂-Schicht 15c auf der Reflexionsschicht 15b gebildet und auf der der Reflexionsschicht 15b gegenüberliegenden Oberfläche des Trägers 15a durch Anodisieren mit einer fest haftenden schwarzen Schicht 15d versehen. Fig. 3 shows schematically the cross section of an embodiment of the used for lining the irradiation chambers highly reflective sheet material 15. This is on a high-rolling-quality Al sheet 15a by vacuum deposition of a pure Al layer 15b with a purity of at least 99.99% and subsequent deposition a highly transparent SiO ₂ layer 15 c is formed on the reflection layer 15 b and provided on the surface of the support 15 a opposite the reflection layer 15 b by anodization with a firmly adhering black layer 15 d.

Die Ausführung der Erfindung ist nicht auf die hier dargestellten Konstruktionsbeispiel und den dargestellten bevorzugten Aufbau des hochreflektierenden flächigen Verbundmaterials beschränkt, sondern ebenso in einer Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachgemäßen Handelns liegen. Insbesondere sollen sämtliche möglichen Kombinationen der Merkmale der abhängigen Ansprüche als im Schutzbereich der Erfindung liegend angesehen werden.The embodiment of the invention is not limited to the construction example shown here and the illustrated preferred structure of the highly reflective sheet-like composite material, but also in a variety of modifications possible, which are within the scope of professional action. In particular, all possible combinations of the features of the dependent claims should be considered to be within the scope of the invention.

Claims (14)

1. Installation for processing a workpiece with UV, NIR or IR radiation, having a plurality of UV, NIR and/or IR radiation emitting emitters (5) and at least one reflection surface associated to said emitters, comprising
   an irradiation chamber (7) lined in the major part of the inner wall with a highly reflecting planar composite material (15) which exhibits, on a metal sheet carrier of in particular aluminum or an aluminum alloy, a coating having a reflectance of 97.5% or more for the UV, NIR or IR radiation, and a transparent oxidic or vitreous corrosion protection layer (15c) thereon, and characterized in that the irradiation chamber is optically closed on all sides and has an inlet and outlet area which arw adapted to the dimensions of the workpiece and to which optical sealing means are associated to prevent radiation leakages.
2. Installation according to claim 1,
   characterized in that
   the coating of the highly reflecting planar composite material essentially consists of silver or ultra-pure aluminum having a purity of 99.99% or more.
3. Installation according to claim 1 or 2,
   characterized in that
   the optical sealing means comprise an inlet and/or outlet slant or curve which at least in a portion is coated or veneered with the highly reflecting planar composite material (15) and/or to which adjusting means are associated for adjusting the inclination angle thereof and/or which comprises a number of portions having different, optionally separately adjustable inclination angles.
4. Installation according to any one of the preceding claims,
   characterized in that
   the composite material (15) is superimposed on the outer wall of the irradiation chamber (7) at a predefined spacing, in particular mounted on a support structure.
5. Installation according to any one of the preceding claims,
   characterized in that
   the irradiation chamber (7) exhibits a closed-circuit gas cooling comprising the generating and guiding of a cooling gas flow on a surface of the lining planar composite material, in particular the rear side thereof, and after heating the gas, across a workpiece surface.
6. Installation according to any one of the preceding claims,
   characterized in that
   in the irradiation chamber (7), between the emitters (5) and/or the planar composite material (15) and the workpiece, a protective pane that is highly transparent for the applied UV, NIR and/or IR radiation is disposed which is especially provided with a reflection reducing coating for the applied UV, NIR and/or IR radiation at least on the surface facing the emitters.
7. Installation according to any one of the preceding claims,
   characterized in that
   thermal insulation of the irradiation chamber (7) is at least mainly effected by the highly reflecting planar composite material (15).
8. Installation according to claim 7,
   characterized in that
   except for the lining with the highly reflecting planar composite material (15) and optionally a cooling gas flow, no further thermal insulation of the irradiation chamber is provided.
9. Installation according to any one of the preceding claims,
   characterized in that
   an essentially highly responsive power control is associated to the emitters (5) for setting a process temperature within the irradiation chamber (7).
10. Use of a highly reflecting planar composite material (15) which comprises, on a metal sheet carrier, a coating having a reflectance of 97% or more for the UV, NIR or IR radiation, and a transparent oxidic or vitreous corrosion protection layer (15c) thereon, in an installation according to any one of claims 1 to 9 for processing a workpiece with UV, NIR and/or IR radiation.
11. Use according to claim 10,
    characterized in that
    the metal sheet carrier of the planar composite material (15) consists of aluminum or an aluminum alloy.
12. Use according to claim 10 or 11,
    characterized in that
    the coating of the planar composite material (15) essentially consists of silver or ultra-pure aluminum having a purity of 99.99% or more.
13. Use according to any one of claims 10 to 12,
    characterized in that
    the rear side of the metal sheet carrier is colored dark, in particular blackened.
14. Use according to any one of claims 10 to 13,
    characterized in that
    the planar composite material (15) is superimposed at a predefined spacing on an outer wall of an irradiation chamber (7) equipped with UV, NIR and/or IR emitters.

Images