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Patent Searching and Data


Title:
RADIATOR MODULE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2004/088713
Kind Code:
A2
Abstract:
Disclosed is a radiator module for thermal or UV processing steps, comprising a plurality of sources of electromagnetic radiation, which are arranged substantially next and parallel to each other and the essential effective portion of which lies in the UV range, visible range, and/or near IR range, especially within wavelengths ranging between 250 nm and 1,5 μm. Said sources of radiation are respectively provided with an elongate central section, two bent ends, and two curved sections which connect the central section to the ends. The inventive radiator module further comprises a reflecting and cooling body which supports the sources of radiation and is provided with two terminal reflector sections that are molded on as a single piece and are assigned to the curved sections of the sources of radiation from the straight elongate main section to the ends.

Inventors:
GESELL GUENTHER (DE)
BERGE TORSTEN (DE)
WIRTH ROLF (DE)
Application Number:
PCT/EP2004/003476
Publication Date:
October 14, 2004
Filing Date:
April 01, 2004
Export Citation:
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Assignee:
ADVANCED PHOTONICS TECH AG (DE)
GESELL GUENTHER (DE)
BERGE TORSTEN (DE)
WIRTH ROLF (DE)
International Classes:
B01J19/12; B29C35/08; B41F23/04; F26B3/28; F26B3/30; H05B3/00; (IPC1-7): H01K/
Foreign References:
DE20020149U12001-03-22
EP1071310A22001-01-24
US6308008B12001-10-23
DE853784C1952-10-27
Attorney, Agent or Firm:
Heinze, Ekkehard (Bolte & Partner Postfach 86 06 24, München, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Strahlermodul für thermische bzw. UVBearbeitungsprozesse, mit einer Mehrzahl von im wesentlichen nebeneinander und parallel zueinander angeordneten Strahlungsquellen für elektromagnetische Strahlung, deren wesentlicher Wirkanteil im UVBereich, sichtbaren Bereich und/oder Bereich des nahen IR, insbesondere im Wellenlängenbereich zwischen 250 nm und 1, 5 um, liegt, wobei die Strahlungsquellen jeweils einen langgestreckten Mit telabschnitt, zwei umgebogene Enden und zwei den Mittelabschnitt mit den Enden verbindenden Krümmungsabschnitten aufweisen, und einem die Strahlungsquellen tragenden Reflektorund Kühlkörper, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektorund Kühlkörper zwei den Krümmungsabschnitten der Strah lungsquellen vom geradlinig langgestreckten Hauptabschnitt zu den Enden zugeordnete, einstückig angeformte Endreflektorabschnitte aufweist.
2. Strahlermodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Endreflektorabschnitte über die gesamte Breite des Strahlermoduls im wesentlichen eben sind und mit der Ebene der Längserstreckung des Strah lermoduls, die parallel zu den Längsachsen der eingesetzten Strahlungsquel len liegt, einen Winkel im Bereich zwischen 30° und 75°, bevorzugt zwischen 45° und 60°, einschließen.
3. Strahlermodul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Endreflektorabschnitte sich jeweils an einer Kante aus dem Reflektor und Kühlkörper erheben, die auf gleicher Höhe mit dem Übergang vom Krümmungsabschnitt in das Ende der in den Reflektorund Kühlkörper ein gesetzten Strahlungsquellen liegt und von den Krümmungsabschnitten der Strahlungsquellen in Längsrichtung des Reflektorund Kühlkörpers einen Ab stand aufweist, der insbesondere im Bereich zwischen dem halben und gan zen Durchmesser einer Strahlungsquelle liegt.
4. Strahlermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Endreflektorabschnitte in Höhenrichtung des Reflektorund Kühlkörpers bis höchstens zu einer durch die Mittenachsen der nebeneinanderliegenden Strahlungsquellen aufgespannten Ebene über dem Reflektorund Kühlkörper reichen.
5. Strahlermodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an die den Strahlungsquellen abgewandte Rückseite des Reflektorund Kühlkörpers Kühlrippen zur Realisierung einer GebläseLuftkühlung ange formt sind.
6. Strahlermodul nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektorund Kühlkörper mit über die Höhe der Kühlrippen hinausrei chenden Seitenwandungen und einer diese verbindenden Rückwand derart ausgeführt ist, dass die Kühlrippen in einem im wesentlichen geschlossenen, in Längsrichtung des Reflektorund Kühlkörpers verlaufenden Kühlluftkanal aufgenommen sind.
7. Strahlermodul nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden der Strahlungsquellen und zugeordnete elektrische Kontakteinrich tungen mit Kühlrippen ausgerichtet und in Ausschnitte der Kühlrippen derart eingesetzt sind, dass sie von einem über die Kühlrippen streichenden Kühl luftstrom beaufschlagt werden.
8. Strahlermodul nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Außenseite der Rückwand des Kühlluftkanals Fixierungsund An schlussmittel zur Halterung und zur externen elektrischen Kontaktierung der Strahlungsquellen angeordnet sind.
9. Strahlermodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektorund Kühlkörper einstückig angebildet ist.
Description:
Strahlermodul Beschreibung Die Erfindung betrifft ein Strahlermodul nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es sind Verfahren zur Behandlung von Lackbeschichtungen, Oberflächenstrukturen oder Druckfarben unter Einsatz von elektromagnetischer Strahlung bekannt, deren wesentlicher Wirkanteil im Bereich des nahen Infrarot, insbesondere im Wellenlän- genbereich zwischen 0, 8 um und 1t5, um, liegt. Bei diesen Anwendungen ist typi- scherweise die Ausbildung einer relativ großflächigen Bestrahlungszone im Interes- se einer hohen Produktivität des jeweiligen Verfahrens mit hoher Leistungsdichte von Bedeutung.

Von daher ist auch der Einsatz von mehreren parallel zueinander angeordneten langgestreckten Halogenlampen, die einen röhrenförmigen, an den Enden geso- ckelten Glaskörper mit mindestens einer Glühwendel haben, in einem langgestreck- ten Reflektor als Bestrahlungsanordnung für thermische Bestrahlungsprozesse be- kannt. Die mit derartigen Bestrahlungsanordnungen realisierten sehr hohen Leis- tungsdichten oberhalb (teilweise weit oberhalb) von 100 kW/m2 erfordern zur Ge- währleistung einer ausreichenden Lebensdauer der Lampen und Formbeständigkeit der Reflektoranordnungen eine Kühlung.

In der auf die Anmelderin zurückgehenden DE 100 51 641 AI wird daher eine mo- dular aufzubauende Bestrahlungsanordnung mit NIR-Strahlern und integrierter Flüssigkeitskühlung des Reflektors vorgeschlagen.

Aus der DE 100 51 642 AI ist eine Bestrahlungsanordnung zur Ausführung von Prozessen der oben genannten Art bekannt, die einen gekühlten Hauptreflektor, der langgestreckte Halogenlampen trägt, und seitlich von diesem angeordnete se- parate Seitenreflektoren aufweist. Diese sind insbesondere im wesentlichen senk- recht zu der durch die Mittenachsen der Halogenlampen am Hauptreflektor aufge- spannten Ebene angeordnet.

Aus der ebenfalls auf die Anmelderin zurückgehenden DE 100 51 905 A1 ist eine Strahlungsquelle mit langgestreckten Halogenlampen bekannt, deren Enden zum Glaskörper hin umgebogen und verdickt oder verdichtet ausgeführt sind. In einer bevorzugten Ausführung sind den Lampenenden Kühlmittel zur Wärmeabführung zugeordnet, die für einen steilen T-Gradienten zwischen den umgebogenen Berei- chen des Glaskörpers und den benachbarten elektrischen Anschlüssen sorgen sol- len. In einer noch spezielleren Ausführung ist zur Kühlung ein Pressluft-Strö- mungskanal mit nahe den Enden des Glaskörpers der Lampen angeordneten Aus- trittsöffnungen vorgesehen.

In der unveröffentlichten deutschen Patentanmeldung Nr. 102 57 432.4 wird eine luftgekühlte Bestrahlungsanordnung vorgeschlagen, die einen rückseitig mit Kühl- rippen ausgestatteten Reflektor und eine speziell gestaltete Kanalanordnung zur Zuleitung von durch ein Gebläse gelieferter Kühlluft zur Reflektorrückseite umfasst.

Die vorgenannten Strahlungsquellen bzw. Bestrahlungsvorrichtungen haben sich inzwischen in mannigfachen Anwendungen bestens bewährt, erreichen hohe Stand- zeiten und liefern Bestrahlungszonen mit weitgehend den von den Anwendern ge- forderten Parametern. Jedoch sind auch Anwendungssituationen aufgetreten, in denen die für den Einsatz bestimmter Bestrahlungsanordnungen erforderlichen Voraussetzungen-etwa Kühlwasser-oder Pressluftanschlüsse-nicht gegeben sind. Zudem bestehen in bestimmten Applikationen niedrige Kostenobergrenzen, deren Einhaltung mit bekannten Konstruktionen problematisch ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe der Bereitstellung eines verbesserten Strah- lermoduls zugrunde, das sich mit vergleichsweise niedrigen Kosten realisieren lässt und dennoch weitgehend ohne Einsatz zusätzlicher Bauteile für vielfältige Anwen- dungen brauchbar ist.

Diese Aufgabe wird durch ein Strahlermodul mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Fortbildungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Die Erfindung schließt den wesentlichen Gedanken ein, in konstruktiv einfacher und daher kostengünstiger Weise Strahlungsquellen (Emittern) mit nach hinten umge- bogenen Enden in den Hauptreflektor integrierte End-bzw. Seitenreflektoren zur Verbesserung der Eigenschaften des Strahlungsfeldes, speziell zu dessen Ver- gleichmäßigung in den Seitenbereichen, zuzuordnen. Weiterhin schließt die Erfin- dung den Gedanken ein, diese Endreflektorabschnitte in technologisch vorteilhafter Weise einstückig an den Reflektor-und Kühlkörper anzuformen. Hierdurch werden zusätzliche Montagearbeiten sowie vorgeschaltete separate Herstellungs-, Handha- bungs-und Lagerungsvogänge vermieden, die einen wesentlichen Kostenfaktor bei der Erstellung von Bestrahlungsanordnungen der oben skizzierten Art bilden.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Endreflektorabschnitte über die ge- samte Breite des Strahlermoduls im wesentlichen eben, und sie schließen mit der Ebene der Längserstreckung des Strahlermoduls, die parallel zu den Längsachsen der eingesetzten Strahlungsquellen liegt, einen Winkel im Bereich zwischen 30° und 75°, bevorzugt zwischen 45° und 60°, ein. Diese Ausführung sichert in für die meisten Anwendungen befriedigender Weise ein Zurückwerfen von aus dem ge- krümmten Strahlerabschnitt seitlich austretender Strahlung in das Arbeits-Strah- lungsfeld oberhalb des Hauptreflektorabschnittes, wo sich die langgestreckten Mit- telabschnitte der Emitter befinden. Insbesondere gelingt es hierdurch in hinrei- chender Weise, einen Abfall der Strahlungsdichte in den Seiten-bzw. Endbereichen des Strahlungsfeldes, die über den Krümmungsabschnitten der Strahler liegen, oh- ne Einsatz zusätzlicher Seitenreflektoren zu vermeiden.

In diesem Sinne ist auch eine weitere Ausführung zweckmäßig, bei der die Endre- flektorabschnitte sich jeweils an einer Kante aus dem Reflektor-und Kühlkörper erheben, die auf gleicher Höhe mit dem Übergang vom Krümmungsabschnitt in das Ende der in den Reflektor-und Kühlkörper eingesetzten Strahlungsquellen liegt und von den Krümmungsabschnitten der Strahlungsquellen in Längsrichtung des Reflektor-und Kühlkörpers einen Abstand aufweist, der insbesondere im Bereich zwischen dem halben und ganzen Durchmesser einer Strahlungsquelle liegt. In der praktischen Ausführung des Strahlermoduls ist eine geeignete Abstimmung zwi- schen der Neigung der Endreflektorabschnitte bezüglich der Ebene der Länger-

streckung der Emitter und dem Abstand der"Fußlinie"der Endreflektorabschnitte von den Krümmungsbereichen der Strahler vorzunehmen, die der Fachmann jeden- falls mit wenigen einfachen Versuchen bewerkstelligt.

Des weiteren ist es ausreichend, dass die Endreflektorabschnitte in Höhenrichtung des Reflektor-und Kühlkörpers bis höchstens zu einer durch die Mittenachsen der nebeneinanderliegenden Strahlungsquellen aufgespannten Ebene über dem Reflek- tor-und Kühlkörper reichen. Hierdurch lassen sich die Länge und Höhe des Reflek- tor-und Kühlkörpers in sinnvoller Weise begrenzen, ohne unangebrachte Kompro- misse hinsichtlich der Strahlungsdichteverteilung in der Bestrahlungszone eingehen zu müssen.

Weiter bevorzugt ist eine luftgekühlte Ausführung des Strahlermoduls, bei der an die den Strahlungsquellen abgewandte Rückseite des Reflektor-und Kühlkörpers Kühlrippen zur Realisierung einer Gebläse-Luftkühlung angeformt sind. Diese Aus- führung stellt geringe Ansprüche an eine beim Anwender vorhandene Infrastruktur.

Alternativ ist die Erfindung aber auch in einer Ausführung mit flüssigkeitsgekühl- tem Reflektorkörper realisierbar, bei der in diesen-in an sich bekannter Weise- Fluidströmungskanäle zum Hindurchleiten eines Kühlfluids (Kühlwasser) eingeformt sind.

Die erwähnte luftgekühlte Ausführung kann in herstellungstechnisch wie auch küh- lungstechnisch wirkungsvoller Weise derart fortgebildet sein, dass am Reflektor- und Kühlkörper Seitenwandungen angeformt sind, die über die Höhe der Kühlrip- pen insbesondere hinausragen und durch eine Rückwand verbunden werden. Die Kühlrippen befinden sich dadurch in einem im wesentlich geschlossenen, in Längs- richtung des Strahlermoduls verlaufenden Kühlluftkanal. An diesen kann ein Geblä- seaustritt im wesentlichen dicht angeschlossen werden, so dass eine hochwirksame Luftkühlung realisiert wird, die praktisch ohne Auswirkungen auf die umgebenden Anlagenteile, das jeweilige Werkstück und das Bedienpersonal bleibt.

Zur Erzielung einer besonders effizienten Kühlung der Enden der StrahlungsqUellen und der ihnen zugeordneten elektrischen Kontakteinrichtungen sind diese bevor-

zugt mit Kühlrippen ausgerichtet und in Ausschnitte der Kühlrippen derart einge- setzt, dass sie von einem über die Kühlrippen streichenden Kühlluftstrom beauf- schlagt werden. Hierdurch wird im Normalfall der Einsatz zusätzlicher Kühlmittel für die Lampenenden (Pressluft o. ä.) überflüssig, was den Einsatz des erfindungs- gemäßen Strahlermoduls weiter vereinfacht.

Des weiteren sind bei der erwähnten geschlossenen-in technologisch vorteilhafter Weise bevorzugt einstückigen-Ausführung des Reflektor-und Kühlkörpers zweck- mäßigerweise auf der Außenseite der Rückwand des Kühlluftkanals Fixierungs-und Anschlussmittel zur Halterung und zur externen elektrischen Kontaktierung der Strahlungsquellen angeordnet. Hierdurch wird der modulare Aufbau einer Bestrah- lungseinrichtung aus einer Mehrzahl der vorgeschlagenen Strahlermodule ebenso- vereinfacht wie eine Auswechslung einzelner Emitter im Betrieb einer entsprechen- den Anlage.

Vorteile und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich im übrigen aus den ab- hängigen Ansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der Figuren. Von diesen zeigen : Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Strahlermoduls gemäß ei- ner bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, von oben gese- hen, Fig. 2 eine perspektivische Darstellung eines Strahlermoduls gemäß ei- ner bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, von unten ge- sehen, und Fig. 3A bis 3D eine Draufsicht, eine Querschnittsdarstellung, eine Längsschnitt- darstellung sowie eine Seitenansicht dieses Strahlermoduls.

Fig. 1 und 2 zeigen ein NIR-Strahlermodul 1 für therrn jsche Bearbeitungsaufgaben in perspektivischen Darstellungen von oben (der mit Emittern 3 versehenen Reflex

tor-Oberseite) bzw. von unten (der mit Anschlusskontaktleisten 5 versehenen Rückseite) her.

Kernstück des Strahlermoduls 1 ist ein einstückiger Reflektor-und Kühlkörper 7.

Auf dessen Reflektor-Oberseite 7a sind bei der hier dargestellten Ausführung sechs Emitter 3 (als NIR-Strahler mit erhöhter Betriebstemperatur betriebene Halogen- Glühfadenlampen) angeordnet, die jeweils einen Glaskörper mit einem geradlinig langgestreckten Mittelabschnitt 3a, beidseitig an diesen anschließende Krüm- mungsabschnitte 3b und wiederum an diese anschließende End-bzw. Fassungsab- schnitte 3c umfassen.

In Anpassung an diese Form der Emitter 3 ist die Reflektor-Oberseite 7a des Re- flektor-und Kühlkörpers 7 im mittleren Bereich mit einer Mehrzahl von in Anpas- sung an die Anordnung der Emitter parallel zueinander gereihten Hauptreflektorab- schnitten 7b versehen, die einen im wesentlichen W-förmigen Querschnitt haben.

In Emitterlängsrichtung angrenzend an diese hat die Reflektor-Oberseite 7a des Reflektor-und Kühlkörpers einen im Längsschnitt viertelkreisförmigen Krümmungs- abschnitt 7c. An diesen wiederum schließt sich jeweils ein zur Ebene der Längs- erstreckung der Emitter 3 paralleler, aber dieser gegenüber zurückgesetzter ebener Abschnitt 7d an. Beidseits der ebenen Abschnitte 7d schließlich weist die Reflektor- Oberseite 7a einen unter 45° gegenüber den ebenen Abschnitten 7d und somit auch der Ebene der Längserstreckung der Emitter 3 unter 45° geneigten Endreflek- torabschnitt 7e auf. Die Emitter 3 sind durch je eine kreisförmige Durchführungs- öffnung 9 im ebenen Abschnitt 7d von der Reflektor-Oberseite 7a des Reflektor- und Kühlerkörpers durch diesen hindurchgeführt.

Die Endreflektorabschnitte 7e haben eine (nicht gesondert bezeichnete) Fußlinie, aus der sie aus den ebenen Abschnitten 7d entspringen, welche bei der dargestell- ten Ausführung um annähernd den halben Lampendurchmesser gegenüber den äu- ßersten Punkten der Emitter 3 bzw. Durchführungsöffnungen 9 versetzt ist. Die Endreflektorabschnitte 7e sind (wie am deutlichsten in Fig. 3c zu erkennen ist) bis nahezu zur Ebene der Hauptreflektorabschnitte 7b nach oben gezogen.

Im Inneren des Reflektorkörpers sind in Längsrichtung verlaufende Kühlrippen 11 vorgesehen, und durch über diese überstehende Seitenwandungen 13a und 13b sowie eine diese verbindende Rückwand 13c wird im Reflektor-und Kühlkörper 3 ein geschlossener Kühlluftkanal 15 gebildet.

Die Figuren 3A bis 3D zeigen Details dieser Anordnung, wobei insbesondere in Fig. 3B und 3D deutlich wird, dass die End-bzw. Fassungsabschnitte 3c der Emit- ter 3 derart mit Kühlrippen-und zwar jeweils jeder zweiten Kühlrippe 11-ausge- richtet sind, dass sie in deren Bereich sicher gehaltert und gleichwohl einem durch den Kühlluftkanal 15 streichenden Kühlluftstrom hinreichend ausgesetzt sind, um eine wirksame Lampenendenkühlung zu erreichen. Über geeignete Steckkontakte 17 (deren konstruktive Ausführung nicht Gegenstand der vorliegenden Anmeldung ist) sind die Lampenenden 3c mit den Anschlusskontaktleisten 5 elektrisch und me- chanisch verbunden.

Die Ausführung der Erfindung ist nicht auf dieses Beispiel beschränkt, sondern ebenso in einer Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachgemäßen Handelns liegen.

Bezuaszeichenliste 1 NIR-Strahlermodul 3 Emitter (Halogen-Glühfadenlampe) 3a Mittelabschnitt 3b Krümmungsabschnitte 3c End-bzw. Fassungsabschnitt 5 Anschlusskontaktleiste 7 Reflektor-und Kühlkörper 7a Reflektor-Oberseite 7b Hauptreflektorabschnitt 7c Krümmungsabschnitt 7d ebener Abschnitt 7e Endreflektorabschnitt 9 Durchführungsöffnung 11 Kühlrippe 13a, 13b Seitenwandung 13c Rückwand 15 Kühlluftkanal 17 Steckkontakt