用于辐射硬化的UV辐射设备制造技术

本发明专利技术涉及一种用于使聚合物层（12）辐射硬化的UV辐射设备，所述UV辐射设备具有布置在载体表面（22）上的LED装置（24），所述LED装置包括多个在UV范围内进行发射的、无外壳的LED芯片（26），其中所述LED芯片（26）形成至少一个直线形LED串（28）。在这种情况下提出：每个LED串（28）都通过棒形的准直透镜（30）来覆盖，其中所述准直透镜（30）具有：一个沿着LED串（28）延伸的并且包围所述LED串的容纳导槽（38）、一个朝向所述工作区（36）的光出射面（40）以及两个在所述容纳导槽（38）两侧延伸的、使从内部射出的UV光朝向光出射面（40）转向的光转向面（42）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于辐射硬化的UV辐射设备
本专利技术涉及一种用于使聚合物层、尤其是处在衬底上的印刷油墨层或漆层辐射硬化的UV辐射设备，所述UV辐射设备具有布置在载体表面上的LED装置，所述LED装置为了对与载体表面对置的工作区进行UV辐射而包括多个在UV范围内进行发射的、无外壳的LED芯片，其中所述LED芯片形成至少一个直线形LED串（LED-Strang）。
技术介绍
在使用LED用于使光化聚合物硬化、例如用于印刷油墨、漆或胶粘剂的聚合作用的情况下，需要很高的总功率，使得需要将所提供的光功率尽可能完全传导到工作面上。此外，还常常需要或希望将所提供的辐射功率均匀地集中到表面区域内，以便这样实现尽可能高效的硬化过程。此外，还应该提供尽可能高的辐射强度和辐射剂量，以便这样能够实现在生产期间的高的过程速度。为此，不同于常见的照明技术，不是将LED芯片用作SMD构件，而是将半导体芯片直接涂到载体材料上。由此也可能的是显著提高构件的充填密度。通过芯片的高充填密度与高效的冷却的结合可能实现在千瓦范围内的很高的光总功率。在此，LED芯片本身可以被理解为朗伯辐射体，所述朗伯辐射体在没有附加的光学元件或辅助工具的情况下辐射到半空间中并且因此具有180度的辐射角。如果应该实现高的总功率，那么多个LED可以被组合成一个阵列，由此形成面辐射体。这样形成的照明表面总体上同样作为朗伯辐射体起作用，使得只有一部分所提供的辐射功率射到间隔开的有限定并且有限制的工作面上。对于特殊的工业应用来说，需要实现至少沿所选择的方向对工作区的尽可能均匀的辐射，以便这样例如能够在工作宽度内尽可能均匀地实现光化聚合作用。为此，值得期望的是：在工作区之内得到辐射功率的尽可能恒定和均匀的分布，而且尤其是朝向工作区的边缘得到辐射功率的尽可能陡峭的下降，使得在理想情况下至少在工作宽度内得到矩形的辐射功率轮廓。为此，在EP-A1089069中提出了LED的直线形装置，所述LED的直线形装置的装置密度在直线形装置的端部变得更高，使得至少部分地补偿总辐射功率的下降。在所示出的实施方案方面不利的是，装置密度的提高只是在狭窄的范围之内是可能的，因为否则不能确保或者只能不充分地确保对在边缘上的LED的有效的冷却。此外不利的是，必须将在整个LED线内的平均装置密度保持得相对低，以便能够实现对边缘下降的补偿，由此，系统的总辐射功率低。
技术实现思路
基于此，本专利技术所基于的任务在于：消除在现有技术中出现的缺点并且提供如下系统，所述系统在总辐射功率高的情况下确保了有效地将光转向到所设置的工作面上。此外，任务还是：以所提供的光功率尽可能完全地并且均匀地辐射工作面或所希望的辐射区，并且实现陡峭的边缘下降。为了解决该任务，提出了在专利权利要求1中说明的特征组合。本专利技术的有利的设计方案和扩展方案从从属权利要求中得到。本专利技术的出发点是如下思想：将圆柱形的透镜光学装置分配给各个LED串，使得也还使扁平地辐射的光转向。按照本专利技术，与此相应地提出：每个LED串都通过棒形的准直透镜来覆盖，其中该准直透镜具有：一个沿着LED串延伸的并且包围所述LED串的容纳导槽、一个朝向工作区的光出射面以及两个在该容纳导槽两侧延伸的、使从内部射出的UV光朝向光出射面转向的光转向面。通过将LED布置在容纳导槽中，所辐射的光完全由准直透镜的限制导槽的光入射面检测。借此可能的是，尽可能完全使用所提供的包括以扁平的角度发射的边缘辐射在内的辐射功率。在这种情况下，最后提到的部分借助于在LED串侧面延伸的光转向面的全内反射朝光轴的方向转向并且借此同样被提供用于使用。经此，根据LED装置和光学元件的实施方案，可以实现将能使用的光输出功率提高5%-20%。此外，由于LED串和所属的透镜的共线的布置，可能的是，将LED芯片的充填密度提高到15直至超过30个芯片/cm2的范围内，由此同样得到更高的光输出功率。一个有利的设计方案规定：多个准直透镜优选地一个接一个直线地无缝地来布置。以这种方式可能的是将经济的生产过程用于透镜制造，而工作宽度可以以可变的方式来适配。用于实现紧凑的结构形式的另一改进方案规定：多个侧面并排布置的准直透镜形成连在一起的准直模块。由于所需的高光功率和稳定性，有利的是，必要时作为连在一起的准直模块的准直透镜由UV透明玻璃材料组成，优选地作为压缩成型模的准直透镜由石英玻璃（如透明石英）组成或者由硼硅玻璃组成。不同于此，对于持久使用来说不可能使用塑料材料（如PMMA或PC或这一类的），因为所述塑料材料的尤其是关于短波长的光透明度大大降低，由此一方面大大减小了在工作面内的能使用的光功率，而另一方面在光学元件中被吸收的功率导致塑料的热或光化学分解。关于模块化应用进一步有利的是，多个侧面并排布置的LED串以及它们的必要时作为连在一起的准直模块来关联的准直透镜形成一个统一的LED模块。可以通过如下方式得到另一改进方案：多个LED模块沿LED串的纵向看连接在一起，其中这些LED模块在它们的连接面方面平地来实施或者具有用于形状配合连接的啮合部，使得各个模块可以紧密地排列在一起，以便这样例如实现更大的辐射面或更大的工作宽度。有利地，透镜终端元件被附加到准直透镜的自由的端部上，其中在端面从准直透镜射出的光通过透镜终端元件朝向工作区转向，以便实现辐射功率的尽可能均匀的辐射分布以及辐射功率在串端部上的尽可能陡峭的下降。在该上下文中也有利的是，透镜终端元件被设计为具有平面的旋转体的一半，其中该平面与准直透镜的端面全等。另一结构上的改进方案规定：相邻的LED模块的透镜终端元件重叠地来布置。有利地，LED芯片被包围的准直透镜中，使得由LED芯片发射的UV光基本上完全射到容纳导槽的内表面上。对于所希望的直线形辐射或高充填密度来说有利的是，准直透镜的长度是该准直透镜的最大横向尺寸的多倍大。通过在LED串中的LED芯片的主辐射轴撑开所分配的准直透镜的中间面，可以实现对称的辐射集束。通过使光转向面在外轮廓方面直地或者凸地弯曲，可以以所希望的方式影响辐射集束。对于在高辐射功率时的散热来说特别有利的是，载体表面与冷却装置、尤其是水冷却的冷却装置保持热连接。通过如下方式得到关于高充填密度的另一改进方案：载体表面由陶瓷板形成，而且LED芯片与在陶瓷板上的印制导线电连接。附图说明在下文，本专利技术依据在附图中示意性地示出的实施例进一步予以阐述。其中：图1示出了用于使在衬底上的聚合物层辐射硬化的UV辐射设备的示意图；图2以俯视图示出了包括LED串和所属的准直透镜的UV辐射设备的LED模块；图3示出了在LED模块中具有侧面并排布置的LED串和准直透镜的另一UV辐射设备；图4示出了对根据图3的LED模块的俯视图；图5-8以俯视图示出了彼此排成一列的LED模块的其它实施例。具体实施方式在图1中示出的辐射设备10能够实现借助于UV光16使衬底14上的聚合物层12（例如印刷材料轨道上的印刷油墨层）辐射硬化或交联。为此，设备10包括在冷却装置20上的载体板18以及安装在载体板的自由表面22上的LED装置24，所述LED装置24具有多个在UV范围内进行发射的LED芯片26，所述LED芯片形成至少一个直线形LED串28，所述直线形LED串分配有圆柱形的准直透镜30，其中LED串28和准直透镜本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于使聚合物层（12）、尤其是处在衬底（14）上的印刷油墨层或漆层辐射硬化的UV辐射设备，所述UV辐射设备具有布置在载体表面（22）上的LED装置（24），所述LED装置为了对与所述载体表面（22）对置的工作区（36）进行UV辐射而包括多个在UV范围内进行发射的、无外壳的LED芯片（26），其中所述LED芯片（26）形成至少一个直线形LED串（28），其特征在于，每个LED串（28）都通过棒形的准直透镜（30）来覆盖，其中所述准直透镜（30）具有：一个沿着所述LED串（28）延伸的并且包围所述LED串的容纳导槽（38）、一个朝向所述工作区（36）的光出射面（40）以及两个在所述容纳导槽（38）两侧延伸的、使从内部射出的UV光朝向所述光出射面（40）转向的光转向面（42）。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.08.04 DE 102015214885.81.一种用于使聚合物层（12）、尤其是处在衬底（14）上的印刷油墨层或漆层辐射硬化的UV辐射设备，所述UV辐射设备具有布置在载体表面（22）上的LED装置（24），所述LED装置为了对与所述载体表面（22）对置的工作区（36）进行UV辐射而包括多个在UV范围内进行发射的、无外壳的LED芯片（26），其中所述LED芯片（26）形成至少一个直线形LED串（28），其特征在于，每个LED串（28）都通过棒形的准直透镜（30）来覆盖，其中所述准直透镜（30）具有：一个沿着所述LED串（28）延伸的并且包围所述LED串的容纳导槽（38）、一个朝向所述工作区（36）的光出射面（40）以及两个在所述容纳导槽（38）两侧延伸的、使从内部射出的UV光朝向所述光出射面（40）转向的光转向面（42）。2.根据权利要求1所述的UV辐射设备，其特征在于，多个准直透镜（30）优选地一个接一个直线地无缝地来布置。3.根据权利要求1或2所述的UV辐射设备，其特征在于，多个侧面并排布置的准直透镜（30）形成连在一起的准直模块（50）。4.根据权利要求1至3之一所述的UV辐射设备，其特征在于，必要时作为连在一起的准直模块（50）的准直透镜（30）由UV透明玻璃材料组成，优选地作为压缩成型模的准直透镜（30）由石英玻璃组成。5.根据权利要求1至3之一所述的UV辐射设备，其特征在于，多个侧面并排布置的LED串（28）以及它们的必要时作为连在一起的准直模块（50）来关联的准直透镜（30）形成一个统一的LED模块（32）。6.根据权利要求5所述的UV辐射设备，其特征在于，多个LED模块（32...

【专利技术属性】
技术研发人员：P施密特，K埃宾格，R克雷默，M肖尔特，
申请(专利权)人：IST梅茨有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE