DE19740991A1 - Vorrichtung für die Behandlung einer Materialbahn mit UV-Strahlung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die Behandlung einer Materialbahn mit UV-Strah­ lung, mit einer mit UV-Strahlern bestückten und mit einem Inertgas-Anschluß versehenen Re­ aktionskammer, in die ein Einlaufschlitz für eine zu härtende oder zu trocknende Materialbahn mündet, die auf einer außerhalb der Reaktionskammer angeordneten, zylinderförmigen Leit­ walze aufliegend dem Einlaufschlitz zugeführt wird, und mit einer, in Zuführrichtung der Ma­ terialbahn gesehen, vor dem Einlaufschlitz angeordneten und nach unten durch die Material­ bahn begrenzten Vorkammer, die sich über mindestens einen Teil der Leitwalze erstreckt, und in die eine Einlaßöffnung für ein Inertgas mündet.

Derartige Vorrichtungen werden beispielsweise bei Rollenoffsetdruckmaschinen zur Härtung oder Trocknung von Lack- oder Farbschichten auf sich schnell bewegenden Papierbahnen oder zur Mattierung von Oberflächen auf beschichteten Holz- oder Papierbahnen eingesetzt. Dabei kann sowohl aufgrund der Reaktivität der eingesetzten Farbe oder Lacke als auch auf­ grund Absorption der UV-Strahlung in Luft eine Inertisierung der mit den UV-Strahlern bestück­ ten Reaktionskammer erforderlich sein. Für die Inertisierung der Reaktionskammer, in der der Sauerstoffgehalt nicht mehr als 50 ppm betragen sollte, wird üblicherweise Stickstoff in techni­ scher Qualität mit einer Reinheit von 99,996 Vol-% eingesetzt. Die letzte Leitwalze vor der Re­ aktionskammer liegt normalerweise im nicht inertisierten Bereich. Die über diese Leitwalze lau­ fende Papierbahn ist daher mit Luftsauerstoff beladen, der so in die Reaktionskammer einge­ schleppt wird. Zur Gewährleistung einer ausreichenden Inertisierung der Reaktionskammer bei gleichzeitig möglichst geringem Stickstoffverbrauch wird in einer Veröffentlichung der TH. GOLDSCHMIDT AG, "Inertisierung von Strahlenhärtungsanlagen für Goldschmidt- Siliconacrylate TEGO® RC-Produkte, Härtung mittels UV- oder Elektronenstrahlen" eine Inertisierungsvorrichtung vorgeschlagen, bei der in einem Abstand von 0,9 mm bis 3 mm ober­ halb der Leitwalze eine sogenannte Schäldüse angeordnet ist, mittels der ein Stickstoffstrom auf die Papierbahn gerichtet wird. Der Abstand zwischen Schäldüse und Leitwalze definiert gleichzeitig den Einlaufschlitz für die Papierbahn. Der Stickstoffstrom aus der Schäldüse trifft auf den Scheitelpunkt der Papierbahn entgegen deren Laufrichtung in einem von der Vertika­ len abweichenden Neigungswinkel von 30 bis 100. Er dient zum "Abschälen" der sauerstoffhal­ tigen Diffusionsgrenzschicht von der Papierbahn.

Der Einlauf der Papierbahn ist über eine Strecke von ca. 100 mm mit einem parallel zur Bahn­ oberfläche verlaufenden Winkelblech abgedeckt, das an der Schäldüse befestigt ist. Das Win­ kelblech, das sich über den vor dem Einlaufschlitz rotierenden Bereich der Leitwalze erstreckt, bildet eine Art Vorkammer, in der bereits vor der Schäldüse eine Verarmung der Atmosphäre an Sauerstoff und eine Verkleinerung der sauerstoffhaltigen Grenzschicht erreicht wird und die so zur Verringerung des für die Inertisierung des Reaktionsraumes erforderlichen Stickstoffver­ brauches wesentlich beiträgt.

Bei der bekannten Vorrichtung sind jedoch Änderungen des Einlaufwinkels der Papierbahn auf die Leitwalze nur eingeschränkt möglich. Ein flacherer Einlaufwinkel wird durch das vor der Schäldüse angeordnete Winkelblech verhindert, ein steilerer Einlauf der Papierbahn führt zu einer schlechteren Inertisierung.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Behandlung ei­ ner Matrialbahn mit UV-Strahlung anzugeben, die eine beliebige Änderung des Einlaufwinkels der Materialbahn auf die Leitwalze bei gleichzeitig optimaler Inertisierung erlaubt.

Diese Aufgabe wird ausgehend von der eingangs beschriebenen Anlage erfindungsgemäß da­ durch gelöst, daß die Vorkammer im Bereich zwischen der Auflage der Materialbahn auf der Leitwalze und dem Einlaufschlitz angeordnet ist.

Über die Einlaßöffnung für das Inertgas wird in die Vorkammer Inertgas eingeleitet. Die Ma­ terialbahn kann auf der Leitwalze in einem Flächenbereich aufliegen. Diejenige Linie auf der Leitwalze, bei der sich die Materialbahn von der Leitwalze in Richtung auf den Einlaufschlitz löst, wird im folgenden als Scheitelpunkt der Materialbahn bezeichnet. Die Vorkammer ist, in Laufrichtung der Materialbahn gesehen, erst hinter diesem Scheitelpunkt angeordnet. Der Ein­ laufwinkel der Materialbahn auf die Leitwalze wird durch die so angeordnete Vorkammer nicht beeinflußt.

Als UV-Strahler kommen Excimer-Strahler in Frage. Die von den Strahlern abgegebene UV-Wellenlänge der Excimerstrahlung hängt von der Art des Füllgases ab. Geeignete Füllga­ se und die spektrale Zusammensetzung der damit erzeugten Excimerstrahlung werden in der Fachliteratur beschrieben, beispielsweise in der EP-A 254 111. Übliche UV-Wellenlängen lie­ gen bei 172 nm, 222 nm und 308 nm.

Besonders bewährt hat sich eine Vorkammer, die in Zuführrichtung der Materialbahn gesehen, eine vordere Begrenzungswand aufweist, die beabstandet von der Zylindermantelfläche der Leitwalze mit dieser einen Einlaufspalt für die Materialbahn bildet. Der Einlaufspalt begrenzt den Gasverlust aus der Vorkammer bzw. er behindert den Gaszutritt von außen. Üblicherweise liegt der Einlaufspalt im Bereich des Scheitelpunktes der Materialbahn.

Vorteilhafterweise ist die vordere Begrenzungswand in einer Richtung quer zur Materialbahn verschiebbar ausgebildet. Dadurch kann die Breite des Einlaufspaltes eingestellt werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfaßt die Vor­ kammer einen Vermischungsraum, der sich im Bereich zwischen Einlaufspalt und Einlauf­ schlitz oberhalb der Materialbahn-Ebene erstreckt. Der Vermischungsraum ist nach unten durch die Materialbahn begrenzt. Im Vermischungsraum steht jedoch im Vergleich zum Ein­ laufspalt ein deutlich größeres Volumen oberhalb der Materialbahn zur Verfügung. Diese plötz­ liche Volumenvergrößerung für das aus dem Einlaufspalt in den Vermischungsraum einström­ dende Gas führt zu Änderungen der Gasströmung und damit einhergehend zu Turbulenzen des Gases innerhalb des Vermischungsraumes und bewirkt so ein Verkleinerung der sauer­ stoffhaltigen Grenzschicht auf der Materialbahn, bevor diese den Einlaufschlitz erreicht. Zur Vermeidung toter Winkel innerhalb des Vermischungsraumes ist dieser vorteilhafterweise ge­ wölbt oder mit abgerundeten Innenkanten ausgebildet.

Als vorteilhaft hat sich eine Vorrichtung erwiesen, bei der der Einlaufschlitz die Einlaßöffnung für das Inertgas bildet. Das Inertgas zur Inertisierung der Vorkammer wird dabei der Vorkam­ mer aus dem Einlaufschlitz zugeführt, wobei das Inertgas zum Beispiel aus dem in die Reakti­ onskammer eingeleiteten Inertgasstrom zur Verfügung gestellt werden kann. Durch den Über­ druck innerhalb der Reaktionskammer und durch die Gasströmung wird die Eindiffusion von Sauerstoff in den Einlaufschlitz vermindert. Bevorzugt ist aber der Einlaufschlitz selbst mit min­ destens einer Inertgasdüse versehen, aus der die Vorkammer mit Inertgas gespült werden kann. Dabei ist die Inertgasdüse vorteilhafterweise möglichst im vorderen Bereich, beispiels­ weise im vorderen Drittel, des Einlaufschlitzes angeordnet. Die überwiegende restliche Länge des Einlaufschlitzes bis zur Reaktionskammer dient zur weiteren Entfernung der Diffusionsgrenzschicht auf der Materialbahn und sie hemmt die Eindiffusion von Sauerstoff in die Reaktionskammer. Außerdem kann die Vorkammer mit einem Inertgaseinlaß versehen sein, wobei in dem Fall darauf zu achten ist, daß durch diesen Inertgaseinlaß in der Vorkam­ mer ein Druck erzeugt wird, der niedriger ist als der Druck im Einlaufschlitz.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und anhand einer Patent­ zeichnung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt schematisch einen Längsschnitt durch eine UV-Strahlen-Härtungsanlage einer Rollenoffsetdruckmaschine mit integrierter Inertisierungseinrichtung.

In Fig. 1 ist die erfindungsgemäße UV-Strahlen-Härtungsanlage mit zwei Excimerstrahlern 1, 2 dargestellt. Die Excimerstrahler 1, 2 sind in einer von einem Gehäuse 3 umschlossenen Trocknungskammer 4 angeordnet. Sie erzeugen UV-Strahlung einer Wellenlänge von 172 nm, die auf eine mit einer Farb- oder Lackschicht bedruckte, die Trocknungskammer 4 durchlau­ fende Papierbahn 7 gerichtet ist. In Richtung auf die Papierbahn 7 sind die Excimerstrahler 1, 2 mittels Quarzglasfenster 5, 6 abgeschlossen. Zur Inertisierung der Trocknungskammer 4 ist ein Stickstoffanschluß 8 vorgesehen.

Die Papierbahn 7 wird der Trocknungskammer 4 über eine Leitwalze 9 zugeführt, die in einem nicht inertisierten Bereich angeordnet ist. Die Papierbahn 7 durchläuft dabei einen im Gehäuse 3 vorgesehenen Einlaufschlitz 10, der in der Trocknungskammer 4 mündet. Der Ein­ laufschlitz 10 hat eine Schlitzweite von ca. 2 mm. In seinem vorderen, der Leitwalze 9 zuge­ wandten Drittel seiner Länge ist der Einlaufschlitz 10 mit einer zur Vertikalen geneigten Schäldüse 12 versehen, durch die ein Stickstoffstrom schräg auf die Oberseite und entgegen der Laufrichtung 11 der Papierbahn 7 gerichtet ist. Mittels der Schäldüse 12 wird die an der Papierbahn 7 haftende sauerstoffhaltige Diffusionsgrenzschicht entfernt oder verkleinert.

Im Bereich des Einlasses der Papierbahn 7 in den Einlaufschlitz 10 ist am Gehäuse 3 ein U-Profil 13 befestigt, das über die gesamte Breite des Einlaufschlitzes 10 verläuft und dessen Stirnseiten beiderseits geschlossen sind. Die freien Schenkel des U-Profils 13 enden kurz oberhalb der Papierbahn 7. Sie umschließen einen Vermischungsraum 14, der nach unten durch die Papierbahn 7 begrenzt wird und in den der Einlaufschlitz 10 mündet. Das U-Profil 13 erstreckt sich über die dem Einlaufschlitz 10 zugewandte Hälfte der Leitwalze 9. Die vordere Begrenzungswand des U-Profils 13 wird von einer Blende 15 gebildet, die in vertikaler Rich­ tung verschiebbar ist. Zwischen der Blende 15 und der Oberfläche der Leitwalze 9 ist lediglich noch ein Spalt 16 von ca. 2 mm für die Papierbahn 7 vorhanden. Die Spaltweite kann mittels der Blende 15 geändert werden. Das U-Profil 13 ist mit einem Gaseinlaß 17 versehen, durch den ein Stickstoffstrom in den Vermischungsraum 14 eingeleitet werden kann.

Der Leitwalze 9 ist von einem halbschalenförmigen Gehäuse 18 umgeben. Dadurch rotiert die Leitwalze 9 in einem teilweise inertisierbaren Raum 19.

Nachfolgend wird die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen UV-Strahlen-Härtungsanlage an­ hand des in der Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die wesentlichen Vorteile gegenüber dem Stand der Technik ergeben sich durch den Vermischungsraum 14 und seine besondere Anordnung in bezug auf die Leitwalze 9.

In den Vermischungsraum 14 wird über den Einlaufschlitz 10 entgegen der Laufrichtung 11 der Papierbahn 7 Stickstoff eingeleitet. Andererseits wird durch die rotierende Leitwalze 9 und die über den Spalt 16 einlaufende Papierbahn 7 ständig ein Luftstrom in den Vermischungs­ raum eingetragen. Im Vermischungsraum 14 steht den einströmenden Gasen ein gegenüber dem Einlaufschlitz 10 einerseits und dem Spalt 16 andererseits deutlich größeres Innenvolu­ men zur Verfügung. Es kommt daher zu Änderungen der Gasströmungen und damit einherge­ hend zu Turbulenzen im Vermischungsraum 14. Dadurch wird wiederum eine Verkleinerung der auf der Oberfläche der Papierbahn 7 haftenden, sauerstoffhaltigen Diffusionsgrenzschicht erreicht, die deshalb anschließend mittels der Schäldüse 12 leichter entfernt oder weiter ver­ kleinert werden kann. Dieser Effekt wird aufgrund der Stickstoffeinleitung über den Gaseinlaß 17 noch verstärkt.

Das den Vermischungsraum 14 umschließende U-Profil 13 überdeckt lediglich den hinteren Teil der Leitwalze 9. Es ist - in Laufrichtung 11 der Papierbahn 7 gesehen - hinter dem Schei­ telpunkt 20 der Papierbahn 7 auf der Leitwalze 9 angeordnet. Als Scheitelpunkt 20 der Papier­ bahn wird dabei diejenige Linie verstanden, ab der die Papierbahn 7 von der Leitwalze 9 in Richtung auf den Einlaufschlitz 10 abhebt. Aufgrund dieser Anordnung beeinträchtigt das U-Profil die Papierführung auf der Leitwalze 9 nicht. Die Papierbahn 7 kann ungehindert durch U-Profil 13 und Blende 15 der Leitwalze 9 zugeführt werden. Insbesondere kann dabei der Winkel (in bezug auf die Vertikale), in dem die Papierbahn 7 auf die Leitwalze 9 aufläuft ohne weiteres variiert werden, wie dies durch die beiden gestrichelt dargestellten Einlaufvarianten 21 angedeutet ist.

Claims (6)

1. Vorrichtung für die Behandlung von Materialbahn mit UV-Strahlung, mit einer mit UV- Strahlern (1; 2) bestückten und mit einem Inertgas-Anschluß (8) versehenen Reaktions­ kammer (3), in die ein Einlaufschlitz (10) für eine zu härtende oder zu trocknende Ma­ terialbahn (7) mündet, die auf einer außerhalb der Reaktionskammer (3) angeordneten, zylinderförmigen Leitwalze (9) aufliegend dem Einlaufschlitz (10) zugeführt wird, und mit einer, in Zuführrichtung (11) der Materialbahn (7) gesehen, vor dem Einlaufschlitz (10) angeordneten und nach unten durch die Materialbahn (7) begrenzten Vorkammer (13), die sich über mindestens einen Teil der Leitwalze (9) erstreckt, und in die eine Einlaßöff­ nung für ein Inertgas mündet, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorkammer (13) im Be­ reich zwischen der Auflage (20) der Materialbahn (7) auf der Leitwalze (9) und dem Ein­ laufschlitz (10) angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorkammer (13), in Zu­ führrichtung (11) der Materialbahn (7) gesehen, eine vordere Begrenzungswand (15) aufweist, die beabstandet von der Zylindermantelfläche der Leitwalze (9) mit dieser ei­ nen Einlaufspalt (16) für die Materialbahn (7) bildet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vordere Begrenzungs­ wand (15) in einer Richtung quer zur Materialbahn (7) verschiebbar ausgebildet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorkammer (13) einen Vermischungsraum (14) umfaßt, der sich im Bereich zwischen Einlaufspalt (16) und Einlaufschlitz (10) oberhalb der Materialbahn (7)-Ebene erstreckt.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaufschlitz (10) die Einlaßöffnung für das Inertgas bildet.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaufschlitz (10) mit mindestens einer Inertgasdüse versehen ist.