DE69101652T2 - Behandlungsofen. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft Aushärteöfen und insbesondere Öfen zum Aushärten von Farb- bzw. Lackanstrichen.
• Viele Farb- bzw. Lackanstrichaushärteprozesse im Automobilbereich beinhalten das Ausbacken eines lackierten Objekts bei hohen Temperaturen über längere Zeitintervalle in konventionellen Gasöfen. Die Vernetzung bzw. Verflechtung oder das Aushärten von Farb- bzw. Lackanstrichen wird typischerweise durch das Aussetzen bzw. Belichten des Anstrichs mit Infrarot- oder Wärmestrahlung bewerkstelligt, die von einer Gasflamme emittiert wird.
• Es ist allgemein bekannt, daß für das Aushärten von Farbbzw. Lackanstrichen Ultraviolettstrahlung bei einer Temperatur, die im Vergleich zu derjenigen wie sie bei Infrarotstrahlung verwendet wird, niedriger ist, wirksamer ist. Für diese Anwendung stellt Ultraviolettstrahlung die nötige Vernetzung bei niedrigeren Temperaturen in kürzerer Zeit zur Verfügung.
• Vernetzung bzw. Verflechtung des Farb- bzw. Lackanstrichs wird in einer effizienten Weise in konventionellen Gasöfen, die auf Infrarotstrahlung zur Aushärtung des Anstrichs zurückgreifen, nicht erreicht. Daher besteht ein Bedarf für einen verbesserten Aushärteofen, der die Vernetzung bzw. Verflechtung des Farb- bzw. Lackanstrichs bei niedrigeren Temperaturen erreicht.
• US-A-4798960 (Keller et al.) beschreibt einen Apparat zum Aushärten bzw. Trocknen von UV-aushärtbaren Tinten unmittelbar nach dem Druck in einer Rotations-Druckmaschine. Der Apparat umfaßt eine UV-abstrahlende Lampe und einen Reflektor. Der Reflektor ist mit mehreren Schichten aus Hafniumdioxid und Siliziumdioxid versehen, um einen Interferenzfilter zu bilden, so daß der Reflektor die UV-Strahlung reflektiert, die längerwillige Strahlung, wie z.B. von der UV-abstrahlenden Lampe emittiertes Infrarot, jedoch absorbiert. Auf diese Weise wird das Verhältnis von UV- zu Infrarotstrahlung, die auf die UV-aushärtbaren Tinten treffen, erhöht und unerwünschtes Aufheizen der UV-aushärtbaren Tinten und des Drucksubstrats wird minimiert.
• US-A-4755673 (Pollack et al.) beschreibt selektive thermische Radiatoren zur Frequenzkonversion von einfallender Strahlung durch den Welsbach-Effekt. Beispielsweise wird ein Schirm mit Welsbach-Material verwendet, um einfallende IR- Strahlung in sichtbare Strahlung umzuwandeln, um das Beobachten von IR-Strahlung zu ermöglichen und die Steuerung und die Überwachung von IR-Ausrüstung, wie z.B. IR-Laser, zu erleichtern. Das Welsbach-Material kann auch als ein dynamisches IR-Ziel verwendet werden, das sichtbare Strahlung in ein IR-Quellenmuster mit hoher Auflösung verwandelt. Das Welsbach-Material kann alternativ als ein temperaturstabiles Material zum Umwandlen von Sonnenstrahlung in Wärme verwendet werden.
• Die vorliegende Erfindung stellt einen verbesserten Aushärteofen zum Aushärten von im Inneren des Aushärteofens befindlichem Material mittels elektromagnetischer Strahlung im Ultraviolettbereich bereit. Der Aushärteofen gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt wenigstens eine Fläche, die mit einer Materialschicht versehen ist, die geeignet ist, als Antwort auf die Beaufschlagung mit Infrarotstrahlung Ultraviolettstrahlung in Richtung der Materialien im Inneren des Aushärteofens auszusenden und eine Heizeinrichtung zum Beaufschlagen der Materialschicht mit Infrarotstrahlung.
• Vorzugsweise umfaßt die Materialschicht einen Belag mit Welsbach-Material. Die Heizeinrichtung umfaßt vorzugsweise eine Gasflamme oder elektrische Lampen.
• In einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt der Aushärteofen eine erste Mehrzahl von den beschichteten Flächen, eine zweite Mehrzahl von Flächen, die die erste Mehrzahl von Flächen umgeben und einen Freiraum dazwischen freigeben, wobei die zweite Mehrzahl von Flächen wenigstens eine Einlaßöffnung für die Zuführung von Luft und eine Einrichtung zum Einspritzen von Brennstoff in den Freiraum umfassen, um darin eine Flamme zum Beaufschlagen der Materialschicht mit Infrarotstrahlung bereitzustellen.
• Vorzugsweise bestimmt eine Temperaturregelung die Temperatur im Inneren des Ofen und hält sie aufrecht. Die Temperaturregelung mißt die Ofentemperatur und steuert ein Ventil, das den Gasdruck aus einem Gasvorratsbehälter zu einein Satz von Ofenbrennern einstellt. Luft wird durch die in der zweiten Fläche enthaltenen Einlaßöffnungen zugeführt.
• Illustrierende Ausführungsformen und beispielhafte Anwendungen werden nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, um die vorteilhafte Lehre der vorliegenden Erfindung zu offenbaren.
• Fig. 1 zeigt eine Querschnittsdarstellung einer illustrierenden Ausführungsform eines Aushärteofens, der gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung konstruiert ist und seine Funktion im Zusammenwirken mit einem lackierten Objekt zeigt.
• Fig. 2 zeigt das elektromagnetische Spektrum mit Wellenlänge, Frequenz und Energie pro Photon auf einer logarithmischen Skala.
• In Fig. 1 besteht der Aushärtofen 10 aus einer Fläche 12 die mit einer Schicht Welsbach-Material 14 versehen ist, das geeignet ist, ultraviolette Strahlung als Antwort auf die Beaufschlagung mit Infrarotstrahlung auszusenden. Das Welsbach-Material 14 kann auf die Fläche 12 mit einer Dicke von ungefähr 5-10 Mikrometer aufgemalt bzw. aufgebracht werden.
• Das Welsbach-Material (ein selektiver Radiator) ist durch ein wellenlängenabhängiges Emissionsvermögen charakterisiert, derart, daß das Emissionsvermögen im kurzwelligen Bereich (sichtbar oder ultraviolett) hoch und im langwelligen Bereich (infrarot) niedrig ist. Wenn dieses Material auf eine Fläche aufgetragen wird, ändert sich das Emissionsspektrum. Wegen dem niedrigen Emissionsvermögen im langwelligen Bereich kann die meiste Energie in Infraroten nicht abstrahlen. Stattdessen wird erzwungen, daß diese Energie im kurzwelligen Bereich abstrahlt. Beispiele für Welsbach-Materialien sind ThO&sub2;, MgO, ZrO&sub2; mit 10% CaO, und Al&sub2;O&sub3;.
• Die Fläche 12 ist so konstruiert, daß sie ein lackiertes bzw. mit einem Farbanstrich versehenes Objekt 16 umhüllt, um eine gleichmäßige Strahlungsbelichtung aller Oberflächen des lackierten Objekts 16 zu erreichen. Die Erfindung 10 umfaßt eine zweite Fläche 18, die über bzw. unter die erste Fläche 12 angeordnet ist und dazwischen einen Freiraum freigibt. Die Ofentemperatur wird mittels einer konventionellen Temperatursteuerung bzw. -regelung 20 eingestellt und aufrecht erhalten. Die Temperaturregelung 20 mißt die Ofentemperatur und steuert ein Ventil 22, das den Gasdruck aus einen Gasvorratsbehälter 24 zu einem Satz von Ofenbrennern 26 einstellt. Über Einlaßöffnungen 28, die in der zweiten Fläche 18 enthalten sind, wird Luft zugeführt. Die Konstruktion von verschiedenen Erdgasbrennern ist bekannt. Siehe hierzu beispielsweise die Seiten 471-473, Van Nostrand's Scientific Encyclopedia, sechste Ausgabe (1983).
• Wie aus Figur 2 zu ersehen ist, haben ultraviolette und sichtbare Strahlen kürzere Wellenlängen als Infrarot- oder Wärmestrahlung. Die Wellenlänge λ von elektromagnetischer Strahlung verhält sich zur Frequenz v wie:
• v = c/λ [1]
• wobei c die Lichtgeschwindigkeit ist. Die Energie E für jedes Photon kann mittels der nachfolgenden Gleichung [2] berechnet werden:
• E = hv [2]
• wobei h die Planck'sche Konstante ist. Höherfrequente Strahlung besteht aus Photonen mit höherer Energie, die Moleküle wirksamer aufbrechen. Vermehrte ultraviolette und sichtbare Strahlung erzeugen Vernetzungen und Verflechtungen in dem Anstrich schneller als Infrarot- oder Wärmestrahlung alleine, wodurch die Aushärtezeiten verringert werden. Da ein Welsbach-Material die Eigenschaft hat, Infrarotstrahlung in Strahlung umzuwandeln, die mit sichtbarer und ultravioletter Strahlung angereichert ist, kann die geeignete Anwendung dieses Materials die ultraviolette Strahlung ohne Erhöhung der zugeführten Leistung vermehren.
• Die Erfindung ist nicht auf die Verwendung mit Gasöfen beschränkt. Die Erfindung kann bei Öfen, die Lampen oder jede andere Infrarotstrahlung verwendende Konstruktion verwenden, angewandt werden. Desweiteren ist die Erfindung nicht auf das Aushärten von Farb- bzw. Lackanstrichen beschränkt. Sie kann auch bei Aushärteöfen angewandt werden, die zum Aushärten von Plastik, Klebungen und anderen Materialien verwendet werden, die Aushärtung im Ofen erfordern.

Claims (9)

1. Ein Aushärteofen (10) zum Aushärten von Materialien im Inneren des Aushärteofens mittels elektromagnetischer Strahlung im Ultraviolettbereich, wobei der Aushärteofen (10) umfaßt:

wenigstens eine Fläche (12), die mit einer Schicht aus einem Material (14) versehen ist, das geeignet ist als Antwort auf die Beaufschlagung mit Infrarotstrahlung Ultraviolettstrahlung in Richtung der Materialien auszusenden; und

eine Heizeinrichtung (26) zum Beaufschlagen der Schicht aus dem Material (14) mit Infrarotstrahlung.

2. Ein Aushärteofen (10) gemäß Anspruch 1, worin die Schicht aus dem Material (14) einen Belag mit Welsbach- Material umfaßt.

3. Ein Aushärteofen (10) gemäß Anspruch 1 oder 2, worin die Heizeinrichtug (26) eine Gasflamme umfaßt.

4. Ein Aushärteofen (10) gemäß Anspruch 1 oder 2, worin die Heizeinrichtung (26) elektrische Lampen umfaßt.

5. Ein Aushärteofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin der Aushärteofen (10) umfaßt:

eine erste Mehrzahl der Flächen (12);

eine zweite Mehrzahl von Flächen (18) über der ersten bzw. um die erste Mehrzahl der Flächen (12) angeordnet und einen Freiraum dazwischen freigebend,

wobei die zweite Mehrzahl von Flächen (18) wenigstens eine Einlaßöffnung (28) zur Luftzuführung umfaßt; und

eine Einrichtung zum Einspritzen von Brennstoff in den Freiraum, um darin eine Flamme zum Beaufschlagen der Schicht mit dem Material (14) mit Infrarotstrahlung bereitzustellen.

6. Ein Aushärteofen gemäß Anspruch 5, worin die Einrichtung zum Einspritzen von Brennstoff einen Vorratsbehälter für Erdgas umfaßt.

7. Ein Verfahren zum Aushärten eines Farb- bzw. Lackanstriches mittels eines Aushärteofens (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit den Verfahrensschritten:

Beaufschlagen einer Materialschicht(14) mit Infrarotstrahlung, die geeignet ist als Antwort auf die Beaufschlagung mit Infrarotstrahlung Ultraviolettstrahlung auszusenden; und

den Farb- bzw. Lackanstrichs der von der Materialschicht (14) ausgesandten Ultraviolettstrahlung aussetzen.

8. Ein Verfahren gemäß Anspruch 7, worin mit Infrarotstrahlung mittels einer Gasflamme beaufschlagt wird.

9. Ein Verfahren gemäß Anspruch 7 oder 8, worin mit Infrarotstrahlung mittels einer elektrischen Lampe beaufschlagt wird.