DE10145648B4

DE10145648B4 - Irradiation device with variable spectrum

Info

Publication number: DE10145648B4
Application number: DE2001145648
Authority: DE
Inventors: Michael Bisges; Knut Kisters
Original assignee: Arccure Technologies GmbH
Current assignee: DR. HOENLE AG, 82166 GRAEFELFING, DE
Priority date: 2001-09-15
Filing date: 2001-09-15
Publication date: 2006-08-24
Anticipated expiration: 2021-09-16
Also published as: EP1293740A2; EP1293740A3; DE10145648A1

Abstract

Bestrahlungsvorrichtung zur Bestrahlung von Objekten mit insbesondere ultravioletter elektromagnetischer Strahlung, mit einem Gehäuse (2), das eine auf das zu bestrahlende Objekt (4) ausgerichtete Austrittsöffnung für die elektromagnetische Strahlung aufweist sowie mindestens zwei in dem Gehäuse (2) angeordneten langgestreckten Strahlungsquellen (1) für die elektromagnetische Strahlung mit einem bei einer vorgeschriebenen Betriebstemperatur definierten Spektrum, wobei wenigstens eine Strahlungsquelle (1) ein von den übrigen Strahlungsquellen (1) zumindest teilweise abweichendes Spektrum aufweist und dass die Leistung wenigstens einer Strahlungsquelle (1) veränderlich ist, dadurch gekennzeichnet, dass
– sie einen Spektralapparat (29) zur Messung des Spektrums der von der Bestrahlungsvorrichtung abgestrahlten elektromagnetischen Strahlung aufweist sowie
– eine Auswerteeinheit (31) mit einem Eingang für das vom Spektralapparat (29) gemessene Spektrum sowie einem Ausgang zur Veränderung der Leistung der einzelnen Strahlungsquellen (1) in Abhängigkeit eines Soll-Spektrums für die von der Bestrahlungsvorrichtung abgestrahlte elektromagnetische Strahlung.Irradiation device for irradiating objects with, in particular, ultraviolet electromagnetic radiation, with a housing (2) having an exit opening for the electromagnetic radiation aligned with the object to be irradiated (4) and at least two elongate radiation sources (1) arranged in the housing (2) for the electromagnetic radiation having a spectrum defined at a prescribed operating temperature, wherein at least one radiation source (1) has a spectrum at least partially different from the other radiation sources (1) and the power of at least one radiation source (1) is variable, characterized in that
- It has a spectral apparatus (29) for measuring the spectrum of the radiated by the irradiation device electromagnetic radiation and
- An evaluation unit (31) having an input for the spectrometer (29) measured spectrum and an output for changing the power of the individual radiation sources (1) in response to a desired spectrum for the radiated by the irradiation device electromagnetic radiation.

Description

Die Erfindung betrifft eine Bestrahlungsvorrichtung zur Bestrahlung von Objekten, mit einem Gehäuse, das eine auf das zu bestrahlende Objekt ausgerichtete Austrittsöffnung für die elektromagnetische Strahlung aufweist sowie mindestens zwei in dem Gehäuse angeordneten langgestreckten Strahlungsquellen für die elektromagnetische Strahlung mit einem bei einer vorgeschriebenen Betriebstemperatur definierten Spektrum, wobei wenigstens eine Strahlungsquelle ein von den übrigen Strahlungsquellen zumindest teilweise abweichendes Spektrum aufweist und dass die Leistung wenigstens einer Strahlungsquelle veränderlich ist
Bestrahlungsvorrichtungen, insbesondere für Ultraviolett (Abk.: UV)-Licht kommen in der photochemischen Beeinflussung von Bestrahlungsobjekten zur Anwendung. wichtige Anwendungen sind die Aushärtung von Druckfarben, Klebstoffen und Beschichtungen sowie die Sterilisation und die medizinische Bestrahlung. Abhängig von der Anwendung sind verschiedene Anteile aus dem UV-Spektrum von Bedeutung. Grundsätzlich lässt sich das UV-Spektrum in die Bereiche UV-C (100-280nm), UV-B (280-315nm), UV-A (315-380nm) und UV-VIS (380-450nm) unterteilen.The invention relates to an irradiation device for irradiating objects, comprising a housing which has an exit opening for the electromagnetic radiation aligned with the object to be irradiated and at least two elongated radiation sources for the electromagnetic radiation arranged in the housing with a spectrum defined at a prescribed operating temperature, wherein at least one radiation source has a spectrum that differs at least partially from the other radiation sources, and that the power of at least one radiation source is variable
Irradiation devices, in particular for ultraviolet (abbr .: UV) light, are used in the photochemical influencing of irradiation objects. important applications are the curing of printing inks, adhesives and coatings as well as sterilization and medical irradiation. Depending on the application, different proportions of the UV spectrum are important. In principle, the UV spectrum can be subdivided into the ranges UV-C (100-280 nm), UV-B (280-315 nm), UV-A (315-380 nm) and UV-VIS (380-450 nm).

Als Strahlungsquellen in UV-Bestrahlungsvorrichtungen kommen vor allem Gasentladungslampen zum Einsatz, in denen durch das Verdampfen von metallischen Zusätzen ein Plasma erzeugt wird. Die Lampen bestehen dabei im Wesentlichen aus einem röhrenförmigen Glaskörper, zwei Elektroden, zwei metallischen Folieneinschmelzungen sowie zwei Sockeln. In der UV-Bestrahlungstechnik haben sich drei Strahlungsquellen als Standard etabliert, die durch den Zusatz von Quecksilber (Hg) oder Eisen (Fe) oder Gallium (Ga) unterschiedliche Spektren aufweisen. Abhängig von dem Zusatz unterscheiden sich daher die Energieanteile im UV-A, -B, -C und -VIS Bereich der Strahlungsquellen.When Radiation sources in UV irradiation devices come especially Gas discharge lamps are used, in which by the evaporation of metallic additives a plasma is generated. The lamps essentially exist from a tubular glass body, two Electrodes, two metallic Folieneinschmelzungen and two sockets. In the UV irradiation technique, three radiation sources have as Standard established by the addition of mercury (Hg) or Iron (Fe) or gallium (Ga) have different spectra. Dependent therefore the energy content in the UV-A differs from the additive -B, -C and -VIS range of radiation sources.

Eine UV-Bestrahlungsvorrichtung kann somit immer nur das durch die verwendete Strahlungsquelle festgelegte Spektrum abstrahlen. Über eine Änderung der Leistungszufuhr kann nur die gesamt zugeführte Energiemenge erhöht oder reduziert werden, während die Verteilung der Energie über die Wellenlänge sich nur geringfügig ändert.A UV irradiation device can thus always only by the used Radiation source radiate specified spectrum. About a change The power supply can only increase the total amount of energy supplied or be reduced while the distribution of energy over the wavelength changes only slightly.

In der Praxis werden UV-Bestrahlungsvorrichtungen mit Quecksilber (Hg)-Strahlungsquellen hauptsächlich zur Härtung von Druckfarben eingesetzt. Die sehr energiereiche Strahlung um 254 nm wird gut in dünnen Farbschichten absorbiert und härtet daher effektiv den Farbauftrag. Zur Aushärtung von dickeren Schichten, wie beispielsweise Klebstoffschichten, benötigt man die UV-A Strahlung um 365 nm oder sogar den Anteil des sichtbaren Lichts, der mit Gallium (GA)-Strahlungsquellen erzeugt wird.In In practice, UV irradiation devices are used with mercury (Hg) radiation sources mainly for hardening used by printing inks. The very high-energy radiation around 254 nm will be fine in thin Color layers absorbed and hardened therefore effective the paint application. For hardening thicker layers, such as adhesive layers, one needs the UV-A radiation around 365 nm, or even the portion of visible light, with gallium (GA) radiation sources is generated.

Um eine UV-Bestrahlungsvorrichtung für verschiedene Anwendungen einsetzen zu können, ist es nach dem Stand der Technik erforderlich, eine Abkühlzeit von einigen Minuten einzuhalten, um sodann die Strahlungsquelle auszuwechseln. Während dieser Zeit muss der Produktionsprozess angehalten werden.Around a UV irradiation device for various applications to be able to use It is necessary in the prior art, a cooling time of a few minutes to then replace the radiation source. While During this time, the production process has to be stopped.

Hinzu kommt, dass sich das Spektrum der Strahlungsquellen im Betrieb, insbesondere alterungsbedingt schon während der ersten 100 Betriebsstunden um bis zu 30% verändern kann. Die Veränderung des Spektrums äußert sich jedoch nicht als gleichmäßige Abnahme der Intensität über die Wellenlänge, sondern als vermehrte Abnahme einzelner Wellenlängenbereiche. Insbesondere bei Eisen als verdampfenden Zusatz ist diese ungleichmäßige Abnahme besonders deutlich zu beobachten, da das Eisen in die Wand des Glaskörpers eindringt und somit dem Verdampfungsprozess im Plasma entzogen wird. Außerdem werden während des Betriebs andere Elemente, beispielsweise Elektrodenmaterial, freigesetzt, die ebenfalls das Spektrum verändern können. Zur Kompensation des sich ändernden Spektrums wurde bisher die zugeführte Leistung angehoben, was jedoch aufgrund der ungleichmäßigen Änderungen keine zufriedenstellenden Ergebnisse mit sich bringt.in addition comes that the spectrum of radiation sources in operation, especially due to aging already during the first 100 operating hours change by up to 30% can. The change of the spectrum is expressed but not as even decrease the intensity over the Wavelength, but as an increased decrease of individual wavelength ranges. Especially with iron as evaporating additive this is uneven decrease To observe particularly clearly, since the iron penetrates into the wall of the glass body and thus removed from the evaporation process in the plasma. In addition, during the Operating other elements, such as electrode material, released, which also change the spectrum can. To compensate for the changing Spectrum has been the supplied Performance raised, but due to uneven changes does not bring satisfactory results.

Auch produktionsbedingte Toleranzen im Spektrum der Strahlungsquellen lassen sich mit einer Leistungsänderung nicht wirksam ausgleichen.Also production-related tolerances in the spectrum of the radiation sources can be changed with a change of performance not effectively compensate.

Aus der DE 91 00 816 U1 ist eine Bestrahlungsvorrichtung zur Simulation einer Sonneneinstrahlung mit mehreren Lampen bekannt, wobei für eine Simulation mit vorgebbarer spektraler Emission mindestens eine Metallhalogenidlampe für eine Strahlung im wesentlichen im UV- und Vis-Bereich und mindestens eine Halogenglühlampe für eine Strahlung im wesentlichen im IR-Bereich in einem Gehäuse angeordnet sind. Jeder Lampe ist eine Einstelleinrichtung zum Einstellen der spektralen Emission und der Bestrahlungsstärke zugeordnet. Durch diese Anordnung soll eine vielseitig einsetzbare Bestrahlungsvorrichtung zur Sonnensimulation geschaffen werden, mit der vorgebbare Spektren für eine Sonnen-Globalstrahlung im Bereich der UV-Strahlung, der Strahlung im sichtbaren Wellenlängenbereich und der Infrarot-Strahlung relativ genau simuliert werden können. Aufgrund der individuellen Einstellbarkeit der Lampen lassen sich die vorgebbaren Spektren mit einer vorgegebenen Bestrahlungsstärke relativ genau erreichen.From the DE 91 00 816 U1 an irradiation device for simulating solar radiation with a plurality of lamps is known, wherein for a simulation with predeterminable spectral emission at least one metal halide lamp for radiation substantially in the UV and Vis range and at least one halogen incandescent lamp for radiation substantially in the IR range in one Housing are arranged. Each lamp is associated with an adjustment means for adjusting the spectral emission and the irradiance. By this arrangement, a versatile irradiation device for Sonnensimula tion can be created with the predetermined spectra for global solar radiation in the range of UV radiation, the radiation in the visible wavelength range and the infrared radiation can be simulated relatively accurately. Due to the individual adjustability of the lamps, the predeterminable spectra can be achieved relatively precisely with a predetermined irradiance.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Bestrahlungsvorrichtung zu schaffen, die eine automatisierte Steuerung der zugeführten Leistung zu jeder Strahlungsquelle erlaubt, um einen kontrollierten und sicheren UV-Härtungsprozess zu gewährleisten und insbesondere eine durch Alterung der Strahlungsquellen eintretende Änderung des von der Bestrahlungsvorrichtung abgestrahlten Spektrums automatisch auszugleichen.Of the Invention is based on the object, an irradiation device to create an automated control of the supplied power allowed to any source of radiation to a controlled and safe UV curing process to ensure and in particular, a change due to aging of the radiation sources of the spectrum emitted by the irradiation device automatically compensate.

Die Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Bestrahlungsvorrichtung einen Spektralapparat, insbesondere ein Spektrometer, zur Messung und Überwachung der von der Bestrahlungsvorrichtung abgestrahlten elektromagnetischen Strahlung aufweist. Um den Regelkreis zu schließen, ist darüber hinaus eine Auswerteeinheit erforderlich, die einen Eingang für das vom Spektralapparat gemessene Spektrum sowie einen Ausgang zur Veränderung der Leistung der einzelnen Strahlungsquellen aufweist. Die Auswerteinheit verändert die Leistung in Abhängigkeit eines Soll-Mischspektrums der von der Bestrahlungsvorrichtung abgestrahlten elektromagnetischen Strahlung.The Task is in a device of the type mentioned according to the invention thereby solved that the irradiation device a spectral apparatus, in particular a spectrometer for measuring and monitoring the radiation from the irradiation device having radiated electromagnetic radiation. To the control loop close, is about it In addition, an evaluation unit is required, which has an input for the from Spectrometer measured spectrum as well as an output to change has the power of the individual radiation sources. The evaluation unit changed the performance in dependence a desired mixing spectrum of the radiated from the irradiation device electromagnetic radiation.

Mit Hilfe des Regelkreises lässt sich darüber hinaus eine durch Alterung der Strahlungsquellen eintretende Änderung des von der Bestrahlungsvorrichtung abgestrahlten Spektrums automatisch ausgleichen.With Help of the control loop leaves about it in addition, a change due to aging of the radiation sources of the spectrum emitted by the irradiation device automatically compensate.

Die von der Bestrahlungsvorrichtung abgestrahlte elektromagnetische Strahlung kann über einen im Bereich der Austrittsöffnung angeordneten Lichtwellenleiter aus der Bestrahlungsvorrichtung bis zum Messkopf des Spektrometers geführt werden.The emitted by the irradiation device electromagnetic Radiation can over one in the region of the outlet opening arranged optical waveguide from the irradiation device to be guided to the measuring head of the spectrometer.

In dem wenigstens eine Strahlungsquelle ein von den übrigen Strahlungsquellen zumindest teilweise abweichendes Spektrum aufweist, wird ein Mischspektrum aus den sich überlagernden Spektren der einzelnen Strahlungsquellen geschaffen. Für Bestrahlungsanwendungen, die vorwiegend einen speziellen Wellenlängenbereich der elektromagnetischen Strahlung, insbesondere der UV-Strahlung, benötigen, gleichzeitig aber auch geringe Anteile aus einem anderen Wellenlängenbereich erfor dern, ist es zweckmäßig, dass beispielsweise zwei Strahlungsquellen ein übereinstimmendes Spektrum in dem speziellen Wellenlängenbereich aufweisen und eine weitere Strahlungsquelle das Spektrum aus dem anderen Wellenlängenbereich.In the at least one radiation source one of the other radiation sources has at least partially different spectrum, is a mixed spectrum from the overlapping ones Spectra of individual radiation sources created. For radiation applications, The predominantly a specific wavelength range of the electromagnetic Radiation, in particular UV radiation, need, but at the same time low proportions from another wavelength range neces sary is it is appropriate that For example, two radiation sources a matching spectrum in have the special wavelength range and another radiation source the spectrum from the other wavelength range.

Die Einstellmöglichkeit für die Leistung der Strahlungsquellen bewirkt, dass sich das Spektrum der mit veränderter Leistung betriebenen Strahlungsquelle, wenn auch in recht geringem Umfang, ändert; gleichzeitig ändert sich in stärkerem Maße aber auch das von der Bestrahlungsvorrichtung abgestrahlte Mischspektrum, da sich die Intensität zumindest eines der sich überlagernden Spektren ändert.The adjustment for the Power of the radiation sources causes the spectrum of the with changed Power operated radiation source, albeit in quite low Scope, changes; changes at the same time in stronger Dimensions though also the mixed spectrum radiated by the irradiation device, since the intensity at least one of the overlapping ones Spectra changes.

Der Grund für die geringe Spektrumsänderung durch Verändern der der Strahlungsquelle zugeführten Leistung besteht darin, dass beim Betrieb mit geringerer Leistung, z.B. 40 % der maximalen Leistung, die verdampfenden metallische Zusätze, z.B. Eisen, in der Gasentladungslampe kondensieren. Da von den Zusätzen das abgestrahlte Spektrum maßgeblich beeinflusst wird, bewirkt die Kondensation von Zusätzen eine Spektrumsänderung.Of the reason for the small spectrum change by changing the power supplied to the radiation source is that when operating at lower power, e.g. 40 % of the maximum power, the evaporating metallic additives, e.g. Iron, condense in the gas discharge lamp. Since of the additives the radiated spectrum significantly is affected, the condensation of additives causes a Range change.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind sämtliche Strahlungsquellen unabhängig voneinander mit unterschiedlicher Leistung betreibbar. Die Einstellung der jeder Strahlungsquelle zugeführten Leistung kann stufenlos oder schrittweise zwischen einer minimalen und einer maximalen Leistung erfolgen. Bei minimaler Leistung ist die Strahlungsquelle abgeschaltet, während die maximale Leistung der höchstzulässigen Leistung der Strahlungsquelle entspricht.In Advantageous embodiment of the invention, all radiation sources are independent of each other operable with different power. The attitude of everyone Radiation source supplied Performance can be stepless or incremental between a minimum and a maximum power. At minimum power is the radiation source is switched off while the maximum power the maximum permissible power the radiation source corresponds.

Aus der unabhängigen Leistungsstellung für jede Strahlungsquelle resultieren zahlreiche Kombinationsmöglichkeiten für den Betrieb der Bestrahlungsvorrichtung. So kann beispielsweise eine der Strahlungsquellen mit maximaler Leistung betrieben werden, während die übrigen Strahlungsquellen mit niedriger Leistung betrieben werden, um die Gewichtung der einzelnen Strahlungsquellen zu verändern.Out the independent one Performance for Every radiation source results in numerous possible combinations for the Operation of the irradiation device. For example, a the radiation sources are operated at maximum power, while the other radiation sources be operated at low power to the weighting of each Radiation sources change.

Wenn die Bestrahlungsvorrichtung zur Bestrahlung von Objekten mit ultravioletter elektromagnetischer Strahlung zum Einsatz kommen soll, ist es erforderlich dass die Spektren der Strahlungsquellen im Bereich der Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung von 100 nm – 450 nm zumindest teilweise voneinander abweichen.If the irradiation device is to be used to irradiate objects with ultraviolet electromagnetic radiation, it is necessary that the spectra of the radiation sources in the Be rich of the wavelength of the electromagnetic radiation of 100 nm - 450 nm at least partially differ from each other.

Wenn jede Strahlungsquelle eine Gasentladungslampe ist, und mindestens eine Strahlungsquelle als im Betrieb verdampfenden Zusatz Quecksilber (HG), mindestens eine Strahlungsquelle als verdampfenden Zusatz Eisen (FE) und mindestens ein Strahlungsquelle als verdampfenden Zusatz Gallium (GA) enthält, lassen sich die drei hauptsächlich in der UV-Bestrahlungstechnik zum Einsatz gelangenden Spektren mit nur einer UV-Bestrahlungsvorrichtung erzeugen sowie sämtliche sich daraus ergebenden Mischspektren.If each radiation source is a gas discharge lamp, and at least a radiation source as an operationally evaporating addition of mercury (HG), at least one radiation source as an evaporating additive Iron (FE) and at least one radiation source as evaporating Contains added gallium (GA), let the three be mainly in the UV irradiation technique used reaching spectra only produce a UV irradiation device and all resulting mixed spectra.

Soll die Abstrahlcharakteristik der Bestrahlungsvorrichtung bezogen auf das zu bestrahlende Objekt dem einer herkömmlichen Bestrahlungsvorrichtung mit nur einer Strahlungsquelle entsprechen, werden die röhrenförmigen Strahlungsquellen mit einem Durchmesser von 10 – 20 mm sehr nah beieinander angeordnet, ohne sich jedoch an ihren Mantelflächen zu berühren. Der Abstand zwischen den Mantelflächen liegt zwischen 2 – 5 mm. Die Bündelung der Strahlungsquellen erfolgt hierzu in einem gedachten Kreiszylinder, dessen Durchmesser dem Außendurchmesser der zu ersetzenden Strahlungsquelle der herkömmlichen Bestrahlungsvorrichtung entspricht. Die abgestrahlte Gesamtleistung der gebündelten Strahlungsquellen entspricht der abgestrahlten Leistung der zu ersetzenden Strahlungsquelle.Should the radiation characteristic of the irradiation device based on the object to be irradiated that of a conventional irradiation device correspond to only one radiation source, the tubular radiation sources with a diameter of 10 - 20 mm arranged very close to each other, but without on their lateral surfaces too touch. The distance between the lateral surfaces is between 2 - 5 mm. The bundling the radiation sources takes place in an imaginary circular cylinder, its diameter is the outer diameter the radiation source to be replaced of the conventional irradiation device equivalent. The radiated total power of the bundled Radiation sources corresponds to the radiated power of the to be replaced Radiation source.

Die Bündelung der Strahlungsquellen vergrößert darüber hinaus die effektive Kühloberfläche der Strahlungsquellen gegenüber einer herkömmlichen Strahlungsquelle bei gleicher abgestrahlter Leistung, da die gesamte Manteloberfläche des Rohrbündels in dem gedachten Kreiszylinder größer als die Oberfläche eines einzelnen Rohres mit dem gleichen Außendurchmesser ist. Auch die Gefahr und das Ausmaß von unerwünschten Durchbiegungen reduziert sich bei den gebündelten Strahlungsquellen gegenüber einer herkömmlichen, wesentlich größeren Strahlungsquelle gleicher Abstrahlleistung. Insbesondere bei Strahlungsquellen, die länger als 1 m sind, macht sich die erfindungsgemäß mögliche Aufteilung der benötigten Gesamtleistung auf mehrere Strahlungsquellen vorteilhaft bemerkbar. Die Aufteilung der Gesamtleistung erlaubt insgesamt höhere Leistungen der Bestrahlungsvorrichtung, ohne dass die bei herkömmlichen Strahlungsquellen mit sehr großen Durchmessern verbundenen Nachteile in Kauf genommen werden müssen.The bundling the radiation sources increases beyond the effective cooling surface of the radiation sources across from a conventional one Radiation source with the same radiated power, since the entire coat surface of the tube bundle in the imaginary circular cylinder larger than the surface of a single tube with the same outer diameter. Also the Danger and extent of undesirable Bends reduce with the bundled radiation sources compared to one usual, much larger radiation source same emission power. Especially with radiation sources, the longer are 1 m, makes the present invention possible distribution of the required total power several radiation sources advantageous noticeable. The breakdown the total power allows higher overall performance of the irradiation device, without the conventional ones Radiation sources with very large Diameters associated disadvantages must be accepted.

Um das Auswechseln der Strahlungsquellen zu erleichtern, sind mehrere Strahlungsquellen in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung in einer gemeinsamen Halterung zusammengefasst. Die Strahlungsquellen einer Bestrahlungsvorrichtung können sämtlich in nur einer Halterung, jedoch auch gruppenweise in mehreren Halterungen zusammengefasst sein.Around To facilitate the replacement of the radiation sources are several Radiation sources in an advantageous embodiment of the invention in a common bracket summarized. The radiation sources an irradiation device all in only one bracket, but also in groups in several brackets be summarized.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:following The invention will be explained in more detail with reference to the drawings. Show it:

1a-d vier Vorderansichten erfindungsgemäßer UV-Bestrahlungsvorrichtungen in schematischer Darstellung, 1a -d four front views of inventive UV irradiation devices in a schematic representation,

2 eine Seitenansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen UV-Bestrahlungsvorrichtung, 2 a side view of a preferred embodiment of a UV irradiation device according to the invention,

3 Anordnungsvarianten von Strahlungsquellen in einer erfindungsgemäßen UV-Bestrahlungsvorrichtung, 3 Arrangement variants of radiation sources in a UV irradiation device according to the invention,

4 Spektren von Gasentladungslampen für die UV-Bestrahlung, 4 Spectra of gas discharge lamps for UV irradiation,

5a-e von erfindungsgemäßen Bestrahlungsvorrichtungen abgestrahlte Mischspektren, 5a e mixed spectrum emitted by irradiation devices according to the invention,

6 eine Veranschaulichung der Änderungsmöglichkeiten des Mischspektrums nach 5a sowie 6 an illustration of the possibilities of changing the mixed spectrum after 5a such as

7 eine erfindungsgemäße UV-Bestrahlungsvorrichtung mit einer Leistungsregelung für jede Strahlungsquelle in schematischer Darstellung. 7 a UV irradiation device according to the invention with a power control for each radiation source in a schematic representation.

1a-1d zeigen röhrenförmige, langgestreckte Strahlungsquellen (1), die innerhalb eines Gehäuses (2) zwischen einem Reflektor (3) und einem zu bestrahlenden Objekt (4) angeordnet sind. Die Strahlungsquellen (1) sind in einem durch eine gestrichelte Linie angedeuteten gedachten Kreiszylinder (5) gebündelt angeordnet, ohne sich jedoch an ihren Mantelflächen zu berühren. Der Strahlengang (6) von den Strahlenquellen (1) auf das Objekt (4) ist schematisch dargestellt. Das Objekt (4) wird mit der eingezeichneten Bewegungsrichtung (7) unter der UV-Bestrahlungsvorrichtung hindurchgeführt. 1a - 1d show tubular, elongated radiation sources ( 1 ) inside a housing ( 2 ) between a reflector ( 3 ) and an object to be irradiated ( 4 ) are arranged. The radiation sources ( 1 ) are in an imaginary circle cylinder indicated by a dashed line ( 5 ), but without touching on their lateral surfaces. The beam path ( 6 ) from the Strah sources ( 1 ) on the object ( 4 ) is shown schematically. The object ( 4 ) is displayed with the movement direction ( 7 ) passed under the UV irradiation device.

Die Unterschiede zwischen den Bestrahlungsvorrichtungen nach den 1a-1d bestehen in der Anzahl und Anordnung der Strahlungsquellen (1) innerhalb des Kreiszylinders (5). Durch die Anordnung kann die Wirkung einzelner Strahlungsquellen hervorgehoben werden.The differences between the irradiation devices after the 1a - 1d consist in the number and arrangement of the radiation sources ( 1 ) within the circular cylinder ( 5 ). By the arrangement, the effect of individual radiation sources can be highlighted.

2 zeigt eine erfindungsgemäße UV-Bestrahlungsvorrichtung nach 1b) in schematischer Seitenansicht. In der Seitenansicht ist erkennbar, dass die Strahlungsquellen (1) an den Enden (8) in gemeinsamen Halterungen (9) zusammengefasst sind, die ein gleichzeitiges und damit zeitsparendes Auswechseln der Strahlungsquellen (1) ermöglichen. An Kontakten der gemeinsamen Halterungen (9) setzen Leitungen (11, 12, 13) an, die jede Strahlungsquelle (1) mit einer separaten Steuerelektronik (14, 15, 16) verbinden. Die Steuerelektroniken (14, 15, 16) erlauben es, die jeder Strahlungsquelle (1) zugeführte elektrische Leistung zwischen einem Minimal- und einem Maximalwert unabhängig voneinander zu verändern. 2 shows a UV irradiation device according to the invention 1b ) in a schematic side view. In the side view it can be seen that the radiation sources ( 1 ) at the ends ( 8th ) in common brackets ( 9 ), the simultaneous and thus time-saving replacement of the radiation sources ( 1 ) enable. At contacts of common mounts ( 9 ) put wires ( 11 . 12 . 13 ), each radiation source ( 1 ) with a separate control electronics ( 14 . 15 . 16 ) connect. The control electronics ( 14 . 15 . 16 ) allow each radiation source ( 1 ) supplied electric power between a minimum and a maximum value to change independently.

3 zeigt das weitere erfindungswesentliche Merkmal, dass wenigstens eine Strahlungsquelle (1) ein von den übrigen Strahlungsquellen (1) zumindest teilweise abweichendes Spektrum aufweist. Die Anordnungen (17, 18, 19) betreffen den Grundfall, dass wenigstens eine Strahlungsquelle ein abweichendes Spektrum aufweist, während die Anordnungen (21, 22, 23) Fälle betreffen, in denen wenigstens 2 Strahlungsquellen ein von den übrigen Strahlungsquellen zumindest teilweise abweichendes Spektrum aufweisen. 3 shows the further inventive feature that at least one radiation source ( 1 ) one of the other radiation sources ( 1 ) has at least partially different spectrum. The arrangements ( 17 . 18 . 19 ) concern the basic case that at least one radiation source has a different spectrum, whereas the arrangements ( 21 . 22 . 23 ) Relate to cases in which at least 2 radiation sources have a spectrum at least partially deviating from the other radiation sources.

Die in 3 dargestellten Strahlungsquellen (1) sind Gasentladungslampen mit unterschiedlichen im Betrieb verdampfenden Zusätzen, nämlich Quecksilber (Hg), Eisen (Fe) oder Gallium (Ga). Bei diesen Zusätzen handelt es sich um in der UV-Bestrahlungstechnik standardisierte Zusätze. 4 zeigt die Spektren von Strahlungsquellen mit den genannten Standardzusätzen bei der vorgeschriebenen Betriebstemperatur. Durch Zu- und Abschalten einzelner Strahlungsquellen kann im laufenden Betrieb der UV-Bestrahlungsvorrichtung zwischen den Spektren nach 4 gewechselt werden. Werden indes einzelne oder mehrere Strahlungsquellen mit einer elektrischen Leistung zwischen dem Minimal- und Maximalwert betrieben, lässt sich eine Vielzahl überlagerter Spektren erzeugen, sogenannte Mischspektren, wie sie in den 5 und 6 dargestellt sind. Die größtmöglichen Veränderungen des Spektrums ergeben sich bei denjenigen Anordnungen, bei denen sämtliche Strahlungsquellen unterschiedliche Zusätze aufweisen, insbesondere bei der Anordnung (22, 23).In the 3 illustrated radiation sources ( 1 ) are gas discharge lamps with different in operation evaporating additives, namely mercury (Hg), iron (Fe) or gallium (Ga). These additives are additives standardized in UV irradiation technology. 4 shows the spectra of radiation sources with the standard additives mentioned at the prescribed operating temperature. By switching on and off of individual radiation sources can during operation of the UV irradiation device between the spectra after 4 change. If, however, individual or several radiation sources are operated with an electrical power between the minimum and maximum values, a multiplicity of superimposed spectra can be generated, so-called mixed spectra, as described in US Pat 5 and 6 are shown. The greatest possible changes in the spectrum result in those arrangements in which all the radiation sources have different additives, in particular in the arrangement ( 22 . 23 ).

In jedem Diagramm nach 5 ist auf der X-Achse die Wellenlänge in Nanometer aufgetragen, während auf der Y-Achse die relative Intensität der elektromagnetischen Strahlung aufgetragen ist. Die jeweils oberhalb des Diagramms wiedergegebenen Abkürzungen bezeichnen die verdampfenden Zusätze in den Strahlungsquellen. Sämtliche Diagramme zeigen das bei vorgeschriebener Betriebstemperatur und Höchstleistung von der Bestrahlungsvorrichtung abgestrahlte Mischspektrum.In every diagram 5 For example, the x-axis plots the wavelength in nanometers, while the y-axis plots the relative intensity of the electromagnetic radiation. The respective abbreviations above the diagram designate the evaporating additives in the radiation sources. All diagrams show the mixed spectrum emitted by the irradiation device at the prescribed operating temperature and maximum power.

Für eine universell einsetzbare UV-Bestrahlungsvorrichtung kann eine Kombination der Strahlungsquellen, wie in 5a dargestellt, zum Einsatz kommen. Das dargestellte Mischspektrum enthält alle Anteile, die in der UV-Bestrahlungstechnologie erforderlich sind.For a universally applicable UV irradiation device, a combination of the radiation sources, as in 5a shown, are used. The mixed spectrum shown contains all the proportions that are required in the UV irradiation technology.

5b zeigt ein Mischspektrum mit einer Betonung der Intensität im Wellenlängenbereich um 360 Nanometer. Eine Kombination der Strahlungsquellen, wie sie für ein Spektrum nach 5b erforderlich ist, wird insbesondere bei der Aushärtung von Klebstoffen eingesetzt. Durch ein Abschalten der Leistungszufuhr einer der Fe-Strahlungsquellen kann das Mischspektrum im laufenden Betrieb in das in 5a dargestellte Mischspektrum überführt werden. 5b shows a mixed spectrum with an emphasis on the intensity in the wavelength range around 360 nanometers. A combination of radiation sources, as for a spectrum 5b is required, is used in particular in the curing of adhesives. By shutting off the power supply of one of the Fe radiation sources, the mixed spectrum can be converted into the in-service mode during operation 5a shown mixed spectrum are transferred.

5c zeigt ein Mischspektrum, das insbesondere zur Beschichtung von Holzflächen mit Lacken geeignet ist. 5c shows a mixed spectrum, which is particularly suitable for coating wood surfaces with paints.

5d zeigt ein Mischspektrum zur Aushärtung von Druckfarben. 5d shows a mixed spectrum for the curing of printing inks.

6 zeigt die Aufteilung des Mischspektrum nach 5a in die Einzel-Spektren von Strahlungsquellen gemäß der Anordnung (23) nach 3 jeweils bei Betriebstemperatur und Höchstleistung. Mit Positionsziffer (24) ist der Verstellbereich der Ga-Strahlungsquelle, mit Position (25) der Verstellbereich der Fe-Strahlungsquelle und mit Position (26) der Verstellbereich der Hg-Strahlungsquelle bezeichnet. In jedem Wellenlängenbereich lässt sich durch Steuerung der Leistung der jeweiligen Strahlungsquelle die Intensität innerhalb des mit (24, 25) und (26) gekennzeichneten Verstellbereichs verändern. 6 shows the division of the mixed spectrum 5a into the individual spectra of radiation sources according to the arrangement ( 23 ) to 3 each at operating temperature and maximum power. With position number ( 24 ) is the adjustment range of the Ga radiation source, with position ( 25 ) the adjustment range of the Fe radiation source and with position ( 26 ) denotes the adjustment range of the Hg radiation source. In each wavelength range can be controlled by controlling the power of the respective radiation source, the intensity within the with ( 24 . 25 ) and ( 26 ) change the adjustment range.

7 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Regelanordnung für das abgestrahlte Mischspektrum. Zu diesem Zweck besitzt die UV-Bestrahlungsvorrichtung zusätzlich einen Sensor (28), der die elektromagnetische Strahlung erfasst, ein Spektrometer (29) zur Messung des Spektrums der abgestrahlten elektromagnetischen Strahlung sowie eine Auswerteeinheit (31) mit einem Eingang für das von dem Spektrometer (29) gemessene Spektrum sowie einem Ausgang, der mit den Steuerelektroniken (14, 15, 16) zur Leistungsstellung der Strahlungsquellen (1) verbunden ist. 7 schematically shows a control arrangement according to the invention for the radiated mixed spectrum. For this purpose, the UV irradiation device additionally has a sensor ( 28 ), which detects the electromagnetic radiation, a spectrometer ( 29 ) for measuring the spectrum of the radiated electromagnetic radiation and an evaluation unit ( 31 ) with an input for the spectrometer ( 29 ) and an output connected to the control electronics ( 14 . 15 . 16 ) for the power of the radiation sources ( 1 ) connected is.

Das von der UV-Bestrahlungsvorrichtung abgestrahlte Licht wird von dem Sensor (28) erfasst und in das Spektrometer (29) geführt und dort gemessen. In der Auswerteeinheit (31) wird das gemessene Spektrum mit einem vom Anwender geforderten und in die Auswerteeinheit eingegebenen Sollspektrum für die von der Bestrahlungsvorrichtung abgestrahlte elektromagnetische Strahlung verglichen. Liegt eine Regelabweichung vor, wird über die Steuerelektroniken (14, 15, 16) die Leistung der einzelnen Strahlungsquellen nachgeführt. Erst wenn, wie in 7 angedeutet, das Soll- und das Istspektrum übereinstimmen ist ein kontrollierter und sicherer UV-Härtungsprozess gewährleistet. Die Überwachung mittels des Sensors (28) kann entweder fortlaufend oder nur in bestimmten Intervallen erfolgen. Hierzu ist der Sensor (28) in den Bereich der Lichtaustrittsöffnung (34) der Bestrahlungsvorrichtung zu bringen.The light emitted by the UV irradiation device is emitted by the sensor ( 28 ) and into the spectrometer ( 29 ) and measured there. In the evaluation unit ( 31 ), the measured spectrum is compared with a required by the user and entered into the evaluation unit target spectrum for the radiated by the irradiation device electromagnetic radiation. If there is a system deviation, the control electronics ( 14 . 15 . 16 ) tracked the performance of the individual radiation sources. Only when, as in 7 indicated, the target and the actual spectrum match a controlled and safe UV curing process is guaranteed. Monitoring by means of the sensor ( 28 ) can be either continuous or only at certain intervals. For this purpose, the sensor ( 28 ) in the region of the light exit opening ( 34 ) of the irradiation device.

Alternativ ist es möglich, den Sensor an dem Spektrometer anzuordnen und das Licht über einen Lichtwellenleiter in den Sensor einzukoppeln.alternative Is it possible, To arrange the sensor on the spectrometer and the light over a Coupling optical fiber into the sensor.

Bezugszeichenliste

LIST OF REFERENCE NUMBERS

Claims

Irradiation device for irradiating objects, in particular ultraviolet electromagnetic radiation, with a housing ( 2 ), one on the object to be irradiated ( 4 ) aligned exit opening for the electromagnetic radiation and at least two in the housing ( 2 ) arranged elongated radiation sources ( 1 ) for the electromagnetic radiation having a spectrum defined at a prescribed operating temperature, at least one radiation source ( 1 ) one of the other radiation sources ( 1 ) has at least partially different spectrum and that the leis tion of at least one radiation source ( 1 ) is variable, characterized in that - it is a spectral apparatus ( 29 ) for measuring the spectrum of the electromagnetic radiation radiated by the irradiation device, and - an evaluation unit ( 31 ) with an input for the spectral apparatus ( 29 ) and an output for changing the power of the individual radiation sources ( 1 ) as a function of a desired spectrum for the electromagnetic radiation radiated by the irradiation device.

Irradiation device according to claim 1, characterized characterized in that the spectrum is in the range of the wavelength of electromagnetic radiation deviates from 100nm - 450nm.

Irradiation device according to claim 1 or 2, characterized in that all radiation sources ( 1 ) one of the other radiation sources ( 1 ) have at least partially different spectrum.

Irradiation device according to claim 1 or 2, characterized in that the radiation sources ( 1 ) are independently operable with different power

Irradiation device according to one of claims 1-4, characterized in that each radiation source ( 1 ) an electronic control system ( 14 . 15 . 16 ) assigned.

Irradiation device according to one of claims 1-5, characterized in that each radiation source ( 1 ) is a gas discharge lamp containing an operating additive (Hg, Fe, Ga).

Irradiation device according to claim 6, characterized characterized in that the addition is mercury (Hg) or iron (Fe) or gallium (Ga).

Irradiation device according to one of claims 1-7, characterized in that the longitudinal axes of all radiation sources ( 1 ) run parallel.

Irradiation device according to claim 8, characterized characterized in that the distance between all longitudinal axes coincides.

Irradiation device according to one of claims 1-9, characterized in that the radiation sources ( 1 ) ( 5 ) are arranged, but without touching on their lateral surfaces.

Irradiation device according to one of claims 1-10, characterized in that a plurality of radiation sources ( 1 ) in a common holder ( 9 ) are summarized.