Verfahren zum Trocknen eines Bestrahlungsguts und Infrarot-Bestrahlungsvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Technischer Hintergrund

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum mindestens teilweisen Trocknen eines in einer Transportrichtung und einer Transportebene durch einen Prozessraum bewegten Bestrahlungsguts, wobei die Transportebene den Prozessraum in einen Bestrahlungsraum und in einen Reflektorraum unterteilt, umfassend die Verfahrensschritte:

(a) Emittieren von Infrarotstrahlung in Richtung auf das Bestrahlungsgut mittels einer Strahlereinheit, die mindestens einen Infrarotstrahler umfasst, und

(b) Rückreflektieren von Infrarotstrahlung auf das Bestrahlungsgut mittels eines Gegenreflektors, der eine der Transportebene zugewandte Reflektorwandung aufweist, wobei über Einlassöffnungen der Reflektorwandung ein Kühlgas in den Reflektorraum eingeleitet wird,.

Außerdem betrifft die Erfindung eine Infrarot-Bestrahlungsvorrichtung zum Trocknen eines in einer Transportrichtung und einer Transportebene durch einen Prozessraum bewegten Bestrahlungsguts, wobei die Transportebene den Prozessraum in einen Bestrahlungsraum und in einen Reflektorraum unterteilt, mit einer Strahlereinheit mit mindestens einem Infrarotstrahler zur Emission von Infrarotstrahlung in den Bestrahlungsraum, und mit einem Gegenreflektor mit einer der Transportebene zugewandten Reflektorwandung, wobei die Reflektorwandung eine Vielzahl von Einlassöffnungen für den Einlass von Kühlgas in den Reflektorraum aufweist.

Derartige Infrarot-Bestrahlungsvorrichtungen werden beispielsweise für die Trocknung von Tinten, Farben, Lacken, Klebern oder anderen lösungsmittelhaltigen Schichten, insbesondere zur Trocknung bogenförmiger oder bahnförmiger Bedruckstoffe aus Papier, Pappe, Karton, Folie oder Textilien eingesetzt. Stand der Technik

Die Strahlereinheit umfasst mindestens einen, in der Regel mehrere Infrarotstrahler. Diese haben beispielsweise eine Emissionswellenlänge im Bereich von etwa 800 bis 2750 nm und müssen in der Regel - insbesondere in engen Bauräumen, wie sie beispielsweise in Druckmaschinen typisch sind - aktiv gekühlt werden. Insbesondere bei Einsatz von Arbeitsstrahlung im kurzwelligen Infrarotbereich kann die Transmissivität des Bedruckstoffs hoch sein, wie beispielsweise bei Papier. Daher sind bei Applikationen von im nahen Infrarot (zwischen 800 und 1500 nm) arbeitenden Bestrahlungsvorrichtungen vielfach ein Gegenreflektor auf der der Strahlereinheit abgewandten Seite des Bedruckstoffs vorgesehen. Eine seiner Hauptfunktionen besteht darin, die Effizienz des Erwärmungs- oder Trocknungsprozesses durch mehrfache Reflexionen zu steigern.

Eine effektive ist und schnelle Trocknung des Bedruckstoffs erfordert hohe Strahlungsflussdichten. Dafür erweist sich eine aktive Kühlung als wesentlich, um die durch die Strahlereinheit eingetragene Wärme aus dem Prozessraum abzuführen.

Daher verfügen moderne IR-Bestrahlungsvorrichtungen über ein Luftmanagement- System für die Regelung von Zuluft und Abluft von Prozessgas für die Trocknung als auch zur Kühlung.

So beschreibt beispielsweise die EP 2232 181 B1 eine IR-Bestrahlungs-vorrichtung in Kammerbauweise zum Trocknen einer Beschichtung auf einem quasi-endlosen Träger, der durch einen Bestrahlungsgut-Transportkanal geleitet wird. Auf der einen Seite des Transportkanals sind mehrere IR-Strahlung emittierende Infrarotstrahierzu einem Strahlerblock zusammengefasst. Diesem gegenüber und auf der anderen Seite des Transportkanals ist ein Gegenreflektorblock angeordnet. Die IR- Bestrahlungsvorrichtung ist von einem Gehäuse aus Metallprofilen umgeben, in dem Lüfter zur Kühlung der Strahler, des Bestrahlungsgutes und des Gegenreflektors aufgenommen sind.

Eine Funktion des Gegenreflektors besteht darin, die durch das Bestrahlungsgut transmittierte Strahlung zu reflektieren, um die Infrarot-Bestrahlung auf dem Bestrahlungsgut selbst durch Mehrfachreflexion zu intensivieren. Eine weitere Funktion des Gegenreflektors besteht darin, als wasser- oder luftgekühlter thermischer Isolator zu fungieren, um andere Komponenten der Anlage vor Hitze zu schützen.

Aus der US 4882852 A sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Trocknen eines bewegten bahnförmigen Materials gemäß der eingangs genannten Gattung bekannt. Der Infrarot-Trockner umfasst zwei Infrarotstrahler, die der Oberseite des bahnförmigen Materials zugeordnet sind. Der Unterseite des Materials ist ein Gegenreflektor zugeordnet. Damit sowohl die Oberseite als auch die Unterseite des Materials gleichmäßig von Kühlluft umspült wird, weist der Gegenreflektor eine Vielzahl von Luftauslassöffnungen auf.

Technische Aufgabenstellung

Typische Inhaltsstoffe von Lacken, Druckfarben und -tinten sind Öle, Harze, Wasser und Bindemittel. Bei lösungsmittelhaltigen und vor Allem wasserhaltigen Druckfarben und Lacken ist ein Trocknen erforderlich, das auf physikalischen Trocknungsprozessen durch Einsatz von Temperatur und Konvektion beruhen kann.

Eine übliche Trocknungsstrategie ist zweistufig. In der ersten Trocknungsphase wird ein schnelles Vortrocknen durch Infrarotstrahlung angestrebt, um den Bedruckstoff zu erwärmen und die Druckfarbe so schnell wie möglich an den sogenannten „Gelpunkt“ zu bringen. Am Gelpunkt bilden die Bindemittel ein dreidimensionales Netzwerk, in dem Farbpigmente eingeschlossen sind. Bei weiterem Abtransport von Lösungsmittel und anderer Komponenten tritt eine weitere Immobilisierung ein und es wird der sogenannte “kritische Punkt“ erreicht. Dort ist die Netzwerkstruktur so starr, dass sich die Bindemittel und das Pigment nicht mehr bewegen können.

In der zweiten Trocknungsphase erfolgt die Endtrocknung, die nur noch den Abtransport restlicher Feuchtigkeit bewirkt, wobei auch konvektive Trocknungsmaßnahmen angewandt werden.

Es hat sich gezeigt, dass im Bedruckstoff häufig ovale Blasen entstehen, die auf beiden Seiten des Bedruckstoffs hervorstehen und die sich beim weiteren Trocknungsprozess nicht mehr zurückbilden, was auch als „Blustering-Effekt“ bezeichnet wird. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Trocknungsverfahren anzugeben, das einerseits effektiv und schnell ist, das hinsichtlich der erwähnten Blasenbildung reproduzierbar zu einem verbesserten Ergebnis führt, und das Kondensation im Reflektorraum möglichst vermeidet.

Außerdem liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Bestrahlungsvorrichtung für das Trocknungsverfahren bereitzustellen, die sich insbesondere für die Trocknung lösungsmittelhaltiger und insbesondere wasserbasierter Druckfarbe durch hohe Schnelligkeit der Trocknung bei gleichzeitig geringer Blasenbildung auszeichnet, und die Kondensation im Reflektorraum möglichst vermeidet.

Allgemeine Beschreibung der Erfindung

Hinsichtlich des Verfahrens wird diese Aufgabe ausgehend von einem Verfahren der eingangs genannten Gattung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass über mindestens eine Auslassöffnung der Reflektorwandung Abluft aus dem Reflektorraum abgeleitet wird.

Die Transportebene teilt den Prozessraum in zwei Halbräume, wovon sich der eine zwischen Reflektorwandung und Bestrahlungsgut erstreckt und hier als „Reflektorraum“ bezeichnet wird.

Der Gegenreflektor verfügt über eine gasdurchlässige Reflektorwandung. Das aus den Einlassöffnungen in den Reflektorraum ausströmende Kühlgas trifft auf dem Bestrahlungsgut auf, und zwar auf der der Strahlereinheit abgewandten Seite des Bestrahlungsguts. Diese Seite ist in der Regel nicht beschichtet und wird im Folgenden auch als „Rückseite“ des Bestrahlungsguts bezeichnet. Das Kühlgas kühlt einerseits die Reflektorwandung und es interagiert andererseits mit dem Bestrahlungsgut, indem es dieses kühlt und gegebenenfalls auch zur Trocknung beiträgt. Dadurch kann der oben beschriebene Blustering-Effekt vermindert werden.

Denn es hat sich gezeigt, dass die Blasenbildung durch den im Bestrahlungsgut eingeschlossenen Wasserdampf verursacht wird. Die plötzliche Temperaturerhöhung infolge der Infrarotstrahlung führt zu einer raschen Volumenausdehnung des Wasserdampfes. Ist das Bestrahlungsgut nicht hinreichend durchlässig, was beispielsweise bei beschichtetem Papier regelmäßig der Fall ist, kann der Wasserdampf vor Erreichen des kritischen Punkts nicht mehr vollständig entweichen und kann die innere Struktur des Bedruckstoffs aufbrechen.

Um eine vollständige Trocknung aller Druckfarben innerhalb der vorgegebenen (kurzen) Zeitspanne zu erreichen, ist die Bestrahlungsleistung an die am wenigsten absorbierende Druckfarbe anzupassen. Daher kann es besonders beim Trocknen von Beschichtungen mit einem Farbanteil im Schwarz- oder Cyanbereich, der Infrarotstrahlung besonders gut absorbiert, zu hohen Temperaturspitzen kommen.

Durch die Kühlung des Bestrahlungsguts durch das an die Bestrahlungsgut-Rückseite anströmende Kühlgas wird in der ersten Trocknungsphase, genauer: zwischen dem Erreichen des Gelpunkts und des kritischen Punkts, einer zu schnellen und übermäßigen Erwärmung des Bestrahlungsguts entgegengewirkt, was zu einer vergleichsweise milden Trocknung des Bestrahlungsguts in dieser Trocknungsphase beiträgt. Dadurch können die Strahlungsleistung und damit die Transportgeschwindigkeit erhöht werden, ohne dass das Bestrahlungsgut oder die Beschichtung darauf beschädigt werden.

Der gasdurchlässige Gegenreflektor erfüllt somit nicht nur die oben beschriebenen, üblichen Funktionalitäten, sondern er bewirkt infolge der Einleitung des Kühlgases durch die Einlassöffnungen der Reflektorwandung außerdem eine Interaktion mit dem in der Transportebene bewegten Bestrahlungsgut, die eine kontrollierte Temperaturentwicklung im Bestrahlungsgut ermöglicht, was das Auftreten unerwünschter Phänomene, wie Blasenbildung, vermindern kann.

Über mindestens eine Auslassöffnung der gasdurchlässigen Reflektorwandung, vorzugsweise über mehrere Auslassöffnungen, wird Abluft aus dem Reflektorraum abgeleitet.

Die in Lacken oder Farben enthaltene Feuchtigkeit dampft beim Erwärmen ab und kann an kühleren Stellen, wie beispielsweise an der aktiv gekühlten Wandung des Gegenreflektors, kondensieren und dort Verkrustungen bilden und die Funktionsfähigkeit der Anlage, beispielsweise die Reflektivität des Gegenreflektors beeinträchtigen. Verfügt die Reflektorwandung über Einlassöffnungen für das Kühlgas und über eine Auslassöffnung oder mehrere Auslassöffnungen, durch die Abluft aus dem Reflektorraum abgeführt wird, so kann mit der Abluft auch Feuchtigkeit aus dem rückseitigen Bereich des Bestrahlungsguts entfernt und so Kondensation vermieden werden.

Bei einer bevorzugten Verfahrensvariante ist vorgesehen, dass - in Transportrichtung gesehen - die in den Reflektorraum eingeleitete Kühlgasmenge variiert.

Die Variation der Kühlgasmenge kann stetig oder stufenweise erfolgen. Sie wird beispielsweise durch eine ortsabhängige Steuerung der durch die Einlassöffnungen eingeleiteten Kühlgasmenge erreicht und/oder dadurch, dass der Gesamt- Öffnungsquerschnitts der Einlassöffnungen in einheitlich großen Teilflächen der gasdurchlässigen Reflektorwandung in Transportrichtung gesehen zunimmt oder abnimmt.

Bei einer bevorzugten Verfahrensweise wird die Temperatur des Bestrahlungsguts an mehreren in Transportrichtung entlang der Prozesskammer verteilten Positionen gemessen.

Mittels der Temperaturmessung an mehreren Positionen, beispielsweise an 2 bis 8 Positionen, vorzugsweise an 2 bis 5 Positionen, wird ein Temperaturprofil über das Bestrahlungsgut bei seiner Bewegung durch den Prozessraum erhalten. Das Temperaturprofil kann zur Regelung der Kühlgasmenge herangezogen werden

Bei einer bevorzugten Verfahrensvariante ist vorgesehen, dass über mehrere Auslassöffnungen der gasdurchlässigen Reflektorwandung, Abluft aus dem Reflektorraum abgeleitet wird. Bei einerweiteren Verfahrensvariante ist vorgesehen, dass das Kühlgas aus einer an die gasdurchlässige Reflektorwandung angrenzenden Gasverteilerkammer durch die Einlassöffnungen in den Reflektorraum einströmt.

Die gasdurchlässige Reflektorwandung schließt hierbei die Gasverteilerkammer einseitig ab. Das Kühlgas wird in die Gasverteilerkammer an einer Stelle oder an mehreren Stellen eingeleitet und strömt aus der Gasverteilerkammer durch die Einlassöffnungen der Reflektorwandung in den Reflektorraum ab. Innerhalb der Gasverteilerkammer kann sich ein gleichmäßiger Kühlgasdruck einstellen, so dass die Menge des ausströmenden Gases allein von der Verteilung und dem Öffnungsquerschnitt der Einlassöffnungen bestimmt wird. Im Folgenden werden bevorzugte Verfahrensweisen des Verfahrens erläutert, bei denen die gasdurchlässige Reflektorwandung Teil einer Gasverteilerkammer ist.

In dem Zusammenhang hat es sich auch als vorteilhaft erweisen, wenn die Gasverteilerkammer in mehrere Teilkammern unterteilt ist, wobei die durch Einlassöffnungen in den Reflektorraum einströmende Kühlgasmenge in Transportrichtung gesehen von Teilkammer zu Teilkammer variiert.

In den fluidisch voneinander abgetrennten Teilkammern innerhalb der Gasverteilerkammer können voneinander unabhängige Drücke des Kühlgases eingestellt werden. Die aus der jeweiligen Teilkammer in den Reflektorraum ausströmende Kühlgasmenge hängt dann vom jeweiligen Gasdruck und vom jeweiligen Gesamt-Öffnungsquerschnitt der Einlassöffnungen ab. Bei einer Zunahme der Kühlgasmenge kann eine in Transportrichtung zunehmende Temperatur des Bestrahlungsguts mindestens teilweise kompensiert werden.

In dem Zusammenhang wird eine Verfahrensvariante bevorzugt, bei der mindestens eine erste der Teilkammern mit einem ersten Kühlgas-Anschluss versehen ist, über den ein erster Kühlgasstrom zu ersten Einlassöffnungen zugeführt wird, und bei der eine zweite der Teilkammern mit einem zweiten Kühlgas-Anschluss versehen ist, über den ein zweiter Kühlgasstrom zu zweiten Einlassöffnungen zugeführt wird, wobei der erste Kühlgasstrom unabhängig vom zweiten Kühlgasstrom einstellbar ist.

Die Gasverteilerkammer ist vorteilhafterweise mit einem Abluftanschluss versehen, über den mindestens ein Teil der Abluft aus dem Reflektorraum abgeleitet wird. Bei einer Unterteilung der Gasverteilerkammer in mehrere Teilkammern hat es sich auch als günstig erweisen, wenn mindestens eine der Teilkammern mit einem derartigen Abluftanschluss versehen ist.

Die gasdurchlässige Reflektorwandung verfügt in dem Fall zusätzlich zu den Einlassöffnungen auch über Auslassöffnungen, die in die Teilkammer mit dem Abluftanschluss münden. Durch die Auslassöffnungen wird verbrauchte Abluft aus dem Reflektorraum entfernt und in die mit dem Abluftanschluss ausgestattete Teilkammer gesaugt und von dort weiter abgeführt. Durch eine getrennte Steuerbarkeit der Abluft und der Kühlgaszuluft kann eine weitgehende Absaugung feuchtebeladener Abluft aus dem Reflektorraum gewährleistet und Kondensationen vermieden werden. Die Kühlung des Gegenreflektors und die Interkation des Kühlgases mit dem Bestrahlungsgut erfolgt vorzugsweise unabhängig von einer Prozessgasmengensteuerung, mittels der Prozessgas über eine Zulufteinheit in den Prozessraum eingeleitet und über eine Ablufteinheit verbrauchte Abluft aus dem Prozessraum abgeführt wird.

Das Prozessgas dient in erster Linie dazu, Feuchtigkeit aus dem Bestrahlungsgut abzuführen, wohingegen das Kühlgas in erster Linie zur Temperierung des Gegenreflektors und des Bestrahlungsgutes dient. Beide Funktionen können von ein und demselben Gas erfüllt werden; im einfachsten Fall sind das Prozessgas und das Kühlgas Luft.

Hinsichtlich der Bestrahlungsvorrichtung wird die oben angegebene Aufgabe ausgehend von einer Vorrichtung der eingangs genannten Gattung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass für die Ausleitung von Abluft aus dem Reflektorraum die Reflektorwandung mindestens eine Auslassöffnung aufweist.

Die Transportebene teilt den Prozessraum in zwei Halbräume, wovon sich der eine zwischen Reflektorwandung und Bestrahlungsgut erstreckt und hier als „Reflektorraum“ bezeichnet wird. Die Einlassöffnungen sind dazu ausgelegt, dass Kühlgas durch sie hindurch in den Reflektorraum einströmt und dabei auf dem Bestrahlungsgut auftrifft, und zwar auf der der Strahlereinheit abgewandten Rückseite des Bestrahlungsguts.

Das Kühlgas kühlt einerseits die Reflektorwandung und es interagiert andererseits mit dem Bestrahlungsgut, indem es dieses kühlt und gegebenenfalls auch zur Trocknung beiträgt. Dadurch kann der Blustering-Effekt vermindert werden, wie dies oben anhand des erfindungsgemäßen Verfahrens näher erläutert ist.

Der gasdurchlässige Gegenreflektor erfüllt nicht nur die oben beschriebenen, üblichen Funktionalitäten, sondern er bewirkt infolge der Einleitung des Kühlgases durch die Einlassöffnungen der Reflektorwandung außerdem eine Interaktion mit dem in der Transportebene bewegten Bestrahlungsgut, die eine kontrollierte Temperaturentwicklung im Bestrahlungsgut ermöglicht, was das Auftreten unerwünschter Phänomene, wie Blasenbildung, vermindern kann. Die gasdurchlässige Reflektorwandung weist mindestens eine Auslassöffnung, vorzugsweise mehrere Auslassöffnungen für die Ausleitung von Abluft aus dem Reflektorraum auf.

Verfügt die Reflektorwandung neben den Einlassöffnungen für das Kühlgas auch über eine Auslassöffnung oder über mehrere Auslassöffnungen für die Ableitung von Abluft aus dem Reflektorraum, so wird mit der Abluft auch Feuchtigkeit entfernt und so Kondensation vermieden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Bestrahlungsvorrichtung variiert in Transportrichtung gesehen die Anzahl und/oder der Öffnungsquerschnitt der Einlassöffnungen.

Dadurch ist es möglich, die über die Einlassöffnungen in den Reflektorraum einströmende Kühlgasmenge stetig oder stufenweise zu verändern. Eine Variation des Öffnungsquerschnitts bemisst sich daran, ob der Gesamt-Öffnungsquerschnitts der Einlassöffnungen - ermittelt in einheitlich großen Teilflächen der Reflektorwandung - in Transportrichtung gesehen zunimmt oder abnimmt.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Reflektorwandung in Transportrichtung gesehen in mehrere Abschnitte unterteilt ist, und dass die Anzahl und/oder der Gesamt- Öffnungsquerschnitt der Einlassöffnungen von Abschnitt zu Abschnitt variiert.

Dadurch unterscheiden sich die Abschnitte der Reflektorwandung in ihrer Durchlässigkeit für das Kühlgas in dem Sinn, dass die Gasdurchlässigkeit von Abschnitt zu Abschnitt zunimmt oder abnimmt. Die in Transportrichtung zunehmende Gasdurchlässigkeit ermöglicht es, dass eine zunehmende Kühlgasmenge in den Reflektorraum einströmen und eine in Transportrichtung steigende Temperatur des Bestrahlungsguts mindestens teilweise kompensieren kann. Auch bei einer Unterteilung der gasdurchlässigen Reflektorwandung in mehrere unterschiedlich gestaltete Abschnitte ist eine einteilige Ausführung der Reflektorwandung bevorzugt.

Bei einer besonders bewährten Ausführungsform der Bestrahlungsvorrichtung sind in Transportrichtung gesehen mehrere Temperatursensoren entlang der Reflektorwandung verteilt. Mittels der Temperatursensoren kann die Temperatur des Bestrahlungsguts bei seiner Bewegung durch den Prozessraum an mehreren Positionen, beispielsweise an 2 bis 8 Positionen, vorzugsweise an 2 bis 5 Positionen, erfasst werden. Das dabei ermittelte Temperaturprofil kann zur Regelung der Kühlgasmenge herangezogen werden. Die Temperatursensoren sind vorzugsweise zur berührungslosen Temperaturmessung ausgelegt, beispielsweise als Pyrometer.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Bestrahlungsvorrichtung weist die gasdurchlässige Reflektorwandung mehrere Auslassöffnungen für die Ausleitung von Abluft aus dem Reflektorraum auf. Dabei kann die Anzahl und/oder der Gesamt- Öffnungsquerschnitt der Auslassöffnungen in Transportrichtung variieren, so dass die aus dem Reflektorraum abgeführte Abluftmenge ebenfalls variiert werden kann; insbesondere kann sie in Transportrichtung zunehmen. Eine Ausführungsform der Bestrahlungsvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Reflektorwandung an eine Gasverteilerkammer angrenzt.

Die gasdurchlässige Reflektorwandung schließt hierbei die Gasverteilerkammer an einer Seite ab. Das Kühlgas kann in die Gasverteilerkammer an einer Stelle oder an mehreren Stellen eingeleitet werden, und es strömt von dort durch die Einlassöffnungen der Reflektorwandung in den Reflektorraum. Innerhalb der Gasverteilerkammer kann sich ein gleichmäßiger Kühlgasdruck einstellen, so dass die Menge des ausströmenden Kühlgases allein von Verteilung und Öffnungsquerschnitt der Auslassöffnungen bestimmt wird.

In dem Zusammenhang hat es sich auch als vorteilhaft erweisen, wenn die Gasverteilerkammer in mehrere Teilkammern unterteilt ist.

In fluidisch voneinander abgetrennten Teilkammern innerhalb der Gasverteilerkammer sind Kühlgasdrücke einstellbar, die sich von Teilkammer zu Teilkammer unterscheiden. Die Menge des ausströmenden Kühlgases von Teilkammer zu Teilkammer ist dadurch veränderbar und wird vom Kühlgasdruck und von der Verteilung und dem Gesamt- Öffnungsquerschnitt der Auslassöffnungen der jeweiligen Teilkammer bestimmt. Durch die Unterteilung kann die durch die Einlassöffnungen der Reflektorwandung in den Reflektorraum einströmende Kühlgasmenge beispielsweise von Teilkammer zu Teilkammer variieren (in Transportrichtung gesehen). Die Gasverteilerkammer ist vorteilhafterweise mit einem Abluftanschluss verse-hen, über den mindestens ein Teil der Abluft aus dem Reflektorraum abgeleitet wird. Bei einer Unterteilung der Gasverteilerkammer in mehrere Teilkammern hat es sich auch als günstig erweisen, wenn mindestens eine der Teilkammern mit einem derartigen Abluftanschluss versehen.

Die gasdurchlässige Reflektorwandung verfügt in dem Fall zusätzlich zu den Einlassöffnungen über eine Auslassöffnung oder über mehrere Auslassöffnungen, die in die Teilkammer mit dem Abluftanschluss münden. Durch die Auslassöffnungen kann die Abluft aus dem Reflektorraum entfernt und in die mit dem Abluftanschluss ausgestattete Teilkammer eingeleitet und von dort nach außen abgeführt werden. Durch eine getrennte Steuerbarkeit der Abluft und Kühlgaszuluft kann eine weitgehende Absaugung feuchtebeladener Abluft aus dem Reflektorraum gewährleistet und Kondensationen vermieden werden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform einer Bestrahlungsvorrichtung, die mit einer in mehrere Teilkammern unterteilten Gasverteilerkammer ausgestattet ist, ist mindestens eine erste der Teilkammern mit einem ersten Kühlgas-Anschluss versehen, über den ein erster Kühlgasstrom zu ersten Einlassöffnungen zugeführt wird, und eine zweite der Teilkammern ist mit einem zweiten Kühlgas-Anschluss versehen, über den ein zweiter Kühlgasstrom zu zweiten Einlassöffnungen zugeführt wird, wobei der erste Kühlgasstrom unabhängig vom zweiten Kühlgasstrom einstellbar ist.

Vorteilhafterweise verfügt die Bestrahlungsvorrichtung unabhängig vom gasdurchlässigen Gegenreflektor über eine Prozessgas-Zuführungseinheit für die Einleitung von Prozessgas in den Prozessraum und eine Ablufteinheit für die Ableitung von Abluft aus dem Prozessraum.

Die Kühlung des Gegenreflektors und die Interkation des Kühlgases mit dem Bestrahlungsgut kann dabei unabhängig von einer Prozessgasmengensteuerung erfolgen, mittels der Prozessgas über eine Zulufteinheit in den Prozessraum eingeleitet und über eine Ablufteinheit Abluft aus dem Prozessraum abgeleitet wird. Definitionen

Reflektorwanduno

Die Reflektorwandung ist mit Einlassöffnungen und gegebenenfalls mit Auslassöffnungen versehen. Sie besteht aus einem Stück oder sie ist aus mehreren Reflektorwandungsstücken zusammengesetzt. Gegebenenfalls können sich die Reflektorwandungsstücke in der Flächenbelegung der Einlassöffnungen unterscheiden, und gegebenenfalls auch in der Flächenbelegung ihrer Auslassöffnungen.

Vorzugsweise bildet die Reflektorwandung eine Wand einer Gasverteilerkammer.

Gasverteilerkammer

Die Gasverteilerkammer besteht aus einer einzelnen Kammer, oder sie ist mehrteilig und wird von mehreren Teilkammern gebildet. Gegebenenfalls sind die Teilkammern von einer gemeinsamen Reflektorwandung abgeschlossen, oder jede der Teilkammern verfügt über eine eigene Reflektorwandung. Die Teilkammern sind fluidisch miteinander verbunden, oder sie sind fluidisch voneinander getrennt und gegebenenfalls für die Prozessierung unterschiedlicher Gasmengen und/oder Gasdrücke ausgelegt.

Ausführungsbeispiel

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und einer Patentzeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt in schematischer Darstellung im Einzelnen:

Figur 1 eine Druckmaschine mit einem Druckaggregat und einem Infrarot-

Trocknersystem und einem entlang eines Transportwegs und in einer Transportrichtung transportierten Bedruckstoffs,

Figur 2 eine Skizze einer Bestrahlungsvorrichtung als Teil des Trocknersystems der Druckmaschine von Figur 1 in einem Längsschnitt,

Figur 3 eine dreidimensionale Darstellung einer Ausführungsform der

Gasverteilerkammer mit darüber bewegtem Bestrahlungsgut in einer Draufsicht auf das Bestrahlungsgut, Figur 4 eine Gasverteilerkammer der Bestrahlungsvorrichtung mit eingezeichnetem Strömungsprofil der Kühlluft,

Figur 5 die Gasverteilerkammer der Bestrahlungsvorrichtung mit eingezeichnetem Strömungsprofil der Abluft,

Figur 6 eine dreidimensionale Darstellung einer Ausführungsform der Bestrahlungsvorrichtung im Zusammenbau, und

Figur 7 ein Diagramm mit Temperaturverläufen auf der Bestrahlungsgut-Oberfläche entlang der Prozesskammer bei Prozessierung mit und ohne gasdurchlässigem Gegenreflektor.

Figur 1 zeigt schematisch eine Druckmaschine in Form einer Rollen- Tintenstrahldruckmaschine, der insgesamt die Bezugsziffer 1 zugeordnet ist.

Ausgehend von einem Abwickler 2 gelangt die Materialbahn 3 aus einem Bedruckstoff, wie beispielsweise aus Papier, zu einem Druckaggregat 40. Dieses umfasst mehrere, entlang der Materialbahn 3 hintereinander angeordnete Tintenstrahldruckköpfe 4, durch die auf den Bedruckstoff lösungsmittelhaltige und insbesondere wasserhaltige Druckfarben aufgetragen werden.

In Transportrichtung 5 gesehen, gelangt die Materialbahn 3 vom Druckaggregat 40 über eine Umlenkwalze 6 anschließend zu einem Infrarot-Trocknersystem 70. Dieses ist mit mehreren Trocknermodulen 7 bestückt, die für das Trocknen des Lösungsmittels in die Materialbahn 3 ausgelegt sind. Die Trockenmodule 7 sind jeweils mit einer Gegenreflektor-Einheit 23 mit gasdurchlässigen Gegenreflektor ausgestattet und werden weiter unten anhand der Figuren 2 bis 7 noch näher erläutert.

Der weitere Transportweg der Materialbahn 3 geht über eine Zugwalze 8, die mit eigenem Zugantriebsmotor ausgestattet ist und über die die Einstellung der Bahnspannung erfolgt, zu einer Aufwickelrolle 9.

In dem Trocknersystem 70 sind mehrere Trocknermodule 7 zusammengefasst. Jedes der Trocknermodule 7 ist mit mehreren Infrarotstrahlern - im Ausführungsbeispiel sind es achtzehn - ausgestattet.

Bei den Infrarotstrahlern ist ein Heizfilament aus Carbon oder Wolfram in Wendel- oder Bandform in ein inertgasgefülltes Strahlerrohr eingeschlossen, das meist aus Quarzglas gefertigt ist. Die Heizfilamente sind mit elektrischen Anschlüssen verbunden, die über ein Ende oder beiden Enden des Strahlerrohres eingeführt werden.

Die Trocknermodule sind im Trocknersystem in Transportrichtung gesehen paarweise neben- und hintereinander angeordnet. Das jeweils nebeneinander angeordnete Paar der Trocknermodule 7 deckt die maximale Formatbreite der Druckmaschine 1 ab. Entsprechend der Abmessungen und Farbbelegung des Bedruckstoffs sind die Trocknermodule 7 und die einzelnen Infrarotstrahler getrennt voneinander elektrisch ansteuerbar.

Bei einer alternativen Ausführungsform ist das Trocknermodul anstelle der rohrförmigen Infrarotstrahler mit flächenförmigen Infrarotstrahler-Paneelen ausgestattet. Die Infrarotstrahler-Paneele umfassen ein Substrat aus einem Infrarotstrahlung emittierenden Werkstoff und sind zur thermischen Anregung der Infrarot-Emission mit einer Leiterbahn oder mit mehreren Leiterbahnen aus Widerstandsmaterial belegt. Im Fall einer Belegung mit mehreren Leiterbahnen können diese getrennt voneinander ansteuerbar sein, um über der Infrarotstrahler-Oberfläche ein nicht-homogenes Temperaturprofil zu erzeugen.

Die Transportgeschwindigkeit der Materialbahn 3 wird auf 5 m/s eingestellt. Dabei handelt es sich um eine vergleichsweise hohe Geschwindigkeit, die eine hohe Trocknungsrate erfordert. Das zum Erreichen dieser Anforderung erforderliche Trocknungsverfahren und das die dafür eingesetzte Bestrahlungsvorrichtung wird im Folgenden anhand der Figuren 2 bis 7 näher erläutert. Sofern in diesen Figuren dieselben Bezugsziffern wie in Figur 1 verwendet sind, so sind damit baugleiche oder äquivalente Bauteile und Bestandteile bezeichnet, wie sie oben anhand der Beschreibung der Druckmaschine näher erläutert sind.

Die Skizze von Figur 2 zeigt eine an der Materialbahn 3 angeordnete Bestrahlungsvorrichtung in Form eines Trockenmoduls 7. Das Trocknermodul 7 setzt sich aus einer Strahlereinheit 22 und einer Gegenreflektor-Einheit 23 zusammen, voneinander getrennt durch die in der Transporteben 3a bewegte Materialbahn 3.

Die Strahlereinheit 22 ist mit mehreren langgestreckten Infrarotstrahlern 24 bestückt, deren Längsachsen senkrecht zur Transportrichtung 5 verlaufen und die parallel zueinander angeordnet sind. Die Strahlereinheit 22 ist mit einem eigenen Luftmanagementsystem ausgestattet, das einen Zulufteinheit 25 für die Zufuhr von Trocknungsluft und eine Ablufteinheit 26 für die Ableitung verbrauchter Luft umfasst.

Die Zuluft- und Ablufteinheit (25; 26) ist unabhängig von der nachfolgend näher beschriebenen Gegenreflektor-Einheit 23 und dient insbesondere der Abführung überschüssiger Wärme im Rückraum der Strahlereinheit 22, um die umliegenden Teile der Druckmaschine 1 vor Überhitzung zu schützen.

Die Gegenreflektor-Einheit 23 umfasst eine Gasverteilerkammer 27, die mit einem Lufteinlass 28, einem Luftauslass 29 und mit einer Vielzahl von Durchgangsbohrungen versehenen Reflektorplatte 30 ausgestattet ist. Die gasdurchlässige Reflektorplatte 30 ist eine der Materialbahn 3 zugewandte Wandung der Gasverteilerkammer 27. Sie begrenzt die Gasverteilerkammer 27 nach oben und den Reflektorraum 33 nach unten. Innerhalb der Gasverteilerkammer 27 sind mehrere Pyrometer 34 angeordnet, die in Transportrichtung 5 entlang der Reflektorplatte 30 verteilt und zur Messung der Temperatur der Materialbahn-Unterseite ausgelegt sind.

Die Materialbahn 3 wird in Transportrichtung 5 in der Transportebene 3a durch einen Behandlungsraum (=Prozessraum 31) des Trockenmoduls 7 bewegt. Die Transportebene 3a teilt den Prozessraum 31 in einen der Strahlereinheit 22 zugewandten Bestrahlungsraum 32 und einen der Gegenreflektor-Einheit 23 zugewandten Reflektorraum 33.

Figur 3 zeigt eine dreiteilige Gegenreflektor-Einheit 23. Diese ist aus drei, fluidisch miteinander verbundenen Reflektorkammern modulartig aufgebaut und wird von einem gemeinsamen, einteiligen Rahmen 35 umfasst. Aus der Draufsicht auf die Materialbahn 3 (die gleichzeitig die Transportebene 3a definiert) und auf die Gegenreflektor-Einheit 23 ist die Reflektorplatte 30 erkennbar, die sich in dieser Ausführungsform aus drei Reflektorplattenfeldern 30a, 30b, 30c mit jeweils unterschiedlicher Verteilung von Ein- und Auslassöffnungen (36; 37) zusammensetzt.

Die Reflektorplatte 30 weist eine Vielzahl von Durchgangsbohrungen auf, die unterteilt sind in kleine, engmaschig verteilte kreisrunde Einlassöffnungen 36 und in ovale Auslassöffnungen 37. Von unten nach oben gesehen (das heißt: in Transportrichtung 5) sind dreizehn gegeneinander versetzte Reihen kreisrunder Einlassöffnungen 36 vorgesehen, denen zwei Reihen ovaler Auslassöffnungen 37 folgen. Danach kommen elf Reihen Einlassöffnungen 36, wieder zwei Reihen Auslassöffnungen 37, weitere zehn Reihen Einlassöffnungen 36, weitere zwei Reihen Auslassöffnungen 37, weitere zehn Reihen Einlassöffnungen 36, und schließlich drei Reihen ovaler Auslassöffnungen 37. Die kreisrunden Einlassöffnungen 36 haben einen Innendurchmesser von 4 mm und die ovalen Auslassöffnungen 37 haben einen Öffnungsquerschnitt von 353mm ² .

Die Anzahl der Auslassöffnungen 37 und/oder der Gesamt-Öffnungsquerschnitt der Auslassöffnungen 37 nehmen somit in Transportrichtung 5 zu, so dass in dieser Richtung zunehmend mehr mit Feuchtigkeit beladenes oder verbrauchtes Kühlgas als Abluft aus dem Reflektorraum 33 in den Luftauslass 29 der Gegenreflektor-Einheit 23 abgeführt wird.

Die Einlassöffnungen 36 sind fluidisch mit zwei Gaseinlassstutzen 38a; 38b (besser zu erkennen in Figur 4) der Gasverteilerkammer 27 für die Zufuhr von trockener Luft in den Reflektorraum 33 verbunden. Die Auslassöffnungen 37 sind fluidisch mit einem Gasauslassstutzen 39 (besser zu erkennen in Figur 5) der Gasverteilerkammer 27 für die Ableitung verbrauchter Luft aus dem Reflektorraum 33 verbunden.

Die Öffnungsmaße und die Anzahl und Verteilung der Durchgangsbohrungen 36; 37 sind an die Art des zu bestrahlenden Produkts und an die Strahlerleistung angepasst.

Es gilt, eine Balance zu finden: einerseits nimmt die Temperatur des Bestrahlungsguts in Transportrichtung zu, so dass für eine ausreichende und gleichmäßige Kühlung eine Anzahl an Einlassöffnungen 36 benötigt wird; andererseits nimmt auch die Luftfeuchte stetig zu, so dass auch eine gewisse Anzahl an Auslassöffnungen 37 vonnöten ist. In der Regel nimmt die Flächenbelegung der Auslassöffnungen 37 in Transportrichtung zu, und dadurch zwangsweise die Flächenbelegung der Einlassöffnungen 36 ab. Um ein optimales Trocknungsergebnis zu erhalten, kann das konkrete Design anhand der obigen Informationen und des Ausführungsbeispiels für die Anwendung, den Strahlertyp und die Strahlerleistung optimiert werden, beispielsweise empirisch durch praktische Versuche und/oder theoretisch unter Nutzung von Simulationen.

Die Reflektorplatte 30 ist geeignet zur Reflexion von Infrarotstrahlung und der Reflektorplatten-Werkstoff soll dabei selbst wärmebeständig und bevorzugt auch wärmeleitend sein. Im Ausführungsbeispiel ist die Reflektoplatte 30 aus eloxiertem Aluminium gefertigt. Alternativ dazu besteht die Reflektorplatte 30 aus Aluminium mit metallischer Oberfläche, Edelstahl, insbesondere poliertem Edelstahl oder anderen Metallen, insbesondere aus Edelmetallen oder aus einem Werkstück, das mit einem der genannten Werkstoffe beschichtet ist. In Transportrichtung 5 gesehen, nimmt die Flächenbelegung der Auslassöffnungen 37 zu, und die der Einlassöffnungen 36 nimmt ab.

Die dreidimensionalen Ansichten auf die Gegenreflektor-Einheit 23 von Figur 4 und Figur 5 zeigen, dass die Gasverteilerkammer 27 mittels Trennwänden 41 in mehrere Teilkammern unterteilt ist, von denen zwei Teilkammern jeweils mit einem der Gaseinlassstutzen 38a; 38b, und die dritte Teilkammer mit dem Gasauslassstutzen 39 verbunden ist. Die Strömungslinien 42 in Figur 4 deuten die Verteilung der trockenen Kühlluft von den beiden Gaseinlassstutzen 38a; 38b zu den Einlassöffnungen 36 an. In Figur 5 deuten die Strömungslinien 43 die Verteilung der verbrauchten Abluft von den Auslassöffnungen 37 zum Gasauslassstutzen 39 an. Die Zuleitung der trockenen Kühlluft über die Gaseinlassstutzen 38a; 38b und die Ableitung der verbrauchten Abluft über den Gasauslassstutzen 39 sind getrennt voneinander regelbar.

Figur 6 zeigt ein Trocknermodul 7 im Zusammenbau von zwei Strahlereinheiten 22a, 22b und einer zweigeteilten Gegenreflektor-Einheit 23.

Im Folgenden wird eine Verfahrensweise zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens näher erläutert.

Um den Blustering-Effekt zu verringern und die Effizienz der

Strahlungswärmeübertragung zwischen den Infrarot-Strahlern 24 der Strahlereinheit 22 und der zu trocknenden Druckfarbe auf der Materialbahn 3 zu verbessern, wird die Gegenreflektor-Einheit 23 mit gasdurchlässiger Reflektorplatte 30 eingesetzt. Die aus den Einlassöffnungen 36 der Reflektorplatte 30 gegen die unbeschichtete Unterseite der Materialbahn 3 anströmende Kühlluft bewirkt eine gleichmäßige Temperaturentwicklung im Bedruckstoff (Papier). Dazu trägt bei, dass mehrere Reflektorplattenfelder 30a, 30b, 30c mit angepasster Verteilung von Einlassöffnungen 36 und Auslassöffnungen 37 verwendet werden. Die abgesaugte Abluftmenge ist beim Eintritt der Materialbahn 3 in die Prozesskammer 31 vergleichsweise gering und steigt bis zum Austritt aus der Prozesskammer 31 an. Figur 7 zeigt den Unterschied der Temperaturverteilung bei einer Materialbahn, bei einer Bestrahlung unter Einsatz eines gasdurchlässigen Gegenreflektors mit und ohne Kühlluft. In dem Diagramm ist die mittels der Pyrometer 34 gemessene Temperatur an der Unterseite der Materialbahn (in °C) aufgetragen gegen die Positionsnummer des Pyrometers in Transportrichtung 5 gesehen zwischen dem Eintritt der Materialbahn 3 in den Prozessraum und ihrem Austritt aus dem Prozessraum. Kurve A zeigt das Temperaturprofil bei Einsatz des Gegenreflektors mit Kühlluft, und Kurve B zeigt das Temperaturprofil bei Einsatz des Gegenreflektors ohne Kühlluft. Beide Temperaturprofile zeigen Maximaltemperaturen kurz nach dem Eintritt T _maxi der Materialbahn in den Prozessraum und kurz vor ihrem Austritt T _m ax2. Es ist erkennbar, dass sich bei Einsatz von gegen die unbedruckte Seite des Papierbogens gerichteter Kühlluft, ein insgesamt homogenerer Temperaturverlauf mit einer geringeren Drift der Maximaltemperaturen T _maxi und T _maX 2 ergibt (Kurve A) als ohne diese Maßnahme. Außerdem liegt die maximale Temperatur bei Kurve A deutlich unterhalb des Maximalwerts von Kurve B. In diesem Beispiel beträgt der Unterschied der Maximaltemperaturen der Kurven A und B ca. 10°C. Kurve A bleibt dabei unter 150°C, was in diesem Beispiel als Schwellwert für die Blasenbildung angesehen werden kann. Durch die rückseitige Kühlung des Bedruckstoffs wird verhindert, dass nicht nur die gut absorbierenden Farbflächen vergleichsweise heiß werden und möglicherweise überhitzt werden. Die rückseitige Kühlung der Materialbahn 3 durch die anströmende Kühlluft wirkt zwischen dem Erreichen des Gelpunkts und des kritischen Punkts einer zu schnellen und übermäßigen Erwärmung des Bestrahlungsguts entgegen, was zu einer vergleichsweise milden Trocknung des Bestrahlungsguts in der ersten Trocknungsphase beiträgt. Es stellt sich ein vergleichsweise homogeneres Temperaturprofil ein. Dadurch können die Strahlungsleistung und damit die Transportgeschwindigkeit erhöht werden, ohne dass das Bestrahlungsgut oder die Beschwerdegegnerin darauf beschädigt werden. Bezuqszeichenliste

Tintenstrahldruckmaschine 1

Abwickler 2

Materialbahn 3

Transportebene 3a

Druckaggregat 40

Tintenstrahldruckköpfe 4

Transportrichtung 5

Um lenkwalze 6

Infrarot-T rocknersystem 70

Trocknermodulen 7

Zugwalze 8

Aufwickelrolle 9

Strahlereinheit 22

Strahlereinheiten 22a, 22b

Gegenreflektor-Einheit 23

Infrarotstrahlern 24

Zulufteinheit 25

Ablufteinheit 26

Gasverteilerkammer 27

Lufteinlass 28

Luftauslass 29

Reflektorplatte 30

Reflektorplattenfelder 30a, 30b, 30c

Prozessraum 31

Bestrahlungsraum 32

Reflektorraum 33.

Pyrometer 34

Rahmen 35

Reflektorplatte 30

Einlassöffnungen 36

Auslassöffnungen 37

Gaseinlassstutzen 38a; 38b

Gasauslassstutzen 39

Trennwände 41