DE19907681A1

DE19907681A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Behandeln einer Materialbahn mittels Strahlungsenergie

Info

Publication number: DE19907681A1
Application number: DE1999107681
Authority: DE
Inventors: Juergen Wahrmund
Original assignee: KURPISCH BERNWARD JOSEF
Current assignee: KURPISCH BERNWARD JOSEF
Priority date: 1999-02-23
Filing date: 1999-02-23
Publication date: 2000-08-24

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Behandeln von Materialbahnen mittels Strahlungsenergie, bei welchen die Materialbahn in eine Förderrichtung bewegt und zumindest einseitig mit Strahlungsenergie beaufschlagt wird. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestrahlen der Materialbahn mittels UV-Licht zum Vernetzen von Beschichtungen, insbesondere Silikon. Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, daß in Förderrichtung vor und/oder hinter oder im Bereich der Beaufschlagung mit Strahlungsenergie die Materialbahn zumindest einseitig mit einem gasförmigen Medium insbesondere zum Kühlen derselben beaufschlagt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Behandeln von Materialbahnen mittels Strahlungsenergie, bei welchen die Materialbahn in eine Förderrichtung bewegt und wenigstens einmal über zumindest einen Teilabschnitt ihrer Breite zumindest einseitig mit Strahlungsenergie beaufschlagt wird.

Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestrahlen der Materialbahn mittels UV-Licht zum Vernetzen von Beschichtungen. Es wird daher im folgenden überwiegend von UV-Strahlung und einer UV- Strahlungsquelle gesprochen, ohne daß damit eine Beschränkung verbunden ist.

Solche sogenannten UV-Anlagen sind bekannt, um hochwertige Oberflächen zu erzeugen. Dies Oberflächen können glänzend und glatt aber auch strukturiert sein. Es kann sich dabei um Oberflächen von Papierbahnen oder Kunststoffolien oder aber um Furniere für Möbel handeln. Die zu behandelnde Schicht, beispielsweise mit Silikon, ist mit Fotoinitiatoren versehen, um durch die UV- Lichteinwirkung die gewünschte Vernetzung zu bewirken. Es hat sich gezeigt, daß durch die Beaufschlagung auch mit dem ansonsten "kalten" UV-Licht dennoch eine starke Erwärmung der zu behandelnden Materialbahn erfolgt. Es ist bekannt, die der UV-Strahlungsquelle abgewandte Seite mittels einer Kühlplatte zu kühlen. Jedoch reicht diese Kühlung bei größeren Materialbahnen und größeren Kunststoffschichten sowie mehreren UV-Lichtquellen hintereinander nicht mehr aus, die Materialbahn auf der gewünschten Temperatur zu halten.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs geschilderten Art so auszubilden, daß eine weitere Behandlung, insbesondere eine ausreichende Kühlung der Materialbahn möglich ist.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß in Förderrichtung vor und/oder hinter oder im Bereich der Beaufschlagung mit Strahlungsenergie die Materialbahn wenigstens einmal über zumindest einen Teilabschnitt ihrer Breite zumindest einseitig mit wenigstens einem gasförmigen Medium beaufschlagt wird. Die Materialbahn kann durch das gasförmige Medium gekühlt oder erhitzt und/oder getrocknet oder befeuchtet werden. Es ist offensichtlich, daß durch diese Maßnahmen eine weitere Behandlung der Bahn möglich ist. Das gasförmige Medium kann entsprechend den erforderlichen Gegebenheiten temperiert oder feucht sein, so daß eine optimale und auch vielseitige Behandlung möglich ist. Vor allem ist es nunmehr möglich, die Materialbahn zu kühlen und auf der gewünschten Temperatur zu halten.

Grundsätzlich ist es zweckmäßig, wenn die Beaufschlagung durch die Strahlungsenergie und das gasförmige Medium auf derselben Seite der Materialbahn erfolgt. Es kann aber auch vorgesehen werden, daß die Beaufschlagung mit Strahlungsenergie beidseitig und/oder die Beaufschlagung mit dem gasförmigen Medium beidseitig erfolgt. Es kann auch vorgesehen werden, daß die Beaufschlagung durch das gasförmige Medium und durch die Strahlungsenergie auf gegenüberliegenden Seiten der Materialbahn erfolgt.

Grundsätzlich ist es vorteilhaft, wenn in Förderrichtung die Beaufschlagung durch Strahlungsenergie und durch das gasförmige Medium abwechselnd erfolgt. Insbesondere durch eine hierdurch mögliche Zwischenkühlung kann die Materialbahn auch bei mehreren Strahlungsenergiequellen auf einer im wesentlichen konstanten Temperatur gehalten werden.

Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn in Förderrichtung eine Baufschlagung mit unterschiedlicher Strahlungsenergie und/oder eine Beaufschlagung durch unterschiedliche, insbesondere unterschiedlich temperierte und/oder feuchte, gasförmige Medien erfolgt. Dadurch kann ein gewünschter Temperatur/Feuchte-Verlauf in Förderrichtung der Materialbahn während der Behandlung erzielt werden.

Gemäß einer weitergehenden Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Beaufschlagung durch Strahlungsenergie und durch das gasförmige Medium in einem gegenüber der Außenatmosphäre im wesentlichen abgeschlossenen Raum erfolgt. Dabei ist es zweckmäßig, wenn die Beaufschlagung durch Strahlungsenergie und durch das gasförmige Medium in einer inerten, insbesondere sauerstoffarmen, Atmosphäre erfolgt. In Abwesenheit von Sauerstoff ist zum Beispiel die Vernetzung des Silikons durch das UV-Licht effektiver. Es kann hierbei vorgesehen werden, daß das gasförmige Medium Stickstoff oder mit Stickstoff angereicherte Luft ist.

Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird das gasförmige Medium zumindest teilweise im Kreislauf geführt. Dies hat den Vorteil, daß insbesondere bei dem Einsatz von Inertgas das Verfahren wirtschaftlich arbeitet. Es ist hierbei zweckmäßig oder gegebenenfalls auch erforderlich, das gasförmige Medium vor dem Beaufschlagen der Materialbahn zu kühlen oder aufzuheizen und/oder zu ent- oder befeuchten.

Durch die Beaufschlagung der Materialbahn mit einem Gasstrom besteht häufig die Gefahr, daß sich Teilchen von dieser lösen oder Feststoffe ausfällen. Es ist daher insbesondere bei einer Kreislaufführung des gasförmigen Mediums vorgesehen, daß das gasförmige Medium vor dem Beaufschlagen der Materialbahn gefiltert wird. Dadurch kann eine Aufkonzentrierung solcher Schwebeteilchen im Gasstrom vermieden werden.

Weiterhin kann die Bahn zusätzlich oder aber auch alternativ zu der gasförmigen Beaufschlagung durch das gasförmige Medium mittels wenigstens einer temperierten Kontaktwalze gekühlt oder erhitzt werden. Dies hat den Vorteil, daß neben der thermischen Behandlung der Bahn auch eine Abstützung derselben erfolgen kann. Die Kontaktwalze kann beispielsweise im Bereich der Beaufschlagung durch das gasförmige Medium auf der gegenüberliegenden Seite der Materialbahn angeordnet sein.

Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum Behandeln von Materialbahnen mittels Strahlungsenergie, insbesondere mittels UV-Licht zum Vernetzen von Kunststoffbeschichtungen, durch welche die Materialbahn in eine Förderrichtung bewegt wird und in der wenigstens eine sich senkrecht zur Förderrichtung erstreckende Strahlungsenergiequelle angeordnet ist, um die Materialbahn wenigstens einmal über zumindest einen Teilabschnitt ihrer Breite zumindest einseitig mit Strahlungsenergie zu beaufschlagen.

Um die Materialbahn weiter konditionieren zu können, ist gemäß der Erfindung in Förderrichtung vor und/oder hinter und/oder im Bereich der Strahlungsenergiequelle wenigstens ein sich senkrecht zur Förderrichtung erstreckendes Zuführmittel für ein gasförmiges Medium vorgesehen, um die Materialbahn wenigstens einmal über zumindest einen Teilabschnitt ihrer Breite zumindest einseitig zum Kühlen oder Erhitzen und/oder Befeuchten oder Trocken mit dem gasförmigen Medium zu beaufschlagen. Damit ist es möglich, die Eigenschaften der bestrahlten Materialbahn, beispielsweise deren Temperatur, weitgehend zu beeinflussen. Insbesondere ist es möglich, die Temperatur der Bahn auch bei hoher eingebrachter Strahlungsleistung im wesentlichen konstant zu halten.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert, deren einzige Figur den prinzipiellen Aufbau einer Vorrichtung gemäß der Erfindung zeigt.

Die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung weist einen Oberkasten 11 und einen Unterkasten 12 auf, zwischen denen eine Materialbahn 13 in Förderrichtung 14 geführt ist. Die Materialbahn 13 kann beispielsweise durch die Vorrichtung gezogen werden. Die Vorrichtung ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel horizontal dargestellt und die folgende Beschreibung bezieht sich auf eine solche Ausrichtung. Grundsätzlich kann die Vorrichtung aber auch vertikal oder in einer anderen Ausrichtung angeordnet sein. Die beschriebenen relativen Anordnungen sind dann entsprechend zu verstehen. Der Oberkasten 11 kann durch nicht gezeigte Hubmittel vom Unterkasten 12 zu Wartungszwecken oder zum Einführen der Materialbahn 13 angehoben oder verschwenkt werden.

Es sind eine Vielzahl von Strahlungsenergiequellen 15 vorgesehen, die sich oberhalb der Materialbahn 13 im Oberkasten 11 befinden. Die Strahlungsquellen erstrecken sich quer zur Förderrichtung 14 und somit senkrecht zur Zeichenebene zumindest über die gesamte Breite der Materialbahn. Die Strahlungsquellen 15 können als UV- Lichtquellen ausgebildet sein, um eine Vernetzung einer Kunststoffschicht auf der Materialbahn zu bewirken. Unterhalb der Materialbahn im Bereich der UV-Lichtquellen sind im Unterkasten Kühlplatten 16 vorgesehen, um Strahlungswärme abzuführen. Die grundsätzliche Anordnung einer einzelnen UV-Lichtquelle über einer Kühlplatte ist grundsätzlich bekannt und bedarf daher keiner weiteren Erläuterung.

In Förderrichtung jeweils zwischen den UV-Lichtquellen sind Gaszuführmittel 17 angeordnet, deren Düsen 18 in Richtung auf die Materialbahn 13 weisen. Ferner können auch endständige Gaszuführmittel 19 vorgesehen werden. Die Düsen 18 sind als Schlitzdüsen ausgebildet und erstrecken sich zumindest über die gesamte Breite der Materialbahn 13 quer zur Förderrichtung 14 senkrecht zur Zeichenebene. Über diese Gaszuführmittel 17 kann ein gasförmiges Medium auf die Materialbahn 13 aufgebracht werden. In der Regel wird das gasförmige Medium zum Kühlen der Materialbahn dienen, es sind jedoch auch andere Anwendungen, insbesondere ein definiertes Befeuchten, Trocknen oder sogar Erwärmen möglich.

Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform befinden sich die Zuführmittel für das gasförmige Medium und die Strahlungsenergiequelle auf derselben Seite der Materialbahn 13. Die Materialbahn wird demnach einseitig mit dem gasförmigen Medium beaufschlagt. Es ist aber auch möglich, oberhalb und unterhalb oder auch nur unterhalb der Materialbahn 13 solche Gaszuführmittel 17 oder Strahlungsenergiequellen 15 vorzusehen.

Wie in der Zeichnung gezeigt, sind die Strahlungsenergiequellen 15 und die Zuführmittel 17 für das gasförmiges Medium in Förderrichtung abwechselnd angeordnet. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind jeweils gleiche UV-Lichtquellen zwischen gleichen Gaszuführmittel 17, 19 angeordnet. Grundsätzlich ist aber die Ausbildung, insbesondere die Größe und Leistung einzelner Strahlungsenergiequellen und Gaszuführmittel in einer Vorrichtung beliebig wählbar und an die jeweiligen Anforderungen anpaßbar.

Während des Betriebes wird die Materialbahn 13 in Förderrichtung 14 durch die Vorrichtung bewegt. Dabei wird sie abwechselnd mit Strahlungsenergie und mit einem gasförmigen Medium, insbesondere einem kühlenden Gas, beaufschlagt. Dadurch kann eine Überhitzung der Materialbahn auch bei großen Bahnbreiten oder großen Strahlungsleistungen vermieden werden.

Durch die Bestrahlung mit beispielsweise UV-Licht wird ein chemischer Vernetzungsprozeß einer auf der Materialbahn befindlichen Kunststoffschicht in Gang gesetzt. Es hat sich gezeigt, daß dieser Prozeß effektiver in einer inerten, sauerstoffarmen Umgebung abläuft. Insbesondere kann die Menge der Fotoinitiatoren reduziert werden. Die in der Zeichnung gezeigte Vorrichtung ist daher gegenüber der Außenatmosphäre im wesentlichen abgeschlossen ausgebildet. Am Bahneinlauf 20 und am Bahnaustritt 21 befinden sich entsprechende Sperr- oder Schleusenmittel, die ein Eintreten der Umgebungsluft weitestgehend verhindern. Bei dem Ausführungsbeispiel ist das Sperrmittel am Bahneinlauf 20 als Sperrdüse 22 und am Bahnaustritt als Bürste 23 ausgebildet.

In dem Unterkasten 12 sind weiterhin Kontakt- oder Leitwalzen 24 vorgesehen. Diese erstrecken sich quer zur Förderrichtung 14 über die gesamte Breite der Materialbahn 13. Die Materialbahn 13 kann sich auf diesen Kontaktwalzen abstützen. Es kann vorgesehen werden, daß diese Walzen 24 temperiert, insbesondere gekühlt werden, um eine weitere Kühlung der Materialbahn zu erzielen. Die Kontaktwalzen 24 sind bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel im Bereich der Gasaustrittsöffnung 18 auf der gegenüberliegenden Seite der Materialbahn 13 angeordnet.

Grundsätzlich kann aber auch vorgesehen werden, daß anstelle oder zusätzlich zu diesen Kontaktwalzen 24 Schwebedüsen 25 vorgesehen sind, über die die Materialbahn schwebend durch die Vorrichtung gezogen wird. Diese Möglichkeit ist in der Zeichnung rechts dargestellt.

Es kann vorgesehen werden, daß als gasförmiges Medium Frischluft verwendet wird. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel wird das gasförmige Medium im Kreislauf geführt. Dafür ist wenigstens ein entsprechender Absaugkanal 26, ein Kompressor oder Lüfter 27 und entsprechende Zuführungskanäle 28 vorgesehen. Dies hat den Vorteil, daß als gasförmiges Medium auch Inertgase wirtschaftlich eingesetzt werden können. Als gasförmiges Medium kommt insbesondere Stickstoff oder mit Stickstoff angereicherte Luft in Betracht.

In dem Gaskreislauf ist ein Wärmeaustauscher 29 vorgesehen, um das gasförmige Medium auf die gewünschte Temperatur zu bringen, also insbesondere zu kühlen. Es kann zudem ein nicht dargestellter Befeuchter oder Trockner im Kreislauf angeordnet sein, um die Feuchte des Gases zu beeinflussen. Bei der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform wird ein Gasstrom gleichförmig erhitzt und aufgeteilt. Es ist selbstverständlich möglich, für jedes Gaszuführmittel 17, 19 separate Wärmeaustauscher, Befeuchter, Trockner, Lüfter und/oder Drosseln 30 vorzusehen, um den jeweils zugeführten Gasstrom optimal einzustellen. Ein zusätzlicher Wärmaustauscher 31 ist als Beispiel in der Zeichnung rechts gestrichelt dargestellt.

Durch die Beaufschlagung der Materialbahn 13 mit einem gasförmigen Medium wird es in der Regel nicht zu vermeiden sein, daß Schwebstoffe ausgetragen werden. Insbesondere neigen Fotoinitiatoren zu Ausfällungen. Um eine Aufkonzentrierung dieser Stoffe im Gaskreislauf zu vermeiden, ist wenigstens ein Filter 32 für das gasförmige Medium vorgesehen. Die Schadstoffe können durch einen Abzweig 33 abgeführt werden. Weiterhin ist eine Inertgas- oder Stickstoffquelle 34 vorgesehen, um den Kreislauf mit Stickstoff anzureichern.

Es ist offensichtlich, daß mit einer solchen Vorrichtung eine vielseitige Behandlung einer Materialbahn möglich ist. Insbesondere wird vermieden, daß sich die Bahn auch bei großen Strahlungsleistungen überhitzt. Die Materialbahn kann somit stets auf einer optimalen Temperatur gehalten werden.

Bezugszeichenliste

11

Oberkasten

12

Unterkasten

13

Materialbahn

14

Förderrichtung

15

Strahlungsenergiequelle

16

Kühlplatte

17

Gaszuführmittel

18

Düse

19

Gaszuführmittel

20

Bahneinlauf

21

Bahnaustritt

22

Sperrdüse

23

Bürste

24

Walze

25

Schwebedüse

26

Absaugkanal

27

Lüfter

28

Zuführkanäle

29

Wärmeaustauscher

30

Drossel

31

Wärmeaustauscher

32

Filter

33

Abzweig

34

Stickstoffquelle

Claims

1. Verfahren zum Behandeln einer Materialbahn (13) mittels Strahlungsenergie, insbesondere mittels UV-Licht zum Vernetzen von Beschichtungen, bei welchem die Materialbahn in eine Förderrichtung (14) bewegt und wenigstens einmal über zumindest einen Teilabschnitt ihrer Breite zumindest einseitig mit Strahlungsenergie beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, daß in Förderrichtung vor und/oder hinter oder im Bereich der Beaufschlagung mit Strahlungsenergie die Materialbahn wenigstens einmal über zumindest einen Teilabschnitt ihrer Breite zumindest einseitig mit wenigstens einem gasförmigen Medium beaufschlagt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialbahn durch das gasförmige Medium gekühlt oder erhitzt und/oder getrocknet oder befeuchtet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Beaufschlagung durch die Strahlungsenergie und das gasförmige Medium auf derselben Seite der Materialbahn erfolgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in Förderrichtung die Beaufschlagung durch Strahlungsenergie und durch das gasförmige Medium abwechselnd erfolgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in Förderrichtung eine Baufschlagung mit unterschiedlicher Strahlungsenergie und/oder eine Beaufschlagung durch unterschiedliche, insbesondere unterschiedlich temperierte und/oder feuchte, gasförmige Medien erfolgt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Beaufschlagung durch Strahlungsenergie und durch das gasförmige Medium in einem gegenüber der Außenatmosphäre im wesentlichen abgeschlossenen Raum erfolgt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Beaufschlagung durch Strahlungsenergie und durch das gasförmige Medium in einer inerten, insbesondere sauerstoffarmen, Atmosphäre erfolgt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das gasförmige Medium Stickstoff oder mit Stickstoff angereicherte Luft ist.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das gasförmige Medium zumindest teilweise im Kreislauf geführt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das gasförmige Medium vor dem Beaufschlagen der Materialbahn gekühlt oder aufgeheizt und/oder entfeuchtet oder befeuchtet wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das gasförmige Medium vor dem Beaufschlagen der Materialbahn gefiltert wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialbahn mittels wenigstens einer temperierten Kontaktwalze (24) gekühlt oder erhitzt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die temperierte Kontaktwalze (24) im Bereich der Beaufschlagung durch das gasförmige Medium auf der gegenüberliegenden Seite der Materialbahn angeordnet ist.

14. Vorrichtung zum Behandeln einer Materialbahn (13) mittels Strahlungsenergie, insbesondere mittels UV-Licht zum Vernetzen von Beschichtungen, durch welche die Materialbahn in eine Förderrichtung (14) bewegt wird und in der wenigstens eine sich senkrecht zur Förderrichtung erstreckende Strahlungsenergiequelle (15) angeordnet ist, um die Materialbahn wenigstens einmal über zumindest einen Teilabschnitt ihrer Breite zumindest einseitig mit Strahlungsenergie zu beaufschlagen, dadurch gekennzeichnet, daß in Förderrichtung vor und/oder hinter und/oder im Bereich der Strahlungsenergiequelle wenigstens ein sich senkrecht zur Förderrichtung erstreckendes Zuführmittel (17, 18) für ein gasförmiges Medium vorgesehen ist, um die Materialbahn wenigstens einmal über zumindest einen Teilabschnitt ihrer Breite zumindest einseitig zum Kühlen oder Erhitzen und/oder Befeuchten oder Trocken mit dem gasförmigen Medium zu beaufschlagen.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Zuführmittel (17, 18) für das gasförmige Medium und die Strahlungsenergiequelle (15) auf derselben Seite der Materialbahn (13) angeordnet sind.

16. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsenergiequellen (15) und die Zuführmittel (17, 18) für das gasförmiges Medium in Förderrichtung abwechselnd angeordnet sind.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung gegenüber der Außenatmosphäre im wesentlichen abgeschlossen ausgebildet ist.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß in Förderrichtung wenigstens eine Kontaktwalze (24) zum Kühlen oder Erhitzen der Materialbahn (13) angeordnet ist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktwalze (24) im Bereich der Gasaustrittsöffnung (18) auf der gegenüberliegenden Seite der Materialbahn angeordnet ist.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Wärmeaustauscher (29, 31) vorgesehen ist, um das gasförmige Medium zu erhitzen oder zu kühlen.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Trockner oder Befeuchtet für das gasförmige Medium vorgesehen ist.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Filter (32) für das gasförmige Medium vorgesehen ist.