UV-LED-Linienhärtung

Eine Linienlichtquelle erzeugt ein langes, schmales Band aus UV-Licht. Quer über einem Förderband, einer Bahn oder einem rotierenden Teil montiert, härtet sie das Material, während es darunter durchläuft. Die Linienhärtung ist die naheliegende Wahl, wann immer sich das Produkt bewegt: Druck- und Beschichtungslinien, Förderbandanlagen, lange Klebefugen und zylindrische Teile, die sich unter der Lampe drehen.

So funktioniert es

Die Lichtquelle ist eine Reihe von UV-LEDs hinter einem Fenster, typischerweise 3 bis 10 mm breit und von etwa 10 mm bis über einen Meter lang. Eine Steuerung legt die Leistung fest und schaltet die LEDs ein und aus, entweder dauerhaft, solange die Linie läuft, oder ausgelöst durch einen Sensor, sobald ein Teil ankommt.

Jeder Punkt des Produkts erhält nur Licht, solange er sich unter dem Band befindet. Die aufgenommene Dosis hängt daher von drei Faktoren ab: der Bestrahlungsstärke unter der Lampe, der Breite des bestrahlten Bands und der Geschwindigkeit, mit der sich das Produkt bewegt.

Bestrahlungsstärke, Dosis und Liniengeschwindigkeit

Bestrahlungsstärke (mW/cm²) ist die UV-Leistung pro Flächeneinheit, die die Oberfläche erreicht. Dosis (mJ/cm²) ist die Energie pro Flächeneinheit, die sich während der Zeit aufbaut, die ein Punkt unter der Lampe verbringt:

• Verweilzeit = Breite des bestrahlten Bands ÷ Liniengeschwindigkeit
• Dosis ≈ mittlere Bestrahlungsstärke über das Band × Verweilzeit

Zur Veranschaulichung: Ein 10 mm breites Band auf einer Linie mit 10 m/min (etwa 167 mm/s) ergibt eine Verweilzeit von 0,06 s. Bei einer mittleren Bestrahlungsstärke von 1.000 mW/cm² sind das etwa 60 mJ/cm² pro Durchlauf.

Daraus folgen zwei Konsequenzen. Eine doppelte Liniengeschwindigkeit halbiert die Dosis. Und eine höhere Spitzenbestrahlungsstärke erhöht die Dosis nicht, wenn das Band dabei schmaler wird. Um bei gleicher Geschwindigkeit eine höhere Dosis zu erreichen, verwenden Sie eine Quelle mit mehr Leistung, eine breitere Emissionsfläche, mehrere Quellen hintereinander oder mehr Durchläufe.

Die Bestrahlungsstärke einer Linienquelle ist nicht vollkommen gleichmäßig: Sie erreicht ihr Maximum in der Mitte des Bands und fällt zu den Rändern und Enden hin ab. Messen Sie die tatsächliche Dosis mit einem Radiometer, das auf dem Förderband durch die Härtungszone läuft und die aufsummierte Energie erfasst.

Arbeitsabstand

Linienquellen werden üblicherweise bei einem Arbeitsabstand von etwa 10 mm spezifiziert. Mit zunehmendem Abstand wird das Band breiter und die Bestrahlungsstärke sinkt. Montieren Sie die Quelle daher so nah am Produkt, wie es der Prozess zulässt, in einer festen und reproduzierbaren Höhe. Bei Förderbandanlagen mit verstellbarer Lampenhöhe messen Sie nach jeder Änderung neu.

Wellenlänge

Linienquellen sind mit 365, 385, 395 und 405 nm erhältlich. Verwenden Sie die Wellenlänge, für die Ihre Farbe, Beschichtung oder Ihr Klebstoff formuliert ist. 365 nm eignet sich für viele Klebstoffe und Formulierungen, die aus der Chemie für Quecksilberlampen abgeleitet sind; 385 und 395 nm sind für LED-härtbare Farben und Beschichtungen weit verbreitet; 395 und 405 nm dringen tiefer in dicke oder pigmentierte Schichten ein.

Typische Anwendungen

• Härtung von Farben und Lacken auf Etiketten-, Inkjet- und Codierlinien im Druck
• Folienbeschichtung, Holzoberflächen und Klebstoffe auf laufenden Linien im Bereich Beschichtungen und Klebstoffe
• Kanten- und Klebefugenhärtung in der Elektronik und Faserarrays in der Glasfaserkommunikation
• Härtung rund um zylindrische Teile, die sich unter der Lampe drehen
• Härtung flacher Teile auf einem Band in einem UV Conveyor

Grenzen

• Kurze Verweilzeit. Das schmale Band belichtet jeden Punkt nur kurz. Langsam härtende oder dicke Schichten benötigen unter Umständen eine breitere Quelle, eine geringere Liniengeschwindigkeit oder mehrere Durchläufe. Für stehende Teile ist die Flächenhärtung meist besser geeignet.
• Abfall an den Enden. Die Bestrahlungsstärke sinkt nahe den Enden der Quelle, wählen Sie daher eine Quelle, die etwas länger ist als die Produktbreite.
• Wärmestau bei hoher Leistung. Die LEDs strahlen kein Infrarot ab, doch Hochleistungsquellen erzeugen Wärme, die über Lüfter oder Wasserkühlung abgeführt werden muss.
• Oberflächenhärtung. Ohne die kurzen UV-Wellenlängen einer Quecksilberlampe bleiben manche Formulierungen an der Oberfläche leicht klebrig. LED-optimierte Chemie oder eine höhere Bestrahlungsstärke lösen das.

So spezifizieren Sie ein Linienhärtungssystem

1. Produktbreite plus Zugabe, um die Länge der Quelle festzulegen.
2. Liniengeschwindigkeit und erforderliche Dosis aus dem Materialdatenblatt, die zusammen die benötigte Bestrahlungsstärke und Bandbreite ergeben.
3. Wellenlänge aus dem Materialdatenblatt.
4. Arbeitsabstand und der Einbauraum über der Linie.
5. Kühlung: Lüfterkühlung für die meisten Anwendungen, Wasserkühlung für die höchste Bestrahlungsstärke und geschlossene Maschinen.
6. Steuerung: Dauer- oder getriggerter Betrieb, SPS- und RS232-Schnittstellen sowie Status- und Alarmausgänge.

Linienlichtquellen von Awellcure

Die UV LED Linear-Quellen von Awellcure reichen von kompakten Köpfen mit 10 × 3 mm und 15 × 5 mm für schmale Klebefugen bis zu lüftergekühlten Leisten von 50 × 10 mm bis 1.350 × 10 mm für Bahn- und Förderbandbreiten. Für höhere Bestrahlungsstärken im Linienformat erreichen die wassergekühlten, 20 mm breiten Quellen im Sortiment UV LED Area 6 bis 25 W/cm². Ihre Steuerungen verarbeiten externe Triggersignale von SPS, Sensor oder Fußschalter, bieten Status- und Alarmausgänge und lassen sich über RS232 programmieren.