STRAHLERMODUL UND HOCHLEISTUNGS-BESTRAHLUNGSANLAGE

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Strahlermodul nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Hochleistungs-Bestrahlungsanlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 13.

[0002] Die Durchführung vielgestaltiger thermischer Bearbeitungsprozesse unter Erwärmung des jeweiligen Werkstücks durch elektromagnetische Strahlung im Bereich des nahen Infrarot, insbesondere mit einem wesentlichen Wirkanteil im Wellenlängenbereich zwischen 0,8 µm und 1,5 µm, ist eine neue, hochgradig leistungsfähige und wirtschaftlich vielversprechende Technologie ("NIR-Technologie"). Wichtige Anwendungsbereiche dieser Technologie sind die Trocknung und Vernetzung von Lacken und anderen Beschichtungen, insbesondere auf temperatursensitiven Substraten, die Trocknung von Druckfarben und Klebstoffen und die Herstellung von Werkstoffverbunden - wie beispielsweise in den auf die Anmelderin zurückgehenden Druckschriften WO 99/42774 und WO 99/42276 beschrieben.

[0003] Bei dieser Technologie kommen Hochleistungs-Bestrahlungsanlagen zum Einsatz, die die Bereitstellung der besagten Strahlung im Bereich des nahen Infrarot (NIR-Strahlung) mit den erforderlichen hohen Leistungsdichten in effizienter Weise erlauben und eine für den industriellen Einsatz ausreichende Lebensdauer aufweisen. Die seitens der Anmelderin realisierten Bestrahlungsanlagen umfassen Strahlermodule der gattungsgemäßen Art, wie sie in den (unveröffentlichten) deutschen Patentanmeldungen 100 51 904.0 und 100 51 641.6 beschrieben sind.

[0004] Derartige Strahlermodule haben einen massiven metallischen Reflektorkörper mit Kühlkanälen zur Wasserkühlung. In den Reflektorkörper sind üblicherweise mehrere als Emitter dienende langgestreckt röhrenförmige Halogen-Glühfadenlampen eingesetzt, und er hat für jeden Emitter einen geeignet geformten Reflektorabschnitt. Für spezielle Anwendungen gibt es Strahlermodule mit nur einem Emitter und einer teil-elliptischen Reflexionsfläche, die auch als Linienstrahler bezeichnet werden. Mit mehreren derartigen aktiven Strahlermodulen und/oder zusätzlichen, bevorzugt ebenfalls aktiv gekühlten, Reflektormodulen lassen sich weitgehend geschlossene Strahlungsräume zur energieökonomischen Durchführung der verschiedensten thermischen Bearbeitungsvorgänge aufbauen.

[0005] Zur differenzierten Steuerung derartiger Bearbeitungsvorgänge sind Steuereinrichtungen vorgesehen, die die einzelne oder gruppenweise Ansteuerung der Emitter der Bestrahlungsanlage erlauben. Vielfach ist auch eine geregelte Prozeßführung unter Auswertung von berührungslos am Werkstück erfaßten Temperaturwerten erwünscht. Die erforderliche Steuerelektronik ist üblicherweise in einem Schaltschrank untergebracht und umfaßt neben geeigneten Signalverarbeitungs- und wahlweise Regelstufen sowie den erforderlichen Eingabe- und Anzeigemitteln insbesondere Leistungssteller zur Leistungssteuerung der Emitter.

[0006] Die Leistungssteller sind mit den einzeln anzusteuernden Emitter jeweils über separate Stromversorgungsleitungen verbunden. Der Aufbau einer Hochleistungs-Bestrahlungsanlage der hier in Rede stehenden Art erfordert daher das Verlegen einer großen Anzahl von Versorgungsleitungen von dem Schaltschrank zu den Strahlermodulen und ist entsprechend arbeitsaufwendig und fehleranfällig. Die Leistungssteller benötigen im Schaltschrank relativ viel Installationsraum, weil sie aufgrund der erheblichen Wärmeentwicklung mit voluminösen Kühlkörpern versehen sind.

[0007] Weiterhin ist für eine präzise Prozeßsteuerung und zuverlässige Betriebsführung in der Regel nicht nur die erwähnte Temperaturerfassung, sondern auch eine Erfassung des aktuellen Betriebszustandes der Emitter zur frühzeitigen Erfassung bevorstehender Ausfälle wünschenswert. Für spezielle Anwendungen ist auch eine Abstandserfassung und -überwachung zwischen den Emittern bzw. Strahlermodulen und dem Werkstück erforderlich oder zumindest wünschenswert. Es fällt also bei einer Hochleistungs-Bestrahlungsanlage zur NIR-Bestrahlung auch eine Vielzahl von Meßwerten an, die von den Strahlermodulen über Meßleitungen zum Schaltschrank übertragen und dort verarbeitet werden. Die Verlegung dieser Leitungen erhöht den Gestehungsaufwand der Anlage weiter, birgt zusätzliche Fehler- und Ausfallrisiken und trägt wesentlich dazu bei, daß eine solche Anlage nach dem Stand der Technik wenig "handlich" ist.

[0008] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Strahlermodul der gattungsgemäßen Art sowie eine verbesserte Hochleistungs-Bestrahlungsanlage anzugeben, deren Aufbau mit verringertem Arbeitsaufwand sowie Fehler- und Ausfallrisiko möglich ist. Die Bestrahlungsanlage soll kompakt und übersichtlich und leicht für verschiedenartige Bearbeitungsprozesse konfigurierbar sein.

[0009] Diese Aufgabe wird gemäß einem ersten wesentlichen Aspekt der Erfindung durch ein Strahlermodul mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und gemäß einem weiteren wesentlichen Aspekt durch eine Hochleistungs-Bestrahlungsanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst.

[0010] Die Erfindung schließt zum einen den wesentlichen Gedanken einer Auslagerung der Schaltsteuereinheit bzw. -einheiten aus der zentralen Anlagensteuerung (dem Schaltschrank) und ihrer Verlagerung an das Strahlermodul ein. Sie schließt weiter den Gedanken ein, die in den Strahlermodulen vorgesehene aktive Kühlung des Reflektorkörpers zugleich zur Kühlung der Schaltsteuerelemente zu nutzen, indem diese in thermischen Kontakt mit dem Reflektorkörper gebracht werden. Neben der Einsparung einer erheblichen Anzahl von separaten Versorgungs- bzw. Ansteuerleitungen wird damit auch eine erhebliche Platzersparnis für die Schaltsteuereinheiten realisiert, indem auf gesonderte Kühlkanäle verzichtet werden kann. Die zentrale Anlagensteuerung kann daher wesentlich kompakter werden. Dies ermöglicht gegebenenfalls den Verzicht auf einen regelrechten Schaltschrank und eine Plazierung der kompakten zentralen Steuereinheit der NIR-Bestrahlungsanlage direkt bei einem Prozeßrechner einer Gesamt-Produktionsanlage oder aber unmittelbar an der in die Gesamtanlage eingefügten NIR-Bestrahlungsvorrichtung.

[0011] Gemäß einem relativ selbständigen Aspekt der Erfindung schließt diese weiterhin den Gedanken ein, die Schaltsteuereinheit bzw. -einheiten der Bestrahlungsanlage mit zusätzlicher "Intelligenz" auszurüsten, also mit Überwachungs- bzw. Ansteuermitteln, welche ansonsten der zentralen Anlagensteuerung zugeordnet, also im Schaltschrank angeordnet sind. Bestimmte Funktionen der Zustandsüberwachung der Emitter - insbesondere zum Zweck einer Vorausfallsdetektion zur Bestimmung des richtigen Ersatzzeitpunktes - lassen sich an der Schaltsteuereinheit selbst (insbesondere dann, wenn diese direkt am Strahlermodul angebracht ist) sinnvoller ausführen. Zudem spart ihre Realisierung direkt bei der Schaltsteuereinheit bzw. dem Strahlermodul die Signalübertragung zur zentralen Anlagensteuerung und damit auch die entsprechenden Signalleitungen bzw. Übertragungsstrecken ein. Schließlich ist ihre Realisierung in räumlicher Zuordnung zur Schaltsteuereinheit bzw. den Emittern auch insofern vorteilhaft, als im Ergebnis der Auswertung abgeleitete Steuersignale unmittelbar an dem Ort zur Verfügung stehen, wo sie gebraucht werden. Es sind daher also auch Vereinfachungen und Einsparungen bei Steuerleitungen bzw. sonstigen Steuersignal-Übertragungsstrecken zu realisieren.

[0012] In einer bevorzugten Ausführung umfaßt die Schaltsteuereinheit getrennte Steuermittel - insbesondere Leistungssteller - zur separaten Ansteuerung mehrerer Emitter und entsprechend getrennte Ausgänge für zu den einzelnen Emittern führende Versorgungsleitungen. In dieser Ausführung läßt sich jeder einzelne Emitter separat steuern und gegebenenfalls regeln, wodurch sich in einfacher Weise ein differenziertes NIR-Bestrahlungsprofil eines Werkstücks aufbauen und der Alterungszustand der einzelnen Emitter in der Ansteuerung berücksichtigen läßt. Ebenso können auch Gruppen einzelner Emitter zusammen angesteuert werden - womit der Bauelementeaufwand bei der Ansteuerung reduziert werden kann, jedoch andererseits nicht die gleiche Flexibilität wie bei der Einzel-Ansteuerung erreicht wird.

[0013] Zur Verbindung zwischen den Thyristerstellern und den Emittern sind in einer weiter bevorzugten Ausführung modular vorgefertigte Festverdrahtungen (z. B. Platinen) vorgesehen, die direkt auf den Reflektorkörper montiert werden können. Hierdurch werden auf besonders einfache Weise spezifische Bestrahlungskonfigurationen realisierbar, und "Kabelsalat" wird nahezu vollständig beseitigt.

[0014] In diesem Sinne ist desweiteren das Vorsehen einer drahtlosen Signalempfangseinheit bei der Schaltsteuereinheit zur drahtlosen Signalübertragung von und zu der zentralen Anlagensteuerung sinnvoll. In dieser Ausführung können die Steuersignale von der zentralen Steuereinheit insbesondere nach dem DECT- oder Bluetooth-Standard zur Schaltsteuereinheit oder den Schaltsteuereinheiten übertragen werden, ohne daß Signalleitungen verlegt werden müssen. Auch die Nutzung einer Mobilfunkstrecke nach dem GSM- oder dem UMTS- oder einem künftigen, für industrielle Anwendungen geeigneten Standard ist möglich - wenn auch deren Zweckmäßigkeit natürlich unter Kostengesichtspunkten gegen den Einsatz einer betriebsinternen Übertragungsstrecke abzuwägen ist.

[0015] Alternativ ist natürlich auch das Vorsehen eines Signalleitungsanschlusses an der oder jeder Schaltsteuereinheit zur leitungsgebundenen Signalverbindung mit der Anlagensteuerung möglich. In beiden Ausführungen hat die Schaltsteuereinheit bevorzugt eine Bus-Schnittstelle nach einem der üblichen Industriestandards, die den Anschluß an einen Steuersignalbus der Anlagensteuerung ermöglicht. Es kann sich hierbei insbesondere um eine Profibus- oder Ethernet-Verbindung handeln.

[0016] Die Strahlermodule sind in einer zweckmäßigen Fortbildung des Erfindungsgedankens individuell elektronisch markiert, so daß sie in einer Gesamtanlage bei Inbetriebnahme - oder auch periodisch während des Betriebes - identifiziert und gegebenenfalls mit individuellen Steuersignalen versorgt werden können. Die entsprechende Kennung wird bei Konfiguration des Strahlermoduls in einen geeigneten Strahlermodul-Codespeicher eingespeichert und gibt beispielsweise Auskunft über die Bauart der Emitter, die Bauart des Reflektors, den Betriebsbeginn oder andere charakteristische Größen - es kann sich im einfachsten Fall aber auch nur um eine Kennnummer handeln. Zur Übermittlung an die Anlagensteuerung dient ein Strahlermodul-Codesender, der insbesondere auf ein Abfragesignal von der Anlagensteuerung hin aktiv wird und die im Strahlermodul-Codespeicher gespeicherte Kennung überträgt. In der Anlagensteuerung ist eine entsprechende Erkennungsstufe vorgesehen, die diese Signale empfängt und entschlüsselt und die gewonnenen Daten der eigentlichen Anlagensteuerung bereitstellt.

[0017] In einer Fortführung dieses Gedankens ist eine Anmeldesteuerung vorgesehen, die die Übertragung eines Bereitschaftssignals der einzelnen Strahlermodule bei Inbetriebnahme der Bestrahlungsanlage, also gewissermaßen ein "Einloggen" der Module bei der Anlagensteuerung, realisiert. Diese Anmeldung erfolgt vorzugsweise - aber nicht notwendigerweise - unter Übermittlung des Strahlermodulcodes.

[0018] Bei den Emittern handelt es sich - in an sich aus den oben genannten Druckschriften bzw. unveröffentlichten Patentanmeldungen bekannterweise - bevorzugt um langgestreckt röhrenförmige Hochleistungs-Halogenlampen, die insbesondere über Steckkontakte in dem Reflektorkörper extern angeschlossen sind. Der Reflektorkörper hat bevorzugt Kühlkanäle zum Durchleiten eines Kühlfluids, insbesondere von Kühlwasser, und genormte Anschlüsse zum Anschluß an eine entsprechende Kühlanlage.

[0019] Die Schaltsteuereinheit und die wahlweise vorgesehenen Festverdrahtungsmodule sind auf den - rückseitig bevorzugt eben ausgeführten - Reflektorkörper zweckmäßigerweise aufgeschraubt oder aufgesteckt.

[0020] In das Strahlermodul ist bevorzugt mindestens ein - insbesondere berührungslos arbeitender - Meßfühler integriert oder integrierbar, dessen Erfassungsbereich auf ein zu erhitzendes Werkstück ausgerichtet ist und der zur Erfassung von dessen Temperatur im Bearbeitungsprozeß und/oder anderen prozeßrelevanten Parametern dient. Zwischen diesem Meßfühler oder den Meßfühlern und der Schaltsteuereinheit ist bevorzugt eine direkte Meßsignalverbindung vorgesehen. Die Schaltsteuereinheit umfaßt eine Meßsignal-Verarbeitungseinheit, welche ein Eingangssignal für die Steuerung bzw. eine Regelung des Betriebes der Emitter des Strahlermoduls liefert.

[0021] Ähnlich zur oben erwähnten Kennzeichnung des Strahlermoduls durch einen geeigneten Code ist in vorteilhafter Weise auch eine Kennzeichnung der integrierten Sensorik möglich. Die entsprechende Kennung kann einerseits in dem oben erwähnten Strahlermodulcode enthalten sein, andererseits aber auch - insbesondere bei einer nachträglichen Ergänzung des Strahlermoduls mit Sensorik - in einem gesonderten Meßfühler-Codespeicher abgelegt sein. Auch bezüglich der Übertragung an die Anlagensteuerung ist zum einen die Übertragung zusammen mit dem Strahlermodulcode über den Strahlermodul-Codesender und zum anderen eine separate Abfrage und Übertragung durch einen dedizierten Meßfühler-Codesender möglich. Mit dieser Ausführung ist es jederzeit möglich, der Anlagensteuerung die aktuellsten Informationen über die im einzelnen Strahlermodul verfügbare Sensorik (und von wichtigen Parametern derselben) zur Verfügung zu stellen.

[0022] Neben der oben speziell erwähnten Temperaturerfassung ist zur Bestimmung des optimalen Leistungsbereiches der Emitter im Bearbeitungsprozeß gegebenenfalls die Erfassung diverser weiterer Prozeßparameter zweckmäßig. Hierbei erweist es sich als vorteilhaft, wenn diese Parameter, beispielsweise bezüglich der Prozeßgeschwindigkeit, des Materials oder spezieller Materialeigenschaften des Werkstücks bzw. dessen Verweilzeit unter dem Strahlermodul, jeweils separat gewonnen werden. Zweckmäßigerweise wird auch die Erfassung von Meßwerten in den Prozeß integriert, die Aufschluß über das spezifische Einsatzverhalten des Emitters/der Emitter in der konkreten Anlage bezüglich ihrer Leistungsfähigkeit und ihres Lebenszyklus geben.

[0023] Vorteile und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich im übrigen aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Figuren. Von diesen zeigen:

Fig. 1

eine schematische perspektivische Darstellung eines Strahlermoduls gemäß einer Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 2

eine schematische Darstellung einer Hochleistungs-Bestrahlungsanlage mit mehreren Strahlermodulen gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

[0024] Fig. 1 zeigt in einer vereinfachten perspektivischen Darstellung ein Strahlermodul 1 einer NIR-Bestrahlungsanlage, wobei ein Reflektorkörper 3 nahe seinem einen Ende geschnitten dargestellt und von mehreren Rahmenteilen, die zur Halterung und Kühlfluidzuführung dienen, nur ein Rahmenteil 5 schematisch dargestellt ist. Das Strahlermodul 1 ist zur Aufnahme von sechs langgestreckt röhrenförmigen Halogen-Glühfadenlampen (Emittern) 7 ausgebildet.

[0025] Der Reflektorkörper 3 ist als Strangpreßprofil aus einer massiven Aluminiumlegierung gefertigt und hat eingeformte Kühlwasserkanäle 9 sowie jeweils einem Emitter 7 zugeordnete, annähernd W-förmige Reflektorabschnitte 11 mit polierter Oberfläche. Die Halogenlampen 7 sind über Steckkontakte 13 an ihren Enden, die isoliert durch den Reflektorkörper 3 geführt sind, mit Anschlußflächen 15 auf der Rückseite des Reflektorkörpers verbunden.

[0026] Auf die Rückseite des Reflektorkörpers 3 ist desweiteren eine Schaltsteuereinheit 17 montiert, welche (nicht einzeln dargestellte) Leistungssteller zur Stromversorgung und Ansteuerung der Emitter 7 umfaßt. Die Schaltsteuereinheit 17 hat einen Stromversorgungsanschluß 19 und einen Steuersignalanschluß 21 zur Verbindung mit einer zentralen Steuereinheit der Bestrahlungsanlage. Über eine Verdrahtungsplatine 23 mit Leiterzügen 23a ist die Schaltsteuereinheit 17 mit den Anschlußflächen 15 der Emitter 7 verbunden und versorgt diese mit einer über die Leistungssteller gesteuerten Betriebsspannung. Die Leistungsschalt-Bauelemente innerhalb der Schaltsteuereinheit 17 sind im direkten thermischen Kontakt mit dem massiven, gekühlten Reflektorkörper 3 angeordnet, so daß sie über diesen gekühlt werden und gesonderte Kühlmittel nicht erforderlich sind. Dadurch kann das Bauvolumen der Schaltsteuereinheit 17 relativ klein gehalten werden. Die Verdrahtungsplatinen 23 sind derart gestaltet, daß mit ihnen - gegebenenfalls durch Teilen längs vorgegebener Teilungslinien bzw. Addition mehrerer Platinen - eine einfache Konfiguration der Emitter-Stromversorgung verschiedener Bestrahlungsanordnung ohne störende Kabelstränge möglich ist.

[0027] In Fig. 2 ist in einer Prinzipskizze der Gesamtaufbau einer Produktionsanlage 100 mit zwei NIR-Bestrahlungsstationen 102 und 104 zur Bestrahlung eines quasi-endlosen Werkstücks 106 unter Steuerung durch einen Steuerrechner 110 dargestellt. Die Produktionsanlage umfaßt neben den NIR-Bestrahlungsstationen 102, 104 weitere (nicht gesondert bezeichnete) Bearbeitungsstationen.

[0028] Die NIR-Bestrahlungsstationen 102, 104 umfassen jeweils zwei Strahlermodule 102A, 102B bzw. 104A, 104B der in Fig. 1 gezeigten Art, die jeweils eine Mehrzahl von separat überwachbaren und steuerbaren Emittern 107 in einem Reflektorkörper 103 sowie eine Schaltsteuereinheit 117 aufweisen. Den Schaltsteuereinheiten 117 ist jeweils eine nach dem DECT-Standard arbeitende Funksende- und -empfangseinheit 118 zugeordnet. Die Funksende- und -empfangseinheiten 118 an den Strahlermodulen realisieren eine drahtlose Meß- und Steuersignalverbindung zwischen den Schaltsteuereinheiten 117 und dem Steuerrechner 110, der an ein entsprechendes DECT-Modul 120 angeschlossen ist.

[0029] Dem Strahlermodul 104A ist ein Pyrometerelement 122 zur berührungslosen Temperaturmessung am Werkstück 106 zugeordnet, welches über eine Meßsignalverbindung mit der Funksende- und - empfangseinheit 118 dieses Strahlermoduls verbunden ist. Über diese werden die Temperaturmeßsignale an den Steuerrechner 110 übermittelt, dort verarbeitet und für die Leistungssteuerung bzw. -regelung der NIR-Bestrahlungsstationen berücksichtigt.

[0030] Über die DECT-Kommunikationsstrecke zwischen den Strahlermodulen und dem Steuerrechner ist eine komplexe Meß- und Steuerdatenkommunikation möglich, ohne daß in der Produktionsanlage 100 zum Betrieb der NIR-Bestrahlungsstationen 102, 104 - abgesehen von Stromversorgungsleitungen, die diese mit einem zentralen Stromversorgungsanschluß 124 verbinden - Leitungen zu verlegen wären. Diese Datenkommunikation umfaßt insbesondere die Übertragung von der Zustandserfassung der Emitter dienenden Spannungs- und Strommeßwerten, der oben erwähnten Temperatursignale und sonstiger im Prozeß gewonnener Meßwerte einerseits sowie aller für den Betrieb der Bestrahlungsanlagen benötigten Steuersignale andererseits.

[0031] Die Ausführung der Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Beispiele beschränkt, sondern ebenso in einer Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachgemäßen Handelns liegen. Insbesondere sind in die hier beschriebenen Konfigurationen die weiter oben erwähnten Speicher- und Sendeeinrichtungen für Kennungen der Strahlermodule bzw. ihrer (intelligenten) Sensorik bzw. zur Registrierung bzw. Bereitschaftsmeldung der Strahlermodule bei der Anlagensteuerung ohne weiteres integrierbar. Die entsprechenden Datenübertragungen sind mit den in den Figuren gezeigten und oben beschriebenen oder den in der Beschreibungseinleitung erwähnten alternativen Mitteln im Rahmen der Kenntnisse des Durchschnittsfachmanns realisierbar.

Bezugszeichenliste

[0032] 

1

Strahlermodul

3; 103

Reflektorkörper

5

Rahmenteil

7; 107

Halogen-Glühfadenlampe (Emitter)

9

Kühlwasserkanal

11

Reflektorabschnitt

13

Steckkontakte

15

Anschlußfläche

17; 117

Schaltsteuereinheit

19

Stromversorgungsanschluß

21

Steuersignalanschluß

23

Verdrahtungsplatine

23a

Leiterzug

100

Produktionsanlage

102, 104

NIR-Bestrahlungsstation

102A, 102B, 104A, 104B

Strahlermodul

106

Werkstück

110

Steuerrechner

118

Funksende- und -empfangseinheit

120

DECT-Modul

122

Pyrometerelement

124

zentraler Stromversorgungsanschluß

Ansprüche

1. Strahlermodul (1; 102A, 102B, 104A, 104B) einer Hochleistungs-Bestrahlungsanlage (102, 104) für thermische Bearbeitungsprozesse, welches mindestens einen Emitter (7; 107) für elektromagnetische Strahlung, die wesentliche Wirkanteile im Bereich des nahen Infrarot aufweist, und einen gekühlten Reflektorkörper (3; 103) zur Konzentrierung der elektromagnetischen Strahlung auf ein Werkstück (106) aufweist,
dadurch gekennzeichnet, daß
am Strahlermodul mindestens eine Schaltsteuereinheit (27; 117), insbesondere Leistungssteller-Einheit, zur Ansteuerung des Emitters oder der Emitter im thermischen Kontakt mit dem Reflektorkörper angebracht ist.

2. Strahlermodul nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Schaltsteuereinheit (17; 107) Steuermittel, insbesondere Leistungssteller, und getrennte Ausgänge zur separaten Ansteuerung mehrerer Emitter (7; 107) aufweist.

3. Strahlermodul nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Schaltsteuereinheit eine Bus-Schnittstelle zum Anschluß an einen Steuersignalbus zur Verbindung mit einer Anlagensteuerung aufweist.

4. Strahlermodul nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Schaltsteuereinheit (17) einen Signalleitungsanschluß (27) zur leitungsgebundenen Signalverbindung mit einer Anlagensteuerung, insbesondere über ein zentrales Steuerkabel, aufweist.

5. Strahlermodul nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Signalleitungsanschluß einem mit einem zentralen Stromversorgungsanschluß verbundenen Stromversorgungsanschluß des Strahlermoduls zugeordnet ist und eine Demodulatorstufe zur Rückgewinnung von einer Versorgungsspannung aufmodulierten Steuersignalen umfaßt.

6. Strahlermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Schaltsteuereinheit (117) eine Funkempfangseinheit (118) zur drahtlosen Signalverbindung mit einer Anlagensteuerung (110, 120) aufweist.

7. Strahlermodul nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Funkempfangseinheit (118) zur mindestens unidirektionalen, bevorzugt bidirektionalen, Datenkommunikation mit der Anlagensteuerung (110, 120), insbesondere auf Basis des DECT- oder Bluetooth- oder UMTS-Standards, ausgebildet ist.

8. Strahlermodul nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Schaltsteuereinheit einen Strahlermodul-Codespeicher zur Speicherung einer Kennung des individuellen Strahlermoduls und
einen Strahlermodul-Codesender zur Übertragung der Kennung an eine Anlagensteuerung, insbesondere im Ansprechen auf ein Abfragesignal von dieser, aufweist.

9. Strahlermodul nach einem der vorangehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch
eine auf dem Reflektorkörper (3) angeordnete, insbesondere modular vorgefertigte, Festverdrahtung (23) zwischen der Schaltsteuereinheit (17) und Anschlußkontakten (13, 17) des Emitters (7) oder der Emitter.

10. Strahlermodul nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
mindestens ein Emitter (7; 107) als, insbesondere langgestreckt röhrenförmige, Hochleistungs-Halogenlampe ausgebildet ist, die mit einer Strahlertemperatur oberhalb von 2900 K betrieben wird.

11. Strahlermodul nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Schaltsteuereinheit (17) und wahlweise vorgesehene Festverdrahtungs-Module (23) auf den Reflektorkörper (3) aufgeschraubt oder aufgesteckt sind.

12. Strahlermodul nach einem der vorangehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch
mindestens einen integrierten Meßfühler (122), insbesondere ein Pyrometerelement zur Temperaturerfassung und/oder einen Feuchtesensor zur Feuchtigkeitsmessung und/oder eine optische Erfassungseinrichtung zur Materialerkennung bzw. Strahlungsdichteerfassung an einem Werkstück (106).

13. Strahlermodul nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Schaltsteuereinheit einen Meßfühler-Codespeicher zur Speicherung einer Kennung für den oder jeden integrierten Meßfühler und
einen Meßfühler-Codesender zur Übertragung der Kennung bzw. Kennungen an eine Anlagensteuerung, insbesondere im Ansprechen auf eine Abfrage von dieser, aufweist.

14. Strahlermodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, insbesondere einem der Ansprüche 8 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Schaltsteuereinheit eine Anmeldesteuerung zur Absendung eines Anmeldungs-Datensatzes an eine Anlagensteuerung bei Inbetriebnahme aufweist, wobei die Anmeldesteuerung insbesondere mit dem Strahlermodul-Codesender und/oder dem Meßfühler-Codesender zur Übertragung von Kennungen des Strahlermoduls bzw. des oder jedes integrierten Meßfühlers an die Anlagensteuerung verbunden ist.

15. Hochleistungs-Bestrahlungsanlage (102, 104) für thermische Bearbeitungsprozesse mit mindestens einem Emitter (107) für elektromagnetische Strahlung, die wesentliche Wirkanteile im Bereich des nahen Infrarot aufweist, einer Schaltsteuereinheit (117) zur Stromversorgung und Ansteuerung des Emitters, wobei der Emitter und die Schaltsteuereinheit insbesondere in einem Strahlermodul (102A, 102B, 104A, 104B) nach einem der vorangehenden Ansprüche zusammengefaßt sind, sowie einer Anlagensteuerung (110),
dadurch gekennzeichnet, daß
die oder jede Schaltsteuereinheit als intelligente Leistungssteuerung mit Überwachungsmitteln zur Zustandsüberwachung, insbesondere zur Spannungs- und Stromüberwachung zum Zweck der Vorausfallsdetektion, und/oder mit Ansteuermitteln zur Realisierung mindestens einer vorbestimmten Ansteuerkennlinie, insbesondere einer Einschaltkennlinie, des oder jedes Emitters ausgebildet ist.

16. Hochleistungs-Bestrahlungsanlage nach Anspruch 15,
gekennzeichnet durch
eine der Anzahl der zu überwachenden bzw. zu steuernden Emitter entsprechende Anzahl unabhängig arbeitender Überwachungs- und/oder Ansteuermittel.

17. Hochleistungs-Bestrahlungsanlage nach Anspruch 15 oder 16,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Schaltsteuereinheit einen Anschluß für einen Meßfühler, insbesondere berührungslos arbeitenden Temperaturfühler (122) und/oder einen Feuchtesensor zur Feuchtigkeitsmessung und/oder eine optische Erfassungseinrichtung zur Materialerkennung bzw. Strahlungsdichteerfassung und mindestens eine Meßsignal-Verarbeitungseinheit aufweist.

18. Hochleistungs-Bestrahlungsanlage nach Anspruch 17,
gekennzeichnet durch
eine der Meßsignal-Verarbeitungseinheit oder den Meßsignal-Verarbeitungseinheiten nachgeschaltete Regelstufe zur Realisierung einer Regelung eines thermischen Bearbeitungsprozesses.

19. Hochleistungs-Bestrahlungsanlage nach einem der Ansprüche 15 bis 18,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Strahlermodule Speicher- und Sendeeinrichtungen für Kennungen der Strahlermodule aufweisen und die Anlagensteuerung eine Strahlermodul-Erkennungsstufe zur Auswertung von durch die Strahlermodule übermittelten Kennungen, insbesondere eines Strahlermodulcodes und/oder mindestens eines Meßfühlercodes, aufweist, die insbesondere zur Realisierung einer automatischen Anmeldung der Strahlermodule der Anlage bei Inbetriebnahme ausgebildet ist.

Claims

1. A radiator module (1; 102A, 102B, 104A, 104B) for a high-power radiation system (102, 104) for thermal treatment processes comprising at least one emitter (7; 107) for electromagnetic radiation, the essential active components of which are effective in the near infrared region, and a cooled reflector body (3; 103) for concentrating the electromagnetic radiation onto a workpiece (106),
characterized in that
at least one switching control unit (27; 117), particularly a power control unit, is arranged on the radiator module in thermal contact with the reflector body to control the emitter(s).

2. The radiator module according to claim 1,
characterized in that
the switching control unit (17; 107) comprises control means, in particular a power controller, and separate outputs for the separate actuation of a plurality of emitters (7; 107).

3. The radiator module according to claim 1 or 2,
characterized in that
the switching control unit comprises a bus interface for connecting to a control signal bus for connection to a system control.

4. The radiator module according to any one of the preceding claims,
characterized in that
the switching control unit (17) comprises a signal line connection (27) for a wire-bound signal connection to a system control, in particular via a central control cable.

5. The radiator module according to claim 4,
characterized in that
the signal line connection is allocated to a power supply connection for the radiator module connected to a central power supply and comprises a demodulator stage for recovering control signals modulated by a supply voltage.

6. The radiator module according to any one of claims 1 to 3,
characterized in that
the switching control unit (117) exhibits a radio receiver unit (118) for the wireless signal connection to a system control (110, 120).

7. The radiator module according to claim 6,
characterized in that
the radio receiver unit (118) is configured for at least unidirectional, preferably bi-directional, data communication with the system control (110, 120), in particular based on the DECT or Bluetooth or UMTS standard.

8. The radiator module according to any one of the preceding claims,
characterized in that
the switching control unit comprises a radiator module code memory for storing an identifier of the individual radiator module and a radiator module code transmitter for transmitting the identifier to a system control, in particular in response to a query signal from same.

9. The radiator module according to any one of the preceding claims,
characterized by
a fixed wiring (23) disposed on the reflector body (3) between the switching control unit (17) and the connection contacts (13, 17) of the emitter(s) (7), in particular as a prefabricated module.

10. The radiator module according to any one of the preceding claims,
characterized in that
at least one emitter (7 ; 107) is configured as an in particular elongated, tubular high-power halogen lamp which operates at a radiating temperature higher than 2900 K.

11. The radiator module according to any one of the preceding claims,
characterized in that
the switching control unit (17) and electively provided fixed wiring module (23) are screwed or attached to the reflector body (3).

12. The radiator module according to any one of the preceding claims,
characterized by
at least one integrated sensor element (122), in particular a pyrometer element for measuring temperature and/or a moisture sensor for measuring moisture and/or an optical detection unit for material recognition or measuring radiance on a workpiece (106).

13. The radiator module according to claim 12,
characterized in that
the switching control unit comprises a sensor code memory for storing an identifier for the or each integrated sensor element and a sensor code transmitter for transmitting the identifier(s) to a system control, in particular in response to a query from same.

14. The radiator module according to any one of the preceding claims, in particular one of claims 8 to 13,
characterized in that
the switching control unit has a logon control for transmitting a logon dataset to a system control upon start-up, whereby the logon control is in particular connected with the radiator module code transmitter and/or the sensor code transmitter for transmitting identifiers of the radiator module or the integrated sensor elements(s) to the system control.

15. A high-power radiation system (102, 104) for thermal treatment processes having at least one emitter (107) for electromagnetic radiation, the essential active components of which are effective in the near infrared region, a switching control unit (117) for supplying power and actuating said emitter, whereby the emitter and the switching control unit are in particular combined in a radiator module (102A, 102B, 104A, 104B) according to one of the preceding claims, as well as a system control (110),
characterized in that
the or each switching control unit is configured as an intelligent power control having monitoring means for monitoring status, in particular for monitoring voltage and current for the purpose of early detection and/or having control means for realizing at least one predetermined control characteristic, in particular an actuation characteristic, of the or each emitter.

16. The high-power radiation system according to claim 15,
characterized by
a number of independently-operating monitoring and/or actuating means which corresponds to the number of emitters to be monitored or controlled.

17. The high-power radiation system according to claim 15 or 16,
characterized in that
the switching control unit has a connection for a sensor element, in particular a non-contact temperature sensor (122) and/or a moisture sensor for measuring moisture and/or an optical detection unit for material recognition or measuring radiance and at least one measurement signal processing unit.

18. The high-power radiation system according to claim 17,
characterized by
a control stage downstream the measurement signal processing unit(s) for realizing a closed-loop control of a thermal treatment process.

19. The high-power radiation system according to any one of claims 15 to 18,
characterized in that
the radiator module has memory and transmitting means for identifiers of the radiator module and the system control comprises a radiator module identifying stage for analyzing identifiers transmitted by the radiator module, in particular a radiator module code and/or at least one sensor code, which is in particular configured to realize automatic logon of the system's radiator module upon start-up.

Revendications

1. Module radiateur (1; 102A, 102B, 104A, 104B) d'une installation de rayonnement à haute performance (102, 104) pour processus de traitement thermique, présentant au moins un émetteur (7 ; 107) de rayonnements électromagnétiques, présentant des parties efficaces essentielles dans la zone de l'infrarouge proche, et un corps réflecteur refroidi (3 ; 103) pour concentrer le rayonnement électromagnétique sur une pièce à travailler (106),
caractérisé en ce que
au moins une unité de commande de commutation (27 ; 117) est montée sur le module radiateur, en particulier une unité de réglage de puissance, pour piloter l'émetteur ou les émetteurs en contact thermique avec le corps réflecteur.

2. Module radiateur selon la revendication 1,
caractérisé en ce que
l'unité de commande de commutation (17 ; 107) présente des moyens de commande, en particulier de réglage de puissance, et des sorties séparées pour la commande séparée de plusieurs émetteurs (7 ; 107).

3. Module radiateur selon la revendication 1 ou 2,
caractérisé en ce que
l'unité de commande de commutation présente une interface de bus pour raccorder un bus de signal de commande pour liaison à une commande de l'installation.

4. Module radiateur selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce que
l'unité de commande de commutation (17) présente un raccordement de ligne de signal (27) pour liaison de signal reliée par ligne à une commande de l'installation, en particulier par un câble central de commande.

5. Module radiateur selon la revendication 4,
caractérisé en ce que
le raccordement de ligne de signal est affecté à un raccordement d'alimentation électrique relié à un raccordement central d'alimentation électrique et comprend un étage démodulateur pour récupérer des signaux de commande modulés par une tension d'alimentation.

6. Module radiateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3,
caractérisé en ce que
l'unité de commande de commutation (117) présente une unité de réception radio (118) pour la liaison de signal sans fil à une commande de l'installation (110, 120).

7. Module radiateur selon la revendication 6,
caractérisé en ce que
l'unité de réception radio (118) est constituée pour réaliser une communication de données au moins unidirectionnelle, de préférence bidirectionnelle, avec la commande de l'installation (110, 120), en particulier sur la base des standards DECT ou Bluetooth ou UMTS.

8. Module radiateur selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce que
l'unité de commande de commutation présente une mémoire de code de module radiateur pour stocker un identificateur du module radiateur individuel et
un émetteur de code de module radiateur pour transmettre l'identificateur à une commande de l'installation, en particulier en cas d'échange suite à un signal d'interrogation de celle-ci.

9. Module radiateur selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé par
un câblage fixe (23) disposé sur le corps réflecteur (3), en particulier pré-réalisé sous forme de module, entre l'unité de commande de commutation (17) et les contacts de raccordement (13, 17) de l'émetteur (7) ou des émetteurs.

10. Module radiateur selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce que
au moins un émetteur (7; 107) est réalisé en particulier sous forme de lampe halogène haute puissance, en forme de tube allongé, exploitée avec une température de radiateur supérieure à 2900 K.

11. Module radiateur selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce que
l'unité de commande de commutation (17) et des modules de câblage fixe (23) prévus au choix, sont vissés ou enfichés sur le corps réflecteur (3).

12. Module radiateur selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé par
au moins un capteur intégré (122), en particulier un élément pyromètre pour mesurer la température et/ou un capteur d'humidité pour mesurer l'humidité et/ou un dispositif de détection optique de reconnaissance de matériau ou de mesure d'énergie de rayonnement d'une pièce à travailler (106).

13. Module radiateur selon la revendication 12,
caractérisé en ce que
l'unité de commande de commutation présente une mémoire de code de capteur pour stocker un identificateur du capteur ou de chaque capteur intégré et
un émetteur de code de capteur pour transmettre l'identificateur ou les identificateurs à une commande de l'installation, en particulier en cas d'échange suite à une interrogation de celle-ci.

14. Module radiateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, en particulier l'une quelconque des revendications 8 à 13
caractérisé en ce que
l'unité de commande de commutation présente une commande d'inscription pour envoyer un enregistrement d'inscription à une unité de commande de l'installation lors de la mise en service, la commande d'inscription étant en particulier reliée à l'émetteur de code de module radiateur et/ou l'émetteur de code de capteur pour transmettre à la commande de l'installation des identificateurs du module radiateur ou du ou de chacun des capteurs intégrés.

15. Installation de rayonnement à haute performance (102, 104) pour processus de traitement thermique, présentant au moins un émetteur (107) de rayonnements électromagnétiques qui présentent des parties essentielles efficaces dans la zone de l'infrarouge proche, une unité de commande de commutation (117) pour l'alimentation électrique et le pilotage de l'émetteur, l'émetteur et l'unité de commande de commutation étant en particulier regroupés dans un module radiateur (102A, 102B, 104A, 104B) selon l'une quelconque des revendications précédentes, ainsi qu'une commande de l'installation (110),
caractérisée en ce que
l'unité de commande de commutation ou chacune d'elles est réalisée en tant que commande intelligente de puissance avec des moyens de surveillance pour surveiller l'état, en particulier de surveillance de tension et de courant dans un but de détection avant panne, et/ou de moyens de pilotage pour suivre un moins une courbe caractéristique prédéterminée, en particulier un courbe de commutation de mise en marche, de l'émetteur ou de chacun d'eux.

16. Installation de rayonnement à haute performance selon la revendication 15,
caractérisée par
des moyens de surveillance et/ou de pilotage fonctionnant indépendamment et en nombre correspondant au nombre d'émetteurs à surveiller et/ou piloter.

17. Installation de rayonnement à haute performance selon la revendication 15 ou 16,
caractérisée en ce que
l'unité de commande de commutation présente un raccordement pour un capteur, en particulier un capteur de température fonctionnant sans contact (122) et/ou un capteur d'humidité pour mesurer l'humidité et/ou un dispositif de détection optique de reconnaissance de matériau ou de mesure d'énergie de rayonnement et au moins une unité de traitement de signal de mesure.

18. Installation de rayonnement à haute performance selon la revendication 17,
caractérisée par
un étage de régulation en aval de l'unité de traitement de signal de mesure ou des unités de traitement de signal de mesure pour réaliser une régulation d'un processus de traitement thermique.

19. Installation de rayonnement à haute performance selon l'une quelconque des revendications 15 à 18,
caractérisée en ce que
les modules radiateur présentent des dispositifs mémoire et d'émission d'identificateurs des modules radiateur et que la commande de l'installation présente un étage de reconnaissance de module radiateur pour exploiter des identificateurs transmis par les modules radiateur, en particulier un code de module radiateur et/ou au moins un code de capteur, constitué pour, en particulier, réaliser une inscription automatique des modules radiateur de l'installation lors de la mise en service.

Zeichnung