Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestrahlung von Objekten, insbe- sondere für eine photochemische Veränderung von Objektoberflächen, mit einer Lasereinrichtung zur Strahlungserzeugung und einer aus einem Bün- del von flexiblen Lichtleitfasern gebildeten, an einer Einkoppelseite mit der Lasereinrichtung gekoppelten und an einer Auskoppelseite auf das zu be- strahlende Objekt ausgerichteten oder ausrichtbaren Lichtleiteranordnung.

Die Härtung oder Polymerisation oder eine photochemische Veränderung von strahlungshärtenden, polymerisierbaren oder photochemisch veränder- baren Materialien wie beispielsweise Druckfarben oder Lacken oder Kleb- stoffen oder Formmassen mit elektromagnetischer Strahlung beispiels weise mit UV-Strahlung ist bekannt und wird industriell beispielsweise bei der Bedruckung von Verpackungsmaterialien oder bei der Verklebung von Bauteilen oder bei der Herstellung von Formteilen beispielsweise im 3D- Druck eingesetzt. Hierzu werden leistungsfähige UV-Strahlungsquellen wie Quecksilberlampen oder LED-Strahler verwendet, deren optische Aus- gangsleistung im für die Härtung relevanten Spektralbereich von etwa 200 nm bis 400 nm liegt, wobei deren gesamte Strahlungsleistung häufig im Be- reich von mehreren Kilowatt liegt. Grund dafür ist, dass in der Regel große Flächen innerhalb kürzester Zeit mit einer ausreichenden optischen Strah- lungsleistung und Strahlungsenergie belichtet werden müssen, um so eine hohe Produktionsleistung zu erzielen. Solche UV-Aggregate bestehen dabei bei der Verwendung von Quecksil- berlampen in der Regel aus einer zylinderförmigen UV-Lampe und entspre- chenden Reflektoreinrichtungen, welche auf der der Arbeitsebene abge- wandten Seite angeordnet sind, wodurch die von der Arbeitsebene weg ge- lenkte, abgestrahlte UV Strahlung auf die Arbeitsebene umgelenkt wird und so den Gesamtwirkungsgrad erhöht. Aufgrund der dabei verwendeten aus- gedehnten Lichtquelle ist es hierbei allerdings nur bedingt möglich, eine eng begrenzte Bestrahlungsfläche intensiv zu bestrahlen, so dass ein Großteil der UV-Strahlung nicht in gewünschter Weise verwendet werden kann.

Die in zunehmendem Maße industriell verwendeten UV-LED-Systeme wei- sen hierbei günstigere Eigenschaften auf, da LEDs ihre Strahlung nur in einen Halbraum abgeben und somit rückseitige Reflektoren entfallen kön- nen. Nachteilig ist jedoch der immer noch zu große Abstrahlwinkel von ca. 120°, so dass für eine intensive und räumlich begrenzte Ausleuchtung der Arbeitsebene zusätzliche optische Elemente wie Linsen und Spiegelele- mente erforderlich sind. Insbesondere beim Einsatz von UV-LED- Aggregaten für industrielle Zwecke, beispielsweise zur Härtung von UV- Druckfarben und Lacken, welche in der Regel großflächig auf ein Substrat aufgebracht werden, werden sehr hohe Gesamtleistungen benötigt, so dass es erforderlich ist, sehr viele einzelne LEDs in einem Array anzuordnen und gleichzeitig die zur Verfügung stehende Strahlungsleistung möglichst voll- ständig auf die Arbeitsebene zu lenken. Darüber hinaus ist es häufig erfor- derlich oder gewünscht, die zur Verfügung stehende Strahlungsleistung in einen Flächenbereich homogen zu konzentrieren, um einen möglichst ef- fektiven Härtungsprozesses zu ermöglichen. Aus der DE 38 28 753 ist eine Vorrichtung zum Trocknen von Druckproduk- ten in einer Druckmaschine bekannt, bei der ein Laserstrahl aus einem La- serrohr auf ein Lichtleitfaserkabel gerichtet wird, dessen einzelne Faseren- den so angeordnet sind, dass sie eine quer zur Transportrichtung eines Druckbogens verlaufende Linie bilden. Dabei wird auch vorgeschlagen, durch einen Mehrfachlaser mehrere Wellenlängen abzudecken. In jedem Fall ist hier problematisch, dass bei einer Gesamtbestrahlung eines Licht- leitkabels nur ein Bruchteil der Laserstrahlung in die Faserkerne eintritt, so dass die austrittsseitig erforderliche Leistung gar nicht eingekoppelt werden kann, ohne das Kabel thermisch zu überlasten. Hinzu kommen Intensitäts- Verteilungen über den Strahlquerschnitt, die zu einer inhomogenen Bestrah- lung führen. Derartige Systeme konnten daher auch in einem langen Zeit- raum von 30 Jahren nicht in die Praxis umgesetzt werden.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die im Stand der Technik aufgetretenen Nachteile zu beheben und ein System zu schaf- fen, welches bei einer hohen gesamten Strahlungsleistung eine flexible und effiziente Lichtlenkung auf eine gewünschte Arbeitsfläche gewährleistet. Weitere Aspekte liegen darin, in einfacher Weise die Größe und Form einer Bestrahlungsfläche anzupassen und im Bestrahlungsbereich ein variables Belichtungsmuster zu ermöglichen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird die im Patentanspruch 1 angegebene Merkmalskombination vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprü- chen. Die Erfindung geht von dem Gedanken aus, eine Vielzahl von Laserlicht- quellen über ein Lichtleiterbündel an einem Bestrahlungsort kompakt und punktgenau zu kombinieren. Dementsprechend wird erfindungsgemäß vor- geschlagen, dass die Lasereinrichtung eine Mehrzahl von Laserstrahlern bzw. Laserstrahlungsquellen aufweist, und dass jeder Laserstrahler mit ei- ner zugeordneten Lichtleitfaser der Lichtleiteranordnung gekoppelt ist, wo- bei eine Ausgangsstrahlung des jeweiligen Laserstrahlers in die zugeord- nete Lichtleitfaser eintritt. Dadurch ist es möglich, eine hohe Gesamtleistung der Laserstrahlung einzusetzen, ohne das Lichtleitkabel thermisch zu über- lasten. Dadurch ist es weiterhin möglich, die Ausgangsstrahlung des jewei- ligen Laserstrahlers mit hoher Effizienz und damit besonders verlustarm in die zugeordnete Lichtleitfaser einzukoppeln. Zugleich kann damit an der Auskoppelseite der Lichtleitfasern eine gezielte punktgenaue Auflösung am Bestrahlungsort erreicht werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass auf der Seite der Strahlungserzeugung ein großer Bauraum genutzt werden kann, während auf der Nutzungsseite ein Bestrahlungskopf ggf. auch in ei- ner beengten Maschinenumgebung flexibel integrierbar ist. Vorteilhafterweise sind die Laserstrahler als vorzugsweise kontinuierlich o- der quasi-kontinuierlich arbeitende oder gepulste Hableiter-Laserdioden ausgebildet, so dass eine hohe Integrationsdichte und variable Ansteue- rung bei hoher Gesamtleistung möglich ist. Um eine effektive Härtung bzw. Polymerisation der bestrahlten Materialien zu erreichen, ist es günstig, wenn die Ausgangsstrahlung der Laserstrahler im Wellenlängenbereich von 100nm bis 500nm liegt. In diesem Zusammenhang ist es auch von Vorteil, wenn zumindest einige Laserstrahler bei voneinander verschiedenen Wellenlängen arbeiten, so dass eine gezielte und an die jeweilige zu härtenden Substanz angepasste photochemische Veränderung möglich ist.

Vorteilhafterweise sind die auskoppelseitigen Enden der Lichtleitfasern an einem auf einen zu bestrahlenden Bereich ausrichtbaren Bestrahlungskopf in linienförmiger oder flächiger Anordnung gehalten, so dass auch eine va- riable Ausrichtung auf eine Objektkontur möglich ist.

Eine weitere besonders bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, dass die aus- koppelseitigen Enden der Lichtleitfasern in mindestens einem Halterele- ment zusammengefasst sind. Solche Halterelemente lassen sich dann bau- kastenartig vorkonfigurieren und zusammensetzen, um je nach Anforde- rung eine gewünschte Bestrahlungsfläche abzudecken.

Eine weitere Verbesserung sieht vor, dass an einem Bestrahlungskopf meh- rere Halterelemente modulartig miteinander kombiniert sind, so dass eine variable Flächenabdeckung erreicht wird, wobei der Bestrahlungskopf auf- grund der flexiblen Lichtleiteranordnung quasi frei positionierbar ist.

In diesem Zusammenhang ist es auch von Vorteil, wenn mehrere Halterele- mente in einer flächenbündigen Anordnung an den Austrittsenden der Licht- leitfasern miteinander verbunden sind, um so ein homogenes Bestrahlungs- raster zu realisieren. Für eine einfache Kaskadierung ist es vorteilhaft, wenn die Anzahl der Licht leitfasern an jedem Halteelement im Bereich von 1 bis 1000, vorzugsweise im Bereich von 10 bis 100 liegt. Gemäß noch einer weiterem besonders bevorzugten Ausgestaltung weist die Lasereinrichtung eine mit den Laserstrahlern verbundene Steuereinheit auf, wobei die Laserstrahler über die Steuereinheit voneinander unabhän- gig in ihrer Leistung einstellbar und/oder einzeln schaltbar sind. Dadurch kann eine punktgenaue und zeitlich sowie leistungsmäßig anpassbare Be- Strahlung in einem Prozessbereich erreicht werden, wobei sich auch ggf. vorhandene Toleranzen ausgleichen lassen.

In diesem Zusammenhang ist es auch vorteilhaft, wenn die Laserstrahler über die Steuereinheit nach Maßgabe einer gewünschten Strahlungsvertei- lung oder Musters auf dem ggf. im Durchlauf bestrahlten Objekt ansteuerbar sind.

Zur Vermeidung von Strahlungsverlusten und Erzielung einer hohen Be- strahlungseffizienz ist es von Vorteil, wenn die Laserstrahler auf einen Kern- bereich der zugeordneten Lichtleitfaser fokussiert sind, so dass die Einkop- peleffizienz jedes Laserstrahlers in die Lichtleitfaser mehr als 70% seiner Ausgangsstrahlung beträgt.

Um die Baueinheiten zur Strahlungserzeugung und den Arbeitsbereich räumlich geeignet zu trennen, ist es günstig, wenn das Bündel von Lichtleit fasern eine Länge im Bereich von 0,1 m bis 100m, vorzugsweise im Bereich von 1 m bis 20m aufweist. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass der Bestrahlungs- kopf mit optischen Elementen zur Strahlungslenkung und/oder Strahlungs- formung versehen ist, so dass eine hohe Punktgenauigkeit und/oder Flä- chenabgrenzung der Bestrahlung in einer Prozessfläche erreicht wird.

Um die Handhabung vor Ort zu vereinfachen, ist es günstig, wenn die La- serstrahler ggf. zusammen mit einer Einrichtung zur Stromversorgung und/oder zur Kühlung und/oder zur Steuerung als Versorgungseinheit in ei- nem gemeinsamen Gehäuse oder Aggregat angeordnet sind.

Um die Einkopplung in die zugeordneten Lichtleitfasern zu erleichtern, sollte die Baugröße der einzelnen Laserstrahler im Bereich von 0,1 mm bis 10mm liegen.

Eine besondere Einsatzmöglichkeit besteht darin, dass die Laserstrahler auf einen abgegrenzten Objektbereich ausgerichtet sind, und dass der Ob- jektbereich mit strahlungshärtenden Materialien, insbesondere Sonderfar- ben zur Erzeugung von optischen Effekten beschichtet ist.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand des in der Zeichnung in schema- tischer Weise dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zei- gen: Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Laser-basierten Bestrahlungssystems zur photochemischen Veränderung von Objektoberflächen; Fig. 2 und 3 mehrere modulartig miteinander kombinierbare Halterele- mente für Lichtleitfasern des Bestrahlungssystems in perspek- tivischer Darstellung; Fig. 4 einen aus den Halterelementen zusammengesetzten Bestrah- lungskopf in perspektivischer Darstellung.

Das in der Zeichnung dargestellte Bestrahlungssystem 10 ermöglicht eine effiziente Lenkung von Laserstrahlung auf zu bestrahlende Objekte 12, die mit strahlungshärtenden, polymerisierbaren oder allgemein photochemisch veränderbaren Materialien wie beispielsweise Druckfarben oder Lacken o- der Klebstoffen oder Formmassen beaufschlagt sind und ggf. im Durchlauf auf einer Transporteinrichtung 14 bestrahlbar sind. Zu diesem Zweck umfasst das Bestrahlungssystem 10 eine Steuereinheit 14, eine Lasereinheit 16 und eine Lichtleiteranordnung 18, die sich über einen kompakten Bestrahlungskopf 20 flexibel auf das Objekt 12 ausrichten lässt. Die Lasereinheit 16 umfasst dabei eine Vielzahl von Laserstrahlern 22 als einzelne Strahlungsquellen, die mit jeweils einer Lichtleitfaser 24 der Lichtleiteranordnung 18 zur Einkopplung von Laserstrahlung optisch gekop- pelt sind.

Die Steuereinheit 14 ist über Datenverbindungen 26 mit einem externen Rechner 28 oder Computernetzwerk verbunden. Ein Encoder 32 und eine Triggereinheit 34 sind über Steuerleitungen 30 angeschlossen, um objekt- bezogene Informationen oder Signale zu erfassen und gezielte Bestrahlungsvorgänge nach Maßgabe einer gewünschten Strahlungsver- teilung oder Musters auszulösen.

Die Lasereinheit 16 umfasst eine Schnittstelle 36, die über eine erste Steu- erleitung 38 mit der Steuereinheit 14 und über eine zweite Steuerleitung 40 mit einer Treiberschaltung 42 verbunden ist, um die einzelnen Laserstrahler 22 unabhängig voneinander zu schalten bzw. in ihrer Leistung einzustellen.

Die Laserstrahler 22 sind durch Hableiter-Laserdioden gebildet, die bei ei- ner Wellenlänge im Bereich von 100nm bis 500nm Strahlung emittieren, wobei ggf. einige der Laserstrahler 22 bei voneinander verschiedenen Wel- lenlängen arbeiten. Die Baugröße der einzelnen Laserdioden kann im Milli- meterbereich liegen, wobei in Abhängigkeit der gewünschten Zahl von Be- strahlungspunkten entsprechend viele Strahler 22 und Fasern 24 eingesetzt werden.

Die Lichtleitfasern 24 weisen einen im Wesentlichen runden Gesamtquer- schnitt auf, der aus zwei konzentrisch zueinander angeordneten Bereichen mit einem runden Querschnitt aufgebaut ist. Der innere kleinere Bereich - der Kern - besteht dabei aus einem optisch transparenten Material wie bei spielsweise Glas oder Quarz, dessen optischer Brechungsindex höher als derjenige des umgebenden optisch transparenten Materials, des so ge- nannten Claddings ist. Der Kern wirkt dann dadurch als Wellenleiter, dass ein in ihn eingekoppelter Lichtstrahl aufgrund von Totalreflexion an der Grenzschicht zwischen Kern und Cladding geführt wird. Aufgrund der bei Halbleiterlasern erforderlichen kleinen Emissionsfläche im Bereich von einigen miti ² und der engen Raumwinkel der Emission ist bei geringem Abstand eine hohe Koppeleffizienz in die optische Faser möglich, die im Bereich von 70% und mehr liegen kann. Es ist selbstverständlich auch möglich, die Einkopplung der Laserstrahlung in die optische Faser mit- tels einer Einkoppeloptik 44 zu realisieren.

Die Steuereinheit 14 und die Lasereinheit 16 sind zusammen mit einer nicht gezeigten Stromversorgung und Kühlung in einem gemeinsamen Gehäuse oder Schaltschrank 46 an einem geeigneten Aufstellort untergebracht, wäh- rend der kompakte Bestrahlungskopf 20 in einem entfernten Arbeitsbereich beispielsweise in einer Druckmaschine positionierbar ist. Dabei können über die Lichtleiteranordnung 18 auch größere Entfernungen zwischen Auf- stellort und Arbeitsbereich variabel überbrückt werden. Die Lichtleiterfasern 24 können eine Länge auch von mehr als 100m aufweisen, da die optischen

Verluste in der Faser bei Auswahl eines geeigneten Fasermaterials sehr gering sind und dadurch die Gesamtverluste im Wesentlichen an den Ein- und Auskoppelflächen aufgrund von Reflexionen entstehen. Gegebenen- falls können die Faserenden jeweils mit einer für die verwendete Wellen- länge optimierten Antireflexbeschichtung versehen werden.

Es kann vorteilhaft sein, dass der Bestrahlungskopf 20 mit optischen Ele- menten 48 bestückt ist, um an den auskoppelseitigen Faserenden der Licht leitfasern 24 die austretende Strahlung zu formen und beispielsweise auf das Objekt 12 zu fokussieren. Wie in Fig. 2 bis 4 veranschaulicht, kann der Bestrahlungskopf 20 eine Mehrzahl von Halterelementen 50 umfassen, die modulartig miteinander kombiniert sind, um die Austrittsenden 52 der Lichtleitfasern 24 über einen gewünschten Bereich in linien- oder flächiger Anordnung zu halten. Zweck- mäßig wird dabei auch über die Verbindungsstellen hinweg eine nahtlose, regelmäßige Konfiguration der Austrittsenden 52 eingehalten.

Wie am besten aus Fig. 2 ersichtlich, können die Halterelemente 50 mit Ausformungen 54 für gegenseitige formschlüssige Positionierungen verse- hen sein. Zur Fixierung an dem Bestrahlungskopf 20 ermöglichen Querboh- rungen 56 den Eingriff von nicht gezeigten Verbindungsmitteln, beispiels- weise Befestigungsschrauben. Um die Endabschnitte der einzelnen Licht- leitfasern 24 definiert zu positionieren, ist eine kammartige Rillenstruktur 58 an jedem Halterelement 58 vorgesehen. Die Anzahl der Lichtleitfasern 24 an jedem Halterelement 50 liegt zweckmäßig im Bereich von 10 bis 100, so dass durch entsprechende Kaskadierung ein gewünschter Arbeitsbereich abgedeckt wird.

Fig. 3 zeigt in schaubildlicher Explosionsdarstellung zusätzliche Halterele- mente 50‘ als Zwischenelemente, um eine mehrreihige Anordnung von Lichtleitfasern 24 zu schaffen. Die Reihen der Lichtleitfasern 24 können da- bei in einem Versatz zueinander gehalten werden, so dass die Austrittsen- den in der Zwischenreihe in den Lücken der darunter- bzw. darüber liegen- den Reihe angeordnet sind.

Fig. 4 zeigt die zusammengefügte Konfiguration mit einer Deckreihe von Halterelementen 50“, wodurch vier übereinander liegende Reihen oder Zeilen von Austrittsenden 52 der Lichtleitfasern 24 in flächenbündige An- ordnung verwirklicht werden. Dabei ist es möglich, die einzelnen Laser- strahler 22 so zu steuern, dass ggf. während einer Relativbewegung von Objekt 12 und Bestrahlungskopf 20 ein gewünschtes Punktmuster mit ho- her Auflösung und Bestrahlungsstärke belichtet wird.