WIRTH, Rolf (Julius-von-Niethammer 24b, Bruckmühl, 83052, DE)
BÄR, Kai K. O. (Dahlienweg 19a, Bad Aibling, 83043, DE)
WIRTH, Rolf (Julius-von-Niethammer 24b, Bruckmühl, 83052, DE)
| Hochreflektierendes Auskleidungselement und Bestrahlungsanordnung
Patentansprüche
1. Hochreflektierendes Auskleidungselement zur Wandverkleidung einer thermischen Bestrahlungsanordnung, welche mindestens eine Hochleistungs- Strahlungsquelle für Strahlung im sichtbaren und/oder Infrarot- und/oder UV- Bereich aufweist, wobei das Auskleidungselement eine reflektierende erste Oberfläche und eine wärmeabstrahlende zweite Oberfläche hat und einen mit Befestigungsmitteln zur lösbaren Befestigung an einer Auskleidungselement-Tragkonstruktion der Bestrahlungsanordnung versehenen massiven Träger mit hoher Wärmekapazität aufweist.
2. Auskleidungselement nach Anspruch 1, wobei das Auskleidungselement als Verbundelement aus dem massiven Träger und einer die erste Oberfläche ausbildenden, mit dem Träger stoffschlüssig verbundenen Abdeckung aus einer Metallfolie oder einem dünnen Metallblech oder einer metallisierten Glas- oder Quarzglasschicht ausgeführt ist.
3. Auskleidungselement nach Anspruch 2, wobei die Abdeckung mit einem thermisch hoch leitfähigen und hitzebeständigen Kleber vollflächig auf den Träger geklebt ist.
4. Auskleidungselement nach Anspruch 2, wobei die Abdeckung auf den Träger aufgeschmolzen oder vollflächig mit einem Hochtemperaturlot aufgelötet ist.
5. Auskleidungselement nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Träger die Form einer Platte hat, und mindestens die erste Oberfläche eben ist.
6. Auskleidungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Träger derart geformt ist, dass die erste Oberfläche, insbesondere teilelliptisch, parabolisch oder W-artig, gekrümmt ist.
7. Auskleidungselement nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Befestigungsmittel des Trägers eine Profilierung zum Aufschnappen oder Verrasten des Auskleidungselementes auf einer Auskleidungselement- Tragkonstruktion mit Befestigungsdrähten aufweisen.
8. Auskleidungselement nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Träger als Walz- oder Strangpressteil aus einem Metall mit hoher thermischer Leitfähigkeit, insbesondere Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, ausgebildet ist.
9. Auskleidungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Träger als Form-Sinterteil aus einer Keramik, mit hoher thermischer Leitfähigkeit ausgebildet ist.
10. Auskleidungselement nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Abdeckung aus einem flächigen Verbundmaterial besteht, das auf einer Metallblech-Tragschicht eine Beschichtung mit einem Reflexionsgrad von 97,5% oder mehr für UV- und/oder NIR-Strahlung aufweist.
11. Auskleidungselement nach Anspruch 10, wobei die freie Oberfläche des flächigen Verbundmaterials eine transparente oxidische oder glasartige Korrosionsschutzschicht aufweist.
12. Auskleidungselement nach Anspruch 10 oder 11, wobei die Metallblech-Tragschicht des Verbundmaterials aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht.
13. Auskleidungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 6 oder 8 bis 12, wobei die Befestigungsmittel des Trägers eine Profilierung zum seitlichen Aufschieben auf die Auskleidungselement-Tragkonstruktion, insbesondere in Art eine Nut-Feder- Verbindung, aufweisen.
14. Bestrahlungsanordnung welche mindestens eine Hochleistungs- Strahlungsquelle für Strahlung im sichtbaren und/oder nahen Infrarot- und/oder UV-Bereich aufweist, wobei mindestens ein Reflektorabschnitt der Hochleistungs-Strahlungsquelle oder ein Wandungsabschnitt mit einem Auskleidungselement nach einem der vorangehenden Ansprüche verblendet ist.
15. Bestrahlungsanordnung nach Anspruch 14, wobei mehrere Wandungsabschnitte einen im wesentlichen geschlossenen Strahlungsraum bilden, welcher vollständig mit Auskleidungselementen nach einem der Ansprüche 1 bis 13 ausgekleidet ist.
16. Bestrahlungsanordnung nach Anspruch 14 oder 15, wobei vor jedem mit einem Auskleidungselement versehenen Wandungsabschnitt eine Tragkonstruktion vorgesehen ist, in die das Auskleidungselement mit den Befestigungsmitteln an dessen Träger abnehmbar eingreift. |
Hochreflektierendes Auskleidungselement und Bestrahlungsanordnung
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Auskleidungselement zur Wandverkleidung einer thermischen Bestrahlungsanordnung sowie eine solche Anordnung, welche mindestens eine Hochleistungs-Strahlungsquelle für Strahlung im sichtbaren, nahen Infra- rot(NIR)- oder Ultraviolett(UV)-Bereich aufweist.
Zur thermischen Behandlung von Oberflächen, Bearbeitung von Materialien und Herstellung von Verbundwerkstoffen werden der Industrie 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.
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 Cl oder DE 101 08 926 Cl der Anmelderin. Auch zum Trocknen von Farben, Druckfarben, Lasuren oder ölen wird
das beschichtete Substrat vielfach mit einer Strahlung beaufschlagt, die in die Be- schichtung 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.
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.
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 Al und DE 100 51 642 Al der Anmelderin zu entnehmen. In der WO 2006/07 2282 Al der Anmelderin beschreibt schließlich die spezielle Auskleidung eines Strahlungsraumes mit kachel-artigen Reflektorplatten mit reflektierender Vorderseite und abstrahlender Rückseite. Die unveröffentlichte deutsche Patentanmeldung 10 2006 029 252.9 der Anmelderin beschreibt eine unter bestimmten Aspekten weiterverbesserte Wandverkleidung einer im übrigen auch speziell geformten Bestrahlungskammer.
Die in den letztgenannten Patentanmeldungen fixierten jüngeren Entwicklungsergebnisse ermöglichen es insbesondere, Hochleistungs-Bestrahlungsanordnungen, die mit Strahlung im Bereich des nahen Infrarot (NIR) arbeiten, mit geringem Zeit- und Kostenaufwand für die Wartung und entsprechend geringen Produktionszeitunterbrechungen zu betreiben und erbringt somit wesentliche Anwender-Vorteile. Es
hat sich aber gezeigt, dass für bestimmte Anwendungen noch weitergehende Optimierungen der Wandverkleidung möglich sind.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe der Bereitstellung eines weiter verbesserten Auskleidungselementes der erwähnten Art sowie einer entsprechend verbesserten Bestrahlungsanordnung zugrunde, bei denen insbesondere bei Bestrahlungsgütern, die in erheblichem Maße Verschmutzungen der Auskleidung hervorrufen können, die mittlere Lebensdauer der Auskleidungselemente vergrößert werden kann und somit weitere Einsparungen an Wartungszeit- und Kosten möglich sind.
Diese Aufgabe wird durch ein Auskleidungselement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Bestrahlungsanordnung nach Anspruch 14 gelöst. Zweckmäßige Fortbildungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
In Verfolgung eines anderen Denkansatzes als bei der erwähnten (unveröffentlichten) DE 10 2006 029 252.9 liegt ein wesentlicher Gedanke der Erfindung im Vorsehen eines massiven Auskleidungselementes bzw. Trägers eines solchen, dessen Funktion nicht nahezu allein auf einen extrem hohen Reflexionsvermögen der Vorderseite beruht, sondern der aufgrund seiner massiven Ausführung eine relativ hohe Wärmekapazität hat. Dadurch wird erreicht, dass punktuelle Verschlechterungen des Reflexionsvermögens der Oberfläche (etwa durch auftreffende Spritzer von Material des Bestrahlungsgutes) nicht zu einer thermischen überlastung des Auskleidungselementes, mit der Gefahr eines Durchbrennens, führen. Vielmehr können die an Punkten verschlechterten Reflexionsvermögens auftretenden Temperaturspitzen durch Wärmeableitung ins Innere des Trägers ausgeglichen werden, so dass das Auskleidungselement als Ganzes intakt bleibt.
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Auskleidungselement als Verbundelement aus dem massiven Träger mit hoher Wärmekapazität und einer die erste Oberfläche ausbildenden, mit dem Träger stoffschlüssig verbundenen Abdeckung aus einer Metallfolie oder einem dünnen Metallblech oder einer metallisierten Glas- oder Quarzglasschicht ausgeführt ist. Dieser Aufbau ist
zwar herstellungstechnisch relativ aufwändig, ermöglicht aber dafür in nahezu idealer Weise die Kombination einer Oberfläche mit höchstem Reflexionsvermögen mit einem material- und herstellungsseitig kostengünstigen Träger. Speziell kann der Träger als Walz- oder Strangpressteil aus einem Metall mit hoher thermischer Leitfähigkeit, insbesondere Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, ausgebildet sein. In einer anderen kostengünstigen Ausführung ist der Träger als Form- Sinterteil aus einer Keramik, mit hoher thermischer Leitfähigkeit ausgebildet.
Auf der anderen Seite kann hierbei die Abdeckung aus einem flächigen Verbundmaterial bestehen, das auf einer Metallblech-Tragschicht eine Beschichtung mit einem Reflexionsgrad von 97,5% oder mehr für UV- und/oder NIR-Strahlung aufweist. Insbesondere weist hierbei die freie Oberfläche des flächigen Verbundmaterials eine transparente oxidische oder glasartige Korrosionsschutzschicht auf. Speziell kann die Metallblech-Tragschicht des Verbundmaterials aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bestehen.
Zur Verbindung des Trägers mit der Abdeckung kommen als solche bekannte, speziell stoffschlüssige, Verbindungsverfahren in Betracht, die eine Verbindung mit hoher Wärmeleitfähigkeit und thermischer Stabilität ergeben. In einer Ausführung ist vorgesehen, dass die Abdeckung auf den Träger aufgeschmolzen oder vollflächig mit einem Hochtemperaturlot aufgelötet ist. Alternativ hierzu kann die Abdeckung auf den Träger aufgeschmolzen oder vollflächig mit einem Hochtemperaturlot aufgelötet sein.
Hinsichtlich seiner Form unterliegt das Auskleidungselement keinen besonderen Beschränkungen, sondern diese kann weitestgehend auf die gewünschte Form des Bestrahlungsraumes und die Untergliederung der Wandung in einzelne Auskleidungselemente abgestimmt werde. Es versteht sich, dass eine Ausführung in Form einer Platte mit möglichst einfach gestalteten, eingearbeiteten Befestigungsmitteln (Nut, Nut/Feder etc.) kostenseitig vorteilhaft ist.
Der Träger kann aber durchaus derart geformt sein, dass die erste Oberfläche, insbesondere teil-elliptisch, parabolisch oder W-artig, gekrümmt ist.
Zur Befestigung der Auskleidungselemente kann eine der (äußeren) Wandung der Bestrahlungskammer eine Drahtkonstruktion vorgesehen sein, und die Befestigungsmittel des Trägers weisen dann eine entsprechende Profilierung zum Aufschnappen oder Verrasten des Auskleidungselementes auf dieser auf. Eine andere Möglichkeit besteht im Vorsehen von im Wesentlichen parallelen Schienen als Tragkonstruktion und entsprechender Profilierung der Auskleidungselement- Rückseite zum Aufschieben oder ggf. auch Aufclipsen auf diese Schienen, speziell zur Herstellung einer Verbindung vom Nut-Feder-Typ.
Weitere Vorteile und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Figuren. Von diesen zeigen:
Fig. 1 in schematischer Darstellung einen Wandungsausschnitt einer erfindungsgemäßen Bestrahlungsanordnung mit einer Befestigungseinrichtung und einem Auskleidungselement;
Fig. 2 der Eingang eines Strahlungstunnels einer erfindungsgemäßen NIR-
Bestrahlungsanordnung mit Strahlungsquelle und Auskleidungselement und
Fig. 3 eine schematische Querschnittsdarstellung eines bei der Anordnung nach Fig. 1 und 2 eingesetzten Auskleidungselementes.
Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt einer Wandung 11 einer erfindungsgemäßen Bestrahlungsanordnung 10, an der über eine Befestigungseinrichtung 12 ein (hier teilweise aufgeschnitten dargestelltes) Auskleidungselement 13 befestigt ist. Die Wandung 11 ist als massive Tragstruktur für den Prozess- bzw. Strahlungsraum ausgeführt. Kanäle 14 dienen der Durchleitung von Kühlfluid, etwa Wasser, Luft oder einem Thermoöl. Die einfachste und damit kostengünstigste Lösung ist die Wasserkühlung mit Wasser bei geringem Druck. Soll die Temperatur der Wandung 11 im
Betrieb der Anlage über 100° C liegen, ist jedoch die Kühlung durch Wasser bei hohem Druck, Luft oder öl ebenso möglich.
Die Befestigungseinrichtung 12 ist als Schnellspannhalterung aus Federdraht ausgeführt. Der Draht bildet zwei an zentraler Stelle fixierte Rahmen oder Schenkel 12.1, 12.2. Die Verbindung mit der Wandung ist als Nietverbindung 15 realisiert. Vielfältige Abweichungen von der in Fig. 1 gezeigten Ausführung der Befestigungseinrichtung 12 sind denkbar. So kann statt der beiden Rahmen aus Federdraht nur ein Rahmen oder es können mehr als zwei Rahmen vorliegen. Diese können über zwei oder mehr Verbindungen an der Wandung angebracht sein; statt über Niete, wie in Fig. 1 gezeigt, können auch Schraubverbindungen oder andere Verbindungsarten verwendet werden.
Das Auskleidungselement 13 wird auf die Federdraht-Rahmen 12.1, 12.2 der Befestigungseinrichtung 12 aufgeklemmt. Es hat dazu vorteilhaft auf einer seiner Seiten einen Aufnahmebereich 16 für den Federdraht. Der Abstand zwischen der Rückseite des Moduls 14-1 und der Oberfläche der Wandung 11 beträgt ca. 2 - 5 Millimeter. Das aufgeklemmte Element 13 kann entweder werkzeuglos oder mit einem einfachen Werkzeug (bspw. einem Schraubendreher) mit geringem Zeitaufwand abgenommen werden.
In Fig. 2 ist eine erfindungsgemäße Bestrahlungsanordnung 10 gezeigt. Wandungsabschnitte 11 bilden einen Eingang eines Strahlungstunnels 17.
Die Wandungsabschnitte 11 des Strahlungsraumes 17 sind mit den Auskleidungselementen 13 modular ausgekleidet. Ausgenommen ist eine Brücke bzw. ein Einstrahlungsbereich 18, der im Betrieb des Tunnels 17 durch eine nicht eingezeichnete Quarzglasscheibe gebildet wird, unter der eine Mehrzahl von NIR-Emittern 19 liegt, die NIR-Strahlung in den Tunnel 17 einstrahlen.
Im Betrieb wird Bestrahlungsgut durch den Strahlungstunnel 17 mittels eines nicht eingezeichneten Förderbandes geführt. Um ein Berühren des Bandes zu vermeiden, sind einige der Auskleidungselemente 13 jeweils mit einem Berührschutz 20 verse-
hen. Dieser ist vorteilhaft statt an der Wandung an den Modulen angebracht, beispielsweise durch Verschrauben, um ein einfaches und schnelles Auswechseln auch dieser Module zu ermöglichen.
Fig. 3 zeigt in schematischer Querschnittsdarstellung den Aufbau eines in der vorgeschriebenen Anordnung zweckmäßig einsetzbaren Auskleidungselementes 13 aus einem massiven Aluminium- oder Keramikträger 13.1 und einer darauf fest und mit hohem Wärmeleitvermögen am übergang befestigten Abdeckung 13.2. Die Abdeckung 13.2 besteht aus einem dünnen AL-Blech 13a mit hoher Walzgüte, auf der durch Vakuum-Abscheidung eine Reinst-AL-Schicht 13b gebildet und anschließend eine hochtransparente SiO 2 -Schicht 13c auf der Reflexionsschicht 13b gebildet ist. Die Verbindung mit dem Träger 13.1 ist durch einen thermisch hoch belastbaren und leitfähigen Kleber 13d gebildet und auf der Rückseite des Trägers 13.1 ist durch Anodisieren desselben eine fest haftende schwarze und im Gebrauchszustand nach hinten abstrahlende Schicht 13e gebildet. Eine Nut 13f an der Rückseite des Trägers 13.1 ermöglicht es, dass das Auskleidungselement 13 auf eine (nicht dargestellte) Tragschiene einer Bestrahlungskammer aufgeschoben werden kann und dort im Gebrauchszustand sicher gehalten wird.
Neben der Reflektivität kann auch das Abstrahlungsvermögen der Rückseite des Auskleidungselements durch Einschwärzung zur Einstellung der Temperatur verwendet werden. Werden Befestigungseinrichtungen wie die in den Figuren 1 und 2 gezeigten, drahtförmigen Halterungen verwendet, kann die Wärmeleitung durch die Befestigungseinrichtung im Hinblick auf das thermische Gleichgewicht des Auskleidungselements vernachlässigt werden (allerdings wird stets neben der Wärme- abstrahlung eine geringe Wärmeabfuhr durch Konvektion erfolgen).
Im Betrieb der Anlage schlagen sich somit die Lösungsmittel nicht oder nur in geringem Maße auf den die Wandung auskleidenden Auskleidungselementen nieder, sondern verbleiben in Gasform im Inneren des Strahlungsraums und können durch eine Belüftungsanlage abgesaugt werden. Gegenüber bekannten Anlagen ist damit die Verschmutzung der reflektierenden Anlagenteile wesentlich vermindert. Reinigungsarbeiten fallen in entsprechend geringerem Umfang an.
Die Behandlung dennoch auftretender Verschmutzungen gestaltet sich darüber hinaus wesentlich einfacher, da die verschmutzten Module der Auskleidung ggfs. nicht gereinigt und poliert, sondern lediglich ausgetauscht werden. Insgesamt verkürzen sich somit die Stillstandszeiten wesentlich. Entnommene Module können aber nach Art und Grad der Verschmutzung, ggf. auch außerhalb der Anlage gereinigt und später wiederverwendet werden.
Eine erfindungsgemäße Bestrahlungsanordnung ist vorteilhaft bspw. in Trocknungsanlagen zum Trocknen und/oder Härten von Lacken verwendbar. Hierbei wird eine auf ein Substrat aufgebrachte Lackbeschichtung mit Strahlung im Infrarotbereich und/oder im UV-Bereich beaufschlagt. Die Reflektivität des Auskleidungselementes der Erfindung kann an die jeweils konkret verwendeten Wellenlängenbereiche angepasst werden, so dass das Element im Betrieb der Anlage eine Temperatur oberhalb der Siedetemperatur von aus dem Lack verdampfenden Lösungsmitteln annimmt.
Eine Bestrahlungsanordnung gemäß der Erfindung kann weiterhin vorteilhaft in Strahlungstrocknungsanlagen zum Trocknen von Farben, Druckfarben, Lasuren, ölen oder dergleichen in ein Substrat dauerhaft einzubringenden Stoffe verwendet werden. Das Substrat wird mit Strahlung beaufschlagt, die bis in eine bestimmte Tiefe in das Substrat eindringt. Hierdurch wird eine Trocknung bzw. Härtung der eingebrachten Stoffe verursacht, wobei Lösungsmittel aus der Farbe und/oder Bestandteile des Substrates selbst freiwerden können. Eine Auskleidung des Strahlungsraumes einer derartigen Anlage mit dem erfindungsgemäßen Auskleidungselement führt auch hier zu einer erheblich verringerten Verschmutzung und damit geringerem Stillstand.
Next Patent: DRIVE ARRANGEMENT FOR VALVE DEVICES