POCHER, Reiner (Eduard-Mörike-Strasse 18, Rheda-Wiedenbrück, 33378, DE)
| Ansprüche 1. UV-Bestrahlungsvorrichtung (10) mit einer Strahlung e- mittierenden Strahlungsquelle (20), einer Transportebe- ne (40), einem ersten Deflektor (31) mit einem linken Endpunkt (L31) und einem rechten Endpunkt (R31), einem zweiten Deflektor (32) mit einem linken Endpunkt (L32) und einem rechten Endpunkt (R32), einem ersten Reflektor (33) mit einem linken Endpunkt (L33) und einem rechten Endpunkt (R33), einem zweiten Reflektor (34) mit einem linken Endpunkt (L34)und einem rechten Endpunkt (R34) dadurch gekennzeichnet, dass der erste Deflektor (31) und der zweite Deflektor (32) und die Strahlungsquelle (20) zwischen der Transportebene (40) und dem ersten Reflektor (33) und dem zweiten Reflektor (34) angeordnet sind, der rechte Endpunkt (R31) des ersten Deflektors (31) und der linke Endpunkt (L32) des zweiten Deflektors (32) an einem Punkt (M) zusammentreffen, wobei die Distanz (dM) vom Punkt (M) zum Mittelpunkt der Strahlungsquelle (20) kleiner ist als die Distanz vom linken Endpunkt (L31) des ersten Deflektors (31) zum Mittelpunkt der Strahlungsquelle (20) und kleiner ist als die Dis- tanz vom rechten Endpunkt (R32) des zweiten Deflektors (32) zum Mittelpunkt der Strahlungsquelle (20), die Distanz (d33) vom linken Endpunkt (L33) des ersten Reflektors (33) zur Transportebene (40) weniger als 95% der Länge der Distanz (d31) vom linken Endpunkt (L31) des ersten Deflektors (31) zur Transportebene (40) aufweist, die Distanz (d34) vom rechten Endpunkt (R34) des zweiten Reflektors (34) zur Transportebene (40) weniger als 95% der Länge der Distanz (d32) vom rechten Endpunkt (R32) des zweiten Deflektors (32) zur Transportebene (40) aufweist, der erste Deflektor (31), der zweite Deflektor (32), der erste Reflektor (33), der zweite Reflektor (34) so angeordnet sind, dass die Strahlung der Strahlungsquelle (20) vor dem Auftreffen auf die Transportebene (40) mindestens einmal am ersten Deflektor (31) und/oder am zweiten Deflektor (32) und/oder am ersten Reflektor (33) und/oder am zweiten Reflektor (34) reflektiert wird. 2. UV-Bestrahlungsvorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei alle Punkte auf dem ersten Deflektor (31) und dem zweiten Deflektor (32) weiter vom Mittelpunkt der Strahlungsquelle (20) entfernt sind als der Punkt (M) vom Mittelpunkt der Strahlungsquelle (20) entfernt ist. 3. UV-Bestrahlungsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Strahlungsquelle (20) direkte Strahlung (21) emittiert und der erste Deflektor (31) und der zweite Deflektor (32) so ausgebildet sind, dass direkte Strahlung (21) auf die Transportebene verhindert wird. 4. UV-Bestrahlungsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der rechte Endpunkt (R33) des ersten Reflektors (33) und der linke Endpunkt (L34) des zwei- ten Reflektors (34) an einem Punkt (O) zusammentreffen. 5. UV-Bestrahlungsvorrichtung (10) nach Anspruch 4, wobei der Punkt (M), der Punkt (O) und die Strahlungsquelle (20) auf einer Geraden (g) liegen, die senkrecht auf der Transportebene (40) steht. 6. UV-Bestrahlungsvorrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei Die Strahlungsquelle (20) eine Teilstrahlung (22) unter dem Winkel (α) begrenzt durch eine erste Gerade (51) und eine zweite Gerade (52) e- mittiert und die erste Gerade (51) und die zweite Gera- de (52) Schnittpunkte mit dem ersten Reflektor (33) und dem zweiten Reflektor (34) aufweisen. 7. UV-Bestrahlungsvorrichtung (10) nach Anspruch 6, wobei der linke Endpunkt (L31) des ersten Deflektors (31) auf der ersten Gerade (51) liegt und der rechte Endpunkt (R32) des zweiten Deflektors (32) auf der zweiten Gerade (52) liegt. 8. UV-Bestrahlungsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der erste Reflektor und der zweite Reflektor eine Funktion (F) bilden, wobei deren Ablei- tung im Punkt (O) unstetig ist. 9. UV-Bestrahlungsvorrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der erste Deflektor (31) und der zweite Deflektor (32) und der erste Reflektor (33) und der zweite Reflektor (34) dichroitische Spiegel sind. |
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine UV-Bestrahlungsvorrichtung .
Aus dem Stand der Technik sind bereits UV-Bestrahlungsvorrichtungen mit verschiedensten Reflektorenanordnungen bekannt. Beispielsweise beschreibt die Gebrauchsmusterschrift DE 201 14 380 Ul eine Bestrahlungsvorrichtung mit einer läng- liehen UV-Lampe, einem ersten länglichen Reflektor der sich längs der UV-Lampe erstreckt und diese teilweise umschließt und eine erste Längsseite und eine zweite Längsseite aufweist, den ersten länglichen Reflektor abschließt und eine Durchtrittsöffnung für die UV-Strahlung definiert. Dabei weist die UV-Bestrahlungsvorrichtung einen zweiten länglichen Reflektor auf, der sich an die erste Längsseite des ersten länglichen Reflektors anschließt, und die UV-Strahlung zu einer Austrittsöffnung reflektiert, die sich an die zweite Längsseite anschließt, wobei der zweite längliche Reflektor zumindest teilweise um eine zur UV-Lampe parallelen Achse gekrümmt ist.
Des Weiteren ist aus der DE 198 10 455 C2 eine Kaltlicht-UV- Bestrahlungsvorrichtung bekannt, wobei mit mindestens einer über dem Substrat angeordneten Lichtquelle, deren Licht der UV-Beschichtung über ein Reflektorsystem zuführbar ist, eine Barriere den direkten Strahlengang der Lichtquelle auf das Substrat zumindest teilweise ausblendet.
Des Weiteren ist aus der DE 2004 033 260 Al ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aushärten von strahlungsinduziert härtbaren Lacken bekannt. Dabei wird der auf das Substrat beschichtete Lack sowohl der die Aushärtung induzierenden Strahlung ausgesetzt, als auch einer Erwärmung unterzogen. Die Erwärmung erfolgt mittels einer Heizstrahlung.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden, d.h. eine Bestrahlungsvorrichtung bereitzustellen, welche die Strahlungsausbeute der Strahlungsquelle erhöht und eine gleichmäßigere Bestrahlung der Substratseitenflächen ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß dem unabhängigen Anspruch gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Gemäß eines ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung wird eine UV-Bestrahlungsvorrichtung (10) mit einer Strahlung e- mittierenden Strahlungsquelle (20), einer Transportebene (40), einem ersten Deflektor (31) mit einem linken Endpunkt (L31) und einem rechten Endpunkt (R31), einem zweiten Deflek- tor (32) mit einem linken Endpunkt (L32) und einem rechten Endpunkt (R32), einem ersten Reflektor (33) mit einem linken Endpunkt (L33) und einem rechten Endpunkt (R33), einem zweiten Reflektor (34) mit einem linken Endpunkt (L34)und einem rechten Endpunkt (R34) bereitgestellt,
wobei der erste Deflektor (31) und der zweite Deflektor (32) und die Strahlungsquelle (20) zwischen der Transportebene (40) und dem ersten Reflektor (33) und dem zweiten Reflektor (34) angeordnet sind,
wobei weiter der rechte Endpunkt (R31) des ersten Deflektors (31) und der linke Endpunkt (L32) des zweiten Deflektors (32) an einem Punkt (M) zusammentreffen, wobei die Distanz (dM) vom Punkt (M) zum Mittelpunkt der Strahlungsquelle (20) klei- ner ist als die Distanz vom linken Endpunkt (L31) des ersten Deflektors (31) zum Mittelpunkt der Strahlungsquelle (20) und kleiner ist als die Distanz vom rechten Endpunkt (R32) des zweiten Deflektors (32) zum Mittelpunkt der Strahlungsquelle (20)
und die Distanz (d33) vom linken Endpunkt (L33) des ersten Reflektors (33) zur Transportebene (40) weniger als 95% der Länge der Distanz (d31) vom linken Endpunkt (L31) des ersten Deflektors (31) zur Transportebene (40) aufweist,
wobei des Weiteren die Distanz (d34) vom rechten Endpunkt
(R34) des zweiten Reflektors (34) zur Transportebene (40) weniger als 95% der Länge der Distanz (d32) vom rechten Endpunkt (R32) des zweiten Deflektors (32) zur Transportebene (40) aufweist
und wobei der erste Deflektor (31), der zweite Deflektor
(32), der erste Reflektor (33), der zweite Reflektor (34) so angeordnet sind, dass die Strahlung der Strahlungsquelle (20) vor dem Auftreffen auf die Transportebene (40) mindestens einmal reflektiert wird.
Die UV-Bestrahlungsvorrichtung dient bevorzugt zur Aushärtung von Polymeren, oder Klebstoffen oder optischen Erzeugnissen, besonders bevorzugt zur Härtung von lichthärtenden Materialien, am meisten bevorzugt zur Aushärtung UV-härtbarer Lacke.
In der UV-Bestrahlungsvorrichtung wird die Strahlung der Strahlungsquelle bevorzugt in einen ersten Strahlungsbereich (erstes Strahlenspektrum) und in einen zweiten Strahlungsbereich (zweites Strahlungsspektrum) aufgeteilt, bzw. die bei- den Strahlenspektren voneinander getrennt. Die Strahlung, die die Strahlungsquelle emittiert, besteht aus dem ersten und dem zweiten Strahlungsbereich. Der erste Strahlungsbereich ist derjenige, der auf die Transportebene, bzw. auf das Substrat trifft. Der erste Strahlungsbereich ist bevorzugt Strahlung aus dem UV-Bereich. Der erste Strahlungsbereich um- fasst bevorzugt Licht der Wellenlängen 100 bis 450 Nanometer, besonders bevorzugt Licht der Wellenlängen 230nm bis 380nm, am meisten bevorzugt Licht der Wellenlängen 280nm bis 380nm, des Weiteren bevorzugt Licht der Wellenlängen 320nm bis 380nm.
Als zweiter Strahlungsbereich werden die Wellenlängen bezeichnet, welche oberhalb des ersten Strahlungsbereichs liegen. Die Wellenlängen des zweiten Strahlungsbereichs werden in der UV-Bestrahlungsvorrichtung weitgehend herausgefiltert, sodass vorwiegend die Strahlung aus dem ersten Strahlungsbe- reich auf die zu behandelnden Substrate treffen kann.
Die Strahlungsquelle ist bevorzugt eine Quecksilber- Dampflampe mit oder ohne Dotierung, die die gattungstypische Strahlung emittiert, besonders bevorzugt eine Quecksilber- Mitteldruck-Dampflampe mit oder ohne Dotierung, die die gattungstypische Strahlung emittiert. Bevorzugt emittiert die Strahlungsquelle Strahlen im Wellenlängenbereich zwischen 100 nm und lOμm, also auch teilweise IR-Strahlung. Die Energiebildung der Strahlungsquelle wird bevorzugt wie folgt zusam- mengesetzt: 30% UV-Strahlung, 15% sichtbare Strahlung, 55% IR-Strahlung.
Die Strahlungsquelle ist bevorzugt ein Rotationskörper, besonders bevorzugt ein Zylinder. Die Rotationsachse der Strah- lungsquelle wird gleichzeitig als Z-Achse des Koordinatensystems festgelegt, mit wessen Hilfe die Bestrahlungsvorrichtung im Weiteren beschrieben werden soll. Die X-Achse und die Y- Achse dieses rechtwinkligen Koordinatensystems stehen senkrecht auf der Z-Achse und spannen die Querschnittsebene Q auf welche einen mittigen Schnitt durch die Bestrahlungsvorrichtung darstellt. Blickt man folglich auf die Querschnittebene Q bzw. auf die XY-Ebene, betrachtet man die Bestrahlungsvorrichtung aus der Frontansicht, bzw. blickt man in Längsrich- tung der Strahlungsquelle.
Die Strahlungsquelle ist bevorzugt in Betrieb, wenn das Förderband der Transportebene läuft, besonders bevorzugt ist die Strahlungsquelle aktiv, wenn ein Substrat auf der Transport- ebene oder dem Förderband liegt. Um zu realisieren, dass die Strahlungsquelle leuchtet, wenn das Transportband aktiv ist sind die Stromkreise der beiden Abnehmer (Transportebene, Strahlungsquelle) über ein Steuergerät gekoppelt. Alternativ, um Strom bzw. Energiekosten weiter zu sparen, wird die Strah- lungsquelle bevorzugt automatisch von standby auf Nennleistung gesteuert, wenn sich ein Substrat oder mehrere Substrate auf dem Förderband befinden. Dies kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass ein Drucksensor, bevorzugt mehrere Drucksensoren unterhalb des Förderbandes (Transportebene) an- gebracht werden. Detektiert ein solcher Sensor das Gewicht eines zu bestrahlenden Substrates wird über ein Steuergerät die Strahlungsquelle aktiviert. Dadurch wird die Strahlungsquelle nur aktiv, wenn sich ein Substrat innerhalb des Strahlengangs des ersten Strahlungsbereichs der UV- Bestrahlungsvorrichtung befindet. Weiter könnten auch optische Sensoren die Position des Substrates auf dem Förderband, bzw. der Transportebene bestimmen. Die UV- Bestrahlungsvorrichtung kann sämtliche positionsbestimmende Sensoren umfassen, um die Strahlungsquelle nur dann zu akti- vieren, wenn diese benötigt wird, d.h. sich ein Substrat im Bestrahlungsbereich der Vorrichtung befindet.
Die von der Strahlungsquelle emittierte Strahlung wird bevorzugt in zwei Teilstrahlungen untergliedert. Die erste Teil- Strahlung wird als die Strahlung bezeichnet, welche unter einem Abstrahlwinkel Alpha in Richtung Transportebene emittiert wird. Dabei treffen die begrenzenden Schenkel (erste Gerade und zweite Gerade) des Winkels Alpha jeweils auf die äußeren Endpunkte der Deflektoren. D.h. der rechte Schenkel (zweite Gerade) des Strahlungsbereiches unter dem Winkel Alpha berührt den rechten Endpunkt des zweiten Deflektors und der linke Schenkel (erste Gerade) des Winkels Alpha berührt den linken Endpunkt des ersten Deflektors. Dadurch wird bevorzugt 100% der ersten Teilstrahlung von dem ersten Deflektor und dem zweiten Deflektor gemeinsam reflektiert. Bevorzugt trifft die Hälfte der emittierten ersten Teilstrahlung auf den ersten Deflektor, bzw. die Hälfte der ersten Teilstrahlung auf den zweiten Deflektor. Die Strahlungsverteilung der ersten Teilstrahlung ist somit 50% zu 50% auf einen der jeweiligen Deflektoren. Damit wäre die Strahlungsverteilung symmetrisch. Bevorzugt sind des Weiteren asymmetrische Strahlungsverteilungen der ersten Teilstrahlung auf den ersten Deflektor und den zweiten Deflektor, wie beispielsweise 10% zu 90%, 20% zu 80%, 30% zu 70%, 40% zu 60%. Die Strahlung der ersten Teilstrahlung, welche auf den ersten Deflektor trifft wird linke erste Teilstrahlung genannt. Die Strahlung der ersten Teilstrahlung, welche auf den zweiten Deflektor trifft wird rechte erste Teilstrahlung genannt.
Die linke und die rechte erste Teilstrahlung werden bevorzugt von dem jeweiligen Deflektor in entgegengesetzte Richtungen projiziert, bzw. gespiegelt. Die rechte und die linke erste Teilstrahlung besitzen jeweils eine Mittellinie. Als Mittel- linie wird der Strahl bezeichnet, welcher die Winkelhalbierende der linken ersten Teilstrahlung bzw. der rechten ersten Teilstrahlung bildet. Die Mittellinie der rechten, bzw. der linken ersten Teilstrahlung wird zweimal reflektiert, bevor sie auf die Transportebene trifft. Das erste Mal werden die Mittellinien am ersten, bzw. zweiten Deflektor gespiegelt und dann am ersten, bzw. zweiten Reflektor. Die Mittellinien der Strahlenbündel (linke erste Teilstrahlung, rechte erste Teilstrahlung) treffen in einem bevorzugten Winkelbereich von 45 bis 90 Grad, besonders bevorzugt in einem Winkelbereich von 60 bis 70 Grad auf die Transportebene.
Durch diesen Auftreffwinkel auf die Transportebene, können Seitenflächen von Substraten bestrahlt werden, welche bevor- zugt senkrecht, besonders bevorzugt winklig zur Transportebene stehen.
Die Strahlung, welche von der Strahlungsquelle emittiert wird und nicht zur ersten Teilstrahlung gehört, d.h. nicht unter dem Winkel Alpha emittiert wird, wird als restliche Teilstrahlung bezeichnet. Diese wird unter dem Winkel Beta emittiert, welcher sich aus 360 Grad minus Alpha ergibt. Auch die restliche Teilstrahlung lässt sich in eine rechte restliche Teilstrahlung und eine linke restliche Teilstrahlung trennen. Der Winkelbereich der linken restlichen Teilstrahlung, wird zwischen dem linken Schenkel des Winkels Alpha und der Strecke Strahlungsmittelpunkt — Punkt O aufgespannt. Der Winkelbereich der rechten restlichen Teilstrahlung wird zwischen dem rechten Schenkel des Winkels Alpha und der Strecke Strah- lungsmittelpunkt — Punkt O aufgespannt. Beide Winkelbereiche bilden Mittellinien aus, welche nach einer Spiegelung an den Reflektoren auf die Transportebene treffen. Die Mittellinien der rechten restlichen Teilstrahlung und der linken restlichen Teilstrahlung treffen in einem bevorzugten Winkelbereich von 45 bis 90 Grad, besonders bevorzugt in einem Winkelbereich von 60 bis 75 Grad auf die Transportebene. Durch diesen Auftreffwinkel auf die Transportebene, können Seitenflächen von Substraten bestrahlt werden, welche bevorzugt senkrecht, besonders bevorzugt winklig zur Transportebene stehen.
Die UV-Bestrahlungsvorrichtung umfasst den oben genannten ersten Deflektor und zweiten Deflektor. Der erste Deflektor, bzw. der zweite Deflektor befinden sich beim Blick auf die Querschnittsebene Q zwischen der Strahlungsquelle und der Transportebene. Dabei zeigen die Spiegelflächen der Deflekto- ren in Richtung Strahlungsquelle. Der erste Deflektor bzw. der zweite Deflektor stehen im rechten Winkel auf der Querschnittsebene Q. Dadurch werden die beiden Deflektoren als Streckenabschnitte dargestellt. Als linken Endpunkt der De- flektoren bezeichnet man den Endpunkt des jeweiligen Streckenabschnitts der bei Draufsicht auf die Querschnittsebene Q die Deflektoren linker Hand abschließt. Gleichzeitig bezeichnet man den rechten Endpunkt der Deflektoren als den Endpunkt der Streckenabschnitte, welcher bei Sicht auf die Quer- schnittsfläche Q den jeweiligen Deflektor rechter Hand abschließt.
Bevorzugt haben der erste Deflektor und der zweite Deflektor dieselbe Größe, möglich ist aber auch der erste Deflektor größer als der zweite Deflektor oder der zweite Deflektor größer als der erste Deflektor. Größe bedeutet in diesem Zusammenhang die Größe der Spiegelfläche, bzw. aus Querschnittsicht die Länge des Streckenabschnitts des Deflektors. Ist ein Deflektor größer als der andere führt dies zu einem asym- metrischen Strahlengang. Dann überwiegt entweder die Quantität der linken ersten oder der rechten ersten Teilstrahlung. Ein Übergewicht von linker oder rechter erster Teilstrahlung beeinflusst außerdem unter welchem Winkel der jeweilige Mittelstrahl (Mittelstrahl der linken ersten Teilstrahlung oder Mittelstrahl der rechten ersten Teilstrahlung) auf die Transportebene trifft. Ist der Strahlengang asymmetrisch, ist der Auftreffwinkel des Mittelstrahls der linken ersten Teilstrahlung verschieden von dem Auftreffwinkel des Mittelstrahls der rechten ersten Teilstrahlung. Dadurch können beispielsweise Substrate ohne Standardform (schräge Seitenflächen) variabel bestrahlt werden.
Aber nicht nur die Größe, sondern auch die Lage der Deflekto- ren zueinander beeinflusst den Strahlengang der ersten Teilstrahlung. Der erste Deflektor und der zweite Deflektor sind bevorzugt zueinander einstellbar, das heißt die Lage der beiden Deflektoren zueinander ist variabel. Bevorzugt treffen der rechte Endpunkt des ersten Deflektors und der linke End- punkt des zweiten Deflektors in einem Punkt zusammen. Der erste Deflektor und der zweite Deflektor berühren sich bevorzugt in diesem Punkt M, besonders bevorzugt sind die beiden Deflektoren in diesem Punkt M miteinander verbunden, am meisten bevorzugt mit einem Scharnier zueinander einstellbar. In diesem Punkt kann eine Winkeleinstellung der beiden Deflektoren zueinander erfolgen. Sind die beiden Deflektoren Geraden ist der Winkel zwischen den beiden Geraden gemeint. Sind die beiden Deflektoren jedoch gekrümmt, so ist der Winkel zwischen den jeweiligen Sekanten der Deflektoren im Punkt M ge- meint. Der Winkel beträgt vorzugsweise 135-180 Grad, besonders bevorzugt 150-160 Grad. Der Krümmungsradius der Deflektoren ist vorzugsweise >50mm, besonders bevorzugt 60-100mm. Die Endpunkte (der linke Endpunkt des ersten Deflektors, der rechte Endpunkt des ersten Deflektors, der linke Endpunkt des zweiten Deflektors, der rechte Endpunkt des zweiten Deflektors) begrenzen den ersten Deflektor bzw. den zweiten Deflektor in der Querschnittsebene Q. Bevorzugt sind der erste Deflektor bzw. der zweite Deflektor ausgehend von der Strahlungsquelle zwischen ihren jeweiligen Endpunkten konkav geformt. Besonders bevorzugt sind der erste Deflektor und der zweite Deflektor eine Gerade oder ein Kreisbogensegment oder ein Ellipsenbogensegment oder konvex. Sind die Deflektoren konkav, wird die auftreffende Strahlung auf die Reflektoren „fokussiert" . Bevorzugt liegt der Fokus in Ausbreitungsrichtung der ersten Teilstrahlung vor den Reflektoren bzw. hinter den Reflektoren. Dadurch wird eine lo- kale Überlastung (Überhitzung) der beiden Reflektoren vermieden. Bevorzugt sind die Reflektoren so angeordnet, dass Sie innerhalb oder außerhalb der Brennweite der Deflektoren liegen.
Der erste Deflektor, bzw. der zweite Deflektor sind bevorzugt dichroitische Spiegel, das heißt dass sie auftreffende unerwünschte Strahlungsanteile wie z. B. IR-Strahlung herausfiltern und gewünschte Strahlungsanteile wie z.B. UV-Strahlung reflektieren. Bevorzugt ist die Unterseite jedes Deflektors als eine Kühlungseinheit ausgebildet. Diese Kühlungseinheit schützt die Deflektoren vor Überhitzung. Die Unterseite der Deflektoren ist die Seite, auf welcher keine Spiegelflächen aufgebracht sind.
Der rechte Endpunkt des ersten Deflektors und der linke Endpunkt des zweiten Deflektors sind bevorzugt so angeordnet, dass die Distanz vom Punkt M zum Mittelpunkt der Strahlungsquelle kleiner ist als die Distanz vom linken Endpunkt des ersten Deflektors zum Mittelpunkt der Strahlungsquelle und kleiner ist als die Distanz vom rechten Endpunkt des zweiten Deflektors zum Mittelpunkt der Strahlungsquelle.
Die Distanzen d31, d32, d33, d34 sind immer Distanzen von einem Endpunkt zur Transportebene. Diese Distanzen sind Stre- cken, die senkrecht auf der Transportebene stehen. Dabei weist die Distanz d33 bevorzugt weniger als 95%, oder weniger als 90% oder weniger als 85% oder weniger als 80%, besonders bevorzugt weniger als 70% oder 60%, am meisten bevorzugt we- niger als 50% oder 40% der Länge der Distanz d31 auf. Des Weiteren weist die Distanz d34 bevorzugt weniger als 95%, o- der weniger als 90% oder weniger als 85% oder weniger als 80%, besonders bevorzugt weniger als 70% oder 60%, am meisten bevorzugt weniger als 50% oder 40% der Länge der Distanz d32 auf. Als Konsequenz bedeutet dies, dass sich der linke Endpunkt des ersten Reflektors und der rechte Endpunkt des zweiten Reflektors viel näher an der Transportebene befinden, als die Endpunkte der Deflektoren. Aus Querschnittsicht in die Ebene Q sind die Endpunkte (linker Endpunkt des ersten Re- flektors, rechter Endpunkt des zweiten Reflektors) der Reflektoren tiefer als eine Gerade die parallel zur Transportebene verläuft und die mindestens einen der Deflektoren von unten berührt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind alle Punkte auf dem ersten Deflektor (31) und dem zweiten Deflektor (32) weiter vom Mittelpunkt der Strahlungsquelle (20) entfernt als der Punkt (M) vom Mittelpunkt der Strahlungsquelle (20) entfernt ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind der erste Deflektor (31) und der zweite Deflektor (32) so ausgebildet, dass eine direkte Strahlung (21) emittiert von der Strahlungsquelle (20) verhindert wird.
Die Transportebene ist eine begrenzte Fläche, auf welcher sich die zu bestrahlenden Substrate befinden. Die Transportebene ist bevorzugt aus Y-Richtung betrachtet (d.h. in der Draufsicht) größer sein als die Fläche, welche durch die Re- flektoren abgedeckt ist. Die Transportebene ist bevorzugt eine bewegliche Fläche wie beispielsweise ein Transportband, ein Schlitten, eine schiefe Ebene, usw. Die Transportebene ist bevorzugt horizontal ausgerichtet, kann aber auch einen Anstieg aufweisen. Die Transportebene ist unterhalb der beiden Deflektoren (erster Deflektor, zweite Deflektor) angeordnet. Des Weiteren bevorzugt sind die Transportebene oder die oben aufgezählten beweglichen Flächen durchsichtig. Ist zugleich ein weiterer Reflektor (mit Spiegelfläche Richtung Strahlungsquelle) unterhalb der durchsichtigen Transportebene angebracht, kann das Substrat gleichzeitig von unten bestrahlt werden. Durchsichtig bedeutet vor allem durchlässig für UV-Strahlung. Denkbar ist auch eine Vorrichtung, bei welcher zwei UV-Bestrahlungsvorrichtungen gespiegelt an einer durchsichtigen Transportebene angebracht sind.
Unter direkter Strahlung versteht man die emittierte Strahlung der Strahlungsquelle, die nicht von einem Reflektor oder Deflektor gespiegelt wird, sondern direkt auf die Transport- ebene trifft oder daneben auftrifft. Die Anordnung des ersten Deflektors, bzw. des zweiten Deflektors schützt die Transportebene folglich vor direkter Einstrahlung der Strahlungsquelle. Des Weiteren lässt die Anordnung von Reflektoren und Deflektoren keine direkte Strahlung zu. Die gesamte emittier- te Strahlung wird folglich aus Querschnittsicht durch einen Reflektor oder Deflektor mindestens einmal gespiegelt. Bei einer vordefinierten Transportebenenfläche müssen die Deflek- torenflächen folglich größer werden je weiter der Abstand zur Strahlungsquelle wird. Je näher die Deflektoren an der Strah- lungsquelle sind, desto kleiner können diese sein um immer noch einen „Schatten" direkter Strahlung auf die Transportebene zu werfen. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der erste Reflektor (33) durch einen linken Endpunkt (L33) und einen rechten Endpunkt (R33) begrenzt und der zweite Reflektor (34) durch einen linken Endpunkt (L34) und einen rechten Endpunkt (R34) begrenzt, wobei der rechte Endpunkt (R33) des ersten Reflektors (33) und der linke Endpunkt (L34) des zweiten Reflektors (34) an einem Punkt (0) zusammentreffen.
Die in dem Punkt O zusammentreffenden Reflektoren umschließen die Strahlungsquelle und den ersten Deflektor bzw. zweiten Deflektor bevorzugt halbschalenförmig. Das Wort umschließen ist dabei nicht als „abschließend" zu verstehen. Die beiden Reflektoren bzw. der erste Reflektor und der zweite Reflektor bilden in der Querschnittsebene Q bei Berührung eine HaIb- schale, welche in Richtung Transportebene geöffnet ist. Betrachtet man den rechten Reflektor und den linken Reflektor in der Querschnittsebene Q so bildet der Punkt (0) den äußersten Punkt einer Spitze, welche bevorzugt ins Innere der Halbschale zeigt, das heißt in Richtung der Strahlungsquelle. Dadurch wird es ermöglicht die linke restliche Teilstrahlung von der rechten restlichen Teilstrahlung zu trennen. Bevorzugt ist der erste Reflektor mit dem Reflektor in dem Punkt (O) durch ein Gelenk verbunden. Dadurch wären die Reflektoren, das heißt der rechte und der linke Reflektor zueinander einstellbar. Betrachtet man den ersten Reflektor und den zweiten Reflektor in der Querschnittsebene (Q) als Funktion, so wäre die Ableitung dieser Funktion im Punkt (0) unstetig. Im Querschnitt bilden die beiden Reflektoren, das heißt der linke Reflektor und der rechte Reflektor eine M-Form oder Mö- wenform aus. Dadurch dass der erste Reflektor und der zweite Reflektor halbschalenförmig ausgebildet sind, bevorzugt eine geschlossene Halbschale bilden, kann die gesamte restliche Teilstrahlung an den Spiegelflächen der Reflektoren gespiegelt werden. Der erste Reflektor und der zweite Reflektor weisen eine in geeigneter Weise gekrümmte Form auf, dies schließt parabolische Formen ein.
Durch die in geeigneter Weise gekrümmte Form der Reflektoren wird die restliche Teilstrahlung auf die Transportebene „konzentriert", d.h. der Strahlungsverlauf der reflektierten restlichen Teilstrahlung führt zu Bereichen mit erhöhter Strahlungsintensität aus verschiedenen Richtungen (das heißt, der Strahlungsverlauf der reflektierten restlichen Teilstrahlung verjüngt sich in Richtung Transportebene). Dadurch ergibt sich eine gesteigerte Eindringtiefe in das auf der Transportebene befindliche Substrat. Es wird ein weitaus besseres Ergebnis durch die gesteigerte Intensität der fokus- sierten Strahlung erzielt als bei parallel auftreffender Strahlung.
Der erste Reflektor und der zweite Reflektor sind bevorzugt als dichroitische Reflektoren ausgeführt. Der erste Reflektor und der zweite Reflektor haben auf Ihrer Hinterseite (die
Seiten, die nicht Spiegelflächen sind) Kühlaggregate. Dadurch dass die Reflektoren die unerwünschten Anteile, z.B. IR- Strahlung der Strahlungsquelle herausfiltern, erwärmen sich diese und werden dann durch die Kühlsysteme gekühlt. Die ver- spiegelten Seiten der Reflektoren zeigen zur Strahlungsquelle hin.
In einer bevorzugten Ausführungsform liegen der Punkt (M) , der Punkt (O) und die Strahlungsquelle (20) auf einer Geraden (g), die senkrecht auf der Transportebene (40) steht.
Durch die Anordnung der Punkte M, 0 und Mittelpunkt der Strahlungsquelle auf einer Geraden g wird gewährleistet, dass die abgestrahlte Strahlung der Strahlungsquelle (erste Teil- Strahlung + restliche Teilstrahlung) zu gleichen Teilen über den ersten Reflektor und ersten Deflektor bzw. über den zweiten Reflektor und zweiten Deflektor geleitet wird.
Bevorzugt befinden sich die Punkte 0 und der Mittelpunkt der Strahlungsquelle auf der Geraden g, welche senkrecht auf der Transportebene steht, wobei der Punkt M rechts oder links von der Geraden g liegen kann. Dadurch wird ein verändertes Strahlungsmuster erzeugt, das heißt die von den Reflektoren bzw. Deflektoren reflektierte Strahlung ist nicht mehr achsensymmetrisch zur Geraden g. Liegt der Punkt M links der Geraden g so wird ein größerer Teil der Strahlung über die rechte Seite gespiegelt als über die linke Seite. Durch ein asymmetrisches Spiegeln können anders geartete Substrate bei- spielsweise mit schrägen Oberflächen besser bestrahlt werden. Bevorzugt können der erste und zweite Deflektor in ihrer Position, das heißt in Y- und X-Richtung über mindestens einen Aktor verschoben werden. Dabei kann während eines Substratdurchlaufs das Strahlungsmuster so geändert werden, dass es auf die jeweilige Position auf der Transportebene beim Durchlauf passt. Bevorzugt kann durch eine über die Durchlaufzeit des Substrats verändertes Strahlungsmuster die Strahlungsausbeute verbessert werden. Die Positionserkennung des Substrats kann entweder über Drucksensoren in der Transportebene oder durch optische Sensoren am Rande der Transportebene durchgeführt werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform emittiert die Strahlungsquelle (20) eine erst Teilstrahlung (22) unter ei- nem Winkel (α) begrenzt durch eine erste Gerade (51) und eine zweite Gerade (52), wobei die erste Gerade (51) und die zweite Gerade (52) Schnittpunkte mit dem ersten Reflektor (33) und dem zweiten Reflektor (34) aufweisen. Der Winkel α hat bevorzugt eine Größe von 30° bis 120°, besonders bevorzugt eine Größe von 50° bis 100°, am meisten bevorzugt eine Größe von 60° bis 90°. Der Winkel α lässt sich bevorzugt über die Verstellung der Spiegelflächen der Deflek- toren zueinander einstellen, besonders bevorzugt durch die Distanz des Punktes M zum Mittelpunkt der Strahlungsquelle. Bevorzugt ist der Schnittpunkt der ersten Geraden mit dem ersten Reflektor der linke Endpunkt des ersten Reflektors und der zweite Schnittpunkt der zweiten Geraden mit dem zweiten Reflektor bevorzugt der rechte Endpunkt des zweiten Reflektors. Ist dies der Fall, so ist die Spiegelfläche des ersten Reflektors bzw. die Spiegelfläche des zweiten Reflektors vollständig genutzt, das heißt von der Strahlung der Strahlungsquelle bestrahlt worden. Bevorzugt liegt der Schnitt- punkt der ersten Geraden bzw. der zweiten Geraden mit dem ersten Reflektor bzw. dem zweiten Reflektor oberhalb des linken Endpunktes des ersten Reflektors bzw. oberhalb des rechten Endpunktes des zweiten Reflektors.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind der erste Deflektor (31) und der zweite Deflektor (32) und der erste Reflektor (33) und der zweite Reflektor (34) dichroitisch beschichte Spiegel.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Transportebene (40) ein Fördermittel (41) mit einer Förderrichtung (42). Ein Fördermittel ist ein bewegliches Mittel zum Transport von Substraten. Dabei ist die Förderrichtung bevorzugt senkrecht zur Längsachse der Strahlungsquelle. Besonders be- vorzugt ist die Förderrichtung gegenüber der Strahlungsquelle einstellbar. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn Substrate mit asymmetrischen Oberflächen bestrahlt werden sollen. Bei solchen anders gearteten Substraten ist es zu dem denk- bar, dass die Transportebene in ihrer Neigung einstellbar ist.
Das Substrat ist bevorzugt aus lichtempfindlichem, wärmeemp- findlichem Material, ist besonders bevorzugt ein UV-härtbarer Lack oder ein Klebstoff oder ein aushärtbares optisches Erzeugnis (z. B. Brillengläser).
In einer bevorzugten Ausführungsform ändert sich die Position der Deflektoren und Reflektoren zueinander, abhängig von der Position oder der Form des Substrates. Denkbar ist, dass die UV Bestrahlungsvorrichtung eine 3D Erfassung (3D-Scanner) besitzt. Mit dem 3D Scanner wird die Form des Produktes er- fasst. Über die eingescannte Form berechnet nun ein Computer die Ausrichtung der Deflektoren, bzw. Reflektoren zueinander um eine optimale „UV-Ausleuchtung" aller Seitenflächen zu bekommen. Die Anordnung der Reflektoren, bzw. Deflektoren ist anpassbar an die Form des Substrats, dessen Durchlaufge- schwindigkeit , Größe, Oberflächenbeschaffenheit.
In der Figurenbeschreibung werden weitere bevorzugte Ausführungsformen dargestellt. Die Figuren zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemä- ßen UV-Bestrahlungsvorrichtung,
Fig. 2a — 2c Strahlenspektren einer bevorzugten Strahlungsquelle der UV-Bestrahlungsvorrichtung.
Figur 1 zeigt einen Querschnitt durch die erfindungsgemäße
UV-Bestrahlungsvorrichtung 10. Die horizontale Transportebene 40 umfasst ein Fördermittel 41. Auf dem Fördermittel 41 befindet sich das zu bestrahlende Substrat 11. Das Substrat 11 ist in der Regel platten- oder leistenförmig, wobei die Aus- dehnung in der Höhe in aller Regel kleiner ist als die in Länge und /oder Breite. In einem Abstand von ca. 15-25cm oberhalb der Transportebene 40 befindet sich, senkrecht oder im Winkel zur Förderrichtung und parallel zur Transportebene 40 die Strahlungsquelle 20.
Die Strahlungsquelle 20 ist ein zylinderförmiger länglicher Körper, welcher einen Durchmesser von 10-40mm und eine Länge von 10-400cm aufweist. Die Strahlungsquelle strahlt in einem Wellenlängenbereich von lOOnm bis lOμm. Dabei emittiert die Bestrahlungsquelle 20 eine erste Teilstrahlung 22 unter einem Winkel α, welcher ca. 75° beträgt. Die Schenkel des Abstrahlwinkels α 51 und 52 berühren den ersten Deflektor 31 in seinem Endpunkt L31 den zweiten Deflektor 32 in seinem Endpunkt R32 bzw. den ersten Reflektor 33 in seinem Endpunkt L33 und den zweiten Reflektor 34 in seinem Endpunkt (R34).
Die Deflektoren 31 und 32 berühren sich mit ihren Endpunkten R31 und L32 in einem Punkt M und bilden zusammen eine Dach- form aus. Dabei sind der erste Deflektor 31 und der zweite Deflektor 32 konkav ausgebildet (ausgehend von der Strahlungsquelle 20). Die konkav geformten Flächen der Deflektoren 31 und 32 sind verspiegelt. Die Deflektoren 31 und 32 sind dichroitische Spiegel, welche bevorzugt UV-Strahlung mit den Wellenlängenbereich lOOnm bis 450nm reflektieren. Die IR-
Strahlung im Bereich von 800nm bis lOμm wird weitgehend herausgefiltert.
Ebenfalls weisen der Reflektor 33 und der Reflektor 34 dich- roitische Spiegel auf, welche ebenfalls zur Strahlungsquelle 20 hin ausgerichtet sind. Der Reflektor 33 und der Reflektor 34 bilden aus Querschnittsicht eine kuppeiförmige Anordnung wobei der Endpunkt R33 des Reflektors 33 und der Endpunkt L34 des Reflektors 34 sich in einem Punkt O berühren. Der Punkt O ist der äußerste Punkt der Spitze, welche durch den Reflektor 33 und den Reflektor 34 ausgebildet wird. Diese Spitze zeigt direkt zu der Strahlungsquelle 20. Der Punkt O ist ca. 3 cm von dem Zentrum der Strahlungsquelle 20 entfernt. Der Punkt O ist der Punkt auf dem Reflektor 33 bzw. auf dem Reflektor 34, welcher der Strahlungsquelle 20 am näh- esten ist (bzw. dem Mittelpunkt der Strahlungsquelle 20 am nähesten ist) .
Fährt nun das Substrat 11 auf dem Förderband 41 der Transportebene 40 durch die reflektierten UV-Strahlen, so wird das Substrat 11 dreidimensional bestrahlt. Durch die Reflektorenbzw. Deflektorenanordnung treffen die UV-Strahlen in der Art und Weise auf das Substrat, dass die Seitenflächen sowie die Oberfläche mit annähernd gleichmäßiger Intensität bestrahlt werden.
Dies geschieht dadurch, dass die Strahlungsquelle 20 Licht im Wellenlängenbereich lOOnm bis 450nm emittiert. Die erste Teilstrahlung 22 abgestrahlt unter dem Winkel α wird vollständig von den konkaven Deflektoren 31 und 32 reflektiert, bzw. vor dem Auftreffen auf die Reflektoren 33 und 34 fokus- siert. Dabei wird von jedem der Deflektoren 33 und 34 die erste Teilstrahlung 22 unter dem Winkel l/2α reflektiert.
Das heißt 50% der Teilstrahlung 22 treffen auf den Deflektor 31 bzw. 50% der Teilstrahlung 22 treffen auf den Deflektor 32. Da der Fokus der reflektierten Teilstrahlung 22 sich vor den jeweiligen Reflektoren 33 bzw. 34 befindet, wird die Teilstrahlung 22 in einem sich de-fokussierenden Zustand von dem Reflektor 33 bzw. Reflektor 34 reflektiert und auf die Transportebene 40 gestrahlt. Die sich aus der Teilstrahlung 22 ergebenden Strahlenbündel, welche auf die Transportebene 40 treffen bilden jeweils eine Mittellinie aus, welche unter einem Winkel von ca. 60° auf die Transportebene 40 trifft. Die restliche Strahlung 23 (360° Strahlungswinkel der Strahlungsquelle 20 — Winkel α) wird zu 100% von den Reflektoren 33 und 34 gespiegelt. Teile der restlichen Strahlung 23 treffen nach dem Spiegeln an dem Reflektor 33 bzw. an dem Reflektor 34 direkt auf die Transportebene 40. Diese einfach gespiegelte restliche Strahlung 23 wird ebenfalls auf der rechten Seite bzw. auf der linken Seite von der Strahlungsquelle 20 Mittellinien aus, die auf die Transportebene treffen. Die Mittellinien der einfach reflektierenden restlichen Strahlung 23 treffen mit einem Winkel von jeweils ca. 60° auf die Transportebene.
Durch die Reflektoren- bzw. Deflektorenanordnung der UV- Bestrahlungsvorrichtung 10 werden Bestrahlungseigenschaften für die Transportebene 40 und damit für das Substrat 11 geschaffen, welche das Substrat 11 mit regelmäßiger und glei- eher Intensität für alle Seitenflächen bestrahlen. Sinn und Zweck davon ist es eine gleichmäßige Aushärtung des Substrats zu erreichen.