Aus früheren Patentanmeldungen der Anmelderin, so etwa der DE 197 36 462 Al, WO 99/42774'oder P 10024731.8 (unveröffent- licht), sind Verfahren zur Behandlung von Oberflächen, Bearbei- tung von Materialien und Herstellung von Verbundwerkstoffen un- ter Einsatz von elektromagnetischer Strahlung bekannt, deren wesentlicher Wirkanteil im Bereich des nahen Infrarot, insbe- sondere im Wellenlängenbereich zwischen 0,8 um und 1,5 pm, liegt. Bei einer Reihe dieser Anwendungen ist die Realisierung einer relativ breiten Bestrahlungszone im Interesse einer hohen Produktivität des jeweiligen Verfahrens mit hoher Leistungs- dichte wesentlich. Es ist daher der Einsatz einer langgestreck- ten Halogenlampe, die einen röhrenförmigen, an den Enden gesok- kelten Glaskörper mit mindestens einer Glühwendel hat, mit ei- nem langgestreckten Reflektor als Strahlungsquelle bekannt.

Derartige Bestrahlungsanordnungen sind für den ortsfesten Ein- satz in Produktions-bzw. Bearbeitungsanlagen gedacht und ent- sprechend ausgelegt und daher für einen mobilen Einsatz nur be- dingt geeignet und für eine manuelle Handhabung praktisch unge- eignet.

Speziell in der Bauwirtschaft und im Handwerk gibt es aber eine Vielzahl von Anwendungsfällen, in denen thermische Bearbei- tungsverfahren vor Ort unter Umgebungsbedingungen angewandt

werden müssen oder deren Anwendung wesentliche Vorteile gegen- über bisher praktizierten Verfahren bringen würde. Hierbei ist etwa an die Ausbesserung von Lackschäden an mit Pulverlack oder auch herkömmlichem Flüssiglack beschichteten Metallkonstruktio- nen im Bereich des Hochbaus zu denken. Hier wird in der Praxis mit hochgradig umwelt-und gesundheitsbelastenden Lösemittel- systemen gearbeitet, die den einzigen Vorteil haben, auch bei widrigen Umgebungsbedingungen (niedrigen Umgebungstemperaturen und/oder hoher Luftfeuchtigkeit) einigermaßen zuverlässig aus- zuhärten.

Einen weiteren interessanten Anwendungsfall stellen Lackrepara- turen an Kraftfahrzeugen dar, bei denen heute zumeist-zu Las- ten der Lackqualität-auf eine thermische Aushärtung verzich- tet wird. Schließlich sei noch hingewiesen auf das Aufschmelzen von Kunststofffolien auf einen Träger oder das Miteinander-Ver- binden von Kunststofffolien am Bau bzw. bei der Innenausstat- tung von Gebäuden, Fahrzeugen, Schiffen etc. Es sei ausdrück- lich darauf hingewiesen, daß die Aufzählung dieser Applikatio- nen keineswegs erschöpfend ist.

Es sind handgeführte Erwärmungs-bzw. Bestrahlungseinrichtungen bekannt, die grundsätzlich zumindest für einen Teil dieser vor Ort auszuführenden Verfahren geeignet sind. Hierzu zählen bei- spielsweise handgeführte Heißluftgebläse oder mit offener Flam- me 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.

Diese bekannten handgeführten Geräte haben jedoch aufgrund der Nutzung einer offenen Flamme oder eines starken Heißluftstromes jeweils ein mehr oder weniger begrenztes Anwendungsgebiet. Zu- dem wird für viele interessante Bearbeitungsvorgänge-bei- spielsweise die Lacktrocknung bzw.-härtung-mit derartigen

Geräten zuviel Zeit benötigt und/oder die Bearbeitungsqualität kann nicht ausreichend reproduzierbar sichergestellt werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine verbesser- te 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. Weiter soll mit der Erfindung ein neuartiges thermisches Bearbeitungsverfahren bereitgestellt werden.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich ihres Vorrichtungsaspektes durch eine Bestrahlungseinrichtung mit den Merkmalen des An- spruchs 1 und hinsichtlich ihres Verfahrensaspektes durch ein Bearbeitungsverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 15 ge- löst.

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 um und 1,5 um, in einem hand- geführten 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 Er- findung schließt weiter den Gedanken ein, hierbei eine aktive Kühleinrichtung zur Kühlung des Reflektors und wahlweise auch der Strahlungsquelle vorzusehen. Diese Kühleinrichtung ist er- forderlich, um einen zuverlässigen Betrieb und eine sichere Handhabung der Bestrahlungseinrichtung trotz der zur schnellen Ausführung vieler Bearbeitungsverfahren erforderlichen bzw. wünschenswerten hohen Bestrahlungsleistung zu gewährleisten.

Zur Erreichung dieser Bestrahlungsleistung ist die Bestrah- lungseinrichtung bevorzugt mit einer Mehrzahl von langgestreck- ten Hochleistungs-Halogenlampen in einem gemeinsamen Reflektor ausgerüstet. Die Länge der eingesetzten Halogenlampen richtet sich nach dem bevorzugten Anwendungsgebiet der Bestrahlungsein- richtung und der durch diese bedingten Größe des Bestrahlungs- bereiches.

Zur Realisierung unterschiedlich großer und gegebenenfalls auch unterschiedlich geformter Bestrahlungsbereiche mit ein und der- selben Geräte-Grundkonfiguration ist insbesondere ein verstell- barer 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 Strahlungs- flußdichteverteilung hat. Hierdurch wird eine über den gesamten Bestrahlungsbereich gleichmäßige Erwärmung des Bearbeitungsge- genstandes, d. h. das Vorliegen übereinstimmender Prozeßparame- ter an allen Punkten des Bearbeitungsgebietes, gewährleistet.

Das Vorsehen von Blenden mit einer rechteckigen oder kreisför- migen Öffnung wird für die meisten Anwendungsfälle bevorzugt sein, es sind aber auch anders geformte Bestrahlungsbereiche realisierbar.

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 ein- zelnen Gerätes entweder für Bearbeitungsverfahren mit relativ großer Bestrahlungsfläche oder aber für eher punktuelle Bear- beitungsverfahren (z. B. für"Spot Repair"-Prozesse) sinnvoll sein wird und eine universelle Auslegung unter Einsatz auswech- selbarer Blenden eher Kompromißcharakter haben wird.

Die Anschlußleistung liegt bei Anschluß an das 220 V-Wechsel- stromnetz bevorzugt bei 2 kW oder höher, und bei Einsatz am 380 V-Drehstromnetz sind Anschlußleistungen von 5 kW oder mehr rea- lisierbar. 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 Ober- flächenbeschichtungen in Behandlungszeiten von wenigen Sekunden ermöglichen.

Bei Auslegung für nicht allzu hohe Leistungsdichten ist eine Ausführung der Kühleinrichtung mit einem eingebauten (insbeson- dere hinter dem Reflektor angeordneten) Kühlgebläse möglich, was in vorteilhafter Weise den Verzicht auf externe Medien (au- ßer Strom) ermöglicht. Bei Hochleistungsanwendungen ist jedoch eine Ausführung mit einem Kühlfluidanschluß und Kühlfluid-Strö- mungskanälen im Reflektor zu bevorzugen. Als Kühlfluid kommt insbesondere Wasser, aber auch Druckluft in Betracht. Beide Me- dien stehen im Werkstattbereich in der Regel zur Verfügung, und Baustellen verfügen normalerweise zumindest über einen Wasser- anschluß. Es versteht sich indes, daß die Notwendigkeit der ex- ternen Zuführung eines Kühlmediums die Handhabung des Bestrah- lungsgerätes etwas behindert, so daß sie auf Hochleistungsan- wendungen beschränkt bleiben sollte.

Das vorgeschlagene Bestrahlungsgerät ist bevorzugt mit Meßein- richtungen 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 Ultra- schall-Abstandsfühler und/oder ein Pyrometerelement zur Ober- flächentemperaturmessung auf dem Bearbeitungsgegenstand. In ei- ner sinnreichen Ausführung ist insbesondere ein Pyrometerele- ment zur Temperaturmessung hinter dem Reflektor angeordnet, und ein Ausschnitt im Reflektor bestimmt seinen Erfassungsbereich

inmitten des zu behandelnden Oberflächenbereiches des Bearbei- tungsgegenstandes.

In einer höherwertigen Ausführung ist die Bearbeitungseinrich- tung mit einer Leistungssteuerstufe versehen, die über einen Leistungs-oder Temperaturwähler am Gehäuse manuell oder über einen mit der Meßeinrichtung oder den Meßeinrichtungen verbun- denen 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 gekenn- zeichnet.

Weiter bevorzugt ist eine Ausführung mit einer Anzeigeeinrich- tung zur Anzeige des Betriebszustandes und/oder des Wertes min- destens eines Parameters des Bearbeitungsverfahrens, insbeson- dere des Abstandes der Strahlungsquelle zum Bearbeitungsgegen- stand und/oder der Temperatur auf dessen Oberfläche. Die Anzei- geeinrichtung ist entsprechend mit der Stromversorgungs-und Ansteuereinrichtung bzw. der oben erwähnten Meßeinrichtung bzw. den Meßeinrichtungen verbunden.

Das vorgeschlagene Verfahren unter Einsatz der oben beschriebe- nen Bestrahlungsvorrichtung zeichnet sich durch die Anwendbar- keit 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 ausführ- bar. Die bevorzugte Verfahrensdurchführung mit Messung und An- zeige und/oder Regelung verfahrensbestimmender Parameter ermög- licht die Ausführung auch unabhängig von hochqualifiziertem Fachpersonal.

Vorteile und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich im üb- rigen aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschrei- bung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Figuren.

Von diesen zeigen : Fig. 1 eine skizzenartige perspektivische Darstellung einer Bearbeitungseinrichtung gemäß einer ersten Ausfüh- rungsform der Erfindung, Fig. 2 eine skizzenartige perspektivische Darstellung einer Bearbeitungseinrichtung gemäß einer zweiten Ausfüh- rungsform der Erfindung und Fig. 3 ein Funktions-Blockschaltbild zur Erläuterung ver- schiedener Meß-und Steuerungsmöglichkeiten bei einer Bearbeitungseinrichtung der in Fig. 1 oder 2 gezeig- ten Art.

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 ausgebil- deter 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 Ansteuer- elektronik aufnimmt und an dem ein Netzanschlußkabel 109 ange- bracht ist.

Das Gehäuse 107 hat einen Befestigungsring 111 zur auswechsel- baren Anbringung verschiedener Reflektoren, von denen in der Figur ein"Spotlight"-Reflektor 113A mit (im Längsschnitt) teil-elliptischer Geometrie und ein"Flashlight"-Reflektor mit

(im Längsschnitt) teil-parabolischer Geometrie gezeigt sind.

Lüftungsschlitze 115 im Gehäuse 107 dienen zur Wärmeabführung aus dem Bereich der Strahler über einen eingebauten Lüfter.

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 Be- strahlung einer Oberflächenschicht 117 auf einem Bearbeitungs- gegenstand 119 möglich, um dort beispielsweise einen Trock- nungs-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.

In Fig. 2 ist hingegen ein höherwertiges NIR-Bestrahlungsgerät 200 skizziert, welches zur Erzeugung hoher Bestrahlungsleistun- gen für Hochleistungs-Bearbeitungsvorgänge auf größeren Flächen und mit entsprechenden Anzeigemöglichkeiten konzipiert ist. Die Darstellung ist zur Verdeutlichung bestimmter Merkmale synop- tisch angelegt, worauf nachfolgend noch genauer hingewiesen wird.

Das NIR-Bestrahlungsgerät 200 hat ebenfalls einen Handgriff 201 mit einem Ein-/Ausschalter 203 und einem (hier als Schiebereg- ler 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 dar- gestellten) Wasserkühlung der Lampenreflektoren angebracht.

Im Gehäuse 207 ist eine in der Draufsicht annähernd quadrati- sche Halogenlampen-Reflektor-Kombination 212 fest montiert. Im Übergangsbereich zwischen der Gehäusevorderfläche und der Rück- seite der Lampen-Reflektor-Kombination 212 sind auch bei diesem

Gerät Lüftungsöffnungen 215 zur zusätzlichen Kühlung ange- bracht. Eine Nutführung 217 an der Vorderfläche der Lampen-Re- flektor-Kombination 212 dient zur Aufnahme auswechselbarer Blenden, von denen in der Figur (in angedeuteter Querschnitts- darstellung zur Verdeutlichung der unterschiedlichen Ausfüh- rung) eine erste Blende 219A mit großer Bestrahlungsöffnung und eine zweite Blende 219B mit mittlerer Bestrahlungsöffnung zur Festlegung unterschiedlich großer Bestrahlungsbereiche auf ei- ner 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.

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) numeri- sche Anzeigen sowie eine Kontrollleuchte, beispielsweise zur Leistungs-und Temperaturanzeige sowie zur Betriebszustandsan- zeige ("Ein/Aus").

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 Be- strahlungsgerät 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.

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 Bestrah- lungsgerätes.

Ein Stellsignal von der Temperaturwählereinheit 315 gelangt zu einem Stelleingang einer Leistungsregelstufe 319, die ausgangs- seitig mit einem Steuereingang der Stromversorgungseinheit 311 sowie einem Leistungs-Anzeigeelement 321 verbunden ist. Über zwei Steuersignaleingänge ist die Leistungsregelstufe 319 ei- nerseits mit einem Ultraschall-Entfernungsmesser 323 und ande- rerseits mit einer Temperaturmeßeinrichtung 325 verbunden, wel- che ihrerseits das Meßsignal eines Pyrometerelementes 327 em- pfängt. Die Leistungsregelstufe 319 bildet zusammen mit der Stromversorgungseinheit 311 ein Stromversorgungs-und Ansteuer- einheit 329 des NIR-Bestrahlungsgerätes 300.

Der Ultraschall-Entfernungsmesser 323 ist weiterhin mit einem Entfernungs-Anzeigeelement 331 verbunden, und die Temperatur- meßeinrichtung 325 ist mit einem Temperatur-Anzeigeelement 333 verbunden. Das Entfernungs-Anzeigeelement 331 und das Tempera- tur-Anzeigeelement 333 bilden zusammen mit dem Leistungs-Anzei- geelement 321 ein Displayfeld 335 des Bestrahlungsgerätes.

Nach Einschaltung des Bestrahlungsgerätes mittels des Ein-/Aus- schalters 313 stellt der Benutzer in der bevorzugten Anwen- dungsweise an der Temperaturwählereinheit 315 eine vorbestimmte geeignete Bearbeitungstemperatur zur Bearbeitung einer Oberflä- chenschicht 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 (verar- beitet in der Temperaturmeßeinrichtung 325) ein Ansteuersignal

für die Stromversorgungseinheit 311 ermittelt und dieser zu- führt. Die entsprechend angesteuerten Halogenlampen 303 erwär- men daraufhin die Oberflächenschicht 337, während laufend deren Temperatur und der Abstand der Halogenlampen-Reflektor-Kombina- tion 301 zu dieser gemessen und die Meßsignale in einer Closed- Loop-Regelung zur Gewinnung des jeweils aktuellen Ansteuersi- gnals für die Stromversorgungseinheit 311 verarbeitet werden.

Hierdurch wird-nach einer sehr kurzen Einstellzeit im Bereich von Zehntel-Sekunden oder wenigen Sekunden-eine konstante Be- arbeitungstemperatur in einem Bestrahlungsbereich 341 der Ober- flächenschicht 337 aufrechterhalten, bis eine vorgegebene Be- strahlungsdauer abgelaufen ist und der Benutzer durch Betäti- gung des Ein-/Ausschalters 313 das Gerät wieder ausschaltet.

Die Ausführung der Erfindung ist nicht auf die oben beschriebe- nen Beispiele und hervorgehobenen Aspekte beschränkt, sondern im Rahmen der Ansprüche ebenso in einer Vielzahl von Abwandlun- gen möglich, die im Rahmen fachgemäßen Handelns liegen.

Bezugszeichenliste 100 ; 200 ; 300 NIR-Bestrahlungsgerät 101 ; 201 Handgriff 103 ; 203 ; 313 Ein-/Ausschalter 105 ; 205 ; 315 Temperaturwähler 107 ; 207 Gehäuse 109 Netzanschlußkabel 111 Befestigungsring 113A Reflektor (teil-elliptisch) 113B Reflektor (teil-parabolisch) 115 ; 215 Belüftungsöffnung 117 ; 337 Oberflächenschicht 119 ; 339 Bearbeitungsgegenstand 210 Kühlwasserschlauch

212 ; 301 Halogenlampen-Reflektor-Kombination 217 Nutführung 219A, 219B Blende 221 ; 335 Displayfeld 303 Halogenlampe 305 Reflektor 307 Kühlwasserkanal 309 Aussparung 311 Stromversorgungseinheit 317 Betätigungseinrichtung 319 Leistungsregelstufe 321 Leistungs-Anzeigeelement 323Ultraschall-Entfernungsmesser 325 Temperaturmeßeinrichtung 327 Pyrometerelement 329 Stromversorgungs-und Ansteuereinheit 331 Entfernungs-Anzeigeelement 333 Temperatur-Anzeigeelement 341 Bestrahlungsbereich