本發(fā)明涉及一種用于照射柱形襯底的裝置，具有包含中心軸的柱形照射室以及圍繞所述照射室延伸的輻射器單元。

本發(fā)明還涉及一種應用在用于照射柱形襯底的裝置中的區(qū)段。

這類裝置特別是用于照射束狀襯底，例如在將纖維或者紗線加工成纖維復合材料時。這類裝置特別是可應用于制造拉擠成型的纖維復合型材。

背景技術：

已知的用于照射縱伸的柱形襯底的裝置通常具有與襯底形狀匹配的結構形式。這些裝置包括柱形照射室以及用于照射位于該照射室中的襯底的輻射源。

就這些裝置而言，通常將待照射的襯底連續(xù)不斷地輸送至照射室。故常見的照射裝置具有供襯底穿過的通孔。其中通過柱形照射室的橫側將襯底輸送至照射室，在照射室中對襯底進行照射，并且最后在相對的橫側上將襯底自照射室導出?？梢詫⒕哂胁煌l(fā)射頻譜的輻射器，例如紅外線輻射器或者紫外線輻射器用作輻射源。在輻射源具有環(huán)形輻射器管，且襯底在該輻射器管環(huán)的中心區(qū)域內(nèi)被導引的情況下，能夠實現(xiàn)襯底的盡可能均勻的加熱。

de102011017328a1揭示過一種本文開篇所述類型的照射裝置。這個照射裝置可用于將紗線加工成纖維復合體。為制造纖維復合體，需要預先在接觸區(qū)域內(nèi)對紗線進行加熱。為實現(xiàn)對紗線的均勻加熱，使得其穿過由多個環(huán)形紅外線輻射器構成的加熱區(qū)。這類輻射器也稱作歐米茄型輻射器(omegastrahler)，其將待照射的襯底包圍。

環(huán)形輻射器的缺陷在于其無法打開。這使得特別是在維護及維修作業(yè)中難以觸及襯底。此外在切換至另一制程時，能夠根據(jù)新制程對該環(huán)形輻射器的輻射功率作出的調整有局限性，故這些環(huán)形輻射器的可擴展性較差。出于上述原因，環(huán)形輻射器的更換較為復雜。此外，環(huán)形輻射器的接連排列具有結構性缺陷，尤其是在可供用于定位環(huán)形輻射器的空間有限、局促或者難以觸及的情況下。

技術實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種用于照射柱形襯底的照射裝置，其能夠簡單快速地改裝，并且還實現(xiàn)對襯底的均勻照射。

本發(fā)明的目的還在于提供一種應用在照射裝置中的區(qū)段，其實現(xiàn)對襯底的均勻加熱。

在照射裝置方面，以本文開篇所述類型的裝置為基礎，本發(fā)明用以達成上述目的的解決方案為，所述輻射器單元由多個相連的區(qū)段構成，其中所述區(qū)段分別具有一個光學主輻射器，其包含一個經(jīng)照亮的相對中心軸向外彎曲的輻射管段，且其中這些輻射管段布置在同一個垂直于所述中心軸延伸的輻射器平面中。

所述照射裝置適于均勻地照射柱形襯底。柱形襯底是縱伸的、例如呈束狀的襯底，其直徑與長度相比相對較??；其具有襯底縱軸。為在不間斷過程中照射并且隨后加工這類襯底，原則上期望在垂直于襯底縱軸的照射平面中實現(xiàn)均勻照射。

舉例而言，在待照射的、需要加熱的襯底自身導熱性較低的情況下，對照射均勻性的要求特別高，因為就這類襯底而言，通過襯底中的熱傳導僅能有限地對不均勻的照射加以補償。因此會觀測到襯底中的溫差。導熱性較小的襯底例如為陶瓷、塑料、纖維增強塑料(包含由玻璃、碳、玄武巖以及熱固性塑料或熱塑性塑料的基質，特別是由聚酰胺(pa)、聚丙烯(pp)或聚苯乙烯(ps)構成的纖維)。

但即使是在其他方法中，例如在將柱形襯底上的涂層固化時，相對襯底周向的均勻照射強度也是制造高品質照射產(chǎn)物的重要前提條件。

盡管可以使用環(huán)形輻射器實現(xiàn)均勻的照射，但這些環(huán)形輻射器一方面具有無法打開的缺陷，另一方面，能夠根據(jù)另一襯底對這些環(huán)形輻射器的輻射功率和發(fā)射頻譜作出的調整有很大局限性。因此，在切換襯底時常需要更換環(huán)形輻射器。但由于采用封閉結構，上述更換操作難以實施并且耗時。

因此，根據(jù)本發(fā)明，所述輻射器單元由多個圓弧區(qū)段模塊化構成。所述區(qū)段中的每一個均具有至少一個主輻射器。這些區(qū)段可以組裝成一個準環(huán)形的輻射器復合體。所述區(qū)段可以采用相同或不同的設計方案。舉例而言，這些區(qū)段的主輻射器、輻射功率或者發(fā)射的輻射譜可以有區(qū)別?；谀K化結構，可以任意地將這些區(qū)段自輻射器單元拆出、替換成其他區(qū)段或者重新裝入。所述區(qū)段特別是實現(xiàn)輻射器單元的可變的結構，并且能夠實現(xiàn)特殊輻射功率或特殊發(fā)射頻譜，因而適于根據(jù)發(fā)生變化的照射過程或者發(fā)生變化的待照射襯底快速調整輻射器單元。同時實現(xiàn)照射裝置的簡單快速的維護。

所述區(qū)段分別具有一個光學主輻射器，其包含一個經(jīng)照亮的、自中心軸視之向外彎曲的輻射管段，借此實現(xiàn)襯底表面與主輻射器的輻射器管之間的盡可能均勻的距離?；诒M可能均勻的距離能夠實現(xiàn)對襯底的均勻照射。圍繞中心軸向外彎曲的輻射器管良好地近似于柱形襯底的各種橫截面。就襯底以及照射室而言，“柱形”概念不局限于具有渾圓橫截面的形狀。其也包括不同于渾圓形的橫截面形狀，例如橢圓形、矩形、正方形或者多邊形的橫截面形狀。在經(jīng)照亮的輻射管段的曲率與待照射襯底的橫截面形狀匹配的情況下，在襯底的均勻照射方面能夠實現(xiàn)極佳的結果。

與多個具有直線型輻射器管的長條形輻射器的圍繞照射室的多邊形布局相比，采用彎曲輻射器的優(yōu)勢在于，襯底與輻射器管的距離盡可能均勻，且距離偏差有所減小。盡管可以通過設置較大數(shù)目的輻射器來近似于環(huán)形，但在此需要考慮到的是，多個輻射器的環(huán)形布局會導致能效降低。此外就這些輻射器而言，輻射器管末端的區(qū)域通常不被照亮。這導致襯底交替地被經(jīng)照亮和未照亮的段包圍，進而對襯底的均勻照射造成負面影響。

根據(jù)本發(fā)明，所述多個區(qū)段的輻射管段布置在同一個垂直于所述中心軸延伸的輻射器平面中，借此就襯底而言實現(xiàn)對襯底的環(huán)繞式均勻照射。

根據(jù)本發(fā)明的裝置的一種優(yōu)選設計方案，在相鄰區(qū)段的經(jīng)照亮的輻射管段之間設有光學輔助輻射器。每個區(qū)段的主輻射器具有一個經(jīng)照亮的以及至少一個未照亮的輻射管段。為實現(xiàn)均勻照射，使得相鄰區(qū)段的經(jīng)照亮的輻射管段盡可能靠近彼此，具體方式例如為，自經(jīng)照亮至未照亮的輻射管段的過渡區(qū)彎曲。但即便在此情形下，相鄰主輻射器的經(jīng)照亮的輻射管段也不直接相連。因此，區(qū)段連接處的照射強度通常會低于經(jīng)照亮的輻射管段的中心段，進而對照射均勻性造成負面影響。

為仍實現(xiàn)對襯底的盡可能均勻的照射，在照射強度較低的區(qū)域內(nèi)分別設有至少一個輔助輻射器，其對主輻射器在這些區(qū)域內(nèi)的強度下降進行補償。因此，輔助輻射器的最小數(shù)目等于區(qū)段的數(shù)目。輔助輻射器例如可以是點輻射器或者聚光輻射器。這些輔助輻射器或是可以與主輻射器一起受控，或是可以獨立于主輻射器受控。

特別優(yōu)選地，所述照射裝置具有調節(jié)/控制裝置，其用于根據(jù)主輻射器的功率調節(jié)輔助輻射器的功率(主從方案)。借此根據(jù)不同的襯底，通過調節(jié)主輻射器的輻射功率簡單快速地調整照射強度，而無需單獨調節(jié)輔助輻射器的功率。就此而言，所述照射裝置優(yōu)選具有用于檢測過程變量的構件，其中根據(jù)檢測的過程變量調節(jié)主輻射器和/或輔助輻射器的輻射功率。適用的過程變量例如為襯底的溫度。

此外，在將襯底連續(xù)不斷地輸送至照射室的情況下，優(yōu)選設有用于檢測襯底的進給速度的構件，以及，通過所述調節(jié)/控制裝置根據(jù)該進給速度調節(jié)/控制主輻射器和/或輔助輻射器的功率。

優(yōu)選地，所述區(qū)段分別具有用于與相鄰區(qū)段建立可解除的連接的第一末端和第二末端，以及，所述輔助輻射器設于該第一末端上。

能夠以可解除的方式相連的區(qū)段可快速簡單地組裝。在組裝后的區(qū)段構成環(huán)形輻射器單元的情況下尤其如此。這樣便能將單個區(qū)段自輻射器單元取出并予以替換。所述可解除的連接優(yōu)選如下構建：無需使用工具來建立和/或解除所述連接。每個區(qū)段均配設有至少一個輔助輻射器，故其與區(qū)段一起安裝，并且通過相應的區(qū)段進行供電和控制。

由于所述區(qū)段具有兩個用于與相鄰元件連接的末端，故可將多個區(qū)段相連。在最簡單的情形下，兩個元件以形成一個大體呈環(huán)形的結構的方式相連。

特別是在相鄰區(qū)段的連接處，照射強度可能低于主輻射器的經(jīng)照亮的輻射管段的中心區(qū)域，這完全或部分通過設于相鄰區(qū)段的連接區(qū)域內(nèi)的輔助輻射器加以補償。由于輔助輻射器設于區(qū)段的一端上，故在與此末端對應的相鄰區(qū)段上無需設置輔助輻射器。此外，借此簡化輻射器單元的模塊化結構。

此外，所述輔助輻射器優(yōu)選具有平行于所述中心軸延伸的、經(jīng)照亮的輔助輻射器輻射管段。

所述輔助輻射器輻射管段呈長條形，具有平行于中心軸延伸的縱軸。相對該縱軸而言，輔助輻射器特別是沿徑向發(fā)射光輻射。襯底上被輔助輻射器照射的長條形區(qū)域能夠與主輻射器在襯底上的照射區(qū)域重疊；故這個區(qū)域適于對襯底的因主輻射器布局而造成的不均勻照射進行補償。

根據(jù)一種優(yōu)選實施方式，所述輔助輻射器輻射管段的長度為20mm至100mm。

所述輔助輻射器輻射管段的長度會影響能夠借助該輔助輻射器實現(xiàn)的最大照射強度。長度小于20mm的輔助輻射器僅能有限地對襯底上的照射不均勻性加以補償。長度大于100mm的輔助輻射器輻射管段會對本發(fā)明的裝置的緊湊結構形式造成負面影響。

主輻射器和聚光輻射器優(yōu)選為紅外線輻射器。

紅外線輻射器用于加熱及干燥過程，尤其適用于材料(如金屬、玻璃或者熱塑性塑料)的成型。

優(yōu)選地，所述經(jīng)照亮的輻射管段相對中心軸在1/2πrad至2/3πrad的弧角度范圍內(nèi)延伸。

主輻射器的經(jīng)照亮的輻射管段的尺寸會影響照射均勻性以及區(qū)段的數(shù)目。由于每個區(qū)段均具有主輻射器，故在弧角度處于上述范圍內(nèi)的情況下可以設有三個或四個區(qū)段。在多于四個區(qū)段的情況下，可能會對裝置的能效和輻射器單元的機械穩(wěn)定性造成負面影響。優(yōu)選設有三個區(qū)段。此方案的優(yōu)點在于，一方面實現(xiàn)良好的能效，另一方面能夠在較大范圍內(nèi)將輻射器單元打開。

根據(jù)本發(fā)明的裝置的另一優(yōu)選設計方案，所述區(qū)段能夠相互獨立地受控。

借助對所述區(qū)段的獨立控制，這些區(qū)段完全相互去耦。這樣便能將各區(qū)段替換成具有相同結構的區(qū)段，或者將區(qū)段更換成結構不同的區(qū)段。這有助于在區(qū)段使用方面實現(xiàn)高靈活性?；趨^(qū)段的可獨立控制特性，能夠根據(jù)給定的工藝條件簡單快速地調整本發(fā)明的裝置。

此外，通過使用包含另一主輻射器的區(qū)段，且該另一主輻射器的形狀或輻射發(fā)射有所不同時，能夠總體上較為簡單地改變和調節(jié)照射裝置的發(fā)射頻譜。

優(yōu)選地，所述區(qū)段具有用于冷卻所述主輻射器的冷卻單元，其中所述冷卻單元包括可被冷卻流體流過的充氣室，所述充氣室包含朝向主輻射器的一側和背離主輻射器的一側，以及，在所述充氣室中設有用于將該冷卻流體導引至充氣室的朝向主輻射器的一側的構件。

特別是在所述裝置具有緊湊結構形式的情況下，不僅對襯底進行照射，主輻射器和輔助輻射器通常也會升溫。為防止主輻射器的過度升溫，設有用于間接冷卻主輻射器的冷卻室。但借助這個冷卻室也能影響輔助輻射器的溫度。

所述區(qū)段分別具有一個冷卻區(qū)域和一個照射區(qū)域。所述照射區(qū)域優(yōu)選借助大體不中斷并且無穿孔的反射器與所述冷卻區(qū)域隔開。

所述主輻射器在其工作期間產(chǎn)生一溫度曲線，其中該主輻射器的未照亮的輻射管段的溫度通常低于經(jīng)照亮的輻射管段。但經(jīng)照亮的輻射管段也可以具有溫度較高的區(qū)域，特別是熱點。這個輻射管段也在充氣室的朝向主輻射器的壁部上產(chǎn)生一個對應的熱點。所述冷卻流體在充氣室內(nèi)朝向這個壁部，從而在該熱點的區(qū)域內(nèi)實現(xiàn)高效冷卻。

優(yōu)選地，所述充氣室包括冷卻空氣入口、冷卻空氣出口和設于充氣室中的通風機，以及，所述用于導引冷卻流體的構件是設于該通風機下游的空氣導向板。

整合在充氣室中的通風機有助于實現(xiàn)所述裝置的緊湊結構形式。

優(yōu)選將冷卻空氣導引至所述充氣室內(nèi)的最熱區(qū)域?？諝鈱虬謇邕m用于導引冷卻空氣。根據(jù)本發(fā)明的裝置的另一優(yōu)選實施方式，所述主輻射器通過固定元件與所述充氣室連接，以及，所述固定元件設于所述充氣室中。

由于所述固定元件設于所述充氣室中，故與設于照射區(qū)域內(nèi)的固定元件相比防止過度升溫，且通過固定元件向充氣室的熱傳導有所減小。

優(yōu)選地，所述主輻射器和所述輔助輻射器配設有反射器。

所述反射器將入射至其的光朝待照射的襯底反射，從而有助于實現(xiàn)裝置的高能效。

在應用在用于照射柱形襯底的裝置中的區(qū)段方面，本發(fā)明用以達成上述目的的解決方案為，所述區(qū)段具有光學主輻射器，其包含經(jīng)照亮的相對所述中心軸向外彎曲的輻射管段。

本發(fā)明的區(qū)段適于應用在本發(fā)明的裝置中。在所述區(qū)段的優(yōu)選設計方案方面，參閱本發(fā)明的裝置的實施方案。

附圖說明

下面結合實施例和圖式對本發(fā)明進行詳細說明。其中：

圖1為本發(fā)明的用于照射襯底的裝置的一種實施方式的透視圖，所述裝置包含具有多個區(qū)段的輻射器單元，

圖2為圖1所示實施方式的橫截面圖，

圖3為應用在圖1所示裝置中的區(qū)段的透視圖，以及

圖4為圖3所示區(qū)段的橫截面圖。

具體實施方式

圖1為本發(fā)明的用于照射柱形襯底2的照射裝置的外視圖，該照射裝置用于制造拉擠成型的纖維復合型材。所述照射裝置總體上用元件符號1表示。所述照射裝置具有包含中心軸4的照射室3，以及圍繞照射室3延伸的、總體上用元件符號5表示的輻射器單元。輻射器單元5配設有保持及安裝裝置18，并且此外由三個相同的區(qū)段5a、5b、5c構成。區(qū)段5a、5b、5c中的每一個均配設有接線盒17，并且具有主輻射源、聚光輻射器和冷卻單元。下文還將結合圖2至圖4對后面這些構件進行詳細說明。

圖2為圖1所示裝置1的橫截面圖。裝置1包括包含中心軸4的柱形照射室3。圍繞照射室3設有輻射器單元5。輻射器單元5包括三個結構相同的區(qū)段5a、5b、5c，其能夠相互獨立地受控。區(qū)段5a、5b、5c中的每一個均具有一個主紅外線輻射器，其中這些主紅外線輻射器如此布置，使得其經(jīng)照亮的輻射管段在一個平面中延伸。區(qū)段5a、5b、5c是相同的。故下文對區(qū)段5a的說明也相應適用于其余的區(qū)段5b、5c。

區(qū)段5a具有包含經(jīng)照亮的輻射管段的紅外線輻射器6a，該輻射管段在圖2中用a表示，并且自照射室3的中心軸4視之向外彎曲。所述輻射管段的經(jīng)加熱的長度為144mm。紅外線輻射器6a的特征在于，在133v的額定電壓下的標稱功率為500w。所述輻射器管的外形尺寸為23×264mm。

區(qū)段5a還具有聚光輻射器7a，其在此視圖中與區(qū)段的右端對應。聚光輻射器7a是紅外線輻射器。其具有經(jīng)照亮的、平行于照射室3的中心軸4延伸的聚光輻射器輻射管段。所述聚光輻射器輻射管段的經(jīng)加熱的長度為45mm。聚光輻射器7a的特征在于，在60v的額定電壓下的標稱功率為160w。所述輻射器管的外形尺寸為75×70mm。

因此，所述輻射器單元的總功率為1980w，其中結構相同的區(qū)段中的每一個的功率均為660w。

區(qū)段5a還具有包含充氣室9a的空氣冷卻單元8a。冷卻空氣通過入口10a被設于充氣室9a中的通風機11a吸入，并且被空氣導向板12a導引至充氣室9a的朝向主紅外線輻射器6a的一側。這樣便實現(xiàn)充氣室9a的這一側的高效冷卻。吸入的空氣通過冷卻空氣出口13a離開充氣室9a。紅外線輻射器6a通過兩個固定元件14a、14b與充氣室9a連接。所述固定元件布置在充氣室9a中。

在充氣室的朝向主紅外線輻射器6a的一側的外側上，安裝有一個具有鍍鋁表面的反射器。

圖3和圖4為本發(fā)明的應用在圖1所示照射裝置1中的區(qū)段5a的透視圖及俯視圖。區(qū)段5a包括主紅外線輻射器6a，其通過設于充氣室9a中的固定元件14a、14b與充氣室9a連接。區(qū)段5a還包括聚光輻射器7a。

區(qū)段5a還包括充氣室9a，其包含冷卻空氣入口10a、通風機11a、空氣導向板12a和冷卻空氣出口13a。