DE2749439B2 - Verfahren und Vorrichtung zum Verhindern von Dampfniederschlägen auf dem Reflektor einer UV-Strahlungsquelle - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Verhindern von Dampfniederschlägen auf dem Reflektor einer UV-Strahlungsquelle

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DE2749439B2 DE2749439A DE2749439A DE2749439B2 DE 2749439 B2 DE2749439 B2 DE 2749439B2 DE 2749439 A DE2749439 A DE 2749439A DE 2749439 A DE2749439 A DE 2749439A DE 2749439 B2 DE2749439 B2 DE 2749439B2
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verhindern von Dampfniederschlägen auf der Oberfläche eines gekühlten Reflektors einer UV-Strahlungsquelle beim Ausharten von Überzügen auf an der UV-Strahlungsquclle vorbeigeführten Substraten.
Es ist bekannt (US-PS 39 36 950 und US-PS 38 07 052), zum Aushärten von Überzügen auf an einer UV-Strahlungsquelle vorbeigeführten Substraten innengekühlte oder nichtgekühlte Strahlungsquelle^ z. B. Niederdruck-UV-Quecksilberda.mpflampen vorzusehen. Die bekannte Vorrichtung ist mit einem Einlaß- und einem Auslaßtunnel und einer dazwischen angeordneten Behandlungskammer versehen, in der mindestens eine Quecksilberdampflampe untergebracht ist, die einen gekühlten Reflektor aufweist, der UV-Licht von der Lampe auf das Substrat richtet, wobei der Einlaßtunne! mit einem Gasinjektor ausgestattet ist, über den ein den Zutritt von Sauerstoff zum Substrat verhinderndes inertes Gas auf das Substrat leitbar ist. In der Praxis hat man bisher den Reflektor durch Wärmeleitung unmittelbar gekühlt
Aufgrund der beim Aushärten auftretenden hohen Überzugs- und Substrattemperaturen gehen, wie gefunden wurde, in vielen Fällen von dem Überzug Dämpfe aus, die auf der Reflektoroberfläche und/oder der Lampe selbst abgeschieden werden. Die UV-Sirahlen werden dann nur noch in vermindertem Maße in Richtung auf die Substratoberfläche gelenkt. Es kommt zu einer verringerten UV-Ausbeute. Die einwandfreie
-''· Aushärtung wird beeinträchtigt. Es wurde erkannt, daß die Ursache für ein Beschlagen der Reflektoroberfläche starke thermische Konvektionsströme sind, d>e von dem heißen Substrat zu der hinter der Lampe sitzenden, kühleren Refiektoroberfläche hochsteigen. Dies führt zu
>" einer thermischen Pumpwirkung, aufgrund deren die Dämpfe zu der Reflektoroberfläche gepumpt und dort kondensiert werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die
*r> Dampfniederschläge der genannten Art auf einfache und wirkungsvolle Weise verhindern.
Von der Verfahrensseile her wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, d.-ß die Kühlung des Reflektors nur durch Strahlcngsübergang zu einer
1(1 flüssigkeitsgekühlten Wärmesenke erfolgt und der Slrahlungswärmciibcrgiing derart eingestellt wird, daß die Temperatur der Reflektoroberfläche ständig einen Wert behält, der mindestens ebenso hoch wie die Temperatur des Substratüberzugs ist. Durch diese
■<■"> Maßnahmen werden die unerwünschten thermischen Konvektionsströme weitgehend beseitigt. Die Kühlung des Reflektors wird auf einen Wert begrenzt, bei dem es nicht zur Ausbildung eines Dampfniederschlags auf der Reflektoroberfläche kommt.
w In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird ein Schutzgasstrom in der gleichen Richtung wird der Laufrichtung des Substrats über den auszuhärtenden Überzug geleitet und das Schutzgas zusammen mit einem Teil der von dem Überzug ausgehenden Dämpfe
v> in Substratlaufrichtung hinter der UV-Strahlungsquellc abgezogen. Dieser Schulzgasstrom trägt zu der Vermeidung starker Dampfniederschläge wesentlich, bei, indem er die Dämpfe mindestens teilweise am Hochsteigen in Richtung zur UV-Strahlungsquclle und
wi deren Reflektor hindert.
Als Kühlflüssigkeit für die Wärmesenke eignet sich insbesondere Wasser oder ein Gemisch von Wasser und Äthylenglykol. Zweckmäßig wird die Temperatur der Reflektoroberfläche auf einem Wert gehalten, bei dem
(ν. der Partialdruck der von dem Überzug ausgehenden Dämpfe größer als 101 j Millibar ist.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des genannten Verfahrens ist erfindiingsgemäß dadurch gekennzcich-
net, daß die Wärmesenke flüssigkeitsgekuhlt ist und den Reflektor teilweise umgibt, jedoch von diesem getrennt ist. Dabei ist vorzugsweise eine Einrichtung zur Zufuhr des Schutzgasstromes zwischen dem Einlaßtunnel und der Behandlungskaniiner angeordnet. Um die Dämpfe besonders wirkungsvoll abzuführen, hat zweckmäßig der Auslaßtunnel eine größere Höhe als der Einlaßtunnel. Der Strahlungswärmeübergang wird optimiert, wenn die einander gegenüberstehenden Oberflächen des Reflektors und der Wärmesenke schwarz sind.
Die Erfindung ist im folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt
F i g. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und
F i g. 2 einen Schnitt entlang der Linie 2-2 der F i g. 1.
Die schematisch dargestellte Anordnung weist eine Beh?.ndlungskammer 1 auf, in der eine UV-Strahlungsquelle 3 montiert ist, bei der es sich in der Ref el um eine Gruppe von Mitteldruck-Quecksilberdampflampen handelt. Der UV-Strahlungsquelle 3 ist ein Reflektor 5 zugeordnet, der die Strahlungsquelle teilweise umgibt, um UV-Strahlung auf die Oberfläche des Substrats zu richten, das sich von einem Einlaßtunnel 7 kommend durch die Behandlungskammer t hindurchbewegt, wo ein auf dem Substrat befindlicher Überzug mittels UV-Strahlung ausgehärtet wird. Das Substrat \ -rläßt die Behandlungskamnier dann über einen Auslaßt.mnel 9.
Inertgas wird von einer Verteilerkammer 11 aus zugeführt und in bekannter Weise (US-PS 39 36 950; durch einen Injektor 13 hindurchgeleitet. Dieses das hat die Aufgabe, die Oberfläche des sich bewegenden Substrats abzudecken, um den Zutritt von Sauerstoff auszuschließen, der die Aushärtung behindert. Zusätzlich ist eine zweite Inertgasquelle in Form einer Schutzgaskammer 15 vorgesehen. Ein Schutzgasstrom wird von dieser Kammer aus durch einen Durchlaß 17 hindurch parallel zu dem sich bewegenden, beschichteten Substrat und in der gleichen Richtung wie der Laufrichtung des Substrats geleitet. Statt parallel zu verlaufen, kann der Schutzgasstrom auch in einem Winkel zwischen ungefähr 5° und 15° mit Bezug auf die Waagrechte gegen das sich bewegende Substrat gerichtet sein. Dieser Schutzgasstrom hält im wesentlichen alle Dämpfe nieder, die von dem Überzug ausgehen, während dieser gehärtet wird; er trägt die Dämpfe durch den \uslaßtunnel 9 hindurch nach außen. Vorzugsweise ist die Höhe h des Auslaßtunnels 9 größer als die Höhe Edes Einlaßtunnels 7. Dies erlaubt es den Dämpfen, die Behandlungskammer zusammen mit dem Schutzgas und unterhalb desselben leichter zu verlassen. Es wurde gefunden, daß die von der Überzugsoberfläche ausgehenden Dämpfe sich unter dem laminaren Schutzgasstrom ansammeln und diesen laminaren Strom von der Überzugsoberfläche abheben, wodurch die Dicke der laminaren Strömungsschicht vergrößert wird. Ein Auslaßtunnel von größerer Höhe als der Höhe des Einlaßtunnels erleichtert daher den Abzug der t Dämpfe aus der Anlage. Dieser Schutzgasstrom wird vorzugsweise vorgesehen; es ist jedoch auch möglich, ohne einem solchen Schutzgasstrom zu arbeiten.
Die flüssigkeitsgekühlte Wärmesenke 19 muß von dem Reflektor 5 in Abstand liegen, so daß nur ein t .Strahlungswärmeübergang zwischen dem Reflektor 5 und der Wärmesenke 19 stattfindet. Die Ursache des Dampfniederschlags auf den Lampen und den Reflektoren sind starke thermische Konvektionsströme, die von dem relativ heißen Substrat zu der kühleren Reflektoroberflache hochsteigen. Das Problem läßt sich minimieren, indem die Temperatur der Reflekioroberflächen
■ derart eingestellt wird, daß die Konvektionsströme minimal bleiben. Die Art der Reflektoroberflächenkühlung ist jedoch kritisch. Eine Luft- oder Gaskühlung ist nicht praktisch, weil dies zu turbulenten Luft- oder Gasströmen in der Behandlungskammer beiträgt und
' das Problem der thermischen Konvektionspumpwirkung noch vergrößert. Die Temperaturbeeinflussung erfolgt, indem nur ein Strahlungswärmeübergang vorgesehen wird. Für diesen Zweck ist dafür gesorgt, daß zwischen den Oberflächen von Reflektor und Wärmesenke kein Kontakt besteht. Des weiteren ist es günstig, die einander zugekehrten Oberflächen der Wärmesenke 19 und des Reflektors schwarz anzustreichen oder zu beschichten, um die Größe des Strahlungswärmeübergangs zwischen diesen Flächen vorzugeben.
Bei einer typischen Anwendung, bei der Fußbodenniesen mittels der erläuterten Anlage ausgehärtet werden sollen, kann die Fliesentemperatur bis zu ungefähr 95°C betragen; für gewöhnlich liegt sie /wischen ungefähr 600C und 800C. Ein typischer Reflektor einer herkömmlichen Quecksilberdampflampe erreicht ungefähr 2050C; seine Temperatur liegt damit über der Fliesentemperatur; es besteht nur eine geringe oder überhaupt keine Tendenz für eine Warmekonvektion von Beschichtungsdämpfen von der beschichteten Fliesenoberfläche zu der Reflektoroberfläche.
Durch die Verwendung von temperaturgeregelten Reflektoren kann auch für eine ausreichend hohe Temperatur an den Reflektoroberflächen gesorgt werden, so daß der Dampfdruck des Dampfes bei dieser Temperatur bewirkt, daß der die Reflcktoroberfläche erreichende Dampf erneut verdampft wird, wodurch eine Kondensation verhindert wird.
Die Verwendung von strahlungsgekühlten, temperaturgeregelten Reflektoren ermöglicht also zwei Arbeitsweisen, um die Reflektoren sauberzuhalten:
1. Über der beschichteten Substratoberfläche wird ein Temperaturprofil ausgebildet, das die laminare Strömung an der Substratoberfläche dabei unterstützt.die Dämpfe niederzuhalten und so rasch zu beseitigen, wie sie von dem Überzug freigesetzt werden, und
2. die Reflektortemperatur wird auf einem Wert gehalten, bei dem der Partialdruck des Dampfes über 1013 Millibar liegt, sodaßDämpfe.diedie Reflektoroberfläche erreichen, rasch in die Kammeratmosphäre zurückverdampft werden.und zwar entsprechend dem Dampfpartialdruck, der der Temperatur der Kammeratmosphäre zugeordnet ist.
In jedem Fall ist das relative Verhältnis von Substrattemperatur zu Reflektortcmperatur von Wichtigkeit. Es ist stets besonders günstig, das Substrat während der Aushärtung so kühl wie möglich zu halten, um einen möglichst kleinen Dampfdruck der flüchtigen Komponenten zu erreichen. Für diesen Zweck kann das Substrat vor und während der Aushärtung gekühlt werdei.; außerdem kann der auffallende Strahlungsfluß möglichst klein gehalten werden, um den Temperaturanstieg während der Aushärtung auf die exotherme Reaktionswärme zu minimieren.
Die beschriebene Anordnung kann auf verschiedene Weise modifiziert und/oder ergänzt werden. Um beispielsweise die Menge des innerhalb der Anlage verwendeten Inertgases zu minimieren, kann ein Dampfabschirm-Luftstrom stromabwärts von der ersten Behandlungskammer und vor einer zweiten Behandlungskammer vorgesehen werden. In ähnlicher Weise ist es möglich, Abzugstunnels vor dem Einlaßtunnel und nach dem Auslaßtunnel zu verwenden, wobei das Druckverhältnis zwischen diesen Tunnels derart eingestellt wird, daß eine gegenseitige Abstimmung der jeden Abzugstunnel verlassenden Ströme erfolgt, um den Inertgasstrom aufrechtzuerhalten und soviel Dämpfe wie möglich zu beseitigen.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Verhindern von Dampf niederschlagen auf der Oberfläche eines gekühlten Reflektors einer UV-Strahlungsquelle beim Aushärten von Überzügen auf an der UV-Strahlungsquelle vorbeigeführten Substraten, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlung des Reflektors nur durch Strahlungsübergang zu einer flüssigkeitsgekühlten Wärmesenke erfolgt und der Strahlungswärmeübergang derart eingestellt wird, daß die Temperatur der Reflektoroberfläche ständig einen Wert behält, der mindestens ebenso hoch wie die Temperatur des Substratüberzugs ist
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schutzgasstrom in der gleichen Richtung wie der Laufrichtung des Substrats über den auszuhärtenden Überzug geleitet und das Schutzgas zusammen mit einem Teil der von dem Überzug ausgehenden Dämpfe in Substratlaufrichtung hinter der UV-Strahlungsquelle abgezogen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Kühlflüssigkeit für die Wärmesenke Wasser oder ein Gemisch von Wasser und Äthylenglykol verwendet wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Reflektoroberfläche auf einem Wert gehalten wird, bei dem der Partialdruck der von dem Überzug ausgehenden Dämpfe größer als 1013 Millibar ist.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem Einlaß- und einem Auslaßtunnel und einer dazwischen angeordneten Behandlungskammer, in der mindestens eine Quecksilberdampflampe untergebracht ist, die einen gekühlten Reflektor aufweist, der UV-Licht von der Lampe auf dus Substrat richtet, wobei der Einlaßtunncl mit einem Gasinjektor ausgestattet ist, über den ein den Zutritt von Sauerstqff zum Substrat verhinderndes inertes Gas auf das Substrat leitbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmesenke (19) flüssigkeitsgekühlt ist und den Reflektor (5) teilweise umgibt, jedoch von diesem getrennt ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5 zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung(15,17) zur Zufuhr des Schutzgasstromes zwischen dem Einlaßtunnel (7) und der Behandlungskammer(l) angeordnet ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaßtunnel (9) cine größere Höhe als der Einlaßtunnel (7) hat.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die einander gegenüberstehenden Oberflächen des Reflektors (5) und der Wärmesenke (19) schwarz sind.
DE2749439A 1976-11-05 1977-11-04 Verfahren und Vorrichtung zum Verhindern von Dampfniederschlägen auf dem Reflektor einer UV-Strahlungsquelle Expired DE2749439C3 (de)

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