WO2005093858A2 - Flächige uv-lichtquelle - Google Patents

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WO2005093858A2
WO2005093858A2 PCT/EP2005/003268 EP2005003268W WO2005093858A2 WO 2005093858 A2 WO2005093858 A2 WO 2005093858A2 EP 2005003268 W EP2005003268 W EP 2005003268W WO 2005093858 A2 WO2005093858 A2 WO 2005093858A2
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Hans G. Platsch
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Platsch Gmbh & Co. Kg
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    • F21K—NON-ELECTRIC LIGHT SOURCES USING LUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING ELECTROCHEMILUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING CHARGES OF COMBUSTIBLE MATERIAL; LIGHT SOURCES USING SEMICONDUCTOR DEVICES AS LIGHT-GENERATING ELEMENTS; LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21K9/00—Light sources using semiconductor devices as light-generating elements, e.g. using light-emitting diodes [LED] or lasers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V29/00—Protecting lighting devices from thermal damage; Cooling or heating arrangements specially adapted for lighting devices or systems
    • F21V29/50—Cooling arrangements
    • F21V29/70—Cooling arrangements characterised by passive heat-dissipating elements, e.g. heat-sinks
    • F21V29/83—Cooling arrangements characterised by passive heat-dissipating elements, e.g. heat-sinks the elements having apertures, ducts or channels, e.g. heat radiation holes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B3/00—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat
    • F26B3/28—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat by radiation, e.g. from the sun
    • F26B3/283—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat by radiation, e.g. from the sun in combination with convection
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D3/00—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials
    • B05D3/06—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials by exposure to radiation
    • B05D3/061—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials by exposure to radiation using U.V.
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V29/00—Protecting lighting devices from thermal damage; Cooling or heating arrangements specially adapted for lighting devices or systems
    • F21V29/50—Cooling arrangements
    • F21V29/60—Cooling arrangements characterised by the use of a forced flow of gas, e.g. air
    • F21V29/67—Cooling arrangements characterised by the use of a forced flow of gas, e.g. air characterised by the arrangement of fans
    • F21V29/677—Cooling arrangements characterised by the use of a forced flow of gas, e.g. air characterised by the arrangement of fans the fans being used for discharging

Definitions

  • the invention relates to a flat UV light source according to the preamble of claim one.
  • Flat UV light sources are also known which, for. B. used in tanning beds. They comprise a plurality of fluorescent tubes running parallel to one another. However, with such flat UV light sources it is not possible to generate the radiation intensity that is necessary for commercial purposes, in particular the drying of UV printing inks.
  • UV-LEDs UV-emitting light-emitting diodes
  • the development of the invention according to claim 2 is advantageous in terms of achieving a high radiation density and uniformity of the radiation field generated.
  • a scattering of UV light is obtained, according to claims 5 and 6, an equalization by small convex or concave concave mirror.
  • the focal length of the latter is chosen so that the focal point is far from the plane of the surface to be illuminated, so that the concave mirror also causes an expansion of a partial light beam falling on it.
  • LEDs typically have the highest radiation density on their axis.
  • the energy from the axis of an LED is smeared into the spatial areas spaced from the axis.
  • UV treatment with different wavelengths, e.g. B. in order to initially only dry a printing ink and then harden it in volume or to activate various initiators. This is possible with a light source according to claim 11.
  • the development of the invention provides for an equal cooling of the different LEDs of the matrix.
  • the development of the invention according to claim 17 serves for a uniform cooling air supply to the various cooling air slots and thus a uniform cooling of the various LEDs.
  • a light source as specified in claim 19 is particularly well suited for the treatment of workpieces or products on a curved section of the conveying path along which the workpieces or products are moved.
  • Such curved light sources are particularly suitable for use on cylinders through which printed products are conveyed.
  • the arrangement of the light-emitting diodes on a concavely curved spherical surface also enables high illumination densities to be generated at the intersection of the axes of the different light-emitting diodes.
  • the development of the invention according to claim 20 is also advantageous with regard to having the illuminance in the treatment area uniform.
  • simple assembly of the LEDs is ensured on the one hand, and on the other hand the LEDs combined into one unit can be cooled very effectively and intensively.
  • the development of the invention according to claim 24 is also advantageous with regard to good heat dissipation from the semiconductor materials of the light-emitting diodes.
  • a preferred nesting of heat-conducting surfaces and power supply is obtained according to claim 26.
  • Liquid cooling as addressed in claim 29, is particularly effective.
  • the development of the invention according to claim 30 also serves to dissipate heat from the surroundings of the light-emitting diodes, the heated gaseous fluid being able to be directed against the workpieces to be dried or heated if necessary, so that this heat can be used as process heat.
  • a light source according to claim 33 is used to irradiate workpieces moving past it or if such a light source is moved relative to a stationary workpiece, the different surfaces of the workpiece are irradiated with the same illuminance. The drying or hardening of the material layers carried by the workpiece is thus carried out equally well.
  • the fastening means can at the same time securely fix the adjacent holding frame.
  • Each holding frame is thus clamped at both ends, which ensures safe and precise positioning the holding frame on the housing and thus also the light-emitting diodes are secured by the contacts and heat-conducting surfaces that work with them.
  • the holding frames on the edge are secured to the housing in a particularly secure manner.
  • the housing of the light source can be provided in a cost-effective manner with a large number of different channels which serve as coolant channels, diode receiving grooves, mounting grooves, line channels.
  • the development of the invention according to claim 39 is advantageous with regard to a simple mounting of the light source on a machine frame, a simple assembly of light sources into extended light sources and with regard to the attachment of additional devices to the light source.
  • a light source according to claim 40 has an air channel molded in from the start, which does not have to be produced by mechanical processing.
  • LEDs typically have relatively low supply voltages (around 2.4 V, for example). If one groups together such light-emitting diodes in groups of five or ten, which are connected in series according to claim 42, then one arrives at supply voltages of 12 V or 24 V or corresponding multiples of these values, and inexpensive power supply units are available as standard components for these supply voltages ,
  • the desired series connection of light-emitting diodes is obtained automatically by bringing the light-emitting diodes arranged in the matrix into contact with the connection circuits underneath.
  • the development of the invention according to claim 44 has the advantage that the failure of a single light-emitting diode only leads to a slight change in the total amount of light emitted in the light source.
  • FIG. 1 A schematic section from a printing press, in which various possibilities UV drying of in-cylinder and freely conveyed printed products is shown;
  • Figure 2 A schematic representation of a flat UV dryer, which is intended for drying printed products in a straight section of their conveying path;
  • FIG. 3 An enlarged view of part of the UV dryer shown in Figure 2, based on which the cooling of the diodes of the dryer is explained;
  • Figure 4 A section through a modified UV dryer, which is intended for drying the printed products conveyed by a cylinder;
  • Figure 5 A plan view of part of the diode arrangement of a modified UV dryer
  • FIG. 6 an axial section through one of the diodes of the arrangement according to FIG. 5 together with a region of a mirror surrounding it and a scattering element arranged in front of a mirror opening;
  • Figure 7 A top view of the back of a diode tile with liquid cooling
  • FIG. 8 A top view of an only partially equipped UV light tile, which is part of a further modified UV dryer
  • FIG. 9 A top view of the end face of the UV light tile shown in FIG. 8;
  • Figure 10 A view of two fully populated adjacent UV light tiles
  • Figure 11 A plan view of the top of a light tile housing without light emitting diodes and diode holding plates;
  • Figure 12 A transverse section through the housing shown in Figure 11 along the section line XII-XII;
  • Figure 13 A transverse section through the housing shown in Figure 11 along the section line XIII-XIII;
  • FIG. 14 A top view of the component side of a connection board which is used in the UV light tile according to FIGS. 8 to 13, the connection contacts of various light-emitting diodes to be thought of above the connection board being shown in broken lines;
  • Figure 15 A plan view of the conductor side of the connector board shown in Figure 14;
  • Figure 16 A plan view of a diode holding frame of the UV light tile according to Figures 8 to 13;
  • Figure 17 A longitudinal section through the diode holding frame shown in Figure 16;
  • FIG. 19 a transverse section through a further modified housing for a UV light tile
  • Figure 20 An enlarged transverse section through a retaining bar with which diode holding frame are clamped to the light source housing;
  • Figure 21 An enlarged plan view of an end portion of a diode holding frame
  • Figure 22 A schematic partial top view of a UV light tile, in which the light-emitting diodes are operated in parallel.
  • FIG. 1 shows a section of a sheet-fed printing press which comprises two printing towers 10, 12.
  • Each of the printing towers has an inking unit 14 which supplies ink to an application cylinder 16.
  • This supplies a pressure cylinder 18, which works together with a counter cylinder 20.
  • a schematically indicated conveyor 22 carries individual printed sheets 24 using grippers 26 to the counter cylinder 20. This takes over the printed sheets with its own grippers and carries them past the printing cylinder 18. This creates a layer of ink on the print sheet 24.
  • the printed sheets pass a UV dryer, designated 28 overall, which is concentric with the axis of the counter-cylinder 20 is partially cylindrical.
  • the printed sheets 24 are then taken over by a transfer cylinder 30, the outer surface of which is transparent (cylinder made of quartz, glass or UV-transparent plastic or wire mesh).
  • a UV dryer Arranged in the interior of the transfer cylinder 30 is a UV dryer, designated as a whole by 32, which is designed to be partially cylindrical to the axis of the transfer cylinder 30.
  • the printed sheets arrive at a further counter cylinder 34 and, lying thereon, are moved past another UV dryer 36, which is again designed to be part-cylindrical, concentric with the axis of the counter cylinder 34.
  • the printing sheets are taken over from the printing cylinder 38 by an endless conveyor 40.
  • a further UV dryer 42 which is flat, is arranged in a horizontal section of the conveying path of the endless conveyor 40.
  • FIG. 1 thus shows various options for arranging UV dryers on curved and straight sections of the conveying path of printed sheets.
  • FIG. 2 shows details of the flat UV dryer 42.
  • a housing 44 delimits a distribution space 46 which is blown with air by a fan 48.
  • a front wall 50, generally designated 50, of the housing 44 has a front slit plate 50V and a rear slit plate 5OH, which are spaced apart by an intermediate frame 50Z.
  • the slot plates 50V and 5OH each have a plurality of slots 52 running perpendicular to the plane of the drawing and webs 54 remaining therebetween.
  • the webs 54 carry rows of light emitting diodes 56-1, 56-2 and 56-3.
  • the light emitting diodes 56 emit in the ultraviolet, specifically at different wavelengths: the light emitting diodes 56-1 have a wavelength of 256 nm, the light emitting diodes 56-2 have a wavelength of 308 nm and the light emitting diodes 56-3 have a wavelength of 360 nm.
  • more than one row of a certain type of diode can be provided on each of the slit plates 50V and 50H in order to have an increased power from a certain wavelength.
  • the rows of LEDs can be switched on separately so that individual wavelengths can be used separately, if necessary. Furthermore, at least the light-emitting diodes located in the end regions of the webs 54 can be switched separately in order to be able to take the width of the printed products into account.
  • Each row of light-emitting diodes sits on an elongated circuit board 58 which carries the leads to the different light-emitting diodes.
  • the circuit boards 58 are in turn connected to a power supply 60, which provides the operating voltages for the various light-emitting diodes.
  • the light-emitting diodes 56 each generate a UV light cone 62 with an opening angle of approximately 60 °. In this way, the different light cones of successive rows overlap in a plane 64, in which printing sheets to be dried are moved from right to left in the drawing.
  • the printing sheets carrying a printing ink layer thus pass through UV radiation regions of different wavelengths one after the other, so that different chemical reactions in the printing ink which cause the curing and drying are triggered.
  • the light-emitting diodes 56 are cooled by the air curtains 66 which pass between the webs 54. Heat absorbed by the air curtains 66 is conveyed to the tops of the printed sheets 24.
  • a small distance is desirable with a view to allowing the entire light cone of the rear light-emitting diodes to pass directly through the slots 54 of the front slot plates.
  • a mirroring of the back of the The front slotted plate ultimately also ensures the use of the beam bundle portions that are not directly passed through from the rear of the 50V slotted plate.
  • FIG. 3 shows details of the arrangement of UV light emitting diodes in a modified UV dryer unit. Components which have already been explained above with reference to FIG. 2 are again provided with the same reference symbols and will not be described again.
  • the cooling air distribution space 46 is now delimited by the front wall 50, which is itself designed as a slotted plate, and a rear wall 68, which is arranged at a distance of a few mm above the front wall 50.
  • the rear wall 68 in turn has, at larger intervals, transverse slots 70 which are connected to the interior of cooling air profiles 72, which are each provided with an elongated outlet nozzle 74 on the side adjacent to the rear wall 68.
  • light-emitting diodes 76 are applied to the rear wall 68, the axes of which are aligned with the axes of the slots 52.
  • the light-emitting diodes 76 are attached to the rear wall 68 via circuit boards, which are not closer, which are comparable to the circuit boards 58.
  • the cooling air profiles 72 are connected to a cooling air line 80, which is connected to a source 84 for cool compressed air via a pressure regulator 82.
  • the dryer shown in Figure 3 very has a compact structure.
  • the UV dryer can be curved so that it is convex or concave partially cylindrical, as are the UV dryers 32, 36 and 42 of FIG. 1.
  • FIG. 4 shows a modified curved UV dryer of this type, but in which a housing 44 is again provided, similar to the dryer according to FIG. 2, while the front wall 50 is curved, as just described. Even with such a UV dryer, some of the light-emitting diodes, which are shown at 76, can be arranged again so that the light generated by them passes through the slots 52 of the front wall 50.
  • the arrangement according to FIG. 4 can be used to jointly direct the UV beams onto a treatment zone in which a high energy density is then available (as shown), or also a surface section of a suitable cylinder, the radius of which is only a few none than that to apply UV light to the front wall 50 substantially uniformly.
  • FIGS. 5 and 6 show a modified front wall 50 which carries light-emitting diodes 56.
  • the light-emitting diodes 56 are circular disks and each have a window 86, from which UV radiation emerges, and a housing 88, which accommodates the UV-emitting semiconductor material and, if appropriate, this spatially closely adjacent further electronic components and the connection contacts of the light-emitting diode.
  • the front wall 50 overall has a reflective, for example smooth and chrome-plated front, and in the rear
  • the shafts of the light emitting diodes 56 each have a cup-shaped projection 90 produced by deep drawing.
  • the bottom of the projection 90 has a window 92 which corresponds to the size of the window 86.
  • the lens 96 has a flat front face 98 and a conical rear face 100.
  • the opening angle of the cone 100 is approximately 160 ° in the illustrated embodiment.
  • the lens 96 is made entirely of UV-transparent material (e.g. quartz) and the rear face 98 is vapor-permeable in such a way that the permeability increases with increasing distance from the lens axis.
  • UV-transparent material e.g. quartz
  • the diffusing screen 96 reflects a larger part of the central portion of the light bundle generated by the light-emitting diode 56 than of regions of the light bundle close to the edge.
  • the decrease in the reflection factor in the radial direction is selected such that it essentially compensates for the radial decrease in the radiation density in the light beam generated by the light-emitting diode 56.
  • the reflected portions of the UV light reach the sections 102 of the reflecting front wall 50 which are located radially outside the projection 90 and which are curved so strongly concave that the focal point of the corresponding small concave mirror is far from the conveying plane of the printed sheets.
  • the portions of the UV light reflected by the diffusing screens 96 are likewise directed tion reflected on the treatment level, so that the areas between the light emitting diodes of the UV light source are not dark.
  • the light-emitting diodes 56 of successive rows of the diode matrix are offset from one another by half a division. E.g. moves a workpiece to be treated in FIG. 5 in the vertical direction, the darker points of the radiation density of a row correspond to the lighter ones
  • the front of the mirrored front wall 50 may (before mirroring) be sandblasted or otherwise uneven to obtain a diffuse reflection thereon.
  • the light-emitting diodes are packed tightly practically without any spacing.
  • the non-radiating surface areas are only small, so that there is no need for a further light-emitting diode arrangement provided in a rear plane, in particular if the above-described equalization of the light flow by diffusing screens is used.
  • FIG. 7 shows a diode tile, generally designated 104, with integrated water cooling from the rear.
  • the LEDs are on the other side and are not shown.
  • the diode tile 104 comprises a printed circuit board 106 which is laminated with copper on both sides. Conductor tracks are formed on the lamination to be considered below the drawing level, by means of which the various light-emitting diodes carried by this circuit board side in surface-mounted technology are connected to the power supply unit.
  • Straight cooling tubes 110 made of copper are soldered continuously on the copper layer 108 of the circuit board 106 lying in the drawing plane.
  • the two ends of the cooling pipes 110 are connected by head channels 112, 114, which are also soldered continuously to the copper layer 108. Under operating conditions, one of these is connected to a cooling water source, the other to a cooling water sink.
  • the copper layer 108 is cooled via the water flowing through the cooling pipes 110, and from there the cooling of the rear sides of the light-emitting diodes 56 takes place.
  • a total of 120 denotes a kachiform light source unit which has a housing 122.
  • connection boards 130 are placed on the shoulders 128, which will be described in more detail later with reference to FIGS. 14 and 15 and are indicated by dashed lines in FIG.
  • a plurality of holding plates 132 are screwed into the recess 124 and are shown in more detail in FIGS. 16 and 17.
  • Each of the holding plates 132 has circular depressions 134 on its underside, each of which serves to receive the upper end of a circular-disk-shaped light-emitting diode 136 which emits in the UV.
  • the holder plate 132 is formed with windows 138, the walls of which are set at an angle of approximately 60 to the plane of the plate.
  • Each of the holder plates 132 has two rows each of five windows 138 and recesses 134 aligned therewith, and a plate section 140 which is on the right in the drawing and is free of windows and has a bore 142 for receiving a fastening screw 144.
  • the head of the fastening screw 144 works together with a circular holding disk 146, the radius of which is dimensioned such that it still slightly overlaps the adjacent edge of an adjacent holding plate 132, as can be seen from FIGS. 8 and 10.
  • the holding plates 132 have a groove 148 in the section adjacent to the bore 142, in which a spring 150 can be received in a form-fitting manner, which is carried by the other end of the adjacent holding plate 132.
  • a fastening screw 144 fixes the abutting ends of two adjacent holding plates 132 to the bottom of the depression 124.
  • the height of the holding plates 132 is chosen according to the depth of the recess 124, so that the front of the
  • Housing 122 and the front sides of the holding plates 132 form a continuous surface.
  • the holding plates 132 are each offset by a division of the windows 138.
  • threaded bores 152 which are provided on the bottom of the recess 124 (cf. FIG. 11), are correspondingly offset from one another.
  • the holding plates 132 adjacent to the edge of the light source unit 120 are shortened in accordance with the displacement of the holding plates and, in the light source unit shown in FIG. 8, comprise four window pairs in the top row on the left and one window pair on the right (plate not shown), three window pairs in the middle row on the left two pairs of windows on the right (plate not shown) and two pairs of windows in the bottom row on the left and three pairs of windows on the right (plate not shown).
  • FIG. 10 also shows a further light source unit 120 ′, which is a mirror image of the light source unit 120 (vertical mirror plane).
  • such a double light source unit has 10 light-emitting diodes in each of the vertical columns, so that, averaged over the columns of the light source unit 120 and 120 ', each has the same overall illuminance. If workpieces to be irradiated are moved under the double light source unit of FIG. 10, they thus receive the same amount of UV light in all areas.
  • connection boards 130 (see FIGS. 14 and 15) have contact points 156A and 156K (or generally 156), which are soldered to the connection contacts (anode and cathode) of the light-emitting diodes 136.
  • contact points 156A and 156K or generally 156
  • connection contacts anode and cathode
  • UV light-emitting diodes already have contacts prepared with solder, so that it is sufficient to solder the light-emitting diodes to the connection board 130, to place the light-emitting diodes 136 in the correct orientation on the connection boards 130 and to heat the soldering points briefly, e.g. B. by hot air.
  • the cathode contacts 156K of the light-emitting diodes 136 are in each case with the anode contacts 156A of the adjacent light-emitting diodes connected by a conductor 158.
  • the five LEDs in a row are thus connected in series.
  • an operating voltage for five light-emitting diodes of 12 V connected in series is thus obtained.
  • the interconnects on the right in the drawing are connected by a bridge BR, the upper group of five LEDs can be connected to the lower one
  • connection board 130 extends through aligned vertical bores 162 which penetrate the housing 122 in the vertical direction, as can be seen particularly well from FIG.
  • a recess 164 running in the longitudinal direction, which together with a cover 166 indicated in dashed lines in FIG. 9, which closes the underside of the housing 122, defines a cable duct 168.
  • the various supply lines 160 extend to the end face of the light source unit 120 or 120, where they are connected to a connector plug, which is indicated by dashed lines in FIG. 8 at 170.
  • the location is of shoulders 128 are selected so that the top of the connection boards 130 is flush with the bottom of the recess 124.
  • heat dissipation contacts 172 of the various light-emitting diodes 136 are inevitably in heat-conducting contact with the top of the bottom of the depression 124.
  • the heat generated in the light-emitting diodes 136 during operation is dissipated so well to the housing 122, which consists of a material which is a good heat conductor, such as aluminum.
  • the top of the bottom of the recess 124 is therefore also referred to as the heat dissipation surface.
  • coolant channels 174 are incorporated into the housing 122 and are connected or connected to one another via a front part 176 placed on the end faces of the housing 122 with a supply line 178 or a return line 180 for cooling water. In this way, the heat generated by the light-emitting diodes 136 is dissipated very effectively overall, and the housing 122 can have compact dimensions.
  • Coolant channels 182 are provided in the housing 122, which are connected to a compressed air line 184 via the end parts 176.
  • the coolant channels 182 are connected to the front of the holding plates 132 via vertical branch channels 186. Air escaping there has taken up heat when flowing through the housing 122 and can carry this heat as process heat to the workpiece to be treated.
  • the amount of water moved via the coolant channels 174 can be used to set how warm the air which is discharged via the branch channels 186 is.
  • the width of the receiving grooves 126 just sized so that they can accommodate the connector boards 130.
  • the width thereof is dimensioned such that it is possible to accommodate longitudinally running conductor tracks on the connection board 130 which electrically connect the light-emitting diodes 136 in a row in series.
  • the heat dissipation contacts 172 come to lie outside the connection board 130 and thus lie on the bottom of the depression 124 when the light source unit is assembled in the ready-to-operate state.
  • Figure 18 shows left and right of the center line two alternatives for a modified housing 122, the underside of which can be divided into two longitudinal channels 192, 194 using an intermediate wall 188 and a cover 190, which can be used as an air duct or cable duct.
  • this housing 122 only the coolant channels 174 to which liquid is applied are present, further open channels 196, 198, 200 serve as receptacles for self-tapping screws with which end parts of the housing can be attached to the latter.
  • the housing modified again in FIG. 19 is similar to that in FIG. 18, only mounting grooves 202, 204 are provided on the sides, which can accommodate foot sections of attachments or housing coupling elements to be attached to the light source unit.
  • FIG. 20 shows, on an enlarged scale, a transverse section through one of the two retaining strips 206, which overlaps the edge-side ends of the retaining plates 132 and against the force of fastening screws 208 depression 124 presses.
  • FIG. 21 the edge section of a holding plate 132 is rotated 90 from its plane, but is shown in the longitudinal position relative to the holding bar 206 which it occupies in the mounted light source unit 120. It can be seen that the edge of this holding plate 132 fits exactly into a lower recess 210 in the holding strip 206.
  • the retaining strip 206 is provided with a stepped bore 212 for receiving a fastening screw 208 (see FIG. 1).
  • the front sides of the holding plates 132 are ground and chromed, so that they in turn form a mirror surface.
  • FIG. 22 shows a plan view of a part of a UV light tile 120 without the holding plates 132.
  • Light-emitting diodes 132 are shown as if they were transparent in order to be able to show the anode connection contacts 156A and cathode connection contacts 156K as well as an anode supply rail 214A and a cathode supply rail 214K.
  • the supply contacts 156 of a light emitting diode 132 (round dots) and their heat dissipation contacts 172 (small squares) are equidistant from the axis of the circular disc (high axis of the light emitting diode) and lie at the corners of a square.
  • the square edge which is defined by the connecting line of the supply contacts 156A and 156K is approximately 20 degrees tilted against the direction of the supply rails 214. This is achieved by rotating the LEDs around their vertical axis.
  • the exemplary embodiments for planar UV light sources described above result in a radiation density due to the high packing of light-emitting diodes, which is sufficient for the curing of UV printing inks.
  • the radiation density in the treatment area can be increased further by superimposing the light bundles with a convex curvature of the wall carrying the light-emitting diodes, as shown in FIG.
  • the areal UV light sources described above are characterized by a very simple mechanical structure. They are also low-maintenance in long-term operation because the LEDs have a long service life compared to conventional UV light sources.
  • the power supply for the operation of such UV light sources can be very compact and simple.
  • the UV light source itself is also compact and can be easily adapted to different geometries of the conveying path of the products to be treated.
  • UV light sources in connection with the drying of printing inks on sheet-like ones Describe printed products. It goes without saying that they can also be used for other radiation purposes which require flat or focused UV light. This includes in particular the hardening or drying of plastic materials when printing or coating products made of sheet metal, foils, wood, glass and plastics such as plastic containers and printed circuit boards.
  • the UV light sources according to the invention can also be used advantageously for extensive disinfection, for initiating chemical reactions and for biochemical recations.

Abstract

Eine flächige UV-Lichtquelle umfasst eine dichte Packung in einer Matrix angeordneter UV-Leuchtdioden (56). Letzere werden durch Kühlluftströme (66) oder Kühlwasserströme gekühlt.

Description

Flächige UV-Lichtquelle
Die Erfindung betrifft eine flächige UV-Lichtquelle gemäß dem Oberbegriff des Anspruches eins.
Flächige UV-Lichtquellen werden u. a. in der Druckindu- strie verwendet, um UV-härtbare Druckfarben zu trocknen. Derartige Trockner umfassen Quecksilber-Dampflampen. Zum Betreiben derartiger Quecksilber-Dampflampen sind teure und sperrige Netzgeräte notwendig, welche eine hohe Zündspannung eine Brennspannung bereitstellen müs- sen. Tpischerweise enthalten derartige Netzgeräte große Drosseln und Kondensatoren.
Es sind ferner flächige UV-Lichtquellen bekannt, die z. B. in Bräunungsbänken verwendet werden. Sie umfassen eine Mehrzahl parallel zueinander verlaufender Leuchtröhren. Mit solchen flächigen UV-Lichtquellen kann man jedoch nicht die Strahlungsintensität erzeugen, die für gewerbliche Zwecke, insbesondere das Trocknen von UV-Druckfarben notwendig sind.
Es gibt mittlerweise UV-emittierende Leuchtdioden (UV-LED) Durch die vorliegende Erfindung soll eine flächige UV- Lichtquelle auf der Basis derartiger UV-LEDs geschaffen werden.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch eine UV-Lichtquelle mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen.
Vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sind in Unter- ansprüchen angegeben.
Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 2 ist im Hinblick auf das Erreichen einer hohen Strahlungs- dichte und auf Gleichförmigkeit des erzeugten Strahlungsfeldes von Vorteil .
Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 3 wird eine weitere Vergleichmäßigung des Strahlungs- feldes erzielt.
Auch die Weiterbildungen der Erfindung gemäß den Ansprüchen 4 bis 9 dienen der Vergleichmäßigung der Energiedichte im Strahlungsfeld.
Gemäß Anspruch 4 erhält man eine Streuung von UV-Licht, gemäß den Ansprüchen 5 und 6 eine Vergleichmäßigung durch kleine konvexe oder konkave Hohlspiegel . Dabei ist die Brennweite der letzteren so gewählt, daß der Brennpunkt weit von der Ebene der zu beleuchtenden Fläche entfernt ist, so daß auch der konkave Spiegel im Effekt eine AufWeitung eines auf ihn fallenden Teil-Lichtbündels bewirkt .
Typischerweise haben Leuchtdioden auf ihrer Achse die höchste Strahlungsdichte. Mit der Weiterbildung er Erfindung gemäß Anspruch 8 wird ein Verschmieren der Energie von der Achse einer LED in die von der Achse beab- standeten Raumbereiche erhalten.
Dabei erfolgt bei einer Lichtquelle gemäß Anspruch 9 das Umverlagern von Energie von der Strahlachse zu anderen Raumbereichen gezielt durch vor den LEDs auf deren Achse angeordnete Streuelemente . Diese können z.B. Teilverspiegelungen aufweisen, deren Abfall in radialer Richtung gemäß Aspruch 10 so gewählt ist, daß man unter Berücksichtigung der Strahlungscharakteristik der LED hinter dem Streuelement im wesentlichen gleiche Energiedichte erhält .
Für manche Verwendungszwecke ist es vorteilhaft, eine UV-Behandlung mit unterschiedlichen Wellenlängen vorzunehmen, z. B. um eine Druckfarbe zunächst nur anzutrocknen und dann im Volumen durchzuharten oder um verschiedene Initiatoren zu aktivieren. Dies ist mit einer Lichtquelle gemäß Anspruch 11 möglich.
Dabei ist mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 12 gewährleistet, daß bei Verwendung der UV- Lichtquelle zum Behandeln von bewegten Werkstücken die transversal zur Bewegungsrichtung liegenden Oberflächenbereiche des Werkstückes in gleicher Weise mit UV- Strahlung beaufschlagt sind.
Dabei ist bei einer Lichtquelle gemäß Anspruch 13 gewährleistet, daß insgesamt in einem bewegten Werkstück keine "Streifen" entstehen, da die Stellen kleinster Energiedichte einer LED-Reihe mit den Stellen größter Energiedichte der benachbarten LED-Reihen in Förder- richtung der Werkstücke fluchten.
Bei einer Lichtquelle gemäß Anspruch 14 ist gewährleistet, daß die an den LEDs auftretende Verlustwärme gut abgeführt werden kann.
Dabei sorgt die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 15 für eine gleiche Kühlung der verschiedenen LEDs der Matrix.
Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 16 ge- stattet es, zwischen Reihen aufeinanderfolgender benachbarter LEDs breite Kühlluftschlitze vorzusehen, wobei aber trotzdem gewährleistet ist, daß auch in den entsprechenden Bereichen der Behandlungsfläche die glei- ehe UV-Strahlungsdichte erzielt wird, da die hinteren LEDs ihre Strahlung durch die Kühlluftschlitze abgeben.
Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 17 dient einer gleichmäßigen Kühlluftversorgung der verschiedenen Kühlluftschlitze und damit einer gleichförmigen Kühlung der verschiedenen LEDs.
Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 18 ist im Hinblick auf preiswerte Herstellung der Lichtquell von Vorteil .
Eine Lichtquelle, wie sie im Anspruch 19 angegeben ist, eignet sich besonders gut zur Behandlung von Werkstük- ken oder Produkten an einem gekrümmten Abschnitt des Förderweges, längs der die Werkstücke bzw. Produkte bewegt werden. Derartige gewölbte Lichtquellen eignen sich insbesondere zum Einsatz an Zylindern, durch welche Druckprodukte gefördert werden.
Durch die Anordnung der Leuchtdioden auf einer konkav gekrümmten sphärischen Fläche lassen sich auch hohe Beleuchtungsdichten am Schnittpunkt der Achsen der verschiedenen Leuchtdioden erzeugen.
Auch die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 20 ist im Hinblick darauf vorteilhaft, die Beleuchtungsstärke in der Behandlungsfläche gleichförmig zu haben. Bei einer Lichtquelle gemäß Anspruch 21 ist zum einen eine einfache Montage der LEDs gewährleistet, zum anderen können die zu einer Einheit zusammengefassten LEDs sehr wirkungsvoll und intensiv gekühlt werden.
Dabei ist bei einer Lichtquelle gemäß Anspruch 22 auf sehr einfache Weise ein guter thermischer Kontakt zwischen Kühlflüssigkeit führenden Kühlrohren und den LEDs gewährleistet .
Bei einer Lichtfläche gemäß Anspruch 23 hat man eine intensive und gleiche Kühlung der verschiedenen LEDs, die von einer Leiterplatte getragen sind.
Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 24 ist auch im Hinblick auf gute Wärmeabfuhr von den Halbleitermaterialien der Leuchtdioden von Vorteil.
Die Anordnung von Wärmekontakten und Stromversorgungs- kontakten, wie sie im Anspruch 25 angegeben ist, ermöglicht es, die Abfuhr der Wärme und die Zufuhr von Strom unter Verwendung von Schienen zu bewerkstelligen, die über eine Mehrzahl von Leuchtdioden hinweglaufen. Man erhält so eine besonders übersichtliche und mechanisch einfache Anordnung.
Eine bevorzugte Verschachtelung von Wärmeleitflächen und Stromzuführung erhält man gemäß Anspruch 26.
Bei einer Lichtquelle gemäß Anspruch 27 hat man ein großes wärmeabführendes Metallvolumen in der Nachbarschaft der einzelnen Leuchtdioden, trotzdem aber die Möglichkeit einer einfachen und direkten Energiezufuhr.
Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 28 ist im Hinblick auf eine gute Kühlung der Wärmeleitflächen ihrerseits durch Kühlmittelkanäle von Vorteil .
Dabei ist eine Flüssigkeitskühlung, wie sie im Anspruch 29 angesprochen ist, besonders effektiv.
Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 30 dient ebenfalls der Wärmeabfuhr aus der Umgebung der Leuchtdioden, wobei das aufgeheizte gasförmige Strömungsmittel bei Bedarf gegen die zu trocknenden bzw. aufzuwärmenden Werkstücke gerichtet werden kann, so daß diese Wärme als Prozeßwärme nutzbar gemacht wird.
Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 31 erhält man auf einfache Weise eine sichere und präzise positionierte Anbringung der Leuchtdioden bei den Wärmeleitflächen.
Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 32 gestattet es, die Halterahmen dicht an dicht an einem Gehäuse festzulegen, welches die Wärmeleitflächen trägt.
Verwendet man eine Lichtquelle gemäß Anspruch 33 zum Bestrahlen von an ihr vorbeibewegten Werkstücken oder bewegt man eine solche Lichtquelle gegenüber einem feststehenden Werkstück, so werden die verschiedenen Oberflächen des Werkstücks mit gleicher Beleuchtungsstärke bestrahlt . Das Trocknen oder Aushärten der vom Werkstück getragenen Materialschichten erfolgt somit gleichmäßig gut .
Bei einer Lichtquelle gemäß Anspruch 34 können die Befestigungsmittel zugleich den benachbarten Halterahmen sicher festlegen. Jeder Halterahmen ist somit an beiden Enden festgespannt, was eine sichere und präzise Positionierung der Halterahmen am Gehäuse und damit auch der Leuchtdioden über den mit ihnen zusammenarbeitenden Kontakten und Wärmeleitflächen sicherstellt.
Bei einer Lichtquelle gemäß Anspruch 35 sind die randseiti- gen Halterahmen besonders sicher am Gehäuse festgelegt .
Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 36 ist im Hinblick darauf vorteilhaft, auch die Randbereiche des von den Leuchtdioden jeweils abgegebenen Lichtbündels nicht abzuschatten.
Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 37 ist wiederum im Hinblick auf gute und sichere Positionierung der Halterahmen am Lichtquellengehäuse von Vorteil.
Gemäß Anspruch 38 kann man das Gehäuse der Lichtquelle auf kostengünstige Weise mit einer Vielzahl unterschiedlicher Kanäle versehen, die als Kühlmittelkanäle, Dioden- Aufnahmenuten, Montagenuten, Leitungskanäle dienen.
Zugleich ist eine gute Wärmeabfuhr von den Leuchtdioden gewährleistet .
Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 39 ist im Hinblick auf eine einfache Montage der Lichtquelle an einem Maschinenrahmen, auf ein einfaches Zusammensetzen von Lichtquellen zu ausgedehnteren Lichtquellen und im Hinblick auf das Anbringen von Zusatzeinrichtungen an der Lichtquelle von Vorteil .
Eine Lichtquelle gemäß Anspruch 40 hat einen schon von Anfang an eingeformten Luftkanal, der nicht durch mechanische Bearbeitung erzeugt werden muß.
Ähnlich ist bei einer Lichtquelle gemäß Anspruch 41 schon ein Kabelkanal ganz oder weitgehend vorbereitet .
Leuchtdioden haben typischerweise verhältnismäßig kleine VersorgungsSpannungen (etwa im Bereich von 2,4 V) . Faßt man derartige Leuchtdioden in Gruppen zu fünf oder zehn zusammen, die gemäß Anspruch 42 in Reihe geschaltet sind, so kommt man auf VersorgungsSpannungen von 12 V bzw. 24 V oder entsprechenden Vielfachen dieser Werte, und für diese VersorgungsSpannungen stehen preiswerte Netzgeräte als Standardkomponenten zur Verfügung.
Mit der Weiterbildung gemäß Anspruch 43 erhält man die gewünschte Serienschaltung von Leuchtdioden automatisch mit dem in Kontakt bringen der in Matrix angeordneten Leuchtdioden mit den darunterliegenden Anschlußschaltungen.
Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 44 hat den Vorteil, daß der Ausfall einer einzigen Leuchtdiode nur zu einer geringen Änderung von in der Lichtquelle abgegebenen Gesamtlichtmenge führt.
Mit der im Anspruch 45 angegebenen Dreh-Ausrichtung der Leuchtdioden bezüglich ihrer zur Montagefläche senkrechten Hochsachse wird erreicht, daß man auch dann nebeneinander- liegende Strom-Zuführflächen und Wärmeableitflächen verwenden kann, wenn die Versorgungskontakte und Wärmeableit- kontakte der Leuchtdioden gleichen Abstand von der Dioden- Hochachse haben.
Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
Figur 1: Einen schematischen Ausschnitt aus einer Druck- maschine, in welchem verschiedene Möglichkei- ten einer UV-Trocknung von über Zylinder laufenden und frei geförderten Druckprodukten gezeigt sind;
Figur 2: Eine schematische Darstellung eines flachen UV-Trockners, der zum Trocknen von Druckprodukten in einem geradlinigen Abschnitt ihres Fδrderweges bestimmt ist;
Figur 3: Eine vergrößerte Darstellung eines Teiles des in Figur 2 gezeigten UV-Trockners, anhand der die Kühlung der Dioden des Trockners erläutert wird;
Figur 4 : Einen Schnitt durch einen abgewandelten UV- Trockner, der zum Trocknen vom durch einen Zylinder geförderten Druckprodukten bestimmt ist;
Figur 5: Eine Aufsicht auf einen Teil der Diodenanordnung eines abgewandelten UV-Trockners;
Figur 6 : Einen axialen Schnitt durch eine der Dioden der Anordnung nach Figur 5 zusammen mit einem sie umgebenden Bereich eines Spiegels sowie eines vor einer Spiegelöffnung angeordneten Streuelementes ;
Figur 7 : Eine Aufsicht auf die Rückseite einer Dioden- kachel mit Flüssigkeitskühlung;
Figur 8 : Eine Aufsicht auf eine nur teilweise bestückte UV-Lichtkachel, die Teil eines weiter abgewandelten UV-Trockners ist; Figur 9 : Eine Aufsicht auf die Stirnseite der in Figur 8 gezeigten UV-Lichtkachel;
Figur 10 : Eine Aufsicht auf zwei voll bestückte benachbarte UV-Lichtkacheln;
Figur 11: Eine Aufsicht auf die Oberseite eines Lichtkachel- Gehäuses ohne Leuchtdioden und Dioden-Halteplatten;
Figur 12 : Einen transversalen Schnitt durch das in Figur 11 gezeigten Gehäuses längs der dortigen Schnittlinie XII-XII;
Figur 13 : Einen transversalen Schnitt durch das in Figur 11 gezeigte Gehäuse längs der dortigen Schnittlinie XIII-XIII;
Figur 14 : Eine Aufsicht auf die Bestückungsseite einer An- schlußplatine, die in der UV-Lichtkachel nach den Figuren 8 bis 13 verwendet wird, wobei die Anschlußkontakte verschiedener über der Anschlußplatine zu denkender Leuchtdioden gestrichelt eingezeichnet sind;
Figur 15 : Eine Aufsicht auf die Leiterseite der in Figur 14 gezeigten Anschlußplatine;
Figur 16 : Eine Aufsicht auf einen Dioden-Halterahmen der UV-Lichtkachel nach den Figuren 8 bis 13;
Figur 17 : Einen Längsschnitt durch den in Figur 16 gezeigten Dioden-Halterahmen;
Figur 18: Einen transversalen Schnitt durch ein abgewandel¬
te tes Gehäuse für eine UV-Lichtkachel, wobei rechts und links der Mittellinie zwei alternative Ausführungsbeispiele gezeigt sind;
Figur 19: Einen transversalen Schnitt durch ein weiteres abgewandeltes Gehäuse für eine UV-Lichtkachel;
Figur 20: Eine vergrößerten transversalen Schnitt durch eine Halteleiste, mit welcher Dioden-Halterahmen am Lichtquellengehäuse festgespannt werden;
Figur 21: Eine vergrößerte Aufsicht auf einen Endabschnitt eines Dioden-Halterahmens; und
Figur 22 : Eine schematische Teilaufsicht auf eine UV- Lichtkachel, bei welcher die Leuchtdioden in Parallelschaltung betrieben werden.
In Figur 1 ist ein Ausschnitt aus einer Bogendruckma- schine wiedergegeben, welche zwei Drucktürme 10, 12 umfasst . Jeder der Drucktürme hat ein Farbwerk 14 , das Farbe auf einen Auftragszylinder 16 gibt. Dieser versorgt einen Druckzylinder 18, welcher mit einem Gegenzylinder 20 zusammenarbeitet.
Ein schematisch angedeuteter Förderer 22 trägt einzelne Druckbogen 24 unter Verwendung von Greifern 26 zum Gegenzylinder 20. Dieser übernimmt die Druckbogen mit eigenen Greifern und trägt sie an dem Druckzylinder 18 vorbei. Hierdurch wird eine Druckfarbenschicht auf dem Druckbogen 24 erzeugt .
Beim Weiterdrehen des Gegenzylinders 20 laufen die Druckbogen an einem insgesamt mit 28 bezeichneten UV-Trockner vorbei, der zur Achse des Gegenzylinders 20 konzentrisch teilzylindrisch ausgebildet ist.
Hinter dem UV-Trockner 28 werden die Druckbogen 24 dann von einem Übergabezylinder 30 übernommen, dessen Mantel- fläche transparent ist (Zylinder aus Quarz, Glas oder UV- transparentem Kunststoff oder Drahtnetz) . Im Inneren des ÜbergabeZylinders 30 ist ein insgesamt mit 32 bezeichneter UV-Trockner angeordnet, der zur Achse des Übertragungs- zylinders 30 konzentrisch teilzylindrisch ausgebildet ist.
Vom Übergabezylinder 30 gelangen die Druckbogen auf einen weiteren Gegenzylinder 34 und werden auf diesem liegend vor einem weiteren UV-Trockner 36 vorbeibe- wegt, der wieder zur Achse des Gegenzylinders 34 konzentrisch teilzylindrisch ausgebildet ist.
Für die Zwecke der Erläuterung sei angenommen, daß der Gegenzylinder 34 mit einem Druckzylinder 38 zusammen- arbeitet, der eine Klarlackschicht auf die Druckfarbe aufträgt .
Vom Druckzylinder 38 werden die Druckbogen durch einen Endlosfδrderer 40 übernommen.
In einem waagerechten Abschnitt des Fδrderweges des Endlosförderers 40 ist ein weiterer UV-Trockner 42 angeordnet, der eben ist.
Die Figur 1 zeigt somit verschiedene Möglichkeiten der Anordnung von UV-Trocknern an gekrümmten und geraden Abschnitten des Förderweges von Druckbogen.
Figur 2 zeigt Einzelheiten des ebenen UV-Trockners 42. Ein Gehäuse 44 begrenzt einen Verteilerraum 46, der durch ein Gebläse 48 mit Luft beaufschlagt ist.
Eine insgesamt mit 50 bezeichnete Vorderwand 50 des Gehäuses 44 weist eine vordere Schlitzplatte 50V und eine hintere Schlitzplatte 5OH auf, die durch einen Zwischenrahmen 50Z beabstandet sind.
Die Schlitzplatten 50V und 5OH haben jeweils eine Vielzahl senkrecht zur Zeichenebene verlaufender Schlitze 52 und dazwischen verbleibende Stege 54.
Die Stege 54 tragen Reihen von Leuchtdioden 56-1, 56-2 und 56-3.
Die Leuchtdioden 56 emittieren im Ultravioletten, und zwar bei unterschiedlichen Wellenlängen: Die Leuchtdioden 56-1 haben eine Wellenlänge von 256 nm, die Leuchtdioden 56-2 eine Wellenlänge von 308 nm und die Leuchtdioden 56-3 von 360 nm.
Falls gewünscht kann man von einer bestimmten Diodensorte auch mehr als eine Reihe auf jeder der Schlitzplatten 50V und 50H vorsehen, um von einer bestimmten Wellenlänge eine vergrößerte Leistung zu haben.
Die Leuchtdiodenreihen sind getrennt einschaltbar, um ggf. einzelne der Wellenlängen getrennt zu nutzen. Ferner sind zuindest die in den Endbereiche der Stege 54 liegenden Leuchtdioden getrennt schaltbar, um der Breite der Druckprodukte Rechnung tragen zu können.
Jede Leuchtdiodenreihe sitzt auf einer gestreckten Leiterplatte 58, welche die Zuleitungen zu den ver- schiedenen Leuchtdioden trägt. Die Leiterplatten 58 sind ihrerseits mit einem Netzgerät 60 verbunden, welches die Betriebsspannungen für die verschiedenen Leucht- dioden bereitstellt.
Wie aus Figur 2 ersichtlich, erzeugen die Leuchtdioden 56 jeweils einen UV-Lichtkegel 62 mit einem Öffnungswinkel von etwa 60°. Auf diese Weise überlappen sich die verschiedenen Lichtkegel aufeinanderfolgender Reihen in einer Ebene 64, in welcher zu trocknenden Druck- bogen in der Zeichnung von rechts nach links bewegt werden.
Man erkennt, daß die eine Druckfarbenschicht tragenden Druckbogen auf diese Weise UV-Strahlungsbereiche unter- schiedlicher Wellenlänge nacheinander durchlaufen, so daß unterschiedliche chemische Reaktionen in der Druckfarbe, welche das Härten und Trocknen bewirken, ausgelöst werden.
Durch die Luftvorhänge 66, welche zwischen den Stegen 54 hindurchtreten, werden die Leuchtdioden 56 gekühlt. Von den Luftvorhängen 66 aufgenommene Wärme wird zu den Oberseiten der Druckbogen 24 gefördert .
In Figur 2 ist der Abstand der Schlitzplatten 50V und
50H übertrieben groß wiedergegeben, um die Strömungsverhältnisse besser zeigen zu können. Es versteht sich, daß dieser Abstand in der Praxis gerade so groß gewählt wird, daß ausreichende Kühlluftströme gewährleistet sind.
Ein kleiner Abstand ist im Hinblick darauf erwünscht, möglichst den gesamten Lichkegel der hinteren Leuchtdioden durch die Schlitze 54 der vorderen Schlitzplatten direkt durchtreten zu lassen. Eine Verspiegelung der Rückseite der vorderen Schlitzplatte sorgt letztlich aber auch für die Nutzung der von der Rückseite der Schlitzplatte 50V nicht direkt durchgelassener Strahlbpndelanteile .
Figur 3 zeigt Einzelheiten der Anordnung von UV-Leuchtdioden bei einer abgewandelten UV-Trocknereinheit . Komponenten, die obenstehend schon unter Bezugnahme auf Figur 2 erläutert wurden, sind wieder mit denselben Bezugszeichen versehen und werden nicht nochmals be- schrieben.
Der Kühlluft-Verteilerraum 46 ist nun durch die selbst als Schlitzplatte ausgebildete Vorderwand 50 und eine Rückwand 68 begrenzt, die in einem Abstand von einigen mm über der Vorderwand 50 angeordnet ist. Die Rückwand 68 hat ihrerseits in größeren Abständen transversale Schlitze 70, die mit dem Inneren von Kühlluftprofilen 72 in Verbindung stehen, welche jeweils an der der Rückwand 68 benachbarten Seite mit einer gestreckten Auslaßdüse 74 versehen ist.
Um auch im Zwischenraum zwischen den von der Vorder- wand 50 getragenen Leuchtdioden UV-Strahlung zu haben, sind auf die Rückwand 68 Leuchtdioden 76 aufgebracht, wobei deren Achsen mit den Achsen der Schlitze 52 fluchten. Die Anbringung der Leuchtdioden 76 auf der Rückwand 68 erfolgt über nicht näher Leiterplatten, die den Leiterplatten 58 vergleichbar sind.
Die Kühlluftprofile 72 stehen Ihrerseit mit einer Kühl- luftleitung 80 in Verbindung, die über einen Druckregler 82 mit einer Quelle 84 für kühle Druckluft in Verbindung steht .
Man erkennt, daß der in Figur 3 gezeigte Trockner sehr kompakten Aufbau aufweist. Dadurch, daß man die Rückwand 68 konvex oder konkav krümmt, kann man den UV- Trockner so krümmen, daß er konvex oder konkav teilzylindrisch ist, wie dies die UV-Trockner 32, 36 und 42 von Figur 1 sind.
Figur 4 zeigt einen abgewandelten derartigen gekrümmten UV-Trockner, bei welchem jedoch wieder ein Gehäuse 44 vorgesehen ist, ähnlich wie beim Trockner nach Fi- gur 2, während die Vorderwand 50 gekrümmt ist, wie soeben beschrieben. Auch bei einem solchen UV-Trockner kann man einige der Leuchtdioden, welche bei 76 gezeigt sind, wieder so anordnen, daß das von ihnen erzeugte Licht durch die Schlitze 52 der Vorderwand 50 hindurchgeht .
Die Anordnung gemäß Figur 4 kann dazu verwendet werden, die UV-Strahlbündel gemeinsam auf eine Behandlungszone zu richten, bei der dann eine hohe Energiedichte vefügbar ist (wie gezeigt) , oder auch eine Oberflächenabschnitt eines passenden Zylinders, desen Radius nur wenige keiner ist als der der Vorderwand 50 im wesentlichen gleichförmig mit UV-Licht zu beaufschlagen.
Figuren 5 und 6 zeigen eine abgewandelte Vorderwand 50, welche Leuchtdioden 56 trägt. Die Leuchtdioden 56 sind kreisförmige Scheiben und haben jeweils ein Fenster 86, aus welchem UV-Strahlung austritt, und ein Gehäuse 88, welches das UV-emittierende Halbleitermaterial und ggf. die- sem räumlich eng benachbarte weitere elektronische Bauelemente und die Anschlußkontakte der Leuchtdiode aufnimmt .
Die Vorderwand 50 hat insgesamt eine spiegelnde, z.B. glatte und verchromte Vorderseite, und in der Nach- barschaft der Leuchtdioden 56 ist jeweils ein becherförmiger Vorsprung 90 durch Tiefziehen erzeugt. Der Boden des Vorsprunges 90 weist ein Fenster 92 auf, welches der Größe des Fensters 86 entspricht.
An der so stehenbleibende ringförmige Bodenwand des Vorsprunges 90 sind vier in Umfangsrichtung gleich verteilte axiale Arme 94 eingerastet, die an eine Streuscheibe 96 angeformt sind. Die Streuscheibe 96 hat eine plane vordere Stirnfläche 98 und eine kegelförmige hintere Stirnfläche 100. Der Öffnungswinkel des Kegels 100 liegt beim dargestellten Ausführungsbeispiel bei etwa 160°.
Die Streuscheibe 96 ist insgesamt aus im UV-durchlässi- gen Material (z.B. Quarz) hergestellt und die hintere Stirnfläche 98 ist halbdurchlässig bedampft und zwar derart, daß die Durchlässigkeit mit wachsendem Abstand von der Streuscheibenachse zunimmt .
Auf diese Weise reflektiert die Streuscheibe 96 vom mittleren Abschnitt des von der Leuchtdiode 56 erzeugten Lichtbündels einen größeren Teil als von randnahen Bereichen des Lichtbündels. Die Abnahme des Reflexionsfaktors in radialer Richtung ist so gewählt, daß sie im wesentlichen die radiale Abnahme der Strahlungsdichte im von der Leuchtdiode 56 erzeugten Lichtstrahl ausgleicht. Die reflektrierten Anteile des UV-Lichtes gelangen auf die radial außerhalb des VorSprunges 90 liegenden Abschnitte 102 der spiegelnden Vorderwand 50, welche so stark konkav gewölbt sind, daß der Brennpunkt der entsprechenden kleinen Hohlspiegel weit von der Förderebene der Druckbogen entfernt ist .
Auf diese Weise werden die von den Streuscheiben 96 reflektierten Anteile des UV-Lichtes ebenfalls in Rich- tung auf die Behandlungsebene reflektiert, so daß die zwischen den Leuchtdioden liegenden Bereiche der UV- Lichtquelle nicht dunkel sind.
Bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen sind die Leuchtdioden 56 aufeinanderfolgender Reihen der Diodenmatrix um eine halbe Teilung gegeneinander versetzt. Bewegt sich z.B. ein zu behandelndes Werkstück in Figur 5 in vertikaler Richtung, so entsprechen die dunkleren Stellen der Strahlungsdichte einer Reihe den helleren
Stellen der Strahlungsdichte der nachfolgenden Reihe, so daß man insgesamt eine gleichförmige UV-Bestrahlung der vorbeibewegten Produkte erhält .
Die Vorderseite der verspiegelten Vorderwand 50 kann (vor dem Verspiegeln) sandgestrahlt oder sonstwie uneben ausgebildet sein, um eine diffuse Reflexion an ihr zu erhalten.
Wie aus Figur 5 ersichtlich, sind die Leuchtdioden praktisch ohne Abstand dicht gepackt . Die nicht strahlenden Oberflächenbereiche sind nur klein, so daß man auf eine in einer hinteren Ebene vorgesehene weitere Leuchtdiodenanordnung verzichten kann, insbesondere wenn man die oben beschrie- bene Vergleichmäßigung des Lichtflusse durch Streuscheiben verwendet .
Statt einzelner Streuscheiben kann man auch eine entsprechende Teilverspiegelungen aufweisende durchgehende planparallele Platte aus Quarz oder dgl . verwenden.
Bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen erfolgte das Abführen von Abwärme von den Leuchtdioden 56 durch Kühlluft, die an den Leuchtdioden vorbeige- führt wird. Figur 7 zeigt eine insgesamt mit 104 bezeichnete Diodenkachel mit integrierter Wasserkühlung von der Rückseite her. Die Leuchtdioden befinden sich auf der andere Seite und sind nicht wiedergegeben. Durch Zusammensetzen einer Mehrzahl derartiger Diodenkacheln kann man eben oder gekrümmte UV-Lichtquellen mit größerer Abmessung erzeugen.
Die Diodenkachel 104 umfasst eine Leiterplatte 106, welche auf beiden Seiten mit Kupfer kaschiert ist. Auf der unterhalb der Zeichenebene zu denkenden Kaschierung sind Leiterbahnen ausgebildet, durch welche die verschiedenen von dieser Leiterplattenseite in surface mounted Technik getragenen Leuchtdioden mit dem Netzteil verbunden werden.
Auf der in der Zeichenebene liegenden Kupferschicht 108 der Leiterplatte 106 sind geradlinige Kühlrohre 110 aus Kupfer durchgehend aufgelötet. Die beiden Enden der Kühlrohre 110 sind durch Kopfkanäle 112, 114 verbünde, die ebenfall durchgehend auf die Kupferschicht 108 aufgelötet sind. Von diesen ist unter Einsatzbedingungen einer mit einer Kühlwasserquelle, der andere mit einer Kühlwassersenke verbunden.
Über das durch die Kühlrohre 110 strömende Wasser wird die Kupferschicht 108 gekühlt, und von dort aus erfolgt die Kühlung der Rückseiten der Leuchtdioden 56.
In den Figuren 8 bis 13 ist mit 120 insgesamt eine kacheiförmige Lichtquelleneinheit bezeichnet, die ein Gehäuse 122 aufweist .
Hierbei handelt es sich um ein Stück eines extrudierten Aluminiumprofils, welches auf seiner Oberseite mit einer flachen Vertiefung 124 ausgebildet ist, von welcher drei Aufnahmenuten 126 zurückspringen, deren Seitenwände jeweils eine Schulter 128 aufweist.
Auf die Schultern 128 sind bei fertig montierter Lichtquelleneinheit 120 jeweils Anschlußplatinen 130 aufgelegt, die unter Bezugnahme auf die Figuren 14 und 15 später genauer beschrieben werden und in Figur 12 gestrichelt angedeutet sind.
In die Vertiefung 124 ist eine Mehrzahl von insgesamt mit 132 bezeichneten Halteplatten 132 eingeschraubt, die in den Figuren 16 und 17 näher wiedergegeben sind.
Jede der Halteplatten 132 hat auf ihrer Unterseite kreisförmige Vertiefungen 134, die jeweils zur Aufnahme des oberen Endes einer kreis-scheibenförmigen Leuchtdiode 136 dienen, die im UV abstrahlt. Auf der Oberseite ist die Halterplatte 132 mit Fenstern 138 ausgebildet, deren WWäännddee uunntteerr eeiinnee)m Winkel von etwa 60 zur Plattenebene angestellt sind.
Jeder der Halterplatten 132 hat zwei Reihen aus jeweils fünf Fenstern 138 und hiermit fluchtenden Vertiefungen 134, und einen in der Zeichnung jeweils rechts gelegenen Plattenabschnitt 140, der von Fenstern frei ist und eine Bohrung 142 zur Aufnahme einer Befestigungsschraube 144 aufweist.
Der Kopf der Befestigungsschraube 144 arbeitet mit einer kreisförmigen Haltescheibe 146 zusammen, deren Radius so bemessen ist, daß er den benachbarten Rand einer benachbarten Halteplatte 132 noch geringfügig überlappt, wie aus Figur 8 und 10 ersichtlich. Die Halteplatten 132 haben in dem der Bohrung 142 benachbarten Abschnitt eine Nut 148, in welcher eine Feder 150 formschlüssig aufgenommen werden kann, die vom anderen Ende der benachbarten Halteplatte 132 getragen ist.
Auf diese Weise legt eine Befestigungsschraube 144 die auf Stoß benachbarten Enden zwei benachbarter Halteplatten 132 auf dem Boden der Vertiefung 124 fest.
Die Höhe der Halteplatten 132 ist entsprechend der Tiefe der Vertiefung 124 gewählt, so daß die Vorderseite des
Gehäuses 122 und die Vorderseiten der Halteplatten 132 eine durchgehende Fläche bilden.
Wie aus den Figuren 8 und 10 ersichtlich, sind die Halteplatten 132 jeweils um eine Teilung der Fenster 138 versetzt. Entsprechend sind Gewindebohrungen 152, die auf dem Boden der Vertiefung 124 vorgesehen sind (vgl. Figur 11) entsprechend gegeneinander versetzt angeordnet.
Die dem Rand der Lichtquelleneinheit 120 benachbarten Halteplatten 132 sind entsprechend der Versetzung der Halteplatten gekürzt und umfassen bei der in Figur 8 gezeigten Lichtquelleneinheit in der obersten Reihe links vier Fensterpaare und rechts (Platte nicht dargestellt) ein Fensterpaar, in der mittleren Reihe links drei Fensterpaare und rechts (nicht gezeigte Platte) zwei Fensterpaare sowie in der untersten Reihe links zwei Fensterpaare und rechts (nicht gezeigte Platte) drei Fensterpaare.
Dies ist auch aus der oberen Hälfte von Figur 10 gut ersichtlich, wo auf die Vertiefung 124 sämtliche Halteplatten 132 aufgebracht sind. In Figur 10 ist ferner eine weitere Lichtquelleneinheit 120' dargestellt, die zur Lichtquelleneinheit 120 spiegelbildlich (vertikale Spiegelebene) ist.
Man erkennt, daß eine derartige Doppel-Lichtquelleneinheit in allen vertikalen Spalten jeweils 10 Leuchtdioden aufweist, so daß man gemittelt über die Spalten der Lichtquelleneinheit 120 und 120' jeweils die gleiche Gesamt-Beleuchtungsstärke hat. Werden unter der Doppel- Lichtquelleneinheit von Figur 10 zu bestrahlende Werkstücke hindurchbewegt, erhalten diese somit in allen Bereichen die selbe Menge an UV-Licht .
Um die Leuchtdioden 136 unabhängig von kleinen Fertigungs- Schwankungen gleichermaßen in gutem Kontakt gegen die Anschlußplatinen 130 zu drücken, kann man, wie in Figur 17 angedeutet, bei den Vertiefungen 134 jeweils einen O-Ring 154 vorsehen, welcher die darunter liegende Leuchtdiode 136 elastisch gegen die Vertiefung 124 bzw. die Anschlußplatine 130 drückt.
Die Anschlußplatinen 130 haben (vgl. Figuren 14 und 15) Kontaktstellen 156A und 156K (oder allgemein 156) , welche mit den Anschlußkontakten (Anode und Kathode) der Leucht- dioden 136 verlötet werden. Oft haben im Handel erhältliche UV-Leuchtdioden schon fertig mit Lötzinn vorbereitete Kontakte, so daß es zum Anlöten der Leuchtdioden an die Anschlußplatine 130 ausreicht, die Leuchtdioden 136 in richtiger Ausrichtung auf die Anschlußplatinen 130 aufzu- setzen und die Lötstellen kurz zu erhitzen, z. B. durch Heißluft .
Bei der in den Figuren 14 und 15 gezeigten Anschlußplatine sind die Kathodenkontakte 156K der Leuchtdioden 136 jeweils mit den Anodenkontakten 156A der benachbarten Leuchtdioden durch eine Leiterbahn 158 verbunden. Die fünf Leuchtdioden einer Reihe sind somit in Serie geschaltet . Bei einer typischen Betriebsspannung für eine Leuchtdiode von 2,4 V erhält man somit eine Betriebsspannung für fünf neben- einander liegende in Reihe geschaltete Leuchtdioden von 12 V.
Verbindet man die in der Zeichnung rechts gelegenen Leiterbahnen durch eine Brücke BR miteinander, so kann man die obere Gruppe von fünf Leuchtdioden mit der unteren
Gruppe von fünf Leuchtdioden wiederum in Reihe schalten und man erhält eine Gesamt-Versorgungsspannung für die zwei mal fünf Leuchtdioden in Höhe von 24 V. Man kann jedoch auch beide Gruppen getrennt lassen, so daß man eine Betriebsspannung von 12 V für die Anschlußplatine 130 hat . An diese werden dann an den bezeichneten Stellen ein positiver Versorgungsleiter bzw. ein negativer Versorgungsleiter angelötet .
Diese Versorgungsleiter für eine Anschlußplatine 130 erstrecken sich durch fluchtende vertikale Bohrungen 162, die das Gehäuse 122 in vertikaler Richtung durchsetzen, wie insbesondere aus Figur 13 gut ersichtlich.
In der Unterseite des Gehäuses 122 ist eine in Längsrichtung verlaufende Vertiefung 164 vorgesehen, die zusammen mit einem in Figur 9 gestrichelt angedeuteten Deckel 166, der die Unterseite des Gehäuses 122 verschließt, einen Kabelkanal 168 vorgibt. In diesem erstrecken sich die verschiedenen Versorgungsleitungen 160 bis zur Stirnseite der Lichtquelleneinheit 120 bzw. 120, wo sie mit einem Anschlußstecker verbunden sind, der in Figur 8 gestrichelt bei 170 angedeutet ist.
Wie aus den Figuren 12 und 13 ersichtlich, ist die Lage der Schultern 128 so gewählt, daß die Oberseite der Anschlußplatinen 130 mit dem Boden der Vertiefung 124 fluchtet. Damit stehen Wärmeableitungskontakte 172 der verschiedenen Leuchtdioden 136 zwangsläufig in wärmelei- tendem Kontakt mit der Oberseite des Bodens der Vertiefung 124. Die in den Leuchtdioden 136 beim Betrieb entstehende Wärme wird so gut auf das Gehäuse 122 abgeleitet, welches aus gut wärmeleitendem Material wie Aluminium besteht .
Die Oberseite des Bodens der Vertiefung 124 wird daher auch als Wärmeableitfläche bezeichnet.
In das Gehäuse 122 sind beim Spritzen Kühlmittelkanäle 174 eingearbeitet, welche über auf die Stirnflächen des Gehäuses 122 aufgesetzte Stirnteile 176 mit einer Zuführleitung 178 bzw. einer Rückführleitung 180 für Kühlwasser verbunden sind bzw. miteinander verbunden sind. Auf diese Weise wird die von den Leuchtdioden 136 erzeugte Wärme insgesamt sehr effektiv abgeführt, wobei das Gehäuse 122 kompakte Abmessungen haben kann.
In dem Gehäuse 122 sind ferner weitere in Längsrichtung verlaufende Kühlmittelkanäle 182 vorgesehen, die über die Stirnteile 176 mit einer Druckluftleitung 184 ver- bunden sind. Die Kühlmittelkanäle 182 stehen über vertikale Zweigkanäle 186 mit der Vorderseite der Halteplatten 132 in Verbindung. Dort austretende Luft hat beim Strömen durch das Gehäuse 122 Wärme aufgenommen und kann diese Wärme als Prozeßwärme zum zu behandelnden Werkstück tragen. Über die Menge des über die Kühlmittelkanäle 174 bewegten Wassers läßt sich einstellen, wie warm die Luft ist, die über die Zweigkanäle 186 abgegeben wird.
Wie aus Figur 12 ersichtlich, ist die Breite der Aufnahme- nuten 126 gerade so bemessen, daß sie die Anschlußplatinen 130 aufnehmen können. Deren Breite ist so bemessen, daß man auf der Anschlußplatine 130 in Längsrichtung verlaufende Leiterbahnen unterbringen kann, welche die in einer Reihe aufeinanderfolgenden Leuchtdioden 136 elektrisch in Serie schalten.
Aus Figur 14 ist gut ersichtlich, daß die Wärmeableitungs- kontakte 172 außerhalb der Anschlußplatine 130 zu liegen kommen und somit auf dem Boden der Vertiefung 124 liegen, wenn die Lichtquelleneinheit in betriebsbereitem Zustand zusammengebaut ist.
Figur 18 zeigt links und recht der Mittellinie zwei Alternativen für ein abgewandeltes Gehäuse 122, dessen Unterseite unter Verwendung einer Zwischenwand 188 und eines Deckels 190 in zwei in Längsrichtung verlaufende Kanäle 192, 194 unterteilt werden kann, die als Luftkanal bzw. Kabelkanal verwendbar sind. Bei diesem Gehäuse 122 sind nur die mit Flüssigkeit beaufschlagten Kühlmittel- kanäle 174 vorhanden, weitere offene Kanäle 196, 198, 200 dienen als Aufnahme für selbstschneidende Schrauben, mit welchen Stirnteile des Gehäuses an letzterem angebracht werden können.
Das in Figur 19 gezeigte nochmals abgewandelte Gehäuse ähnelt demjenigen nach Figur 18, nur sind an den Seiten noch Montagenuten 202, 204 vorgesehen, die Fußabschnitte von an der Lichtquelleneinheit anzubringenden Anbauten oder Gehäuse-Koppelelementen aufnehmen können.
Figur 20 zeigt in vergrößertem Maßstab einen transversalen Schnitt durch eine der beiden Halteleisten 206, welche die randseitigen Enden der Halteplatten 132 übergreift und unter der Kraft von Befestigungsschrauben 208 gegen die Vertiefung 124 drückt.
In Figur 21 ist der Randabschnitt einer Halteplatte 132 um 90 aus seiner Ebene herausgedreht aber in der- jenigen Längs-Relativstellung zur Halteleiste 206 dargestellt, die er in der montierten Lichtquelleneinheit 120 einnimmt. Man erkennt, daß der Rand dieser Halteplatte 132 genau in eine untere Ausnehmung 210 der Halteleiste 206 paßt.
Ferner ist die Halteleiste 206 mit einer Stufenbohrung 212 zur Aufnahme einer Befestigungsschraube 208 (vgl. Figur 1) versehen.
Bei den Ausführungsbeispielen nach den Figuren 8 bis 21 sind die Vorderseiten der Halteplatten 132 geschliffen und verchromt, so daß sie wiederum eine Spiegelfläche bilden.
Figur 22 zeigt eine Aufsicht auf einen Teil einer UV- Lichtkachel 120 ohne die Halteplatten 132. Unter Bezugnahme auf andere Ausführungsbeispiele schon erläuterte Komponenten sind wieder mit denselben Bezugszeichen versehen, auch wenn sie sich in Einzelheiten unterscheiden, und werden nicht nochmals detailliert beschrieben.
Leuchtdioden 132 sind so dargestellt, wie wenn sie transparent wären, um die Anoden-Anschlußkontakte 156A und Kathoden-Anschlußkontakte 156K sowie eine Anoden-Versor- gungsschiene 214A und eine Kathoden-Versorgungsschiene 214K mit zeigen zu können.
Die Versorgungs-Kontakte 156 einer Leuchtdiode 132 (runde Punkte) und deren Wärmeableitkontakte 172 (kleine Quadrate) haben gleichen Abstand von der Achse der Kreischeibe (Hoch- achse der Leuchtdiode) und liegen an den Ecken eines Quadrates. Um trotzdem zu gewährleisten, daß mit parallelen Versorgungsschienen 214 gearbeitet werden kann und die Wärmeableitung zu dem Boden der Vertiefung 124 (Wärmeableit- fläche) erfolgen kann, ist die Quadratkante, welche durch die Verbindunglinie der Versorgungskontakte 156A und 156K vorgegeben ist, um etwa 20 Grad gegen die Richtung der Versorgungsschienen 214 verkippt. Man erzielt dies durch eine entsprechende Verdrehung der Leuchtdioden um ihre Hochachse.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele für flächenhafte UV-Lichtquellen ergeben durch die hohe Packung von Leuchtdioden eine Strahlungsdichte, die zur Aushärtung von UV-Druckfärben ausreicht. Durch Überlagerung der Lichtbündel bei konvexer Krümmung der die Leuchtdioden tragenden Wand, wie sie in Figur 4 gezeigt ist, kann man die Strahlungsdichte in der Behandlungsfläche weiter erhöhen.
Die oben beschriebenen flächenhaften UV-Lichtquellen zeichnen sich durch sehr einfachen mechanischen Aufbau aus. Sie sind auch im Langzeitbetrieb wartungsarm, da die Leuchtdioden verglichen mit herkömmli- chen UV-Lichtquellen lange Lebensdauer haben. Das Netzgerät für den Betrieb solcher UV-Lichtquellen kann sehr kompakt und einfach aufgebaut sein.
Auch die UV-Lichtquelle selbst ist kompakt und läßt sich auf einfache Weise an unterschiedliche Geometrien des Förderweges der zu behandelnden Produkte anpassen.
Obenstehend wurden flächige UV-Lichtquellen in Verbin- düng mit dem Trocknen von Druckfarben auf blattförmigen Druckprodukten beschreiben. Es versteht sich, daß sie auch für andere Bestrahlungszwecke einsetzbar sind, die flächiges oder gebündeltes UV-Licht benötigen. Hierzu gehören insbesondere das Härten oder Trocknen von Kunst- Stoffmassen beim Bedrucken oder Beschichten von Produkten aus Blech, Folien, Holz, Glas und Kunststoffen wie Kunststoff-Behälter und Leiterplatten. Auch zur flächigen intensiven Desinfizierung, zur Einleitung von chemischen Reaktionen und für biochemische Rekationen können die erfindunggemäßen UV-Lichtquellen mit Vorteil eingesetzt werden.

Claims

Patentansprüche
1. UV-Lichtquelle mit einer Tragkonstruktion und einer Mehrzahl von dieser getragenen UV-Leuchtelementen, dadurch gekennzeichnet, daß die UV-Leuchtelemente Leuchtdioden (56; 76; 136) sind und in einer Matrix angeordnet sind.
2. Lichtquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtdioden (56; 76; 136) dicht gepackt angeordnet sind.
3. Lichtquelle nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtdioden (56, 76; 136) jeweils hinter einer Öffnung (92) eines Spiegels (50; 132) angeordnet sind.
4. Lichtquelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Spiegel (50; 132) streuende Unebenheiten aufweist .
5. Lichtquelle nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Spiegel (50) gewölbte Oberflächenabschnitte (102) aufweist.
6. Lichtquelle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Öffnungen (92) des Spiegels (50) liegende Oberflächenabschnitte konvex gekrümmt sind.
7. Lichtquelle nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (92) umgebende Oberflä- chenabschnitte des Spiegels konkav gekrümmt sind.
8. Lichtquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine vor den Leuchtdioden (56;
76; 136) angeordnete Streueinheit (96).
9. Lichtquelle nach Anspruch 8 in Verbindung mit Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Streueinheit vor den Öffnungen (92) des Spiegels (50) liegende Streuelemente (96 ) aufweist.
10. Lichtquelle nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Streuelement (96) mit wachsendem Abstand von der Achse der zugeordneten Leuchtdiode (56; 76; 136) abnehmendes Streuvermögen aufweist.
11. Lichtquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtdioden (56; 76;
136) solche mit unterschiedlicher Arbeitswellenlänge umfassen.
12. Lichtquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtdioden (56; 76;
136) in aufeinanderfolgenden Reihen angeordnet sind.
13. Lichtquelle nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtdioden (56; 76; 136) aufeinanderfolgender Reihen gegeneinander versetzt sind, vorzugsweise um eine halbe Teile gegeneinander versetzt sind.
14. Lichtquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 13 , dadurch gekennzeichnet, daß eine die Leuchtdioden (56; 76; 136) tragende Wand (50; 132) Kühlluftöffnungen (52; 162) aufweist, die mit einer Kühlluftquelle in Verbindung stehen und in der Nachbarschaft der Leuchtdioden ( 56 ; 76 ; 136) liegen .
15. Lichtquelle nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlluftöffnungen (52) mit einem Ver- teilerraum (46) in Verbindung stehen, der durch eine
Rückwand (68) und eine die Leuchtdioden (56; 76) tragende Vorderwand (50) begrenzt ist.
16. Lichtquelle nach Anspruch 15, dadurch gekennzeich- net, daß die Vorderwand (50) parallel zueinander verlaufende Kühlluftschlitze (52) aufweist, deren Breite der Abmessung einer Leuchtdiode (56, 76) vergleichbar ist, und daß hinter der Vorderwand (50) weitere Leuchtdioden (76) vorgesehen sind, welche mit den Kühl- luftschlitzen (52) fluchten.
17. Lichtquelle nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Verteilraum (46) über Versorgungsschlitze (70) mit Kühlluft beaufschlagt sind, welche mit Kühlluftkanälen (72) in Verbindung stehen.
18. Lichtquelle nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlluftkanäle (72) durch Abschnitte eines Endlos-Profilmateriales gebildet sind.
19. Lichtquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtdioden (56; 76; 136) auf einer gekrümmten Teilungsfläche angeordnet sind.
20. Lichtquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtdioden (56; 76; 136) ein Strahlungsdiagramm mit einem Öffnungswinkel von etwa 10° bis etwa 60° aufweisen, vorzugsweise etwa 15 bis 25°.
21. Lichtquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtdioden (56;
76; 136) auf einer oder mehreren Leiterplatten (10; 130) angeordnet sind und die Rückseite dieser Leiterplatten (106; 130) durch eine Kühlflüssigkeit gekühlt ist.
22. Lichtquelle nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterplatte (106) auf der Rückseite, vorzugsweise auf beiden Seiten eine gut wärmeleitende Metallkaschierung, insbesondere eine Kupferkaschierung, aufweist, wobei die Metallschicht der einen Seite eine Mehrzahl von Leiterbahnen bilden, an welche die Leucht- dioden (56; 76; 136) angeschlossen sind, während die andere Metallschicht mit mindestens einem Kühlrohr (110, 112, 114) wärmeleitend verbunden, insbesondere verlötet ist.
23. Lichtquelle nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterplatte (106) eine Mehrzahl im wesentlichen parallel zueinander verlaufender Kühlrohre (110) trägt, welche an mindestens einem ihrer Enden, vorzugsweise an ihren beiden Enden durch einen Kopfkanal (112, 114) verbunden sind.
24. Lichtquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtdioden (136) auf ihrer Montageseite mit Versorgungskontakten (156) und mindestens einem Wärmeableitkontakt (172) versehen sind und daß die Wärmeableitkontakte (172) der Leuchtdioden (136) in wärmeübertragendem Kontakt mit einer Wäremableitflache
(124) des Gehäuses (122) stehen.
25. Lichtquelle nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromversorgungskontakte (156) und die Wärme- ableitkontakte (172) der Leuchtdioden (136) in getrennten Bereichen der Montageseite der Leuchtdioden (136) angeordnet sind und die Stromversorgungskontakte (156) und Wärmeableitkontakte (172) der Leuchtdioden (136) in je einer gemeinsamen Reihe oder Spalte angeordnet sind, miteinander fluchtend ausgerichtet sind und die fluchtenden Wärmeableitkontakte (172) mit einer zugewandten Wärmeableitfläche (124) in Verbindung stehen.
26. Lichtquelle nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromversorgungskontakte (156) mit einer Anschlußplatine (130) verbunden sind, die jeweils in einer Aufnahmenut (126) des Gehäuses (122) angeordnet ist, die zwischen zwei benachbarten Wärmeableitflächen (124) liegt.
27. Lichtquelle nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Grund der Aufnahmenuten (126) Durchgänge (162) für zu den Anschlußplatinen (130) führende Versorgungsleitungen (160) aufweist.
28. Lichtquelle nach einem der Ansprüche 24 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeableitfläche (124) auf einem Gehäuse (122) ausgebildet ist, welches von Kühlmittelkanälen (174; 182) durchzogen ist.
29. Lichtquelle nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil (174) der Kühlmittelkanäle (174, 182) ein flüssiges Kühlmittel, insbesondere Wasser, führt .
30. Lichtquelle nach Anspruch 28 oder 29, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil (182) der Kühlmittel- kanäle (174, 182) ein gasförmiges Kühlmittel, insbesondere Luft , führt .
31. Lichtquelle nach einem der Ansprüche 24 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtdioden (136) unter Verwendung von Halteplatten (132) gegen die Wärmeableitflächen (124) gedrückt werden, welche für jede der Leuchtdioden (136) ein Fenster (138) aufweisen.
32. Lichtquelle nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterahmen (132) jeweils einen von Fenstern (138) freien Befestigungsabschnitt (140) aufweisen, in welchem ein Befestigungsmittel (144) angeordnet ist, welches mit einem die Wärmeableitfläche (124) tragenden Gehäuse (122) zusammenarbeitet.
33. Lichtquelle nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterahmen (132) in Reihen oder Spalten angeordnet sind und in Reihen- oder Spaltenrichtung so gegeneinander versetzt sind, daß in jeder Spalte bzw. Reihe insgesamt im wesentlichen die gleiche Anzahl von Leuchtdioden (136) erhalten wird.
34. Lichtquelle nach Anspruch 32, oder 33, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungsmittel (144) mit Haltemitteln (146) zusammenarbeiten, die jeweils geringfügig einen benachbarten Halterahmen (132) überlappen.
35. Lichtquelle nach einem der Ansprüche 31 bis 34, dadurch gekennzeichnet, daß die in Zeilenrichtung bzw. Spaltenrichtung randseitigen Enden mehrerer benachbarter der randständigen Halterahmen (132) über eine Halteleiste (206) an einem die Wärmeableitfläche (124) tragenden Gehäuse (122) festgelegt sind.
36. Lichtquelle nach einem der Ansprüche 31 bis 35, dadurch gekennzeichnet, daß die Fenster (138) sich zur Außenseite der Halteplatte (132) hin erweiternde Fensterwände aufweisen.
37. Lichtquelle nach einem der Ansprüche 31 bis 36, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterahmen (132) an zwei einander gegenüberliegenden Seiten mit komplementären Teilen (148, 150) einer Nut/Feder- erbindung (148, 150) versehen sind.
38. Lichtquelle nach einem der Ansprüche 31 bis 37, dadurch gekennzeichnet, daß das die Wärmeableitflächen (124) tragende Gehäuse (122) durch einen Abschnitt eines Extrusionsprofils gebildet ist, welches aus einem gut wärmeleitenden Material, insbesondere Aluminium gefertigt ist.
39. Lichtquelle nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, daß das Extrusionsprofil mit mindestens einer Montagenut (202, 204) versehen ist.
40. Lichtquelle nach Anspruch 38 oder 39, dadurch gekennzeichnet, daß das Extrusionsprofil einen Luftkanal (192) zumindest teilweise begrenzt.
41. Lichtquelle nach einem der Ansprüche 38 bis 40, dadurch gekennzeichnet, daß das Extrusionsprofil einen Kabelkanal (198) zumindest teilweise begrenzt.
42. Lichtquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 41, dadurch gekennzeichnet, daß Gruppen von Leuchtdioden (136) elektrisch in Reihe geschaltet sind.
43. Lichtquelle nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, daß die verschieden zu polenden Stromversorgungskontakte (156A, 156K) benachbarter Leuchtdioden (156) über Leiterbahnen (158) einer gedruckten Anschlußplatine (130) miteinander verbunden sind.
44. Lichtquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 41, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil der Leucht- dioden (136) elektrisch parallel geschaltet ist.
45. Lichtquelle nach Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, eine eine Gruppe von Leuchtdioden (136) tragende Anschlußplatine (130) zwei zu einander parallele Versorgungs- schienen (214A, 214K) trägt und die Leuchtdioden (136) so gedreht sind, daß die Verbindungslinien ihrer Anoden- Kontakte (156A) und Kathoden- ontakte (156K) unter solchem Winkel zu den Versorgungsschienen (214A, 214K) verlaufen, daß die Anoden-Kontakte (156A) über einer ersten (214A) der Versorgungsschienen (214A, 214K) und die Kathoden-Kontakte (156K) über der zweiten der Versorgungsschienen (214K) liegen und Wärmeableitkontakte (172) seitlich der Versorgungsschienen liegen.
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